基于缺點列舉法的物理技術產品教學策略

摘 要：本文應用缺點列舉法探索出物理技術產品教學的“三階六步”教學流程，提煉出基于“思維探索—同類產品比較”、基于“STEAM理念—制作簡易器材”和基于“原理剖析—提升解題能力”的三種技術產品教學設計的策略。通過對照實驗與同課異構積累的教學案例，實踐發(fā)現(xiàn)采用缺點列舉法的“三階六步”教學流程在提高學生的科學探究能力、創(chuàng)新實踐能力和解題能力方面取得了顯著成效。

關鍵詞：缺點列舉法；物理技術產品；三階六步；教學設計

1 引言

技術產品是科學教學的重要載體之一。它不但蘊含著科學知識與原理，也承載著人類科學發(fā)明的智慧。初中物理包含了很多技術產品的相關內容，例如體溫計、天平等測量儀器，以及滑動變阻器、直流電動機等科學器材。復習課中，教師也經(jīng)常借助一些教材之外的技術產品創(chuàng)設教學情境或改編試題來開展教學。

對于技術產品的教學，一般的教學流程可以概括為如圖1所示。

從觀察結構、實踐操作和解釋原理等角度入手，環(huán)環(huán)相扣，逐層深入，學生能快速了解并掌握該技術產品，進而學會其使用方法和解釋其原理。然而由于學生在課堂上很少提出問題，缺乏質疑精神和創(chuàng)造思維，導致學生不能對知識進行深刻加工和理解，更不用說知識的遷移和應用了。

缺點列舉法是發(fā)現(xiàn)已有事物的缺點，將其一一列舉出來，通過分析選擇、確定創(chuàng)新目標、制訂革新方案從而進行創(chuàng)造發(fā)明的一種創(chuàng)新技法。［1］在物理教學中，教師運用缺點列舉法，不但可以更好地傳授科學知識和原理，還可以將技術產品研發(fā)時的核心難點設計成教學任務，引導學生像發(fā)明家一樣去創(chuàng)造、完善科學技術產品。

2 基于缺點列舉法的“三階六步”教學流程

通過文獻分析和教學實踐，筆者摸索出基于缺點列舉法的初中物理技術產品教學的“三階六步”教學流程，具體教學環(huán)節(jié)和設計理念闡述如圖2所示。

上述“三階六步”教學流程遵循建構主義教學理論，摒棄了傳統(tǒng)的直觀知識傳授方式，強調在“做中學”的實踐過程中，重視學生對科學知識的主動建構過程。在六步教學環(huán)節(jié)中，學生經(jīng)歷了由第一階的“觀察和理解”到第二階的“評價和設計”，再到第三階的“操作和創(chuàng)造”的遞進過程，這一過程讓課堂教學實現(xiàn)了從低階思維向高階思維的進階。教學的核心環(huán)節(jié)是圍繞“缺點列舉法”討論和設計技術產品的發(fā)明過程。教師通過這一環(huán)節(jié)來為學生后續(xù)操作和創(chuàng)造能力的提升打好基礎，讓學生真正理解技術產品結構設計的原理及整體使用的規(guī)范，并引導學生進一步拓展思維，持續(xù)探索該技術產品目前的使用缺陷，為學生未來的思考和創(chuàng)造預留空間，從而激發(fā)學生課后學習的興趣和持續(xù)探索的欲望。

3 “三階六步”教學流程在物理

技術產品教學設計中的策略

筆者重點實踐了“同類技術產品的比較”“技術產品的制作”“技術產品為載體的解題教學”三種類型的初中物理技術產品教學，提煉出如下三種教學策略。

3.1 基于“思維探索—同類產品比較”的教學設計策略

由于同一用途的技術產品種類繁多，學生學習了一種技術產品后，教師可以利用缺點列舉法引導學生進行深入思維探索，并鼓勵學生比較學習同類產品，這樣的教學方式使得課堂更加自然和有趣。以體溫計的教學為例，體溫計作為初中物理的一個難點，實際上是溫度計的一種延伸。在“思維探索——同類產品比較”的教學策略指導下，筆者將基于缺點列舉法的“三階六步”教學流程應用于體溫計的教學中，具體教學流程如表1所示。

設計理念：由于體溫計和普通溫度計的功能存在差異，其設計結構也不同，因此產生了使用規(guī)范的差異。學生以“普通溫度計”為起點，緊扣溫度計的原理，應用缺點列舉法，結合教師提供的資料和醫(yī)生測量體溫時的生活經(jīng)驗，開展思維探索。教師引導學生建構體溫計的模型，并將該模型與真實體溫計進行對比，引導學生找出體溫計與普通溫度計的區(qū)別。在此基礎上，教師采用“試錯法”這一教學策略，讓學生嘗試體溫計的各種操作，從中發(fā)現(xiàn)并指出操作中的錯誤，最后師生共同歸納出體溫計的正確使用規(guī)范。

3.2 基于“STEAM理念—制作簡易器材”的教學設計策略

很多技術產品相較于最初模型已經(jīng)有了顯著改進，如滑動變阻器、電動機、電磁繼電器等。在教學中，若直接展示成熟的技術產品，可能會阻礙學生理解產品中蘊含的科學道理，導致學生落入俗套的機械記憶，這樣更不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。從STEAM教育理念的視角來看，一件精美的技術產品是培養(yǎng)學生創(chuàng)造力的絕佳載體。筆者通過課堂觀摩和教學實踐，運用缺點列舉法，設計了制作滑動變阻器的STEAM教學課程。以下是該課程的教學設計思路及具體實施過程。

3.2.1 教材和學情分析

人教版初中物理九年級全一冊教材從滑動變阻器的原理入手，引導學生觀察滑動變阻器的結構（如金屬桿、鎳鉻合金絲、接線柱、滑片等），連接滑動變阻器，再讓學生嘗試使用滑動變阻器改變小燈泡的亮度。［2］學生能夠理解滑動變阻器的原理，然而對于為什么要設計如此復雜的結構感到困惑，同時他們也可能只是機械地記憶滑動變阻器的使用方法而未能深入理解其背后的邏輯應用。

3.2.2 教學設計思路

教師為學生準備小組實驗器材（包括不同材質的電阻絲、絕緣筒、金屬桿、金屬棒、滑片等），并從導體長度會影響導體電阻的原理入手，運用缺點列舉法，幫助學生動手制作一個簡易滑動變阻器，再引導學生將自制簡易滑動變阻器與真實的滑動變阻器進行比較。學生通過“試錯法”使用滑動變阻器，歸納出滑動變阻器的使用規(guī)范，并再次討論滑動變阻器的缺點和可改進之處。

3.2.3 任務和問題的設計與操作實施

在“STEAM理念——制作簡易器材”的策略指導下，筆者基于缺點列舉法的三階六步教學流程設計了滑動變阻器“三階六步”的教學流程（如表2所示）。

3.3 基于“原理剖析—提升解題能力”的教學設計策略

技術產品往往綜合了力學、電學等多方面的知識，也常常出現(xiàn)在物理試題中。此類試題綜合性強、立意突出、考查的角度新穎，是考試的難點。但是如果就題論題，此類試題對培養(yǎng)學生解題能力幫助并不大。如下例題是筆者仿照中考模式，以“轉盤式彈簧秤”為載體命制的一道技術產品類試題。

例題 如圖3甲所示是可以測量體重的轉盤式彈簧秤，其內部結構原理簡化后如圖3乙所示。當人站在秤盤上時，會對B點產生壓力，彈簧被拉伸，并帶動銜鐵CD使鋸條狀的金屬片移動，鋸條上的鋸齒再推動齒輪旋轉，齒輪再帶動著指針旋轉（轉盤固定不動），給出最終的讀數(shù)（表盤上的刻度未標出）。已知AB∶BC＝1∶2，鋸條上每個鋸齒間的距離為1 mm，齒輪共有60個齒面（未完全畫出）。

（1）表盤上的刻度值按順時針方向逐漸_______________（填“變大”或“變小”）。

（2）圖3丙表示上述彈簧的伸長長度ΔL與所受拉力F的關系。當某人站在秤盤上測量體重時，指針旋轉了1/3圈，則此人的質量_________（g取10N/kg）。

（3）為了提高該體重計的測量精確性，請?zhí)岢鲆粭l改進建議：______________________________。

教師以此題為例，分析如何應用缺點列舉法，從技術產品的原理剖析入手，提升學生解題能力。試題講解的“三階六步”教學流程如表3所示。

4 結論

本文結合三個課例，通過同課異構和對照實驗（實驗班采用筆者研究的教學流程，

而同一層次的對照班則使用常規(guī)的教學流程），對比課堂觀察、當堂測試以及學生的訪談，筆者發(fā)現(xiàn)在技術產品的教學中，運用基于缺點列舉法的“三階六步”教學流程對教學有明顯的提升效果。

4.1 科學探究能力的提升

基于缺點列舉法的“三階六步”教學流程是一個科學探究的過程。課上的觀察和課后的問答顯示，實驗班學生在對體溫計的進一步探究能力上明顯優(yōu)于對照班學生。學生不僅能夠在課后提出更多可探究的科學問題，

而且對科學知識的理解也更加深刻。

4.2 創(chuàng)新實踐能力的提升

基于STEAM教育理念，實驗班的學生在“滑動變阻器”一課中不僅深刻理解了滑動變阻器結構設計的原理，還結合滑動變阻器的缺點提出創(chuàng)新性的改進建議，從而有效提升了他們的創(chuàng)新和實踐能力，并初步掌握缺點列舉法這種創(chuàng)新發(fā)明的方法。

4.3 學生解題能力的提升

習題的解答間接反映了學生思維表達的過程。在教學流程的實踐中，通過基于原理剖析的習題分析課程引導學生抓住問題的本質。在變式訓練中，實驗班的平均分明顯高于對照班的平均分，達到了精講精練的教學目標。學生通過做一道題，學會如何解決一類題。

參考文獻

［1］王傳友，王國洪.創(chuàng)新思維與創(chuàng)新技法［M］.北京：人民交通出版社，2006：181.

［2］人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發(fā)中心.義務教育教科書 物理 九年級 全一冊［M］.北京：人民教育出版社，2013：68-71.

［3］杭建英，許幫正. 以實踐性任務促進物理觀念的形成——以“自制滑動變阻器”為例［J］. 中學物理，2020，38（10）：7-9．