操時(shí)良 余榮興
(1.江蘇省徐州市新沂市教師發(fā)展中心,江蘇 徐州 221400;2.江蘇省徐州市新沂市第一中學(xué),江蘇 徐州 221400)
對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí),是帶領(lǐng)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)重新做一遍?還是通過(guò)實(shí)驗(yàn)類(lèi)習(xí)題進(jìn)行復(fù)習(xí)?實(shí)際上,這兩種方式都是老師們常用的,但學(xué)生的復(fù)習(xí)興趣都不高,效果自然也一般。然而,中高考的物理真題、模擬題雖然經(jīng)歷了命題者的精心創(chuàng)編,有些題目仍然存在有待完善甚至有失科學(xué)性的情況,這類(lèi)習(xí)題可以稱(chēng)之為“問(wèn)題”習(xí)題。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中,筆者嘗試選擇“問(wèn)題”實(shí)驗(yàn)習(xí)題為載體組織教學(xué),在批判質(zhì)疑中結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索,收到了意想不到的教學(xué)效果。
用如圖1所示的電路探究并聯(lián)電路中的電流關(guān)系。
圖1
(1)閉合開(kāi)關(guān),發(fā)現(xiàn)L1亮,而L2不亮。小易認(rèn)為L(zhǎng)2不亮的原因是L2短路,你認(rèn)為他的判斷是(填“正確”或“錯(cuò)誤”)的。
(2)小易將電路中右側(cè)的導(dǎo)線與電流表“0.6”接線柱相連的那一端改接到“-”接線柱上,其他都不動(dòng)。這樣連接的目的是測(cè)的電流(填“干路”或“L2”),請(qǐng)?jiān)u價(jià)其可行性并說(shuō)明理由:。
(3)小易將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中,分析表中數(shù)據(jù),可得出的初步結(jié)論是:。
電流表的測(cè)量對(duì)象L1所在的支路L2所在的支路干路電流表的讀數(shù)I/A0.300.200.50
(4)根據(jù)上表信息,若燈泡L2的電阻大小為10 Ω,則電路的總電阻為Ω。
上述習(xí)題是2018年山東省濟(jì)寧市的中考物理試題,本題考查的知識(shí)是并聯(lián)電路中的電流特點(diǎn),題中的4個(gè)小問(wèn)分別考查電路故障分析、電流表的連接、數(shù)據(jù)處理以及并聯(lián)電路的總電阻與各支路電阻的關(guān)系。這4個(gè)小問(wèn)題的呈現(xiàn)順序也基本符合實(shí)驗(yàn)探究的邏輯,但仔細(xì)分析每一步的設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)存在幾處邏輯斷點(diǎn),存在“假探究”之嫌疑,缺少真正的探究,缺少實(shí)驗(yàn)的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)感。理由如下:
(1)第(1)小問(wèn)考查電路故障分析與解決。題中的電路故障是L2不亮,是電路中出現(xiàn)了短路,顯然,小易的判斷是錯(cuò)誤的。那么,不亮的真正原因是什么?如何解決?卻未提及。
(2)應(yīng)該在解決電路故障后,才能呈現(xiàn)第(2)小問(wèn),這是該實(shí)驗(yàn)探究的核心步驟,但在該步驟的設(shè)計(jì)中,僅僅考查了電流表連接的注意點(diǎn),沒(méi)能呈現(xiàn)探究的主要方法和步驟,需要完善設(shè)計(jì),否則本實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。
(3)在第(3)小問(wèn)中直接給出數(shù)據(jù),但數(shù)據(jù)太過(guò)規(guī)整,不符合實(shí)際的探究情況,純粹是理想化的數(shù)據(jù)呈現(xiàn),學(xué)生只憑記憶就可作答,不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神,另外,僅憑一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),就得出相關(guān)結(jié)論,不符合科學(xué)探究的規(guī)范。
(4)如果從實(shí)驗(yàn)探究的目的而言,得到初步結(jié)論就可以了,然而,在第(4)小問(wèn)中又分析了總電阻與各支路電阻的關(guān)系,來(lái)求總電阻,給人有畫(huà)蛇添足之感。
用紙筆測(cè)驗(yàn)代替實(shí)驗(yàn)操作測(cè)驗(yàn),容易實(shí)施。但邢紅軍教授等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn):物理實(shí)驗(yàn)操作測(cè)驗(yàn)與紙筆測(cè)驗(yàn)屬于低相關(guān)。紙筆測(cè)驗(yàn)若能努力創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng),則在提高紙筆測(cè)驗(yàn)與操作測(cè)驗(yàn)的相關(guān)度上無(wú)疑會(huì)是一大進(jìn)步,若這樣命題,應(yīng)該能較好地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,從這一角度看,我們認(rèn)為本題是一道有“問(wèn)題”的紙筆測(cè)驗(yàn)題。
結(jié)合上述分析,筆者帶領(lǐng)學(xué)生采用了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究的“雙腿”并行路線,針對(duì)具體問(wèn)題,采取的策略是精心設(shè)計(jì)問(wèn)題串,進(jìn)行對(duì)話引導(dǎo)。
(1)針對(duì)第(1)小問(wèn),設(shè)計(jì)如下問(wèn)題。
問(wèn)題1:閉合開(kāi)關(guān),發(fā)現(xiàn)L1亮,而L2不亮。小易認(rèn)為L(zhǎng)2不亮的原因是L2短路,假設(shè)L2是真的短路了,整個(gè)電路會(huì)出現(xiàn)什么情況?你能利用手中的器材驗(yàn)證嗎?
學(xué)生回答:若燈L2被短路,電流不流過(guò)它,肯定不亮,由于燈L1與L2并聯(lián),則燈L1也被短路,這與燈L1亮相矛盾,所以小易的判斷是錯(cuò)誤的,實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的實(shí)物圖如圖2所示,連接電路,檢驗(yàn)的結(jié)果與理論分析一致。
圖2
問(wèn)題2:不是L2短路,那又是什么原因呢?
生甲:那一定是L2斷路;
生乙:不一定,也可能是連接L2兩端的導(dǎo)線接觸不良或斷路。
問(wèn)題3:要想查清到底是哪一段導(dǎo)線或哪一接觸處斷開(kāi),如何查找?
學(xué)生分組用電流表進(jìn)行逐段排查。
(2)針對(duì)第(2)小問(wèn),設(shè)計(jì)如下問(wèn)題。
問(wèn)題4:將電路中右側(cè)的導(dǎo)線與電流表“0.6”接線柱相連的那一端改接到“-”接線柱上,作了這一變動(dòng)后,電流表與燈L1及L2怎么連接?其目的何在?可行嗎?
電流表與燈L2串聯(lián),其目的是測(cè)量流過(guò)燈L2的電流,但電流將從電流表的負(fù)接線柱流進(jìn),從正接線柱流出,不可行。隨后學(xué)生嘗試連線,進(jìn)行試觸驗(yàn)證。
問(wèn)題5:怎樣連接才能測(cè)出燈L2支路中的電流呢?
將燈L2右側(cè)的導(dǎo)線連接到電流表的負(fù)接線柱上,并將燈L1右側(cè)的導(dǎo)線改接到電流表的正接線柱上,仍可保證兩燈并聯(lián),然后利用圖3所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并記錄數(shù)據(jù)。
圖3
問(wèn)題6:如何測(cè)定L1及L2并聯(lián)的干路電流呢?
如圖4所示,只需將燈L2右側(cè)的導(dǎo)線連接到電流表的負(fù)接線柱上,其他都不變,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。
圖4
問(wèn)題7:該實(shí)驗(yàn)為了探究L1與L2并聯(lián)的干路電流與L1、L2支路電流的關(guān)系,進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)操作?能否一次性完成?怎樣才能辦到?
學(xué)生回答:3次,可以一次性完成,需要用3只電流表。
(3)針對(duì)第(3)小問(wèn),筆者優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)方案,記錄了實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù),給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的探究情境,有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1,并提出了如下問(wèn)題。
表1
問(wèn)題8:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們能得到的初步結(jié)論是什么?
學(xué)生回答:在誤差允許范圍內(nèi),并聯(lián)電路的干路電流等于各支路電流之和。
問(wèn)題9:該實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)只有一組,通過(guò)這一組數(shù)據(jù)就得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,你認(rèn)為科學(xué)嗎?要想更科學(xué)?應(yīng)該怎么做?
學(xué)生回答:不科學(xué),可在干路上安裝一個(gè)滑動(dòng)變阻器,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,測(cè)量多組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
(4)針對(duì)第(4)小問(wèn),設(shè)計(jì)如下問(wèn)題。
問(wèn)題10:本實(shí)驗(yàn)的研究目的是什么?若已知此時(shí)的燈泡L2的電阻為R2,流過(guò)燈泡的電流為I2,流過(guò)干路的電流為I,我們能否分析出電路的總電阻?要想解決此問(wèn)題,還需要運(yùn)用什么規(guī)律?
問(wèn)題11:總電阻的含義是什么?在對(duì)總電阻的分析中,你應(yīng)用了哪些科學(xué)方法?
學(xué)生回答:總電阻是整體等效電阻,應(yīng)用了等效替代、整體法等科學(xué)方法。
(5)針對(duì)實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)及考查方向,教學(xué)引導(dǎo)如下。
問(wèn)題12:你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究并聯(lián)電路的電壓關(guān)系嗎?對(duì)于串聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系呢?
教師引導(dǎo)學(xué)生以點(diǎn)帶面進(jìn)行自主復(fù)習(xí)。
問(wèn)題13:通過(guò)中考真題的練習(xí),你認(rèn)為命題人會(huì)從哪些角度來(lái)考查實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>
學(xué)生回答:儀器的使用、電路故障的分析與排除、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、誤差分析等。
物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。通過(guò)動(dòng)腦鞏固基礎(chǔ)知識(shí),通過(guò)動(dòng)手訓(xùn)練基本技能。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中,若僅以習(xí)題開(kāi)展教學(xué),那就是紙上談兵;若僅帶領(lǐng)學(xué)生重復(fù)課本的實(shí)驗(yàn)操作,“照方抓藥”,也難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,屬于低效的重復(fù)。因此,在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課上,應(yīng)該創(chuàng)設(shè)適合復(fù)習(xí)的教學(xué)情境,在動(dòng)腦解決疑難的過(guò)程中,借助實(shí)驗(yàn)的方法求索解決問(wèn)題的方案,顯化理論分析思路,在訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí)獲得正確的結(jié)論。
在新授教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課中,限于學(xué)生初次接觸,缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方案等的深刻認(rèn)識(shí)與理解,教學(xué)可側(cè)重于在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生按照步驟逐一操作。但在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中,學(xué)生已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)本身、以及其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)有了初步的理解和認(rèn)知,教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的方案、步驟等設(shè)計(jì)進(jìn)行質(zhì)疑,如還有更好的實(shí)驗(yàn)方案嗎?這樣設(shè)計(jì)的步驟是最簡(jiǎn)潔嗎?這樣的設(shè)計(jì)科學(xué)嗎?通過(guò)質(zhì)疑,培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。
復(fù)習(xí)教學(xué)不能就題論題,教學(xué)中應(yīng)借助習(xí)題描述的部分問(wèn)題,拓展到對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)原理、器材、方案、步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等系列問(wèn)題的探討;除此以外,教師還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生,由此實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)到其他相關(guān)實(shí)驗(yàn),找到它們的共性與差異。
密立根說(shuō):科學(xué)靠?jī)蓷l腿走路,一是理論,一是實(shí)驗(yàn)。兩條腿唯有協(xié)調(diào)起來(lái),走起路來(lái)才能順當(dāng)。因此實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課既不能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)去空講理論,否則學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能得不到訓(xùn)練;也不能只做實(shí)驗(yàn)而不去思考理論問(wèn)題,否則思維缺乏深刻性。借助存在問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)習(xí)題,設(shè)置合適的問(wèn)題串,在師生、生生對(duì)話交流和思維碰撞中顯化實(shí)驗(yàn)探索路徑,不失為可行的教學(xué)方法。