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        優(yōu)化探究式教學(xué) 促進(jìn)物理深度學(xué)習(xí)

        2022-01-12 04:24:56白孝忠
        物理教師 2021年12期
        關(guān)鍵詞:光屏感應(yīng)電流玻璃瓶

        白孝忠

        (江蘇省蘇州市吳江區(qū)笠澤實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215200)

        1 問題的提出

        隨著課程改革的縱深推進(jìn),探究式教學(xué)已成為初中物理教學(xué)的一種常態(tài),其育人價(jià)值得到一線教師的充分肯定,但在實(shí)施過程中卻存在著一些共性問題:比如探究設(shè)計(jì)“目中無人”,不關(guān)注學(xué)生經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),導(dǎo)致探究活動(dòng)不是難度太大,就是缺乏挑戰(zhàn)性,學(xué)生對(duì)探究不感興趣,易游離于活動(dòng)之外;又如活動(dòng)組織“按圖索驥”,學(xué)生被教師或活動(dòng)單牽引、控制,缺乏自主性和探究性,表面上課堂氣氛活躍,探究過程順利,而實(shí)質(zhì)上未能有效激發(fā)學(xué)生思維.這些問題導(dǎo)致探究活動(dòng)處于淺層學(xué)習(xí)狀態(tài),影響了學(xué)生核心素養(yǎng)的培育,阻礙了學(xué)生綜合能力的發(fā)展.

        2 深度學(xué)習(xí)視角下優(yōu)化探究式教學(xué)的策略

        深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí),是指學(xué)習(xí)者以高階思維發(fā)展和實(shí)際問題的解決為目標(biāo),以整合的知識(shí)為內(nèi)容,積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想,并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中,且能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中的一種學(xué)習(xí).[1]深度 學(xué)習(xí)具有以下特征:[2]強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的批判性理解,注重新舊知識(shí)的整合或聯(lián)結(jié),面向的是真實(shí)問題解決,關(guān)注對(duì)學(xué)習(xí)和自我認(rèn)知的反思.探究式教學(xué)對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)過程本質(zhì)上是一種深度學(xué)習(xí)方式,但在具體實(shí)施過程中,探究極易落入形式化的窠臼,難以發(fā)展學(xué)生高階思維.現(xiàn)從促進(jìn)深度學(xué)習(xí)視角,探討優(yōu)化探究式教學(xué)的路徑和策略.

        2.1 情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)突出“四性”,激發(fā)學(xué)生探究興趣

        深度學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)參與知識(shí)建構(gòu)的高投入行為,課堂情境導(dǎo)入要能快速吸引學(xué)生注意力,在最短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài).深度學(xué)習(xí)理念下的情境創(chuàng)設(shè)要突出關(guān)聯(lián)性、趣味性、互動(dòng)性和顛覆性.情境的關(guān)聯(lián)性,即情境不僅要和現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系,而且要與課堂教學(xué)核心知識(shí)緊密相關(guān),不能只圖形式上的熱鬧,這是情境創(chuàng)設(shè)最基本的原則;情境的趣味性,即情境要能吸引學(xué)生眼球,引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,實(shí)踐表明物理實(shí)驗(yàn)、魔術(shù)表演、游戲等活動(dòng)類情境更能達(dá)到這一目的;情境的互動(dòng)性,即情境不是教師一個(gè)人的表演秀,要有學(xué)生參與進(jìn)來,通過師生互動(dòng),增強(qiáng)情境的導(dǎo)入效果;情境的顛覆性,即能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突,激起學(xué)生認(rèn)知需求和探究欲望.

        案例1:“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”的導(dǎo)入.

        如圖1,PVC板上固定一條長2m、額定電壓為5V的LED燈帶.

        生:電源.

        師:如果將一個(gè)線圈與燈帶接通,燈帶能發(fā)光嗎?

        生:不能.

        教師操作,燈帶不發(fā)光.

        師:現(xiàn)在老師表演一個(gè)魔術(shù),在現(xiàn)有條件下,能讓燈帶亮起來,同學(xué)們相信嗎?

        如圖1,教師將線圈在褲子前左右擺動(dòng),燈帶發(fā)光.緊接著,請(qǐng)一位學(xué)生做相同的動(dòng)作,燈帶卻不亮,而當(dāng)教師重新操作,燈帶又亮了.

        這是為什么呢?正當(dāng)學(xué)生充滿疑惑和好奇時(shí),教師從褲子口袋拿出一塊釹硼磁鐵,順勢(shì)導(dǎo)入電磁感應(yīng)現(xiàn)象,并引出要探究的問題:產(chǎn)生感應(yīng)電流需要什么條件?

        通過會(huì)計(jì)實(shí)訓(xùn),能使學(xué)生快速掌握理論課所學(xué)的知識(shí),提高學(xué)生的動(dòng)手能力,為以后的擇業(yè)、就業(yè)提供幫助。因此,要注重實(shí)訓(xùn)的真實(shí)性,加大投資力度,會(huì)計(jì)教師要積極改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法,創(chuàng)新教學(xué)模式。通過此類措施能有效提高學(xué)生的會(huì)計(jì)能力,從而滿足各企業(yè)的招聘要求,緩解就業(yè)壓力。

        本案例從學(xué)生已有知識(shí)出發(fā),創(chuàng)設(shè)了與學(xué)習(xí)內(nèi)容高度關(guān)聯(lián)、極富趣味性和互動(dòng)性的真實(shí)情境,激發(fā)了學(xué)生認(rèn)知沖突,為探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件做好情感和認(rèn)知上的鋪墊.

        圖1 LED燈帶發(fā)光

        2.2 探究起點(diǎn)應(yīng)基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生反思重構(gòu)

        學(xué)生不是一張白紙,而是帶著各自的經(jīng)驗(yàn)走進(jìn)物理課堂.學(xué)生經(jīng)驗(yàn)是學(xué)生個(gè)體在他生活的環(huán)境里,通過與環(huán)境的交互作用而獲得的.學(xué)生經(jīng)驗(yàn)是教育的起點(diǎn),是教育的途徑,而學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的獲得和持續(xù)改造則是教育的目的.[3]通過適切的情境創(chuàng)設(shè)和問題設(shè)計(jì),喚醒學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn),并讓其充分呈現(xiàn)出來.在經(jīng)歷自主探究、反思重構(gòu)過程后,完成對(duì)經(jīng)驗(yàn)的同化或順應(yīng).基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的探究式學(xué)習(xí),強(qiáng)調(diào)新舊知識(shí)間的聯(lián)結(jié)或整合,與學(xué)生原有認(rèn)知和體驗(yàn)息息相關(guān),所以探究過程必然是主動(dòng)積極和深度參與的.

        (1)基于經(jīng)驗(yàn),步步深探.

        比如小孔成像實(shí)驗(yàn),若直接提供器材讓學(xué)生實(shí)驗(yàn),確實(shí)能讓學(xué)生獲得小孔成像的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),但回顧整個(gè)活動(dòng)過程,主要是觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,缺少思維的參與和訓(xùn)練.優(yōu)化后的教學(xué)過程如下.

        案例2:“小孔成像”的實(shí)驗(yàn)探究.

        光線較暗的教室內(nèi),課桌上提供光具座、蠟燭、光屏、卡片紙若干(包括中間分別開有較大尺寸三角形、正方形、圓形孔的卡片紙)、卡片紙支架等,讓學(xué)生組裝好器材,如圖2.

        問題1:將開孔的卡片紙放在點(diǎn)燃的蠟燭和光屏之間,光屏上會(huì)看到什么現(xiàn)象?

        本問題在于喚醒學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)生不難判斷,光屏上將分別呈現(xiàn)三角形、正方形、圓形的光斑.學(xué)生動(dòng)手操作,現(xiàn)象與猜想吻合.

        問題2:如果保持孔的形狀不變,將其慢慢縮小,光屏上將出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

        由于學(xué)生缺乏小孔成像的生活經(jīng)驗(yàn),自然推測(cè)出現(xiàn)象是三角形、正方形、圓形光斑將逐漸縮小.這個(gè)問題將學(xué)生前概念充分暴露出來,為接下來的認(rèn)知沖突埋下伏筆.

        問題3:選什么形狀的孔進(jìn)行探究,既能方便地將其縮小,又能控制孔的形狀不變?

        本問題側(cè)重探究工具的選擇,而工具的選擇往往伴隨著思維過程.經(jīng)過討論,學(xué)生選擇了三角形孔.如圖3,當(dāng)卡片紙疊放在開孔卡片紙上,從上往下遮蓋時(shí),孔雖然變小,但形狀基本保持不變.學(xué)生分組探究,發(fā)現(xiàn)孔慢慢減小時(shí),三角形光斑逐漸變小,繼而周邊變模糊,最后光屏上竟出現(xiàn)了燭焰倒立的實(shí)像.

        圖3 改變孔的大小進(jìn)行探究

        問題4:如果改變小孔形狀,會(huì)觀察到什么現(xiàn)象?你能解釋小孔成像現(xiàn)象嗎?

        學(xué)生先猜想,然后實(shí)驗(yàn).卡片紙上戳出不同形狀的“小”孔,仍放在燭焰與光屏之間的固定位置,光屏上的現(xiàn)象不變,說明“小”孔的形狀并不影響成像性質(zhì).通過“大孔—小孔—不同形狀小孔”的探究進(jìn)階過程,學(xué)生對(duì)小孔成像實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生立體而深刻的認(rèn)識(shí).現(xiàn)象解釋具有挑戰(zhàn)性,需要學(xué)生化抽象為具體,運(yùn)用“光的直線傳播”知識(shí)理解這一真實(shí)情境.

        (2)尊重經(jīng)驗(yàn),自主探索.

        比如探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,從學(xué)生經(jīng)驗(yàn)來講,有電流通過的證據(jù)是燈發(fā)光,或電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn).教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要充分尊重并利用好學(xué)生的這一經(jīng)驗(yàn),讓學(xué)生自主選擇器材,他們會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇燈泡、發(fā)光二極管或電流表來顯示感應(yīng)電流.初步探究后,發(fā)現(xiàn)這些器材幾乎無反應(yīng),通過組織學(xué)生討論,引發(fā)學(xué)生深度思考,可能是感應(yīng)電流太小,這些器材無法顯示出來,從而產(chǎn)生使用更小量程電流表的心理需求.此時(shí)提供靈敏電流計(jì),符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,加深了學(xué)生對(duì)靈敏電流計(jì)的認(rèn)識(shí).在重要器材的選擇上,本案例延遲提供教學(xué)支架,學(xué)生在經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)下自主探究,自我評(píng)價(jià)與反思,調(diào)整探究思路和方向,這種教學(xué)方式有利于培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力.

        2.3 探究重點(diǎn)應(yīng)聚焦思維發(fā)展,指向真實(shí)問題解決

        科學(xué)探究應(yīng)促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展,然而在現(xiàn)實(shí)課堂中,因教師對(duì)探究式教學(xué)內(nèi)涵理解上的偏差和對(duì)探究重點(diǎn)把握不當(dāng),導(dǎo)致教學(xué)缺乏探究味,形式大于內(nèi)容.探究式教學(xué)的設(shè)計(jì)不能盲目發(fā)力,也不能平均發(fā)力,要在思維的生長點(diǎn)上發(fā)力.對(duì)猜想的自我否定,探究方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析等,都可能是思維的生長點(diǎn),不同探究主題,思維生長點(diǎn)會(huì)有所不同,這些需要在深度備課中挖掘和發(fā)現(xiàn).

        案例3:探究二力平衡的條件.

        蘇科版教材內(nèi)容如圖4,本探究實(shí)驗(yàn)缺乏挑戰(zhàn)性,學(xué)生能輕松地完成探究任務(wù),探究過程并不能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).本探究活動(dòng)思維發(fā)展的著力點(diǎn)在探究方案的設(shè)計(jì),教學(xué)設(shè)計(jì)的重心需要前移,即為什么用卡片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?優(yōu)化過程如下.

        圖4 探究二力平衡實(shí)驗(yàn)

        按一般邏輯,選一物塊進(jìn)行研究,如圖5所示,左右兩側(cè)各掛一個(gè)質(zhì)量相等的大鉤碼,物塊靜止.而在某一側(cè)加掛一個(gè)小鉤碼時(shí),物塊仍然靜止,提出問題:該裝置能探究二力平衡條件嗎?學(xué)生討論后認(rèn)為:物塊還受摩擦力作用,屬于三力平衡問題,要減少摩擦的影響,比如將滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦,如圖6所示,將物塊換成一輛小車.當(dāng)在一端增加一個(gè)質(zhì)量較小的鉤碼時(shí),小車還是保持靜止?fàn)顟B(tài),說明摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)仍然產(chǎn)生了影響.如何進(jìn)一步優(yōu)化?學(xué)生提議讓小車與桌面分離,可以將小車懸掛起來,如圖7所示.實(shí)驗(yàn)效果不理想,小車重力較大,且受3個(gè)力作用.還能怎樣改進(jìn)?學(xué)生建議:減小物體的質(zhì)量,直至重力可忽略不計(jì).此時(shí),教師拿出卡片,用卡片代替小車實(shí)驗(yàn),即為教材上的實(shí)驗(yàn)裝置.實(shí)驗(yàn)方案的逐步優(yōu)化過程,其本質(zhì)為真實(shí)問題解決過程,在培養(yǎng)學(xué)生思維能力的同時(shí),加深對(duì)教材的理解.

        圖5 方案1

        圖6 方案2

        圖7 方案3

        2.4 探究增值點(diǎn)應(yīng)瞄準(zhǔn)成果展示,拓展思維引發(fā)質(zhì)疑

        學(xué)生對(duì)探究方案、探究過程或分析論證后的結(jié)論進(jìn)行展示交流,為生生之間相互學(xué)習(xí)、批判質(zhì)疑創(chuàng)造機(jī)會(huì),為學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展提供鍛煉、展示的平臺(tái),它是探究式教學(xué)中精彩而不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),是再次引發(fā)深度學(xué)習(xí)、彰顯附加價(jià)值的增值點(diǎn).給學(xué)生一個(gè)舞臺(tái),他們會(huì)還以很多驚喜.對(duì)臺(tái)下的學(xué)生來講,他們要對(duì)各小組展示的探究方案、過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論等進(jìn)行全方位的理解、分析,并主動(dòng)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià),從而催生出創(chuàng)造性想法.重視展示活動(dòng),能倒逼學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度對(duì)待探究過程,形成良好的探究習(xí)慣和素養(yǎng).遺憾的是,成果展示并未引起足夠重視,存在走過場(chǎng)、展示不充分的現(xiàn)象.

        (1)展示探究方案,開闊學(xué)生視野.

        案例4:探究浸沒水中的物體上浮瞬間浮力與重力的大小關(guān)系.

        因上浮的物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如何測(cè)出其浮力大小是探究的難點(diǎn).提供帶蓋的小玻璃瓶、彈簧測(cè)力計(jì)、燒杯等基礎(chǔ)器材,可適當(dāng)增加其他器材,讓學(xué)生討論玻璃瓶浸沒水中上浮時(shí)浮力的測(cè)量方案.

        A組匯報(bào)方案及思路:如圖8,小玻璃瓶下方掛有鉤碼,首先將鉤碼浸沒水中,讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F1,然后再將小玻璃瓶全部浸沒水中,讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F2,則小玻璃瓶受到的浮力為F1—F2.

        圖8 A組方案

        B組匯報(bào)方案及思路:如圖9,先測(cè)出小玻璃瓶的物重為G,然后將定滑輪用吸盤固定在燒杯底部,用彈簧測(cè)力計(jì)緩慢豎直拉動(dòng)小玻璃瓶,讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F,則小玻璃瓶受到的浮力為G+F.

        圖9 B組方案

        C組匯報(bào)方案及思路:如圖10,向小玻璃瓶中加水,直至瓶能沉入水中,通過稱重法測(cè)出小瓶的浮力.因小瓶體積不變,故此時(shí)浮力大小與空玻璃瓶浸沒水中的浮力相等.

        圖10 C組方案

        通過各小組匯報(bào)交流,打開了探究思路,開闊了學(xué)生視野,培養(yǎng)了發(fā)散思維,同時(shí),學(xué)生會(huì)自覺比較各種方法的可操作性、產(chǎn)生的誤差和方便程度,選出最優(yōu)的探究方案.雖然C組方案最理想,但其他方案也滲透了學(xué)生智慧,在方法上有創(chuàng)新之處,從長遠(yuǎn)看,有利于學(xué)生問題解決能力的提升.

        (2)展示探究過程與結(jié)論,鼓勵(lì)質(zhì)疑批判.

        科學(xué)探究是基于證據(jù)來形成解釋,并將各種解釋接受共同體相互批判、討論和修改,從而構(gòu)建知識(shí)的過程.[4]例如,完成“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”實(shí)驗(yàn)后,讓學(xué)生展示探究過程,他們得到的結(jié)論是:當(dāng)導(dǎo)體棒豎直上下運(yùn)動(dòng)時(shí)(如圖11,軌跡為虛線),不產(chǎn)生感應(yīng)電流,水平或斜著運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流(軌跡為實(shí)線).這一結(jié)論得到多數(shù)小組的認(rèn)同,但有小組提出質(zhì)疑并上臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:如圖12,當(dāng)U型磁鐵豎直放置時(shí),導(dǎo)體棒水平運(yùn)動(dòng)無感應(yīng)電流,其他方向運(yùn)動(dòng)有感應(yīng)電流.兩個(gè)小組的探究結(jié)論不同引發(fā)學(xué)生熱烈討論,最終他們領(lǐng)悟到感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件還與磁場(chǎng)方向有關(guān),然后在圖中畫出磁感線,再進(jìn)一步分析、歸納和修正,直至得出正確結(jié)論.[5]

        圖11 磁鐵水平放置

        圖12 磁鐵豎直放置

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