“欲擒故縱法”在課堂演示實驗教學中的運用

須雪忠

(浙江省杭州第四中學,浙江杭州 310018)

課堂演示實驗是教師結合課堂教學內容,用演示的方法進行的實驗教學,使學生獲得生動的感性認識,更好地理解和掌握物理概念和規律,同時也可以培養學生的觀察能力、分析綜合能力及邏輯思維能力.隨著課程改革的深入,演示實驗已從課堂教學的輔助手段轉變為貫穿整個教學過程中創設學習情景、探索物理規律的主要手段,因此,演示實驗的設計及相應方法策略的選擇對于提高物理課堂教學質量可謂舉足輕重.“欲擒故縱法”便是筆者在課堂演示實驗教學中經常運用的行之有效的教學方法與策略.

“欲擒故縱”的哲理源頭可追溯到《老子》36章:“將欲歙之,必固張之;將欲弱之,必固強之;將欲廢之,必固興之;將欲奪之,必固與之.”又《鬼谷子?謀篇》:“去之者縱之,縱之者乘之”.中國軍事史上成功運用此計,并對此計的定名有重大影響的,是諸葛亮率蜀軍遠征南蠻時七擒七縱蠻王孟獲.對諸葛亮來說,七擒七縱皆手段,而目的只有一個:但服其心.該策略運用于教學則是指教師在掌握學生原有知識結構中的缺陷與不足,或認知學生前概念中的錯誤認識的前提下,通過巧妙設計問題與欲擒故縱的演示,引發認知沖突,從而激起學生興趣,產生認知需求.成功運用此法不僅需要教師課前有充分的學情了解,還要針對學情與教學內容精心設計實驗的關鍵步驟,以及從“縱之”到“擒之”的問題鏈.當然,“縱”與“擒”亦只是手段,創設引人入勝的學習情境,促成學生主動學習才是本策略的根本目的.本文結合具體案例談談筆者在課堂演示實驗教學中是如何實施這一教學策略的.

教學案例1 落體運動的研究

在研究落體運動時,可圍繞物體下落快慢與所受重力大小無關這一難點設計如下一組實驗.

實驗(1):鐵片(或錢幣)與小紙片從同一高度同時下落,可看到鐵片下落得快;(由于“重的物體下落快”這一生活經驗存在于大多數學生的頭腦中,因此安排實驗(1),讓學生觀察到“重的物體下落快”的現象,暴露學生原有的錯誤觀點,欲擒故縱.)

實驗(2):將小紙片揉成紙團再與鐵片從同一高度同時下落,可看到兩者幾乎同時落地;(師:小紙片揉成紙團后,重量變嗎?生:不變!師:那為什么紙片揉成紙團后就下落得快了呢?投石激波.)

實驗(3):大紙片與小紙片揉成的紙團從同一高度同時下落,可看到輕的小紙團下落得快;(咦,怎么輕的物體下落反而快了呢?!學生驚訝不已.通過強烈的對比,激發起了學生探究的動機,促使學生積極地思考,從而主動跳出“物體下落快慢與重力相關”的思維怪圈,去分析現象背后的本質——空氣阻力的影響.再通過對空氣阻力的分析,讓學生意識到正是空氣阻力的影響使得落體運動變得異常復雜,一時難以看清問題的本質,從而啟發學生從簡單入手,抓住主要因素重力,忽略、排除次要因素空氣阻力,進而引出實驗(4).

實驗(4):錢毛管實驗,可以看到在真空環境下,錢幣和羽毛同時落地.(使學生建立起“忽略空氣阻力時,同一地點任何物體下落快慢都相同”的觀點.)

上述演示實驗各具目的、有機結合:實驗(1)欲擒故縱、引出錯誤,實驗(2)提出問題、引起思考,實驗(3)強烈對比、激活思維,深入分析、揭示本質,實驗(4)解決問題、得出結論,一環緊扣一環,層層深入,把學生由對現象的感性認識逐步引向對本質的理性認識.

教學案例 2 “力的分解”課題引入

進行“力的分解”一課教學時,可設計如下的演示實驗:用細線系住一重錘,留出兩個線端,教師有意設問:“用一根線提與用兩根線提相比,哪一種情況線更容易斷?”學生會不假思索地回答:“用一根線提!”(暴露學生前概念中源于生活經驗的錯誤認識.)然后教師不動聲色地用一根線顫顫巍巍地提起了重物,故意舉得高一些,學生的心跟著懸了起來(強化前概念,欲擒故縱).接下來再用兩根線穩穩地提起重物(學生的心放了下來,臉上露出輕松的表情),接著緩緩地增大兩根線之間的夾角……突然間線斷了!猝不及防的學生異口同聲地發出了“啊!”的驚訝聲.思維自疑問和驚奇開始(亞里士多德語),這時教師可不失時機地提出如下問題:“怎么兩根線提反而斷了呢?一開始就斷嗎?什么時候開始斷?為什么會斷?”學生產生了強烈的思維沖突,進入了“心求通而未得,口欲言而未能”的憤悱狀態,為進一步學習新知識蓄足了氣勢.

教學案例3 “閉合電路歐姆定律”課題引入

進行“閉合電路的歐姆定律”一課教學時,可安排如下實驗設置懸念:先用伏特表直接測量兩個不同電源兩極間的電壓,分別測得1.5 V和6 V;然后用一小燈泡與“1.5 V”電源相連,請學生注意觀察燈的亮度——學生回答:“很亮!”(欲擒故縱)接著請學生猜想,如果讓小燈泡與“6 V”的電源相連,會出現什么情況?學生猜想:“小燈泡會被燒毀”或“小燈泡不會被燒毀,但要比前面一次亮得多”(“魚兒”果然上鉤).然而接下來的演示結果讓學生大感意外,小燈泡的亮度比前面一次暗得多.這時,教師可順勢導入新課“為什么會出現這種情況呢?要解決這個疑問,先要學習電學中一個非常重要的規律——閉合電路的歐姆定律.”

教學案例4 完全失重現象的演示

學習了超重與失重現象之后,可以通過下面一組實驗的演示來鞏固和深化知識:在塑料可樂瓶的底部和側壁分別打幾個小孔,灌滿水后一拎起來,水花四濺,當提著瓶子向上加速運動時,水噴射得更厲害(超重現象,為豎直上拋埋下了“擒”的伏筆),而向下加速運動時則情況相反(失重現象).問:如果自由下落呢?(先讓學生思考,再用實驗驗證.)追問:如果將瓶子豎直上拋又會怎樣?(對照前面向上加速的情況,學生普遍認為水會噴射得更厲害,演示結果:滴水不漏!強烈的反差激起了學生極大的探究欲望,同時點燃了學生思維的火花.)順勢再問:將瓶子豎直下拋或斜拋出去呢?(可以叫一位學生上臺,來個師生對拋“水球”的表演,只見“水球”接在手上——水花四濺,拋在空中——滴水不漏.)亦莊亦諧、欲擒故縱的演示在帶來課堂歡聲笑語的同時,也帶給了學生更多的思考和領悟.

教學案例5 自感現象的演示

演示自感現象,可以先通過外加磁場在線圈中磁通量變化與線圈本身電流變化引起的磁通量變化相類比,對自感現象發生的可能性及其表現形式作出推測,再設計電路如圖1(a)所示.讓學生猜想:當閉合開關時,我們將觀察到什么現象?學生會預言,小燈泡逐漸地亮起來.按電路圖連接好線路后,閉合開關,根本看不到所期望的延時現象,學生大失所望.然后引導他們分析失敗的原因(可能是觀察的方法有問題),啟發學生運用比較、補償等思想方法改進實驗設計方案,采用對比電路如圖1(b)所示(即為教材上給出的通電自感現象演示電路),連接好電路后閉合開關,果然觀察到了明顯的延時現象.在學生釋然之際,追問:如果再斷開開關(進一步演示斷電自感現象,如圖1(c)所示),將觀察到什么現象?學生會毫不遲疑的回答:由于電磁感應現象,小燈泡不會立即熄滅,還要繼續亮一段時間.演示結果:兩個小燈泡立即熄滅.——“迷霧又遮住了眼睛”,然后再引導他們分析原因(斷開開關后,自感電動勢維持的感應電流將在兩燈泡組成的新回路中流動,由于回路電阻很大,電流很快減小為零),啟發學生從減小回路電阻,增強前后流過小燈泡的電流的對比度等角度改進實驗方案[如圖1(d)],即為教材上給出的斷電自感現象演示電路).經過這樣一番起伏跌宕的“縱”與“擒”,學生主動參與實驗方案的設計,親身體驗荊棘載途又風景無限的“亞科學探究”過程,不僅對教材上通、斷電自感現象的設計方案、器材要求和電路圖能夠充分領會,同時也學會了如何運用已有的知識對未知現象作出推測,如何用實驗檢驗推測,如何分析實驗中的意外現象以及如何改進實驗方案等,這對于培養學生科學的思想方法是至關重要的,也是直接給出實驗方案進行成功演示的教學效果所無法比擬的.

圖1

“欲擒故縱法”在課堂演示實驗教學中的有效運用,充分調動了學生學習的積極性和主動性,學生在教師創設的跌宕起伏、懸念叢生的問題情境中,主動探索、主動發現,主動建構,真正實現了從“要我學”到“我要學”的轉變.教師在運用此策略時,應注意把握縱的程度和擒的時機,要抓住學生的興趣點和興奮時間,要在學生興趣濃厚的時候適時放出去,這樣才能起到事半功倍、情智共生的教育效果.