生成式物理教學的實踐探索

張曉紅 吳維寧

(1.廣州市荔灣區教育發展研究中心,廣東廣州 510370;2.湖北大學物電學院,湖北武漢 430061)

1 什么是生成式教學

生成式教學起源于過程思想和建構主義思潮.過程思想的代表人物懷特海認為,過程體現事物的本質,事物的價值就體現在過程之中.他的話語旨在提醒人們,在從事任何一項活動時,我們應當像重視結果一樣,重視事物的發生發展過程,并給予它應有的地位.著名教育家杜威更是以“教育無目的論”將這一思想表述得淋漓盡致.他指出:生活、生長和經驗改造是循序漸進的積極的發展過程,教育目的就存在于這種過程之中,生長的目的是獲得更多更好的生長,教育的目的就是獲得更多更好的教育.其實,他的教育無目的,并非絕對意義上的無目的,而是指教育無預設的目的.這里他所強調的,是教育要使學生成為教學活動的積極參與者,而不是漠不關心的旁觀者.其實質,是強調教育要激發學生的學習動機,因為動機能激發新的學習需求,這樣的學習動機正是教育所期待的,也就是教育所應得的“報酬”.另外,建構主義也告訴人們,知識的學習是通過人的大腦與外界環境的相互作用來完成的.它強調的是學習過程的交互性與生成性.正是在這樣的背景下,生成式教學應運而生.一般而言,生成式教學是指:在教學的過程中,師生通過自主探究、合作交流,突破原有的教學設計,實現共同建構知識和升華教學主題的教學活動.正是由于它強調以學定教、順學而導,所以,生成式教學在創設物理情境、形成互動氛圍、激發自由思考、鼓勵大膽創新上都獨樹一幟.同時,它也對教師的教學思想與教學技能提出了更高的要求.由此看來,生成式教學對于教師的專業化發展也是十分有益的.

2 一個目標生成的物理教學案例

在物理教學實踐中,我們時常會遇到這樣的情況:當你在講解某一個物理概念或者物理規律時,學生會對與之相關的其它概念或者規律表示出濃厚的學習興趣.如果你是一個民主意識很強的老師,平時也注意給學生提供表達意見的機會,這時學生可能會要求你徑直去講解這些內容;或者,當你正在講解一種物理解題方法時,學生突然提出新的解決思路.對于學生在教學中的這些非預期的課堂行為,教師如果能隨機應變、因勢利導,則可能收獲意想不到的教學效果.筆者之一在中學物理教學實踐中親身經歷了許許多多由于學生的非預期課堂行為所導致的生成式教學案例,包括目標生成、內容生成和方法生成三類.現將一例目標生成的教學案例呈現給大家,供參考.所謂目標生成,是指在教學過程中,由于學生的非預期課堂行為而導致新的教學目標的產生過程.比如:在一次物理課堂教學中,預設的教學目標是學習氣墊導軌的基本結構和原理,并在此基礎上靈活運用.在講完氣墊導軌的基本結構和基本原理以后,教師向學生提出如下問題:氣墊導軌在中學物理中能做哪些實驗?做這些實驗的原理是什么?實驗時應注意哪些問題?以下是師生對話的主要內容.

學生A:我認為運用氣墊導軌可以做4個實驗.一是可以用來判斷物體是否做勻速直線運動.二是可以用來測量勻變速運動的加速度.三是可以用來驗證牛頓第二定律.四是可以用來驗證動量守恒定律.具體實驗原理是……(此處略去學生對于具體原理的敘述).

教師:在上述實驗中整套裝置一定要置于同一水平面上.同學A的回答是否完整?是否有需要修改的地方?哪位同學給予補充?

學生B:不能判斷物體作勻速運動,但能測瞬時速度和平均速度,因為運動過程中某兩個位置瞬時速度相等并不一定表示它做勻速直線運動.

學生A:將光電門放于不同位置,若兩次測得初、末速度相同,則可判斷物體做勻速直線運動.

學生B:兩次速度相同就能判斷物體做勻速運動嗎?

學生A:若多次測出任意兩位置速度相同,則可斷定物體作勻速直線運動.

教師:剛才的討論,其實質是要證明滑塊是否受摩擦力,若滑塊完全處于懸浮狀態,則 f=0,物體作勻速運動.用逆向思維的方法,可得出上述結論.還可以做其它實驗嗎?

學生C:還可以驗證動能定理,方法是用細線將滑塊與懸掛物相連,懸掛物的質量要遠遠小于滑塊的質量.由兩光電門之間的距離知道位移,記時器顯示滑塊分別通過兩光電門的時間.通過數據處理,就可以驗證動能定理ΔEk=Fs了.

學生D:能驗證動能定理,就能驗證機械能守恒.實驗方法相同,實驗原理:將合外力做功改為重力做功.看動能、重力勢能的改變量是否相同.

學生E:做驗證機械能守恒的實驗時,不需要 M?m.因為兩物體重力勢能的改變量等于兩物體動能的增量,與繩的拉力無關.

教師:真與繩子的拉力大小無關嗎?那么驗證動能定理時與繩子拉力有關嗎?與兩物體質量比有關嗎?(討論2分鐘)

教師:同學F所說系統內力做功總和為零,是指上述情況,并不是任何情況下系統內力做功總和都為零.例如:有相對滑動的一對摩擦力做功的總和就不為零.還有補充的嗎?想想還能做哪些實驗?大家討論.

學生G:可以測重力加速度.實驗原理和方法與測加速度的方法相同.

學生H:不行,氣墊導軌不能豎起來.因此不能測重力加速度.

學生G:誰說氣墊導軌不能豎起來?

教師:有些理論上成立的問題,實驗操作起來有一定困難.選擇實驗時一定要考慮到實驗的可行性.有時失敗與成功只有半步之遙,堅持就是勝利.想一想,真的不能用于測量重力加速度嗎?重力加速度與加速度之間有聯系嗎?(教師用一個手勢,重力加速度方向豎直方向,測加速度時手變為傾斜)

學生G:可以將氣墊導軌傾斜放置.測出傾角 α,充氣時相當于滑塊在光滑斜面上下滑,測出加速度,根據光滑斜面a=gsinα,可得出重力加速度.對,就這樣,為了省事,斜面傾角最好取30°.(同學G說完就自己鼓掌給自己加油,全班也跟著鼓掌.)

學生L:不對,沒有直接測出重力加速度.

教師:學生回憶一下,在用單擺測重力加速度的實驗中,我們直接測量了重力加速度嗎?很好.剛才同學提出的這個想法很有創意,這是一種間接測量的方法.其實物理測量很多都是間接測量.好了,還有其它的想法嗎?

學生M:可以用于測彈簧的勁度系數k.

(很多學生一臉茫然)

教師:你的根據是什么?

學生M:我看到同學們鼓掌,手往返運動,于是想到了彈簧.

學生N:氣墊導軌還可以做簡諧振動.用于測量滑塊的振動周期 T、T與滑塊質量M的關系以及系統的機械能.

教師:這是一個開放性實驗,如果有興趣同學們可以在課下再去做一做.完全可以驗證到簡諧振動周期、能量等多個物理量之間的關系.不過這個實驗要注意將光電門放在平衡位置處.以上討論了氣墊導軌的部分應用.氣墊導軌做以上實驗的根據是什么?(2分鐘后)同學 A由你開始,還是由你來總結.

學生A:氣墊導軌的記時器可以用來測時間,由兩光電門間距知道位移,由記時器上的時間和擋光片的長度可求出相對應的即時速度.與時間、位移、速度,質量、力有關的實驗都可以做.

3 案例剖析與拓展

在上述有關氣墊導軌應用的課堂教學中,預先設定的測定速度、加速度、驗證動能定理、機械能守恒定律等教學目標都較好地得以實現.而同學提出的應用氣墊導軌測定重力加速度、測定彈簧的勁度系數等教學目標則是授課教師預先沒有想到的,在備課中也沒有作預先的設計,但由同學提出的問題拓展了教學的目標、豐富了教學的內容、促進了學生的參與、激發了學生的思維.在這樣的課堂氛圍中,同學們的自主意識明顯增強,思維更加活躍,而且最為重要的一點,就是同學們有了成就感.如前述課堂教學中,那個提出用氣墊導軌做成斜面測定重力加速度的同學 G,在提出的方案被老師和同學們認可后,高興得要跳起來,為自己鼓掌加油,而同學M又在同學們的鼓掌動作中受到啟發,想到了彈簧振動,于是想到了測彈簧的彈性系數.其實,這正是現代課堂教學所期待的效果——由同學們的非預期課堂行為所導致新的教學目標的生成.這里所說新的教學目標,不僅僅是指讓學生學習到幾個新的測量對象和幾種新的測量方法,而是讓學生經歷探究的過程、分享探究的樂趣、體驗成功的喜悅.由此我們也看到了生成式教學的一個重要策略:讓學生說話,因為他們也是重要的教學資源.

除了上述目標生成的教學案例以外,我們還接觸到其它一些包括內容生成(生成新的教學內容)與方法生成(生成新的教學方法或解題方法)的教學案例(這也是本文作者之一在中學物理教學中的實際案例).比如在一次以自由落體運動為主要內容的公開課上,當教師提出要講完自由落體運動概念時,學生的反應異常活躍,一個同學站起來說:老師,還可不可以講往上拋、平著拋、斜著拋的運動?老師,這是什么運動(該同學講這話時同時將橡皮擦拋出去)?老師很為難,因為這是一次公開課,學生要求講的內容提前又沒有準備,講不好就很難收場.這時教師轉身擦黑板,在擦完黑板后,老師順手將粉筆頭向各個方向拋出,你問的是這種運動嗎?學生說:是!教師由此做出了決定:按照學生的要求講!在經過引導學生對幾種拋體的運動特征進行對比分析后(以小組為單位每小組討論一種運動),同學們又在教師的啟發下討論并總結了幾種運動的圖像、運動規律并進行了分析和歸納,找出它們的共同特征:不論是自由落體運動、平拋運動還是斜拋運動,都是在重力作用下的運動.就這樣,一個以自由落體運動為預定內容的公開課,講成了一節重力作用下的運動.結果這節課受到學生的歡迎也受到聽課老師們的好評.這個案例告訴我們,在條件(包括學生基礎、教師經驗、時間安排)允許的情況下,教師可以跟著學生的興趣走.這也是生成式教學的另一個重要策略:以學定教、因勢利導.這是一個內容生成的例子.還有一個方法生成的例子.在一次高三總復習的動量守恒的習題課上,原本要講一個人從車上往下跳的題目,這是一個關于動量守恒的經典題目.原題如下:質量為m的人在質量為M的車上,車在光滑水平路面,車上人以速度 V跳車.請寫出相應動量守恒方程,并以此為母題,可以增加若干條件,寫出相應的動量守恒方程.教師就該題提前兩周向學生布置了一個任務:課后每個同學以小組為單位補充適當的條件,寫出對應的方程.需要想出與該題目有關的物理情境.結果,教師自己預先想出了九個物理情境,本想看一看學生能否想出這些物理情境來,沒想到學生想到的遠遠超出教師的想象:同學們共提出了50多種情境并寫出了對應的方程!遠遠超過了教師預先設計的九種物理情境.這些物理情境包括:多人同時跳、多人以不同的參照物跳、人相對于車拋擲物體、不跳而拋擲物體、同時拋擲和接收物體、同時反方向跳車、等速反方向跳車、2倍速反方向拋擲物體、變換質量反方向拋擲物體等等.結果有關動量守恒的這個內容,教師就學生給出的這些情境,組織學生討論,最后上了整整十二節課.因為學生提出的物理情境都要編制習題并提出解題思路,當然這些大部分也是由學生來完成的.就這樣,學生自己提出問題、自己確定解題思路、自己研究解決問題.教學效果非常好.這個案例告訴我們:學習其實是學生自己的事,放心讓他們去想去做吧,那樣,效果往往比你講得還要好.同時,這個案例也呈現給大家生成式教學的第3個重要策略:讓學生真正成為學習的主人.多年來的生成式物理教學獲得了豐厚的回報:筆者之一當年所教的班級原是一個廣州市C類學校的一個普通班,在這種教法實施3年后參加當年的高考中,全班的平均成績超過 A類學校平均成績26.12;全班34名學生中,有32名學生在全國高中物理競賽中獲獎,其中省三等獎以上有11人(當年廣州市獲省三等獎以上的共 111人).所以我們想,在物理課堂教學中,只要我們教師讓學生說話,真正讓他們成為學習的主人,課堂就會煥發出無限生機,這正是生成式物理教學的理想境界,也是當前基礎物理課程改革最為核心的價值訴求.