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在物理实验中创设问题情境的价值探讨
许红英
    一、竭力提升学生思维的水平
    在课堂教学中,如果教师能设法使学生理解所学内容的认知要求、社会要求和情感要求,其学习效果就会大大提高。教师要善于引导学生在完成学习任务的过程中不断地提出与学习任务间存在某种必然联系的假设,让学生进行选择、利用和强调,使学生在解决问题的过程中,在思维方式上渐入佳境、走向成熟。
    例如,在“光电效应”的教学中,做好光电效应演示实验是关键。用紫外线照射锌板,锌板由于飞出电子带正电,在其附近形成的电场将把电子吸附回去,锌板电子逸出和返回这对矛盾着的运动很快达到动态平衡,从而很难使验电器指针明显地张开。为了使学生亲眼看到光电效应现象,使其思维活动随着教学内容的深入而拉开,笔者设计了如下的教学片段。
    1.将一块用细砂纸擦亮的约12 cm×15 cm大小的锌板直接扣在指针验电器的金属小球上,如图1所示。
    2.使锌板带上负电荷(验电器指针张开)。
    3.用“220V 8W”的紫外灯照射锌板,结果验电器指针逐渐闭合后又张开。
    4.为什么会发生这种现象?
    5.提出光电效应的概念。
    6.光电效应现象的产生是否需要满足一定的条件?
    7.用功率很大的红外灯照射锌板,结果没有产生光电效应现象。
    8.是不是只要用紫外线灯照射金属时就会产生光电效应现象?
    9.将锌板换成铜板,用紫外灯照射时未发生光电效应现象。
    10.引导学生对上述信息进行综合分析,得出相应的结论。
    在这个教学方案的设计中,抓住物理过程发生、发展和变化的过程设置教学环节,整个教学过程环环相连、丝丝入扣、一气呵成,学生的注意力高度集中,在紧张的思考过程中,科学思维方法得到了有效地训练。
    二、积极引导学生思维的方向
    物理实验离不开理性思维的引导与支持。在物理教学中,要坚持物理实验与思维同步进行并使之交互感应的原则,使实验观察活动真正为思维活动提供丰富的感性素材,也使理性思维为实验研究提供良好地导向作用,从而使课堂活动内容丰富、气氛和谐,也更有情趣,并将学生的思维水平推向更高的层次。
    例如,在“自感现象”一节,从电磁感应内容的知识结构来看,既是前面所学主干内容的扩展,也是楞次定律的一个具体的应用。如果单从知识方面看,不存在什么障碍,但对学生来说,由于缺乏生活经验的支撑,往往感到难以把握。因此,为了有效地帮助学生进行知识建构,降低学习的难度,笔者设计了如下教学方案。
    1.引入课题:(先出示如下页图2所示的实验装置,其中、是两个相同规格的小灯泡)将S闭合后,调节滑线变阻器R,使两灯亮度相同。问:断开电键S,当再次合上电键S时,会出现什么现象?
    2.学生思考:要求学生先独立思考,而后以四人小组为单位展开讨论。
    3.实验展示:(在学生经过认真地思考与讨论,并得出初步结论的基础上进行实验)小灯泡立即正常发光,而小灯泡却慢慢地亮起来,直至正常发光。
    4.现象描述:要求学生陈述实验现象。
    5.建立概念:引导学生建立自感现象的概念,分析产生自感现象的原因。
    6.实验变式:(先让学生思考)把电路中的线圈换成匝数少得多的线圈后,重复上述操作过程,会出现什么现象?多数学生还是认为:小灯泡将立即正常发光,小灯泡慢慢达到正常发光。少数学生考虑到老师提出这样的问题肯定事出有因,但又不知其所以然,因而选择沉默。那么,到底会出现什么现象呢?进行实验后,发现根本没有出现延迟发光的现象。
    7.深入研究:这是怎么回事呢?是否根本就没有产生自感现象呢?引导学生进行分析讨论后,学生们统一了认识:这种情况下,也会产生自感现象。只是由于线圈的自感系数L太小,回路内产生的自感电动势太小,对通过小灯泡的电流的阻碍作用不明显,因而也就不能看到明显的实验现象。真是这样的吗?
    8.实验揭秘:将小灯泡、分别换上电流传感器后进行演示。结果物理本质一览无遗。
    9.知识迁移:(组织学生通过自主、探究与合作学习)用类似的方式分析断电自感现象。
    10.拓展应用:通过分析日光灯电路、精密电阻可采用双线并绕清除自感现象的事实,达到拓宽与巩固知识信息的目的。
    在这个教学方案的设计中,注重了知识的建构,并通过有意识地设置物理情境引发学生的认知冲突,让学生在不断地矛盾与斗争中,增强问题意识,提高分析问题与解决问题的能力。
    三、刻意营造互动的氛围
    新课程倡导自主、探究和合作学习的教学理念。自主学习强调培养学生主动、独立地获取知识的能力,为学生自主发展和适应社会奠定基础;探究学习强调培养学生探究未知世界的能力,为学生能够创造出更多的新的思维产品积蓄力量;合作学习则强调协作与分享的精神,为学生在社会性群体中的适应和发展作准备。
    自主学习、合作学习和探究学习反映了三种不同的价值取向,教学中,要充分利用这三种学习方法的优势。可以首先鼓励学生对学习内容进行自主学习;如果自主学习过程中产生疑问,就鼓励个体开展探究性学习;如果个体研究还不足以解决问题,再引导学生开展小组或集体合作的探究学习,直至问题的解决,从而更好地促进学生的发展。
    我们要根据教学内容和学生的实际情况设计教学方案,有效地调控学生的学习行为。在合作学习中,可以通过先让学习小组内各成员间相互质疑,并通过采取或小组、或个人、或竞赛、或强化、或辩论、或演示、或r作等丰富多彩的释疑方式,达到合作达标的目的。
    例如,“电磁振荡”一节,既是“电磁波”一章的核心内容,又是教学的重点和难点。学生对振荡电流的产生普遍感到难以想象,加之振荡电路内与电流相关的磁场、磁场能及与电荷相关的电容器两板间的电压、电场和电场能等物理量在不断地变化与转换,许多学生都有一种如坠雾里的感觉。因此,教师在授课中,既要适时地通过实验、动画等手段给学生提供表象,也要对这些物理量进行归类,并抓住能量转化这条主线,帮助学生把所学的新知识与已有的知识联系起来,为学生顺利突破难点、把握问题的关键环节奠定基础。为此,笔者设计了如下的教学方案。
    1.引入课题:我们从麦克斯韦电磁理论知道,非均匀变化的电场或非均匀变化的磁场会产生电磁波。那么,非均匀变化的电场与非均匀变化的磁场又是怎样产生的呢?
    2.学生思考一:(先用投影展示人教版新课标选修3-4教材P78页的图14.3-1,但将电路图中的线圈L换成电阻R)先把电键S扳向1,稍后,再扳向2后,会发生什么现象?
    3.学生思考二:把电路中的电阻R换成自感系数L较大的线圈后,重复上述操作,又会产生什么现象?
    4.学生实验:(在学生充分思考与讨论的基础上)组织学生进行分组实验,教师巡回指导。
    5.现象描述:(让学生描述实验现象)电流计指针来回摆动,但摆动幅度不断减小,且只摆动几下就停止了。
    6.现象解释:请你解释产生这种现象的原因。
    7.学生思考三:你能用图像来描述电路中电流的变化规律吗?
    8.学生思考四:你能设法使电流计指针等幅地摆动起来吗?
    9.集体讨论:你认为电路中的电流随时间变化的关系是怎样的?如何进行验证?(让学生画出图像,提出检验的方案)
    10.实验验证:(在学生充分思考与讨论,提出实际检验方案的基础上)用传感器或示波器进行实验,如图3所示。
    这样的教学活动,探究任务明确,课堂活动安排合理,使反映教材内容的“知识序”、反映教学要求的“教学序”和反映学生思维特点的“认知序”三序合一,从而有效地完善了学生的认知过程,促进了“三维教学目标”的达成。
    四、精心打造合作学习的环境
    问题解决是认知的核心,教师教学水平的高低主要表现在引导学生解决问题过程中提取蕴含知识的能力上。着名心理学家和教育家皮亚杰认为知识既不是来自主体,也并非来自客体,而是在主体与客体之间相互作用的过程中构建起来的。一方面,新经验要获得意义需要以原来的经验为基础;另一方面,新经验的进入又会使原有的经验发生一定的改变,使它得到丰富、调整或改造,这是双向建构的过程。这就要求教师针对具体的教学内容设计出具有思考价值和实际意义的问题,引导学生个体与群体去思考、去尝试解决问题,在这一过程中,促进学生对问题的解决。
    例如,“变压器”的内容,既是电磁感应内容的延伸也是交变电流的重点。对理想变压器工作原理及电压公式、电流公式的适用条件,学生往往难以把握。为此,在“变压器”的教学中,既要通过有效的实验设计帮助学生建立表象,又要引导学生建构通过联系的观点有序地运用电路、电磁感应及能的转化与守恒等知识解决问题的思路。为此,笔者通过如图4所示的教学结构展开教学过程。显然,要突破教学难点,顺利完成教学任务的关键是要把握好探究的环节:1.原、副线圈中的磁通量间有何关系(见图5);2.原、副线圈两端的电压间存在什么关系。
    为此,在积极创设问题情境的原则下,在突破关键环节的教学中,笔者设计了如下教学方案。
    1.引入课题:原线圈接交流电源,副线圈中放上拾电圈,小灯亮。
    2.试电笔接触铁芯,不亮。用手触摸铁芯,安全。
    3.铝环放入原线圈,铝环腾空而起。
    4.闭合铁芯,放于副线圈中的拾电圈上的灯更亮。
    5.现象描述:让学生描述实验现象。
    6.现象解释:请你解释产生这种现象的原因。
    7.提出问题:变压器原、副线圈中的电压间存在着什么关系呢?(让学生思考,可进行适当的引导。)
    8.演示实验:原线圈接交流电源,把线圈A、B、C中的导线圈依次分别一圈圈地放入铁芯中,分别记下放入铁芯的线圈的匝数n,读出电压表中相应的示数U(让学生设计表格进行记录)。
    9.原理分析:分析实验数据,得出有关结论。
    10.学生思考:铁芯有什么作用?(组织学生进行思考并分组讨论后,进行实验展示。)
    ……
    这样的教学,增强了教学直观性和互动性,降低了思维的坡度,也提高了学生分析问题和解决问题的能力。这也是新课程所倡导的重视过程与方法教学的具体体现,对学生问题意识的形成也会产生深远的影响。
    知识不是线性的,学生的学习过程也不是线性的。学习没有统一的标准,也没有尽头,在知识不断增长的过程中,每个观点、每个结果都只能是一个暂态函数。在课堂教学中,不管采用什么方法,教学质量和教学效益总是第一位的。如果教学改革是以牺牲学生的升学为代价,那这样的教学改革是注定要失败的。只有把握好教学规律,使课堂教学的内容、深度和节奏符合课标的要求,也适合学生的实际情况时,才能产生教学的效益。
    教学就是要让每个学生成为他自己,变成他自己。教学的根本目的,不仅在于帮助学生获得知识,更是为了培养学生的创新意识、创新精神和实践能力。这才是每个教师应该担当的责任。我们要以主人翁的姿态投身到教学工作中去,通过我们创造性的工作,去带动、感染和培养学生的创新意识、创新精神和创新能力.