周亮

(慈溪市慈吉中學(xué) 浙江 寧波 315300)

郭拯

(慈溪市教研室 浙江 寧波 315300)

“創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)”是新課程倡導(dǎo)的一個重要理念．問題是科學(xué)探究的動力和起點．而物理問題情境是具有物理知識和物理思想方法的情境，是發(fā)現(xiàn)和提出物理問題的重要前提．在物理教學(xué)中要善于把內(nèi)容轉(zhuǎn)化為問題情境，把學(xué)生置于運用舊識和方法去研究未知問題的氣氛之中，讓學(xué)生在提出問題、思考問題、解決問題的動態(tài)過程中學(xué)會學(xué)習(xí)．

教學(xué)過程不能脫離學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律而進行，同時也不可能脫離教師的教學(xué)過程設(shè)計而無序展開．教無定法，但無論何種教學(xué)方法都會依托于教學(xué)設(shè)計，如果說新課程教學(xué)的精髓在于探究教學(xué)，那么探究教學(xué)的精髓在于探究設(shè)計，而探究設(shè)計的精髓重在問題情境的構(gòu)建和課堂教學(xué)問題的設(shè)計邏輯．

筆者以市優(yōu)質(zhì)課“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”教學(xué)設(shè)計為例，試圖從科學(xué)方法引領(lǐng)教學(xué)設(shè)計的角度來闡述物理課堂教學(xué)中的問題情境設(shè)計的邏輯基礎(chǔ)，尋找符合科學(xué)方法的問題情境的設(shè)計方向，用科學(xué)方法為問題情境的設(shè)計提供一些前瞻性的指導(dǎo)作用．

1 觀察法設(shè)計新課引入情境

觀察法是指研究者根據(jù)一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法．科學(xué)的觀察具有目的性和計劃性、系統(tǒng)性和可重復(fù)性．新課的引入總以激發(fā)學(xué)生的興趣為目的，在課題引入的設(shè)計中一般可以選擇觀察法來設(shè)計引入的問題情境，并根據(jù)觀察法的要求來設(shè)置觀看目的或者注意要點，而不是純粹的觀看．

圖1 “電磁炮”視頻圖

筆者選擇視聽覺的觀察，播放視頻“電磁炮”(圖1)，美國成功研制成功電磁軌道炮，炮彈以5倍音速前進，以巨大的動能帶來無需彈藥的超級破壞力．結(jié)合影片《變形金剛2》中透露了美國電磁炮的巨大威懾片段．并按照觀察法的要求設(shè)置觀察目的：電磁炮的速度和動力來源．

利用視頻進行聽覺、視覺的觀察后，筆者 “廢物”利用自制了電磁軌道炮模型(圖2)，學(xué)生分小組進行進一步的觀察：觀察儀器的組成，并按要求連線，閉合開關(guān)，觀察“子彈”的狀態(tài)變化，然后概括分析其狀態(tài)變化的原因——力，引出安培的貢獻和安培力的定義．

圖2 電磁軌道炮模型

2 結(jié)合觀察法控制變量法模型法實驗歸納法來設(shè)計實驗探究過程

本節(jié)內(nèi)容的重點是安培力的方向與磁場方向、電流方向的定性關(guān)系．如何讓學(xué)生有效地得到知識，按杜威的做中學(xué)理論，必須放開手腳讓學(xué)生在自我體驗過程中自我比較歸納分析總結(jié)得到知識．在教學(xué)過程中教師往往采用的就是探究教學(xué)的模式．如何進行有效的探究，恰恰是探究的難點所在，而根據(jù)一定的科學(xué)方法可以避免一些無序的、無效的探究．

2.1 觀察與記錄是結(jié)果形成的基礎(chǔ)必須強調(diào)探究中的觀察法要求

在設(shè)計實驗探究的環(huán)節(jié)中，首先要讓學(xué)生明確實驗探究的觀察對象和觀察目的．否則學(xué)生的實驗操作就是一團亂水．結(jié)合“力的三要素”和第2節(jié)的內(nèi)容“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力的大小F=ILB”確定我們觀察的對象，即力的方向、電流方向、磁場方向．觀察是一個有計劃的行為，所以要制定一定的觀察綱要(比如表格)來記錄，而觀察的目的是記錄探究過程中對象的行為或變化，所以必須按照一定的觀察綱要采用一定的觀察記錄方法如筆記、作圖、擺放模型等．筆者在教學(xué)中首先設(shè)計了觀察記錄表格，同時根據(jù)最后結(jié)果(空間立體)而預(yù)采用了模型記錄法(如圖3)．

圖3 用模型法記錄的結(jié)果

2.2 用控制變量進行具體的實驗探究過程

控制變量法是科學(xué)探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實驗研究之中．物理學(xué)中對于多因素(多變量)的問題，常常采用控制因素(變量)的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題．每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決．控制變量法的關(guān)鍵是控制單獨變量，所以在設(shè)計實驗探究的過程中，筆者就分別控制單獨變量B，I的方向，而力F其實是一個非單獨變量，在這里恰恰是我們研究結(jié)果．因為主要研究的不只是大小，還涉及B，I的方向，所以導(dǎo)線長度L與B的夾角也是固定量．在學(xué)生小組探究的過程中進行必要的規(guī)定和指導(dǎo)．

2.3 實驗記錄方法

實驗的操作是記錄的前提，而記錄是探究的結(jié)果，也是后期數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)．所以得到一系列客觀的數(shù)據(jù)記錄，同時還需考慮后期分析的便利．實驗記錄的方法一般采用數(shù)據(jù)記錄、表格記錄、影像記錄，而在本實驗探究中，由于其最后的關(guān)系是三者立體關(guān)系，相對于常用的文字數(shù)據(jù)表格記錄，采用模型擺放記錄對學(xué)生的結(jié)果形成和分析判斷顯然會有更大的作用．所以筆者在具體設(shè)計過程中統(tǒng)一規(guī)定用紅色箭頭的竹簽代表磁場方向，綠色箭頭代表電流方向，黃色箭頭代表力的方向，根據(jù)實驗現(xiàn)象記錄三者的方向，并用帶箭頭竹簽插放在立方體泡沫的某一面上，最終讓學(xué)生得到一個立體空間的三者關(guān)系模型(圖4)．通過控制變量，分別改變電流或者改變磁場方向，做4組不同的實驗，得到4個模型．

圖4 磁場、電流、力的關(guān)系模型

2.4 實驗結(jié)果的比較分析法運用

對實驗結(jié)果的分析是實驗探究的最終目的，也是實驗歸納法的最終結(jié)論，對實驗數(shù)據(jù)或者結(jié)果進行有效分析決定了規(guī)律的有效獲得．實驗數(shù)據(jù)的分析方法一般采用列表法、描跡法、圖形圖像法、統(tǒng)計法、比較分析法、歸納法．本實驗得到的結(jié)果是4種不同情況下F，I和B的三者關(guān)系，筆者在設(shè)計的時候采用比較分析法和歸納法，在觀察、分析的基礎(chǔ)上同中求異或者異中尋同來發(fā)現(xiàn)規(guī)律．實驗所得4種模型，初看是4種不同的情況得到4種不同的擺放結(jié)果，給學(xué)生充分的時間進行觀察、判斷、思考、比較，異中尋同尋找相同的規(guī)律．最后用討論法引導(dǎo)學(xué)生進行小組討論和組間交流，補充歸納得到安培力和電流方向、磁場方向的一個立體空間關(guān)系．

利用科學(xué)方法引領(lǐng)設(shè)計整個探究過程，通過這樣的一個實驗探究、觀察記錄、結(jié)果對比分析、比較歸納的過程，學(xué)生對三者方向之間的立體空間關(guān)系有了一定的感性認識，對知識的獲得起到了很大的前景鋪墊作用，讓學(xué)生在自身的體驗、交流中獲取了知識規(guī)律．

2.5 頭腦風(fēng)暴法固化所得

利用頭腦風(fēng)暴法、聯(lián)想法和等效法固化所得的實驗規(guī)律，比較修正后得到左手定則．引導(dǎo)學(xué)生思考掌握并運用這樣的規(guī)律呢？學(xué)生思考討論后紛紛提出利用墻角、右手(圖5)、左手等10余種與模型相似的方法．充分發(fā)揮學(xué)生的想象力并采用“某某記憶法”來命名，以此鼓勵表揚，激發(fā)學(xué)生的欲望．經(jīng)過這樣一陣思考風(fēng)暴后，最終水到渠成過渡提出一個經(jīng)歷了時間考驗的正確方便的判斷方法——左手定則．

圖5 右手模擬“左手定則”

3 利用模型法觀察法和演繹法設(shè)計構(gòu)建知識運用的問題情境

在設(shè)計知識運用的問題選擇中，應(yīng)明確考察的目的是什么，除了運用知識這一簡單目的之外還應(yīng)涉及哪些科學(xué)方法培養(yǎng)哪些科學(xué)能力，或者運用怎樣的科學(xué)方法便于學(xué)生理解和運用知識來解決實際問題．

(1)設(shè)計科學(xué)探究的過程和模型法來分析解決問題，在設(shè)計中改變書本第92頁演示實驗(如圖6)的方式[1]，以猜測實驗現(xiàn)象—驗證實驗—理論分析這樣的一個一般的科學(xué)探究過程來展開．先讓學(xué)生猜測通以同向電流會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？如果通以反向電流會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？通過實驗現(xiàn)象來驗證學(xué)生的猜測，請學(xué)生說明他猜測的理由，即“為什么”．

圖6 課本演示實驗

圖7 自制模型

在學(xué)生分析電流和電流相互作用的過程中，利用自制的模型(圖7)來加深學(xué)生對電流周圍的磁場空間及左手定則的運用能力的空間分析能力．

(2)運用觀察法設(shè)計魔術(shù)表演方式，把學(xué)生從緊張的學(xué)習(xí)壓力中釋放出來，不是純粹的學(xué)習(xí)練習(xí)，而讓學(xué)生在享受樂趣的過程中自發(fā)地去應(yīng)用所學(xué)知識，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)的能力．魔術(shù)表演“自制器材——旋轉(zhuǎn)的液體[2]”(圖8)．先把磁鐵掩藏，通電后看到液體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，讓學(xué)生用揭秘魔術(shù)的好奇心來運用知識．通過問題一“液體為什么發(fā)生旋轉(zhuǎn)”和問題二“液體旋轉(zhuǎn)的方向是否可以改變增加魔術(shù)的表演樣式”來總結(jié)前面所學(xué)的內(nèi)容，通過問題三“能否改變液體旋轉(zhuǎn)的快慢，來讓魔術(shù)更具視覺沖擊力”來引出安培力的大小．

圖8 旋轉(zhuǎn)的液體

4 知識遷移邏輯推理實驗探究設(shè)計學(xué)生自我學(xué)習(xí)和研究過程

學(xué)生在學(xué)習(xí)第2節(jié)“磁感應(yīng)強度”時已基本掌握安培力的大小因素及兩個特殊情況，本節(jié)內(nèi)容側(cè)重點為當磁場和通電導(dǎo)線有某個角度的時候(圖9)，安培力的大小該如何確定．筆者用類比法啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從功的學(xué)習(xí)過程類比學(xué)習(xí)，找到分解磁場這一矢量的方法，讓學(xué)生進行一次自我知識的推演過程，得出F=ILBsina這一結(jié)論．

圖9

跳出“題目+題目”的作業(yè)布置模式，模擬科學(xué)探究的過程，筆者設(shè)計為小課題研究．

(1)關(guān)于電磁炮在軍事及生活中應(yīng)用的可行性研究．設(shè)計上前呼后應(yīng)，同時又培養(yǎng)學(xué)生的資料收集和分析能力．

(2)制作一個電控“會跳的彈簧”[2]，如圖10所示，源于教材練習(xí)，但實驗制作并非想象中的簡單，目的就是讓學(xué)生去實際操作，分析失敗的原因，進行創(chuàng)新改進制作，達到學(xué)以致用．

圖10 會跳的彈簧

布魯納認為“學(xué)習(xí)者在一定的問題情境中，經(jīng)歷對學(xué)習(xí)材料的親身體驗和發(fā)展過程，才是學(xué)習(xí)者最有價值的東西．”新一輪課改必然要求我們有全新的課堂，課堂正如產(chǎn)品，一個好的設(shè)計才會有一個好的產(chǎn)品，一個好的產(chǎn)品才能讓學(xué)生在愉快的探究思考中學(xué)習(xí)，在不斷地動手參與、不斷地發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程中得到思維的鍛煉和科學(xué)知識的習(xí)得科學(xué)方法的培養(yǎng)，最終形成終身學(xué)習(xí)的能力．

課堂設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展是教學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的前提，課堂設(shè)計的依據(jù)、原則、方法有很多，當我們在混沌的規(guī)則中摸索的時候，科學(xué)方法的引領(lǐng)恰如一盞明燈，指引我們站在高處來思考、設(shè)計和構(gòu)建教學(xué)過程，為問題情境的設(shè)計和教學(xué)情境的構(gòu)建找到一個入口．

參考文獻

1 普通高中課程標準實驗教科書物理·選修3-1.北京：人民教育出版社，2011.92

2 周亮.洛倫茲力宏觀演示儀的制作.中學(xué)物理,2011(3)：25～26

3 普通高中課程標準實驗教科書物理·選修3-1.北京：人民教育出版社，2011.94