謝忠良

(浙江金華第一中學(xué) 浙江 金華 321015)

高中生在知識(shí)接納過(guò)程中存在顯著的特點(diǎn)，教師在物理教學(xué)活動(dòng)中，要努力貫徹吳加澍老師提出的“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以思維為中心，以過(guò)程為主線，以變式為手段”的優(yōu)化物理教學(xué)的策略，通過(guò)提供直觀的物理素材，構(gòu)建“實(shí)驗(yàn)·啟思·引探”的教學(xué)模式．筆者在教學(xué)過(guò)程中對(duì)于提供直觀物理素材，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)做了許多嘗試，取得了滿意的教學(xué)效果．這里展示“閉合電路歐姆定律”的幾個(gè)教學(xué)片段，通過(guò)提供直觀的物理素材，力求學(xué)生對(duì)閉合電路的歐姆定律這一核心概念和規(guī)律有較為全面的認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等能力，從而提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)．

1 視覺(jué)素材沖擊啟思

【片段1】演示一：分別用1節(jié)干電池和2節(jié)干電池作為電源，給小燈泡供電．閉合開(kāi)關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生觀察小燈泡的亮度變化情況——2節(jié)干電池增加了電動(dòng)勢(shì)，更亮——符合前概念的認(rèn)知．

演示二：10節(jié)干電池作為電源．先讓學(xué)生猜想會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，再閉合開(kāi)關(guān)，讓學(xué)生觀察小燈泡的亮度情況．——拿出電源時(shí)，已經(jīng)給學(xué)生一定的視覺(jué)沖擊，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生異口同聲判斷“哇，要爆掉”．實(shí)際發(fā)現(xiàn)非常暗．——引發(fā)認(rèn)知沖突，啟發(fā)思考．

用DIS電壓傳感器測(cè)10 節(jié)干電池不接電路時(shí)兩端的電壓：13.55 V；小燈泡連接時(shí)兩端的電壓：0.02 V——進(jìn)一步引發(fā)認(rèn)知沖突，啟發(fā)思考——電源兩端的電壓是變的．那么這13.53 V哪里去了？——內(nèi)電阻分走了電壓，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)．

【片段2】演示三：課堂最后，回到課始實(shí)驗(yàn)．

師：為什么這么多電池給小燈泡供電，小燈泡反而更暗了？

生：內(nèi)阻太大了．

師：實(shí)際上隨著干電池的使用，內(nèi)阻會(huì)變大，10節(jié)干電池中有9節(jié)新電池，1節(jié)舊電池．現(xiàn)在我把這節(jié)舊電池拿掉，再來(lái)給小燈泡供電．——小燈泡一閃，立即燒毀．學(xué)生又“哇”了一下．

師：所以這么多電池大部分都在為這節(jié)舊電池供電，因此日常生活中，新舊干電池不能混用．

感受：兩次“哇”有力地說(shuō)明了視覺(jué)素材造成的沖擊，可以吸引學(xué)生的關(guān)注度，啟發(fā)思考．課題引入時(shí)通過(guò)視覺(jué)素材設(shè)下“陷阱”拋出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)以往知識(shí)的判斷與實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象截然相反，認(rèn)知沖突強(qiáng)烈激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探究欲，不僅直觀地感受到了“電源兩端的電壓是變的”這一學(xué)考知識(shí)目標(biāo)，而且使學(xué)生很快進(jìn)入到新課學(xué)習(xí)的狀態(tài)．課堂最后實(shí)驗(yàn)揭秘，首尾呼應(yīng)，達(dá)到“課堂盡，思未了”的境界．不僅強(qiáng)化了內(nèi)阻會(huì)分走電動(dòng)勢(shì)這一知識(shí)目標(biāo)，而且強(qiáng)調(diào)了新舊電池不能混用這一生活經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．

2 科技素材助力演示

【片段3】將化學(xué)電池作為電源與滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)一起串聯(lián)構(gòu)成閉合電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)用DIS電壓傳感器測(cè)量出電路的內(nèi)電壓與外電壓，探究?jī)?nèi)、外電壓之間的關(guān)系．將DIS電壓傳感器1接在滑動(dòng)變阻器兩端，測(cè)量外電路電壓，即外電壓；將金屬探針置入化學(xué)電池兩極附近，用電壓傳感器2測(cè)量?jī)?nèi)電壓，如圖1所示.計(jì)算表格如表1所示．

圖1 用DIS電壓傳感器測(cè)量出電路的內(nèi)電壓與外電壓

計(jì)算表格U1U2U1+U211.210.822.0321.680.382.0631.780.282.0641.850.222.0751.910.162.0761.950.122.0771.970.112.08

感受：傳統(tǒng)測(cè)電壓都用電壓表讀數(shù)，讀數(shù)誤差較大，在比較緊湊的課堂中，還比較耗時(shí)．本演示實(shí)驗(yàn)采用DIS傳感器，科技素材助力演示實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)直觀，能很快得到“在誤差允許范圍內(nèi)，U內(nèi)+U外=定值”這一階段性教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到很好的課堂教學(xué)效果．

值得一提的是，教師還故意在最后留下課后思考題：請(qǐng)用閉合電路歐姆定律解釋表中定值數(shù)據(jù)(電動(dòng)勢(shì))稍有增大的原因．——由于兩探針并沒(méi)有完全靠到兩電極，使得兩極附近的一部分內(nèi)阻分得的內(nèi)電壓并沒(méi)有測(cè)量進(jìn)去．隨著外電阻變大，電流減小，這部分內(nèi)阻分得的電壓越小，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)外電壓之和越接近電動(dòng)勢(shì)．教師并沒(méi)有故意打亂數(shù)據(jù)，而是完全尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，開(kāi)啟了學(xué)生課外探究的腦洞，體現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)科素養(yǎng)和科學(xué)精神[1]．

3 傳統(tǒng)素材合作探究

【片段4】如圖2所示，學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)：用1 節(jié)1 號(hào)干電池作為電源，連成閉合電路．閉合開(kāi)關(guān)，觀察兩表示數(shù)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，觀察滑動(dòng)變阻器電阻的變化以及電流表和電壓表的讀數(shù)變化．通過(guò)合作探究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻減小時(shí)，電流表的讀數(shù)變大，電壓表的讀數(shù)變??；當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻增大時(shí)，電流表的讀數(shù)變小，電壓表的讀數(shù)變大．

圖2 探究實(shí)驗(yàn)電路

感受：路端電壓和負(fù)載的關(guān)系是本節(jié)課運(yùn)用的重點(diǎn)，如果對(duì)全電路的直觀認(rèn)識(shí)不足，頭腦中的物理情境傾向于分離的靜態(tài)畫面，對(duì)動(dòng)態(tài)電路分析容易只憑局部了解就草率得出結(jié)論．本教學(xué)片斷學(xué)生先通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)得到直觀認(rèn)識(shí)，教師在學(xué)生操作過(guò)程中不時(shí)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行觀察、操作、猜想、驗(yàn)證、推理與交流等學(xué)習(xí)活動(dòng)，再利用理論解釋．一方面在規(guī)律應(yīng)用的過(guò)程中再次讓學(xué)生感受電路中由局部變化引起整體變化的原因，體會(huì)牽一發(fā)而動(dòng)全身和變化中尋求不變的守恒思想，讓學(xué)生感悟到物理學(xué)研究的基本思維方法；更為重要的是，使學(xué)生由被動(dòng)接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探究式學(xué)習(xí)，為學(xué)生徹底厘清規(guī)律的來(lái)龍去脈，從而在獲取知識(shí)的過(guò)程中形成清晰的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為科學(xué)方法的遷移奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)．

合作探究實(shí)驗(yàn)一般以傳統(tǒng)素材為主，通過(guò)此類素材學(xué)生可以獲得感性的直觀認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、利用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)象的能力和交流合作能力，并使學(xué)生從中體會(huì)到成功的樂(lè)趣．

4 生活素材回歸本源

【片段5】如圖3所示，用香煙錫紙按兩邊寬中間窄剪成長(zhǎng)條狀后，接到電池的正負(fù)級(jí)，錫紙中間從最窄處瞬間燃燒，并將紙巾引燃．

圖3 錫紙實(shí)驗(yàn)

感受：這是一組生活素材——驢友野外取火的一種方法.錫紙中間部分較窄，電阻較大，在一樣電流下，電阻大的地方發(fā)熱會(huì)更加顯著．課堂上現(xiàn)場(chǎng)展示該素材是在讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)討論兩種較為特殊的情況(短路及斷路)下進(jìn)行的．如果只是口頭敘述，就顯得比較單調(diào)，難以形成直觀感受．教師通過(guò)教學(xué)后，再展示該生活素材，通過(guò)這種方式，有效地拓展了知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用的能力，達(dá)到了提升學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)高度．讓學(xué)生明確如果發(fā)生短路現(xiàn)象，常會(huì)導(dǎo)致電源被燒壞甚至引起火災(zāi)，因而為了避免這一問(wèn)題，可以安裝保險(xiǎn)絲等．此種取火方式也存在一定的安全隱患，在取火過(guò)程中，電池放熱可能會(huì)引起燙傷，也可能會(huì)發(fā)生電池爆炸事故，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程比較危險(xiǎn)切勿模仿．同時(shí)提醒大家，平時(shí)不要將電池和能導(dǎo)電的物品放在一起，比如說(shuō)電池不要放在硬幣堆里等，以免成“點(diǎn)火利器”．

【片段6】課本上“說(shuō)一說(shuō)”欄目提供生活素材：“傍晚用電多的時(shí)候，燈光發(fā)暗，而當(dāng)夜深人靜時(shí)，燈光特別明亮．又如，在插上電爐、電暖氣等大功率的電器時(shí)，燈光會(huì)發(fā)暗，拔掉后燈光馬上又亮起來(lái)．在一些供電質(zhì)量不太好的地區(qū)尤其是這樣．試著解釋這種現(xiàn)象．” 在回答這個(gè)問(wèn)題之前，先提供直觀的可視生活素材驗(yàn)證這一現(xiàn)象的存在，如圖4所示，圖中3個(gè)燈泡完全相同，逐個(gè)閉合開(kāi)關(guān)1，2，3，觀察燈泡1，發(fā)現(xiàn)其逐漸變暗；再逐個(gè)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)3，2，觀察燈泡1，發(fā)現(xiàn)其逐漸變亮．

圖4 實(shí)驗(yàn)電路板

感受：“說(shuō)一說(shuō)”欄目的內(nèi)容，取材于生活素材，對(duì)于鍛煉學(xué)生分析實(shí)際問(wèn)題的能力，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)等方面的核心素養(yǎng)十分有益．教師在分析此問(wèn)題之前，先提供可見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，借此啟發(fā)學(xué)生思考：隨著開(kāi)關(guān)的閉合，外電阻減小，導(dǎo)致干路電流增大，由U=E-Ir，得路端電壓減小，即燈泡兩端的實(shí)際電壓減小，故燈泡變暗了，反之，燈泡變亮．“說(shuō)一說(shuō)”所述問(wèn)題也得到了解決．

物理來(lái)源于生活，能夠解決生活中的問(wèn)題才是物理的本源和初衷．生活素材是教學(xué)中活的源泉，一方面其可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面可以體現(xiàn)教學(xué)的生活化和實(shí)際應(yīng)用化．通過(guò)提供生活的素材，不僅再次糾正了學(xué)生初中既有的電源兩端電壓是不變的這一固定思維，解決了認(rèn)知沖突，突破了錯(cuò)誤前概念；同時(shí)提高了學(xué)生運(yùn)用閉合回路的歐姆定律分析解決問(wèn)題的能力[2]．

5 意義與體會(huì)

5.1 課后反思

圖5 以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以思維為中心，以過(guò)程為主線，以變式為手段

本課以圖5為結(jié)構(gòu)，層層推進(jìn)，讓學(xué)生從部分電路的認(rèn)知上升到全電路規(guī)律的掌握，從靜態(tài)電路的計(jì)算提高到對(duì)含電源電路的動(dòng)態(tài)分析及推演．通過(guò)直觀素材的輔助展示，學(xué)生不僅對(duì)閉合電路的歐姆定律這一物理核心概念有了較為全面的認(rèn)識(shí)，能應(yīng)用物質(zhì)觀、能量觀等物理知識(shí)和方法解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，而且在此過(guò)程中形成了科學(xué)思維，感受到科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的探索精神，獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和善于反思的創(chuàng)新精神，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)起到了很好的促進(jìn)作用．

5.2 提供直觀素材助力物理教學(xué)

(1)清晰展現(xiàn)現(xiàn)象規(guī)律，有利于認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立

提供直觀素材可以把物理的現(xiàn)象、物理的規(guī)律清晰地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，使得學(xué)生“眼見(jiàn)為實(shí)”．把復(fù)雜枯燥的知識(shí)變得直觀易懂，而且能夠成功吸引學(xué)生的研究注意力，激發(fā)探究熱情．進(jìn)而一步步地建立起符合學(xué)習(xí)規(guī)律的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．

(2)集中突破重點(diǎn)難點(diǎn)，有利于高效課堂的打造

傳統(tǒng)課堂的物理重難點(diǎn)突破依賴于小專題、大練習(xí)，反復(fù)練，練強(qiáng)化．這種方式對(duì)于經(jīng)驗(yàn)型的傳統(tǒng)考題有效，對(duì)于創(chuàng)新性的高考題收效甚微，因?yàn)閷W(xué)生本質(zhì)上沒(méi)有突破，是一種被動(dòng)突破．提供直觀素材可以把知識(shí)點(diǎn)的“微單元”直觀突破，再進(jìn)行“模塊化”創(chuàng)建，從而提高課堂的教學(xué)效率．

(3)促進(jìn)遷移科學(xué)方法，有利于學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)

學(xué)生在面對(duì)直觀素材時(shí)，不斷思考、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新，“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”般將科學(xué)的精神和思想方法等學(xué)科素養(yǎng)深入到學(xué)生的骨髓．當(dāng)他在今后面對(duì)新的問(wèn)題時(shí)，思想內(nèi)的科學(xué)方法又能夠遷移出來(lái)，幫助解決新的問(wèn)題．這正是物理教學(xué)想要達(dá)到的初衷．