郭靈葉 楊勇誠

(1.南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023； 2.江蘇省蘇州市吳江區(qū)實驗初級中學(xué)教育集團，江蘇 蘇州 215200)

1 引言

學(xué)生都是帶著自己的經(jīng)驗進(jìn)入課堂的，教學(xué)始于學(xué)生的經(jīng)驗，終于學(xué)生經(jīng)驗的改造、重組和生長。面對“有備而來”的學(xué)生，如果教師忽視孩子的經(jīng)驗，按照教材“按部就班、照本宣科”，將無法有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和興趣。如果教師充分利用學(xué)生的經(jīng)驗，教學(xué)會變得事半功倍、低耗高效。筆者對《歐姆定律》單元的教學(xué)流程進(jìn)行調(diào)整，嵌入了主題式教學(xué)和項目化學(xué)習(xí)，將學(xué)生的經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為重要的教學(xué)資源，旨在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，完善學(xué)生的必備品格，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力。

2 峰回路轉(zhuǎn)，一氣呵成：單元教學(xué)整體設(shè)計的思路

在蘇科版初中物理教材中《歐姆定律》單元的內(nèi)容安排順序是：電阻、變阻器、歐姆定律和歐姆定律的應(yīng)用。為了更好地適應(yīng)學(xué)生的經(jīng)驗生長和思維發(fā)展，筆者將“歐姆定律”前置，通過對“歐姆定律”的教學(xué)，倒逼學(xué)生自主學(xué)習(xí)電阻的相關(guān)知識，實現(xiàn)“先學(xué)后教、順學(xué)而教”的目的。

2.1 通過實驗探究，解決學(xué)習(xí)重點

電壓是產(chǎn)生電流的原因，那么通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓有沒有一定的數(shù)量關(guān)系？為了解決這個問題，教師組織學(xué)生對電流與電壓之間的關(guān)系進(jìn)行探究。

2.1.1 指導(dǎo)學(xué)生實驗操作，采集實驗數(shù)據(jù)

教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗電路(圖1)，雖然學(xué)生還沒有學(xué)過滑動變阻器，但在生活中，使用某個工具前也不一定要弄清其工作原理，因此，教師可直接告知學(xué)生變阻器的作用和接法。每個小組使用的導(dǎo)體由鎳鉻絲或錳銅絲纏繞在塑料板上自制而成，且阻值不詳。實驗完成后，教師將某組學(xué)生采集到實驗數(shù)據(jù)展示在黑板上(表1，以下數(shù)據(jù)均來自同一個學(xué)習(xí)小組)。

圖1

表1

2.1.2 引導(dǎo)學(xué)生分析、處理數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗結(jié)論

學(xué)生先觀察電流隨電壓變化的趨勢，再通過描點畫出I-U圖像，根據(jù)圖像粗略判斷兩個物理量可能成正比。接著，學(xué)生通過計算發(fā)現(xiàn)：同一個導(dǎo)體兩端的電壓與通過它的電流之比是一個常量，從而得出實驗結(jié)論。

2.1.3 啟發(fā)學(xué)生深度思辨，尋找事實真相

教師提出問題：這個情境跟我們以前學(xué)過的哪個內(nèi)容相似？學(xué)生由此反芻自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)與“密度”的學(xué)習(xí)十分相似，物體的質(zhì)量與其體積成正比，比值反映了物質(zhì)的物理屬性，即密度。教師通過追問引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)猜想：電壓與電流的比值是不是也反映導(dǎo)體的某種性質(zhì)？教師給以肯定回答，提出這個比值反映導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，叫作電阻。

2.1.4 拓展學(xué)生的思維活動，揭示物理規(guī)律

教師沒有順應(yīng)教材編排，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)“電阻”的知識，而是繼續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，提出問題：觀察表1中豎向數(shù)據(jù)，又會有什么發(fā)現(xiàn)呢？學(xué)生討論分析，總結(jié)得出：在電壓相同時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。師生進(jìn)行歸納總結(jié)，“發(fā)現(xiàn)”歐姆定律：通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。

2.1.5 幫助學(xué)生總結(jié)結(jié)論，展示歐姆定律

歐姆定律既是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的學(xué)習(xí)重點，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。通過課堂教學(xué)設(shè)計，學(xué)生繞過電阻知識，直奔?xì)W姆定律的學(xué)習(xí)，打破了學(xué)生的心理預(yù)設(shè)，他們的思路順暢，興趣盎然。

2.2 利用項目驅(qū)動學(xué)習(xí)，動手制作電阻

電阻器是重要的電氣元器件，在教學(xué)中引入“制作電阻器”的項目，要求學(xué)生制作兩個阻值分別為10 Ω和15 Ω的電阻器。

2.2.1 做一做，看誰做的電阻器外觀更精美

為每組學(xué)生提供兩種粗細(xì)不同的鎳鉻絲或者相同線徑規(guī)格的鎳鉻絲、康銅絲(表2)，學(xué)生先讀懂電阻絲銘牌上文字，再用刻度尺量取相應(yīng)長度的電阻絲，并纏繞在塑料板上，用膠帶固定，并對自己和同伴作品的外觀進(jìn)行評價。

表2

鑒于上一節(jié)課的伏筆，學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗，把測定電阻的方法聚焦到伏安法上。學(xué)生動手實驗，分享制作選材信息和實驗數(shù)據(jù)(表3)。

表3

2.2.3 想一想，看誰針對實驗誤差想得更精細(xì)

學(xué)生發(fā)現(xiàn)，各組制作的電阻器阻值與任務(wù)的要求相比較都偏小，教師抓住細(xì)節(jié)，提出問題：造成誤差的原因是什么？學(xué)生通過討論發(fā)現(xiàn)：電阻器的搭接位置會影響電阻絲的有效長度。

通過上述的課堂設(shè)計，借助項目化教學(xué)的方式，用任務(wù)驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)，變伏安法的學(xué)習(xí)寓于解決真實問題的過程之中，“做中學(xué)”既加強了學(xué)生綜合技能的訓(xùn)練，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的全面提升，又強化了學(xué)生對物理元器件的制作和使用的體驗感，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的持久保持。

2.3 反思已有經(jīng)驗，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

學(xué)生已學(xué)習(xí)過串、并聯(lián)電路中電流和電壓的特點，那么兩個及兩個以上的導(dǎo)體串聯(lián)或并聯(lián)時，電路中的總電阻與每個導(dǎo)體的電阻之間有什么關(guān)系？教師請學(xué)生利用上節(jié)課自制的兩個電阻，使用伏安法進(jìn)行測定和探究。將R1和R2串聯(lián)或并聯(lián)接入電路后進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)記錄在表4中。

表4 (R1=9.50 Ω R2=13.57 Ω)

2.3.1 從實驗發(fā)現(xiàn)到數(shù)學(xué)推導(dǎo)的歸結(jié)

通過對實驗數(shù)據(jù)的觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：串聯(lián)電路的總電阻等于導(dǎo)體電阻之和。這個結(jié)論是否可靠？教師引導(dǎo)學(xué)生采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法將數(shù)據(jù)代入如圖2所示的公式中，從“實驗事實”到“數(shù)學(xué)推理”，對推論進(jìn)行論證。

圖2

2.3.2 從數(shù)學(xué)推導(dǎo)到實驗探究的驗證

研究并聯(lián)電路時，學(xué)生無法直接看出總電阻與各個導(dǎo)體電阻之間的數(shù)量關(guān)系。教師利用數(shù)學(xué)方法先把結(jié)論推導(dǎo)出來，再讓學(xué)生將R1與R2的值代入如圖3所示的公式進(jìn)行計算，從“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”到“實驗事實”，對推論進(jìn)行驗證。

圖3

在這個教學(xué)設(shè)計中，教師貫通了“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”和“實驗思辨”之間的雙向通道，幫助學(xué)生充分體驗了科學(xué)思維方法的魅力，體會了“實踐—理論—實踐”的認(rèn)知方式，拓寬了分析問題的思路和解決問題的途徑，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，為學(xué)生必備品格的完善和關(guān)鍵能力的提高夯實基礎(chǔ)。

2.4 通過觀察比較，完善課程學(xué)習(xí)

在完成“歐姆定律”和“歐姆定律的應(yīng)用”學(xué)習(xí)之后，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識和實驗探究方法，更有活力地投入到后續(xù)學(xué)習(xí)之中，極大地提高了學(xué)習(xí)效率和思維品質(zhì)。

2.4.1 觀察比較催思索

哪個組制作的電阻所用材料更合理？教師拆除幾個用不同材料制成的10歐姆電阻，把電阻絲拉直，讓學(xué)生觀察電阻絲的長度。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：電阻絲的長度不同。學(xué)生通過討論得出結(jié)論：制作電阻器的電阻絲太長容易纏在一起發(fā)生短路，太短又會造成較大的實驗誤差。于是，教師追問：導(dǎo)體的電阻值跟哪些因素有關(guān)？學(xué)生有了動手制作電阻的經(jīng)驗，很容易地想到：電阻的大小與導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料有關(guān)。

2.4.2 深入探究求真知

教師引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法，測量了在電壓相同時通過圖4中各根金屬絲的電流，總結(jié)得出決定導(dǎo)體電阻大小的因素。教師圍繞電阻與導(dǎo)體長度的相關(guān)性，講解滑動變阻器的工作原理和結(jié)構(gòu)。鑒于學(xué)生前期的反復(fù)實驗，已經(jīng)掌握了使用滑動變阻器的技能，教師不再專門組織學(xué)生學(xué)習(xí)滑動變阻器的使用方法。

圖4

2.4.3 實驗對比得啟發(fā)

教師演示“火燒燈絲”的實驗(圖5)，讓學(xué)生觀察通過燈絲的電流變化，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓一定時，隨著燈絲溫度的升高電流逐漸變小。由此證明燈絲的阻值隨溫度升高而變大；反之，燈絲的阻值隨溫度的降低而變小。由此，教師可自然引入超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體的概念。

圖5

教師將燈絲弄斷，電流表中沒有示數(shù)，即便換接了靈敏電流計，指針也沒有偏轉(zhuǎn)。這時，教師順理成章地引入導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的概念，講解生活中這三類物體的應(yīng)用。然后，再用火焰燒烤玻璃柱(圖6)，發(fā)現(xiàn)靈敏電流計指針居然發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。這說明玻璃的電阻隨溫度的升高而變小。教師進(jìn)一步闡述：導(dǎo)體與絕緣體之間沒有明顯的界限。在特定條件下，絕緣體也會變成導(dǎo)體。

圖6

至此，第十四章的內(nèi)容學(xué)習(xí)順利完成。在整個課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生反復(fù)利用已有的經(jīng)驗開展自主學(xué)習(xí)，在掌握知識和技能的同時，潛移默化地發(fā)展了思維、提升了核心素養(yǎng)。教學(xué)前后貫通、一氣呵成，相關(guān)知識聯(lián)系緊密、結(jié)構(gòu)完整。配合相關(guān)習(xí)題與訓(xùn)練，可大大提升教學(xué)效率。

3 遷思回慮、回味無窮：單元整體教學(xué)設(shè)計的評析

葉圣陶先生說過：“教材無非是個例子”，這就要求教師善于打破教材囹圄，充分利用學(xué)生已有的經(jīng)驗，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知特點，重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)流程，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，從而提高學(xué)科育人的效果，歐姆定律單元教學(xué)的整體設(shè)計給我們帶來了三個方面的啟示。

3.1 學(xué)生的經(jīng)驗是重要的課程教學(xué)資源

物理與學(xué)生的生活聯(lián)系緊密，初中物理學(xué)習(xí)與小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)緊密相扣。初中物理教學(xué)始于學(xué)生經(jīng)驗，終于學(xué)生經(jīng)驗生長，需要教師在組織教學(xué)活動時“瞻前顧后，承上啟下”，充分考慮學(xué)生已有的知識儲備和學(xué)力水平。

如果重視了學(xué)生的經(jīng)驗，那么學(xué)生之間知識、技能上的差異不再是課堂教學(xué)的桎梏，而是學(xué)生合作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。他們彼此影響，相互成就，從同伴身上學(xué)到的不僅僅是知識與技能，還有掌握知識與技能所需要的方法和技巧。教師也可以做到“學(xué)生已經(jīng)會的，學(xué)生通過自學(xué)、合作學(xué)習(xí)可以學(xué)會的”東西不教，就能克服“站在山頂看山腳”的成人視角所帶來的教與學(xué)脫離的不足，讓教學(xué)更加精準(zhǔn)。比如，采用歐姆定律的學(xué)習(xí)來倒逼學(xué)生自主學(xué)習(xí)電阻知識、變阻器原理等。先有預(yù)設(shè)性的“先學(xué)”，再有生成性的“后教”，轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，教得更有趣、學(xué)得更主動，學(xué)生的經(jīng)驗也得到了充分的生長。所以，物理教師面對初中生，必須關(guān)注“兒童視角”“學(xué)生立場”。

3.2 實驗和思辨都是重要的物理學(xué)習(xí)方法

近年來，在初中物理教學(xué)中重視情境、重視實驗已是一個不爭的事實。但是大量同質(zhì)化、重復(fù)性的實驗和“萬事俱備只欠東風(fēng)”式的探究充斥課堂，導(dǎo)致物理教學(xué)異化成科普體驗，難以引發(fā)學(xué)生深刻的思維活動。

為了避免這些問題，在這個單元教學(xué)整體設(shè)計中將“大開大合”的教學(xué)流程調(diào)整與細(xì)致入微的實驗優(yōu)化結(jié)合起來，體現(xiàn)在以下4個方面：一是重視實驗技能的培養(yǎng)，“伏安法”在不同場景中反復(fù)地出現(xiàn)就是為了在實踐中鞏固學(xué)生的操作技能；二是重視探究情境的創(chuàng)設(shè)，使用自制的電阻就是為了避免現(xiàn)成廠制電阻器對實驗結(jié)果的暗示，讓學(xué)生的探究回歸真實問題的情境；三是重視思維品質(zhì)的提升，幫助學(xué)生走好從“實驗事實”到“科學(xué)真相”的最后“一里路”，觸發(fā)深刻的思維活動，既安排“實驗事實”到“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”的論證，也安排從“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”到“實驗事實”的驗證，配合數(shù)據(jù)觀察、圖像分析、數(shù)學(xué)計算等環(huán)節(jié)，將實驗探究與數(shù)理方法緊密地結(jié)合起來，變“數(shù)據(jù)”為“證據(jù)”，避免“想當(dāng)然”得出結(jié)論；四是重視動手習(xí)慣的養(yǎng)成，通過動手制作電阻，引入項目化學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究動機、培養(yǎng)學(xué)生勤于動手的好習(xí)慣。由此可見，要成為學(xué)生的良師益友，物理教師必須要不斷提升自身科學(xué)素養(yǎng)和教書育人的技藝。

3.3 培育物理觀念是重要的學(xué)科育人目的

物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。其外顯在對物理問題的敏感性、分析問題的深刻性、處理方法的靈活性等方面，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面。物理觀念的培育需要教師“有心栽花”，比如將歐姆定律和電阻知識的學(xué)習(xí)時序倒置，讓學(xué)生在全新的學(xué)習(xí)過程中更好地感知物理現(xiàn)象、探究物理問題、尋覓解決問題的途徑和方法。物理觀念的培育也需要教師“無意插柳”，比如對自制電阻器阻值偏小問題的討論，盡管不是課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，但是通過充分利用這個細(xì)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生對物理問題的敏銳度。

由于受應(yīng)試教育的影響，教學(xué)容易變得急功近利，具體表現(xiàn)為：學(xué)校要求教師做到“堂堂清、日日清、月月清”。教師在課堂上表現(xiàn)為“要考的就講，?？嫉某Ｖv，不考的不講”，忽視物理知識與方法的整體性，人為地把物理學(xué)體系割裂開來傳授，把“講會”知識與技能當(dāng)作學(xué)科教學(xué)的唯一目的。然而學(xué)科教學(xué)是一個系統(tǒng)化的育人工程，無論是物理觀念的形成、科學(xué)探究的實施，還是科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任的培育，都必須在一個完整的學(xué)科教學(xué)框架中完成。教師只管“眼前一畝三分地”，只會使立德樹人的根本任務(wù)在物理課堂中的落實效果大打折扣。因此，要想真正地培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，物理教師必須要有育人情懷。

4 結(jié)語

單元教學(xué)整體設(shè)計的目的不是標(biāo)新立異、孤芳自賞，犧牲學(xué)生的權(quán)益來滿足教師自己的“獨樹一幟”，而是為了在物理學(xué)科教學(xué)中全面落實立德樹人根本任務(wù)，充分利用學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和興趣，以學(xué)定教、順學(xué)而教，更好地發(fā)揮學(xué)科育人的作用，幫助學(xué)生學(xué)得更快、更好、更充分。