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        讓科學(xué)思維的火花在活動中跳躍①
        ——以“設(shè)計簡單電路”教學(xué)為例

        2022-11-17 03:09:52
        物理之友 2022年9期
        關(guān)鍵詞:思維設(shè)計學(xué)生

        卜 寧

        (江蘇省南京市鐘英中學(xué),江蘇 南京 210000)

        教學(xué)的一個重要目的就是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,建構(gòu)主義教學(xué)理論認為:學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個積極主動的建構(gòu)過程,教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和適當?shù)膯栴}情境,引起學(xué)生的認知沖突,激發(fā)學(xué)生積極思維,更能突出核心素養(yǎng)的教學(xué)應(yīng)該是思維型教學(xué)。本文以“設(shè)計簡單電路”教學(xué)為例,探討在初中物理綜合實踐活動教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的途徑。

        1 制作“病房呼叫電路”,培養(yǎng)思維的邏輯性

        師:在生活中,我們有很多任務(wù)可以通過簡單電路來完成。比如醫(yī)院的住院部有很多病人,但只要某一病人按下床頭的開關(guān),護士便知道是哪位病人發(fā)出了求助信號。請同學(xué)們思考一下,護士是如何知道的呢?如果讓你設(shè)計病房呼叫電路,你會用到哪些實驗器材?

        生1:護士聽到了鈴聲,所以需要電鈴。

        生2:護士不僅聽到鈴聲了,還看到對應(yīng)病床的燈亮了,這些都是護士需要知曉的信息。所以不僅要電鈴,還需要燈。

        師:如果有兩張病床,燈和電鈴該如何連接?請畫出電路圖。

        剛開始大部分學(xué)生設(shè)計了如圖1和圖2所示的電路。

        圖1

        圖2

        當學(xué)生設(shè)計出這一類有待改進的電路時,教師應(yīng)將課堂交給學(xué)生,讓學(xué)生相互評價,從而引發(fā)思維碰撞,培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性。

        生1:圖1中只有一盞燈、一個電鈴和一個開關(guān),第二張病床的病人不可能和第一個病床的病人共用同一個開關(guān)。很明顯,這個電路不符合設(shè)計要求。

        生2:圖2符合設(shè)計要求,病床1呼叫時,L1燈亮且鈴響;病床2呼叫時,L2燈亮且鈴響。

        生3:鈴響是共同點,因此只需一個電鈴,裝在干路上就行。

        生4:對,從節(jié)約材料的角度來說,電鈴不需要兩個,1個電鈴就能滿足設(shè)計需求。

        根據(jù)學(xué)生的評價與交流,經(jīng)過改進最終確定了雙病房呼叫電路的設(shè)計(圖3)。

        圖3

        通過病房呼叫電路的設(shè)計過程,讓學(xué)生明白思維活動應(yīng)遵循的邏輯,按照邏輯順序進行,思考要有理有據(jù),條理清晰,不能含糊不清。在這一過程中,教師適當引導(dǎo)但無需過多干預(yù),放手讓學(xué)生自由討論,學(xué)生的科學(xué)思維能力會在設(shè)計、評價和不斷改進中得到提升,思維的邏輯性也會得到培養(yǎng)和訓(xùn)練。

        2 設(shè)計“雙向控制電路”,培養(yǎng)思維的創(chuàng)新性

        師:同學(xué)們剛才設(shè)計的呼叫電路,護士可以關(guān)掉電鈴和燈嗎?如果護士想要關(guān)掉電鈴和燈該怎么辦呢?

        學(xué)生討論得出應(yīng)該在護士站添加一個開關(guān),就能滿足要求,因此大部分學(xué)生設(shè)計了如圖4所示的電路圖。

        圖4

        緊接著教師拿出自制教具,邀請學(xué)生扮演護士和病人,用教具展示兩張病床的區(qū)別。如圖5所示,當1號病床病人按下紅色按鈕開關(guān)呼叫,護士可以關(guān)掉電鈴和燈,但護士關(guān)掉后,1號病人就無法再呼叫了;如圖6所示,當2號病床病人按下黃色面板開關(guān)呼叫,護士可以關(guān)掉電鈴和燈,2號病人還可再呼叫,能夠?qū)崿F(xiàn)病人和護士的雙向控制。

        圖5

        圖6

        師:以2號病床為例,你能設(shè)計出病人和護士雙向控制的病房呼叫電路嗎?

        上述問題提出后,教室陷入了一片寂靜,學(xué)生在沉思,3分鐘后仍舊沒有學(xué)生提出解決方案。

        師:如果模擬交通信號燈電路,你會怎么設(shè)計?很快,有學(xué)生給出如圖7的電路設(shè)計。

        圖7

        師:這樣的設(shè)計符合生活中的交通燈的規(guī)則嗎?

        生1:符合,閉合開關(guān)S1紅燈亮;閉合開關(guān)S2綠燈亮。

        生2:不符合,若同時閉合開關(guān)S1、S2,紅燈和綠燈都亮。

        生3:對,生活中,不可能出現(xiàn)紅燈和綠燈同時亮的情況。

        師:為了符合實際需求,紅燈亮?xí)r,綠燈必須滅;綠燈亮?xí)r,紅燈又必須滅。應(yīng)該怎么設(shè)計?

        生1:S1閉合時S2必須同時斷開,S2閉合時S1必須同時斷開。

        生2:把兩只單刀開關(guān)合二為一就行,共用一把“刀”。

        在討論中,學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題,創(chuàng)新性思維得到了訓(xùn)練,單刀雙擲開關(guān)也就呼之欲出了,學(xué)生自主設(shè)計、改進的交通信號燈電路如圖8。在以上討論的基礎(chǔ)上,學(xué)生很快設(shè)計出護士和病人雙向控制的病房呼叫電路(圖9)。

        圖8

        圖9

        3 完善“簡單電路模型”,培養(yǎng)思維的發(fā)散性

        師:結(jié)合生活實際,還有哪些任務(wù)能利用現(xiàn)有器材制作的簡單電路完成?

        學(xué)生通過設(shè)計病房呼叫電路,已經(jīng)積累了利用電路設(shè)計來模擬生活情境的經(jīng)驗,當這個開放性問題提出后,學(xué)生迅速進入了熱烈的討論中,使發(fā)散性思維得以培養(yǎng)。其中一個小組設(shè)計了防止行人闖紅燈的電路(圖10),紅燈亮?xí)r,導(dǎo)線ab使電鈴短路,電鈴不響;若此時行人闖入人行道,使導(dǎo)線ab斷開,電鈴聲響起,以提醒行人。

        圖10

        4 結(jié)語

        教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生從物理的角度觀察生活現(xiàn)象,還要培養(yǎng)學(xué)生從真實問題情境中提取有效信息的能力,找到思維的著力點,激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。運用科學(xué)思維方法,引導(dǎo)學(xué)生梳理信息,幫助學(xué)生從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題,通過科學(xué)思維解決問題,培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性、創(chuàng)新性和發(fā)散性,不斷提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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