比對(duì)觀察:驅(qū)動(dòng)核心素養(yǎng)生成的路徑探索
——以初中物理“壓強(qiáng)”的教學(xué)為例

曹建軍

(南通市虹橋二中,江蘇南通 226006)

比對(duì)觀察是把不同的事物或不同條件的同一事物聯(lián)系起來進(jìn)行觀察,在比對(duì)的過程中達(dá)到“求同存異”,即找尋到其共同特征的同時(shí)也能夠從中捕捉住它們之間的差異所在,對(duì)事物形成全面而正確的認(rèn)識(shí).初中物理教學(xué)如何進(jìn)行比對(duì)觀察?就是將不同物理事實(shí)、不同知識(shí)內(nèi)容等關(guān)聯(lián)起來,通過求同比對(duì)觀察和求異比對(duì)觀察找到已經(jīng)熟練掌握的舊知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和方法,將其與新知識(shí)之間搭建起鏈接,讓新知識(shí)不再孤立地游蕩,形成自己的認(rèn)知體系,最終生成學(xué)科核心素養(yǎng).本文結(jié)合蘇科版初中物理“壓強(qiáng)”的教學(xué)進(jìn)行說明.

1 比對(duì)中尋由來

初中物理概念和規(guī)律都是從眾多物理事實(shí)的分析中概括總結(jié)而來的,知識(shí)內(nèi)在的整體性、關(guān)聯(lián)性十分密切,教學(xué)就是通過比對(duì)觀察,挖掘不同物理事實(shí)或物理知識(shí)之間的共性.通過求同比對(duì)觀察引導(dǎo)學(xué)生知道物理概念從何而來,不同知識(shí)之間是通過什么相聯(lián)系的.

例如,壓力概念的由來.以觀察如圖1所示的兩幅圖為基礎(chǔ),在此對(duì)于學(xué)生的要求是能夠畫出鐵錘對(duì)釘子作用力的示意圖和運(yùn)動(dòng)員對(duì)平衡木作用力的示意圖.接著,根據(jù)兩個(gè)力的示意圖,提出“兩個(gè)力在三要素方面有什么共同特點(diǎn)”等問題,引導(dǎo)學(xué)生基于力三要素的理解,尋找其共性:作用點(diǎn)在表面;方向垂直于表面向里.從共性出發(fā)定義壓力:這種垂直作用于物體表面的力叫作壓力.

圖1

這樣的教學(xué),讓學(xué)生意識(shí)到壓力的個(gè)性體現(xiàn)在方向和作用點(diǎn)上,而容易將其納入已有的力概念,會(huì)用力概念去認(rèn)識(shí)壓力,教師也就不需要在壓力的施力物體、受力物體是誰等問題上耗費(fèi)時(shí)間,更重要的是這樣的教學(xué)將更有益于學(xué)生物理觀念的生成與發(fā)展.

再如,壓力等于重力的由來.無論是為了壓力作用效果的探究,還是為了壓強(qiáng)大小的計(jì)算,教師都會(huì)點(diǎn)明:物體對(duì)水平面壓力的大小等于物體重力的大小,甚至?xí)?duì)重力和壓力從三要素方面進(jìn)行細(xì)致的比較,然而很少有教師對(duì)重力和壓力關(guān)系進(jìn)行深層次的思考.從學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)的角度出發(fā),教師可通過如圖2所示的實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物體對(duì)水平面的壓力等于物體的重力,對(duì)斜面的壓力小于物體的重力.通過求異比對(duì)觀察幫助學(xué)生意識(shí)到壓力和重力不是一回事,這時(shí)再結(jié)合力的三要素更為細(xì)致地說明兩個(gè)力的不同.接著運(yùn)用問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的思考:如圖3所示,物體所受的重力G與支持力F支是一對(duì)平衡力,即F支=G;物體對(duì)平面的壓力F壓和平面對(duì)物體的支持力F支是相互作用力,即F壓=F支;兩者綜合則有物體對(duì)平面的壓力等于物體的重力,即F支=G.

圖2

圖3

這樣的教學(xué),耗時(shí)不多效益卻很高:一是學(xué)生認(rèn)識(shí)到壓力和重力之間的區(qū)別和聯(lián)系.二是學(xué)生對(duì)物體對(duì)平面的壓力等于自身重力,不再是簡(jiǎn)單的知識(shí)積累和記憶,而是知其然,并且知其所以然,學(xué)生具有了綜合運(yùn)用物理知識(shí)、整體分析和妥善解決物理問題的行為表現(xiàn).這也將更有益于學(xué)生物理觀念的生成與發(fā)展.三是學(xué)生能夠表現(xiàn)出運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的演繹推理得出結(jié)論的行為,有益于其科學(xué)推理能力的生成與發(fā)展.

2 比對(duì)中明差異

在物理教學(xué)的元素中,有些內(nèi)容看似相同,但實(shí)質(zhì)不同,在教學(xué)中就需要對(duì)這些內(nèi)容以比對(duì)觀察為基礎(chǔ)進(jìn)行求異思考,辨析出其中的差別.

例如,體驗(yàn)壓力作用效果的教學(xué)環(huán)節(jié).教材中以如圖4所示的兩種體驗(yàn)為基礎(chǔ),引導(dǎo)學(xué)生初步體驗(yàn)了解壓力的作用效果與哪些因素有關(guān).根據(jù)親身體驗(yàn)學(xué)生容易發(fā)現(xiàn):壓力的作用效果與壓力大小有關(guān),壓力越大,壓力作用的效果就越強(qiáng);壓力的作用效果與受力面積有關(guān),受力面積越小,壓力的作用效果就越強(qiáng).

圖4

在以上教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生因缺乏深度的思考,而意識(shí)不到兩種體驗(yàn)的差別:氣球受手指和手掌的壓力作用而平衡,引發(fā)氣球形變的力是手指和手掌的壓力;鉛筆受兩個(gè)手指的壓力作用而平衡,引起手指疼痛的力來源于物體間的相互作用,而不是手指對(duì)筆尖的壓力,而是筆尖對(duì)手指的壓力.

從學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)角度出發(fā),教師在教學(xué)中可作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整:手壓鉛筆時(shí),手指感到疼痛的力來源于哪些?這個(gè)力是怎樣產(chǎn)生的?這些問題引導(dǎo)學(xué)生通過思考,從體驗(yàn)壓力作用效果的角度,揭示兩種體驗(yàn)中的共性——影響壓力作用效果的可能因素包括壓力大小和受力面積大小,從而具有對(duì)于壓力作用效果影響因素的感性認(rèn)識(shí).在這一番問題思考中學(xué)生的猜想與假設(shè)往往是自然生成的,長(zhǎng)此以往,這將有益于學(xué)生科學(xué)探究水平的發(fā)展.從力相互作用角度對(duì)其體驗(yàn)進(jìn)行深層次的認(rèn)識(shí),關(guān)注那些相似現(xiàn)象的細(xì)微差別,在理解力相互作用知識(shí)的基礎(chǔ)上,漸漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度,挖掘物理事實(shí)的差別,有助于物理知識(shí)的真正理解,有助于知識(shí)結(jié)構(gòu)的架構(gòu),從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展.

3 比對(duì)中展方法

物理課堂中充滿眾多科學(xué)研究的方法和技巧.建構(gòu)知識(shí)和理解知識(shí)的過程中,需要將貫穿教學(xué)活動(dòng)中的思想方法和技巧,通過求同比對(duì)和求異比對(duì)適時(shí)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行顯現(xiàn).

例如,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證壓力的作用效果.提供如圖5所示的器材,要求學(xué)生提出壓力作用效果影響因素的兩個(gè)猜想:壓力大小和受壓面積大小.學(xué)生選擇器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想和總結(jié)結(jié)論.在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中,學(xué)生雖然有探究滑動(dòng)摩擦力影響因素的經(jīng)歷,但是在探究壓力作用效果的影響因素時(shí),很多學(xué)生還不能熟練地運(yùn)用控制變量的思想,設(shè)計(jì)完善驗(yàn)證的方案和準(zhǔn)確表述探究的結(jié)論.對(duì)此情況教師應(yīng)該將驗(yàn)證活動(dòng)分兩步實(shí)施.

圖5

第一步,從活動(dòng)出發(fā).設(shè)計(jì)完善驗(yàn)證的方案,以學(xué)生充分活動(dòng)為基礎(chǔ),組織全班交流引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià).通過評(píng)價(jià)生成合理的實(shí)驗(yàn)方案,領(lǐng)悟控制變量在驗(yàn)證方案中的落實(shí).然后保留如圖6所示的兩種驗(yàn)證方案,讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng).

圖6

第二步,以問題為導(dǎo)向.運(yùn)用問題:(1)說明實(shí)驗(yàn)中觀察到什么現(xiàn)象?(2)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分別說明了什么結(jié)論?引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)表自己的見解.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的呼應(yīng),期望學(xué)生真正從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析中總結(jié)結(jié)論,發(fā)展學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)探究和科學(xué)推理的能力.接著,全班交流實(shí)驗(yàn)的結(jié)論.在學(xué)生充分發(fā)表的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同結(jié)論進(jìn)行評(píng)判,直到所有學(xué)生能基于控制變量的思想發(fā)表結(jié)論.

實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生會(huì)選擇細(xì)沙和海綿進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如果教師不點(diǎn)撥,學(xué)生往往不會(huì)思考為何選擇細(xì)沙或海綿而不選擇木板,即教師需要運(yùn)用啟發(fā)性語言引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行求異,發(fā)現(xiàn)細(xì)沙和海綿屬于一類松且輕的材料,才能把不能直接比較的壓力作用效果的問題轉(zhuǎn)化為可以比較的形變,從而使探究順利行進(jìn).

學(xué)生只有經(jīng)歷這樣的思考,才能將實(shí)驗(yàn)中的體驗(yàn)和做法轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),才能在新的問題情境中靈活運(yùn)用,長(zhǎng)足發(fā)展遷移創(chuàng)新的能力,生成未來生產(chǎn)、生活所必備的學(xué)科素養(yǎng).

4 比對(duì)中歸類別

物理觀念的形成和應(yīng)用過程中,往往存在眾多的共性.例如,速度和壓強(qiáng)的概念都是采用比值定義法;在運(yùn)用速度和壓強(qiáng)等公式計(jì)算時(shí),都要滲透單位的統(tǒng)一.對(duì)這些共性的內(nèi)容可以通過求同比對(duì)觀察進(jìn)行歸類,引導(dǎo)學(xué)生用統(tǒng)攝的手段駕馭這些內(nèi)容.

例如,壓強(qiáng)概念的教學(xué).對(duì)壓強(qiáng)概念的理解和表述,可將其和速度概念相聯(lián)系,學(xué)生基于先前對(duì)于速度概念的理解,對(duì)壓強(qiáng)p=F/S就不會(huì)僅僅只是簡(jiǎn)單地套用數(shù)學(xué)知識(shí),認(rèn)為“壓力越大時(shí),壓強(qiáng)就越大”“受力面積越小時(shí),壓強(qiáng)就越大”,甚至認(rèn)為“壓強(qiáng)與壓力成正比,與受力面積成反比”.

通過壓強(qiáng)和速度的關(guān)聯(lián)思考,將那些具有共同特征的概念歸結(jié)成類,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用統(tǒng)攝手段駕馭這些概念,將零散甚至毫不相關(guān)的概念,通過定義的方法聯(lián)系.有了這樣的關(guān)聯(lián)思考,學(xué)生后續(xù)接觸到比熱容和電阻時(shí),就不會(huì)在“比熱容是否和熱量成正比”“電阻是否和電壓成正”等方面糾結(jié).

再如,運(yùn)用壓強(qiáng)公式p=F/S計(jì)算時(shí),教師都要提醒學(xué)生,受力面積的單位必須是m2,如果受力面積單位不是m2,必須換算成m2.以上所述情況中,學(xué)生往往是通過記憶而具有這方面的知識(shí).為此,教學(xué)中不應(yīng)該讓學(xué)生通過閱讀從教材中提取到壓強(qiáng)的單位Pa,以及1 Pa=1 N/m2,而是結(jié)合壓強(qiáng)公式推理壓強(qiáng)單位是什么.

具體的思路:假設(shè)2 m2面積的壓力為10 N,將其數(shù)值和單位一起代進(jìn)壓強(qiáng)公式進(jìn)行計(jì)算,則有,根據(jù)計(jì)算結(jié)果告訴學(xué)生壓強(qiáng)的單位是1 N/m2,國(guó)際單位制壓強(qiáng)的單位帕(Pa),即1 Pa=1 N/m2.接著引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)計(jì)算過程和結(jié)論反思,發(fā)現(xiàn)面積單位不是m2時(shí),計(jì)算出來壓強(qiáng)單位就不是N/m2(Pa).通過公式的關(guān)聯(lián),學(xué)生不僅知道單位要統(tǒng)一,還明晰單位為什么要統(tǒng)一.單位的正確使用從機(jī)械記憶轉(zhuǎn)為理解性記憶.經(jīng)歷了這樣的思考,學(xué)生到后續(xù)運(yùn)用阿基米德原理公式計(jì)算時(shí),也就容易理解為什么密度單位必須是kg/m3,深度單位必須是m.

5 比對(duì)中糾誤

概念的學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生因思維的慣性、不當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和片面的認(rèn)識(shí)等等,容易生成一些學(xué)習(xí)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),誤點(diǎn)撥正就是通過相關(guān)事件的求同比對(duì)觀察或求異比對(duì)觀察,糾正學(xué)生的錯(cuò)誤或不全面的認(rèn)識(shí).

例如,如圖7所示,采用海綿探究壓力作用效果的影響因素后,學(xué)生因看不到小桌使木板的形變,往往會(huì)認(rèn)為小桌對(duì)木板沒有壓強(qiáng)或者小桌對(duì)木板的壓強(qiáng)小于小桌對(duì)海綿的壓強(qiáng).對(duì)此需要把兩幅圖進(jìn)行比對(duì)觀察和思考,以分析小桌對(duì)海綿或木板的壓力為起點(diǎn),結(jié)合壓強(qiáng)概念讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)小桌對(duì)木板有壓強(qiáng),而小桌對(duì)海綿的壓強(qiáng)和對(duì)木板的壓強(qiáng)相等.學(xué)生在比對(duì)觀察的過程中腦海中的一些迷思和誤念得以解除,更為全面深刻地認(rèn)識(shí)到事物的本質(zhì),也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展.

圖7

結(jié)語:引導(dǎo)學(xué)生比對(duì)觀察不求面面俱到,而求重點(diǎn)突出.如圖4所示的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)中,有控制變量的因素,運(yùn)用如圖6所示的器材驗(yàn)證壓力的作用效果,必須控制變量確切地落實(shí).為此,如圖4所示的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)不涉及控制變量,而將重心落在情景的差異.物理教學(xué)的比對(duì)觀察,體現(xiàn)知識(shí)之間的互通、方法之間的交流、物理事實(shí)之間的互動(dòng),以及知識(shí)和方法之間的溝通,教學(xué)時(shí)關(guān)注知識(shí)的前因后續(xù)、引導(dǎo)學(xué)生從整體上溝通不同主題、不同年級(jí)知識(shí)之間的聯(lián)系,以期學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)生成和長(zhǎng)足發(fā)展.