張錫群

(江蘇省南通市海門區(qū)海南中學，江蘇 南通 226100)

促進學習真正發(fā)生的物理教學旨在將“學會學習”與“學會教學”結合起來，在追尋物理教學過程合目的性和合規(guī)律性的基礎上，創(chuàng)設物理觀念賴以形成的科學探究和科學思維過程，促進學生在物理觀念的應用與反思中自然養(yǎng)成科學態(tài)度與責任，提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。本文以蘇科版“變阻器”的教學為例，從課題引入、“鉛筆芯”實驗、變阻器建構和使用等教學環(huán)節(jié)，探討促進學生學習真正發(fā)生的教學策略。

1 任務驅(qū)動，問題引領

調(diào)光燈是蘇科版教材“變阻器”一節(jié)的主線，“變阻器”要解決的是連續(xù)改變燈泡亮度的問題。在課題引入時，運用調(diào)光燈創(chuàng)設情景，通過問題引導學生提出猜想：調(diào)光燈亮度變化的原因是什么？是變阻器改變了電路中的電流嗎？現(xiàn)代調(diào)光燈的內(nèi)部電路較為復雜，其基本原理是通過改變電路的導通和斷路時間比來改變有效電壓，從而改變電路中的電流。學生通過“電阻”的學習只有改變燈泡亮度的兩條經(jīng)驗，即改變電源的電壓和改變電路中的電阻，而沒有“亮度連續(xù)變化”原因猜想的經(jīng)驗基礎。

“變阻器”課題引入的關鍵在于“連續(xù)”二字，是學習得以真正發(fā)生的立足點，因此讓學生嘗試解決亮度的“連續(xù)”變化問題就成為課題引入的關鍵。課題引入的教學流程如圖1所示，首先展示生活中的調(diào)光燈并改變亮度，學生在觀察的基礎上利用身邊的器材模擬調(diào)光現(xiàn)象，由于在“電阻”的學習中他們知道改變燈泡亮度的兩種辦法，改變電池的數(shù)目無法連續(xù)改變亮度，那么只有改變電路中的電阻，教師追問：改變影響電阻的哪一個因素才能連續(xù)改變燈泡的亮度呢？學生容易猜想出改變電阻長度能實現(xiàn)這一目標。

圖1

課題引入抓住燈泡亮度“連續(xù)”變化這一核心，學生在任務驅(qū)動下動手做，發(fā)現(xiàn)改變電池的節(jié)數(shù)無法實現(xiàn)，進而提出改變電路中的電阻。在選擇改變影響電阻大小的哪一個因素方面，仍然抓住亮度“連續(xù)”變化的任務目標，從而讓學生自主認識到要改變電阻的長度。

2 自主實驗，巧隱關鍵

蘇科版教材中“鉛筆芯”實驗旨在讓學生檢驗改變接入電路的鉛筆芯長度是否可以連續(xù)改變電流。教材“議一議”如圖2所示，其編寫意圖是從操作到現(xiàn)象，再由現(xiàn)象溯及原因，其中“接入電路中的鉛筆芯長度”是直接提供給學生，還是讓學生在現(xiàn)象觀察基礎上通過反思、實驗操作而獲得？在含滑動變阻器的電路分析中，判斷變阻器接入電路部分電阻絲的長度是關鍵，因此在“議一議”環(huán)節(jié)，我們認為需要隱藏“接入電路中的鉛筆芯長度”，讓學生通過反思去發(fā)現(xiàn)。

圖2

筆者設計了“鉛筆芯”實驗數(shù)據(jù)記錄表1，隱藏了“接入電路中的鉛筆芯長度”，移動M端是實驗操作，電流表的示數(shù)和燈的亮度是實驗現(xiàn)象，電路中的電阻變化是根據(jù)現(xiàn)象進行邏輯推理的結果。

表1

“鉛筆芯”的教學流程如圖3所示，實驗本身并不難做，學生能夠觀察到小燈泡亮度的連續(xù)變化，關鍵在于引導學生分析原因，反思電阻改變的操作。

圖3

在反思環(huán)節(jié)，要讓學生從基于實驗操作和現(xiàn)象，意識到“接入電路中電阻的長度發(fā)生變化”導致了小燈泡亮度發(fā)生變化，課堂教學結構如圖4所示。

在該教學結構中，(1)問是探查學生關于電阻變化的推斷理由，學生根據(jù)習得的電阻相關知識可以作出回答；(2)、(3)和(4)問層層遞進，讓學生建立實驗操作與電阻變化之間的關系，從改變電阻到改變鉛筆芯的長度，再到改變鉛筆芯長度的方式；(5)問讓學生既自主建構了接入電阻的概念，又能理解接入電阻是哪個部分，為探究變阻器的工作原理奠定基礎。

圖4

“鉛筆芯”實驗緊密圍繞“接入電路中的鉛筆芯長度”，在實驗設計時引導學生思考鉛筆芯與小燈泡的連接方式、鉛筆芯長度的改變方式，在此基礎上學生自主進行實驗。改進后的實驗記錄表呈現(xiàn)了實驗現(xiàn)象的記錄和反思，學生能夠從“電阻”的學習中推理出燈泡亮暗和電阻大小的關系。在討論環(huán)節(jié)，利用問題串，讓現(xiàn)象、推理和實驗操作有效銜接，使學生認識到：接入電路中的鉛筆芯長度的變化引起了電阻變化，從而引起小燈泡的亮度發(fā)生變化。

3 改進“毛胚”，質(zhì)疑創(chuàng)新

蘇科版教材在“鉛筆芯”實驗的基礎上直接指出：科技人員根據(jù)其原理發(fā)明了滑動變阻器，如果我們的教學也如此實施，那么就忽略了這發(fā)明過程所體現(xiàn)的培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的教育價值?！般U筆芯”是變阻器的“毛胚”，引導學生對“毛胚”進行評價與反思，促進其認識不斷深化，從而建構滑動變阻器的結構。

為了激發(fā)學生學習的內(nèi)在動機，提升學生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，筆者在教學過程中充分利用“鉛筆芯”實驗情境，引導學生從該實驗的評價入手，自主發(fā)現(xiàn)并解決問題，在不斷改進的過程中優(yōu)化并完善，從而理解滑動變阻器的構造。

在滑動變阻器結構的教學中所設置的主問題和子問題集如圖5所示，在教學過程中凸顯學生的主體地位，滲透STEM教育理念，首先教師提出主問題，學生基于“鉛筆芯”實驗情境，在反思鉛筆芯的缺陷過程中產(chǎn)生“無法大范圍改變燈泡亮度”的認識，從而形成諸如“易斷”“占空間”和選擇不同導電性能材料等一系列問題，在嘗試解決的過程中不斷改進、優(yōu)化變阻器的“毛胚”，在深刻理解變阻器構造的基礎上畫出結構示意圖。

圖5

4 數(shù)據(jù)分類，歸納逆推

在“學習使用滑動變阻器”環(huán)節(jié)，以下問題值得我們探討：(1) 滑動變阻器的電路符號是在觀察其結構時給出，還是在學生掌握其變阻原理的基礎上給出？(2) 在實驗驗證中僅將實驗數(shù)據(jù)與理論探究的結果進行比對，是否弱化了基于實驗數(shù)據(jù)的分析與論證能力的培養(yǎng)？學生若先知道滑動變阻器的電路符號，后繼的探究就沒有意義，只要根據(jù)符號就能推理出其工作原理、正確的連接方式。在實驗探究中概括、總結出原理，進而探索其功能，這種學習方式符合初中生的認知特點。學生實驗不僅在于操作，還有對數(shù)據(jù)的分析與論證，可促進學生科學思維能力的發(fā)展。

筆者采用“實驗探究”的教學方法，其教學流程如圖6所示。學生在觀察滑動變阻器的基礎上了解到它有4個接線柱，從而提出問題：可能有幾種接法？滑動變阻器與小燈泡是串聯(lián)，還是并聯(lián)？每種接法是否都能改變電路中的電流？學生根據(jù)教材圖14-7連接電路，在實驗過程中將觀察到的現(xiàn)象記錄在教材對應的表格中。

圖6

對實驗數(shù)據(jù)的處理不僅是掌握滑動變阻器正確用法的關鍵，還可以培養(yǎng)學生的證據(jù)意識和論證能力，能夠有效提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。在學生收集好實驗數(shù)據(jù)并比對各組數(shù)據(jù)后，筆者利用問題串，引導學生對使用滑動變阻器的數(shù)據(jù)進行分析與反思(圖7)。

圖7

在“學習使用滑動變阻器”的實驗中緊抓“用”，學生在“用”的過程中收集、分類、歸納、分析數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中逆推“用”的操作規(guī)程，在此過程中學生的科學思維能力能得到很好的錘煉，不僅能發(fā)現(xiàn)下接線柱與滑片之間電阻絲的電阻是有效接入電阻，還能分析在滑動變阻器中的電流流向，自主建立建構滑動變阻器的電路符號，提出保障電路安全的操作注意事項。

5 結語

物理觀念在物理教學中最容易體現(xiàn)，隱匿在物理觀念背后的科學探究和科學思維是物理觀念賴以形成的基礎與條件，富含物理觀念應用的策略與方法，是學生學習得以真正發(fā)生的關鍵。在“變阻器”教學中，筆者緊抓科學探究和科學思維，在反思中建構物理觀念，學會滑動變阻器的使用方法。 經(jīng)由“變阻器”的教學，筆者意識到要讓物理學習真正發(fā)生，必須從學生學習的視角建構教學序列，讓學生成為建構、應用物理觀念的主體；必須深刻領會教材編寫的意圖，抓住教材的核心和關鍵；必須從物理學科核心素養(yǎng)的視角解構教材序列，學會隱藏關鍵點，為建構教學序列服務。