關于提高電工探究實驗有效性的思考

孫　毅　石玉梅

《電工基礎》是一門以實驗為基礎的學科,電工理論是前人對自然和社會基本現象無數次探究活動形成的結晶。因而在電工教學中進行探究實驗活動,對培養學生的探究能力、創新能力及人文素養的提高有著重要的作用,然而在教學中也出現了看似熱鬧而成效卻較低的現象,因此提高探究實驗有效性問題,就成了迫切需要解決的問題。

一、探究實驗有效性的基本特征

探究實驗有效性是什么?眾說紛紜,莫衷一是。雖沒有絕對的標準,但有如下相對的基本特征。

1. 探究性

探究實驗問題的提出,初步激發學生的探究興趣,引導活動的開展;伴隨著新問題的出現,學生的探究意識逐漸增強,思維空間被拓展;問題進一步的解決,培養了學生的探究能力及創新能力。

2. 建構性

“探而不構”常使活動流于操作表面,學生的思維并沒有深入,成效較低。解決這個問題,要做到兩步。首先,學生通過初步探究獲得事物表象及外部聯系,建立感性認識;其次,隨著探究的深入,思維的持續活動,由表及里,抓住事物的本質,使認識由感性層上升到理性層,從而建構出理論知識。

3. 真實性

學生探究之路是曲折的,失誤是不可避免的,計劃的制定、問題的解決及知識的建構是在實踐中不停地修正而形成的,一蹴而就的探究會給人留下矯揉造作的印象,而真實的探究實驗或多或少總會有些缺憾,也正是由于這些缺憾,學生才能獲得終身難忘的體驗。

4. 生成性

探究活動中會有很多東西超越教師之前預設,導致一些現象無法預見。在探究中應有教師和學生情感、智慧、思維和精力的投入,有互動的過程。成功的探究是課前設計與課中創造的結晶。

5. 人文性

探究中遇到障礙是平常的,過于簡單則會養成學生驕躁心態。有效的探究能夠使學生戰勝一個個障礙,培養學生堅韌不拔的毅力和不斷探索、知難而上的科學探究精神,提高學生人文素質。

二、提高探究實驗有效性的措施

1. 培養學生篩選能力是提高有效性的前提

學生分析問題時,需要調動許多與問題有關的信息,有對“問題分析”有意義的信息,有與“問題分析”無關的信息,有阻礙“問題分析”的信息,眾多信息纏繞在學生大腦中,堵塞了解決問題的道路,常常使學生的認識停留在表面,思維無法深入,活動停滯不前。因而教學中,教師要幫助學生對前知識進行歸納,促進學生對已有的知識結構化、網絡化,才能使學生根據問題篩選出有意義的信息,打開解決問題之門。

2. 點燃學生探究興趣是提高有效性的動力

教材實驗所表現的是經過邏輯加工電學形式,使學生主體感性認識游離在抽象理論中,學生探究起來猶如嚼蠟,索然無味,學生頭腦里常常只有一些僵硬感性材料,缺乏有效動力使認識從感性層上升到理性層。 因而要“化僵為活”,對僵硬實驗內容生活化,使靜態文字變成活潑化,點燃學生探究興趣之火,促進他們根據表面現象進行深入思考,從而運用前知識構建出新知識。如“RL串聯電路”這節實驗,可改為“日光燈電路的安裝”探究實驗,學生一聽生活中經常能遇到的事情,于是興趣激發,一邊操作一邊根據出現的問題積極探索。把實驗中缺少生活氣息題材的實驗,改編成學生感興趣的實驗,使學生積極主動地探究,不僅使學生技能得到提高,而且探究性得到充分培養。

3.把握學生探究的達成度是提高有效性的關鍵

“凡是學生能探索的決不能替代,凡是學生能夠思考的決不暗示。”這是探究實驗的原則。教師創設實驗活動情景中既要讓學生經歷成功的歡樂,又要讓學生嘗試失敗的痛苦。但是經常失敗會導致學生喪失探究的信心,相反如果一帆風順探索就能得出結論,也會誘發學生的浮躁態度,所以教師要把握學生探究的達成度。這就要求教師的備課行為不是傳統地坐在椅子上,面對靜態的課本獨自進行苦思冥想,而是要將學生的活動引伸到備課行為中,在課前要進行“換位行動”,才能有的放矢設計好教學。第一步,根據實驗任務,通過問卷或訪談好、中、差三層次的學生,調研學生已有知識、經驗及生活情景,為活動的實施做好準備;第二步,立足學生的認知角度,模仿學生探究的歷程,自己動手完成實驗,體會學生探索中的“困難點”所在,為設計情景障礙做好準備;第三步,根據維果茨基的“最近發展區”理論,從學生已有的知識經驗或認識理解出發,將問題難度設計略高于學生已有水平;第四步,根據“腳手架”理論讓學生主動構建臺階從而建構知識。教師根據學生的認知規律,設計“點”出哪些信息可造成學生認知沖突矛盾,在矛盾解決過程中需要“點”出什么信息,讓學生搭成知識臺階建構理論。以“日光燈電路的安裝”為例,需從學生大腦光盤已存儲的信息“點”出三張關鍵“信息牌”。第一張:“點”出“直流電路中電阻元件串聯時電路端電壓等于各電阻元件電壓之和”的信息,造成學生前知識與現知識“UL+UR≠U”認知沖突矛盾,激發學生探究問題的欲望;第二張:立足矛盾平臺“點”出“數學不僅存在代數運算,還存在幾何運算”的信息,為學生建構“相量關系”概念的第一級幾何圖形臺階提供背景,同時也為下一級臺階“相量圖畫法”作鋪墊;第三張:“點”出“如何將數學幾何圖形符號轉化為電工圖形符號”的信息,使學生進行更高的思維形式運算,主動調動前知識“單一元件交流電路相量關系”,并將該知識點內涵賦予到“幾何圖形”中,實現第二級臺階“相量圖的畫法”的構建,從而由相量圖建構出“RL串聯電路的相量關系”的概念。

4. 培養學生檢驗習慣是提高有效性的重要手段

理論的建構,是在實踐中反復形成的,探究活動中,教師要有意識培養學生檢驗結論的習慣。首先,學生通過問題的初步解決,形成“待修正結論”;其次,教師立足學生的已有知識及經驗,從“待修正結論”角度出發,適時提出“如果實驗有關因子變化對現結論有無影響”等諸如此類問題,引導學生再次探究;最后,學生再次實驗的過程中,產生新的認知沖突,對“待修正結論”產生疑惑,經過思考探索,對“待修正結論”進行修正,如此反復檢驗、修正,最終建構出正確的理論。

5. 應對課中不確定性是提高有效性的藝術

探究是一種“教師、學生、教材及器材”共同作用動態的活動過程,其間包含的變量很多。因而教師備課要從課前滲透到課中,在探究問題越來越復雜,課前設計難以實現的情況下,干脆提高自己應變的主動性,以自身積蓄的教學素養,把握教學過程中自變量變化而作相應變化,以提高自己應對不確定性的能力,生成成功的教學。“功率因數提高”這節備課時,筆者設計引導探究實驗教學方法,引導學生體驗前人 “感性負載兩端并聯適當容量電容器來提高電路功率因數”的探索歷程。上一名位學生興奮地說:“老師,剛才我用相量圖證明了在感性負載兩端并聯一只電阻也可提高電路功率因數。”他的探索已超出了筆者我的精心設計,是打斷他的探索,還是讓他繼續?望著學生激動的眼神,筆者急中生智:“那你想一想為什么實際生活中不采用這方法呢?”他一愣,接著積極地設計電路,進行操作。一會兒,他又興奮地說:“老師,我知道了,雖然功率因數得到提高,但線路中電流增大,導致線路功率損耗增大,因而這種方法不可取。”整個課堂沒有因為不確定而停滯,反而由于課中創造在滿足學生探究欲望中,繼續沿著動態運行,真正實現對教學預設的超越,使課堂更生動化。

6. 加強學生抗挫折教育是提高有效性的保證

職高生經歷中考競爭后帶著“低人一等”的心理進入職校,在心理上產生比較嚴重的受挫情緒,產生了自卑感,兼之探究中障礙、失敗常見,于是對探究產生憂慮和畏難情緒。因而要對學生不斷加強抗挫折教育,增強心理素質,提高其人文素養,以確保探究活動的完成。

(1)打防疫針。首先,教育學生在失敗面前不要氣餒、自卑,失敗只是“逗號”,是成功的起點,失敗與成功是孿生兄弟伴隨我們成長,今天失敗是為明天成功作鋪墊,認真反思失敗原因,拿出屢敗屢戰勇氣才會練成鋼鐵般的意志,從沼澤地爬出來的人才是真正的人,才會有獨立完整的人格;其次,通過反復調節探究實驗難度樹立他們的自信心,經過循環訓練,學生抗挫折力明顯增強,心理素質明顯提高,自信力明顯上升。

(2)適時點撥。索活動中學生必然會出現許多突發性障礙,此時教師針對出現問題要適時地進行點撥,不僅有利于知識鞏固,而且鍛煉學生意志,培養學生人格。例如,一位同學探索“三相異步電動機正反轉控制”實驗時,電動機無法反轉,他查來查去,找不到原因,神情沮喪,滿腹牢騷,正當他氣餒時,筆者微笑著說:“居里夫人經過無數次的實驗才找到了鐳,你難道就這樣放棄嗎?問題出在哪?能不能運用所學理論檢查一下故障到底在哪里?”該同學想了一下,接著發現了故障,原來他將三根相線同時對調,這是他所始料不及的。有了這次經歷,學生想到電路故障通過自己的努力最終被自己排除,產生了成功愉悅的心情。

總之,在電工開展探究性實驗學習,還需要教師結合實際不斷摸索。在這個過程中,師生要以現代教育理念為指導,共同努力,才能營造一個探究性、建構性、真實性、生成性及人文性的有效課堂。