實驗激發(fā)思維 問題交流智慧

陶建燕

[摘要] 教學文化是一種課堂文化，是師生教學實踐賴以展開的前提、背景和氛圍。而物理教學的基石是實驗，因此在物理課堂教學中進行文化構(gòu)建的重點是：實驗和問題。抓住物理實驗與問題設(shè)計，能讓教師目標明確，精力集中，從而比較快的在課堂教學中融入教學文化。而大膽實踐是實現(xiàn)文化構(gòu)建的必經(jīng)之路。筆者就以《電子的發(fā)現(xiàn)》這一教學內(nèi)容進行了嘗試實踐。

[關(guān)鍵詞] 教學文化 實驗 交互 問題交流 實踐

教學文化是人們在教育活動中存在的內(nèi)在的東西。一方面，它以教學思維方式、師生情感表示方式等形式體現(xiàn)；另一方面，教學文化通過教學活動，作為客觀現(xiàn)實而被體現(xiàn)。一個好的教學文化意味著給予教學者和學習者一種積極的期望、熱情、鼓勵、責任感、認同、肯定、成功的機會以及促使他們萌生生生不息的創(chuàng)意；意味著幫助學生發(fā)展積極的學習態(tài)度、價值觀和自我概念。可見，教學文化是一種課堂文化，是師生教學實踐賴以展開的前提、背景和氛圍。課堂教學讓處于思想理論境界的文化通過師生的互動轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的體現(xiàn)與實踐。

物理教學的基石是實驗，物理科學的發(fā)展中穿插著科學家們對自然的問詰，因此在物理課堂教學中進行文化構(gòu)建的重點是：實驗和問題。然而當前物理課堂教學的現(xiàn)狀卻是盲目追求教學的豐富和厚重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形式奢靡，華而不實，課堂大腹便便，十分臃腫。老師教得辛辛苦苦，效果仍不理想。針對這一現(xiàn)狀，我們提出刪繁就簡，返樸歸真，將物理教學的重點回歸到如何設(shè)計一個好的實驗，如何設(shè)計一系列好的問題。前蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基曾說：“如果教師不去設(shè)法在學生身上形成這種情緒高漲、智力振奮的內(nèi)部狀態(tài)，那么知識只能引起一種冷漠的態(tài)度，而不動感情的腦力勞動只會帶來疲勞。”抓住物理實驗與問題設(shè)計，能讓教師目標明確，精力集中，從而比較快的在課堂教學中融入教學文化。

一、 一課一實驗，交互中激發(fā)思維

教學文化應(yīng)該是老師和學生作為集體主體在教學活動中構(gòu)建的，屬于師生集體的生活方式。物理實驗就是一個得天獨厚的集體舞臺， 19世紀建成的卡文迪什實驗室就是其中的一個典范。教學文化的主要存在形式不是理論文獻，而是現(xiàn)實生活。蘇格拉底的“產(chǎn)婆術(shù)”等就是源于對生活現(xiàn)象的觀察總結(jié)。物理實驗相當于一個濃縮的、簡化的生活現(xiàn)象。

物理實驗的器材，本身就承載著文化。比如研究自由落體的牛頓管，讓人不禁就想到伽利略的比薩斜塔，從而聯(lián)系到亞里士多德對落體規(guī)律的描述，不管是正確是還是錯誤的，都曾經(jīng)讓人著迷，令人自發(fā)的想去思考。實驗過程的設(shè)計，更是凝聚著科學家的思維火花，百思不厭。而最后對物理實驗數(shù)據(jù)的處理，雖然枯燥，卻也讓人廢寢忘食。

每一節(jié)物理課，只要不是習題課，我們都應(yīng)該設(shè)計一個實驗，這點其實不難做到，只要我們有心堅持。哪怕實驗室里沒有現(xiàn)成的，自制實驗就是一條很好的途徑，要知道當時的卡文迪什實驗室在其巔峰時期就是鼓勵學者們自制實驗器材，雖然這樣的器材可能有很多不足之處，但實驗室的管理者們堅信，自制實驗器材更能讓人學到更多，思考更多。一課一實驗，是我們的目標，應(yīng)該是物理教師堅持的一個夢想。有時間可以去看看網(wǎng)易公開課里麻省理工學院那位“瘋狂教授”的課，很多人認為運動學基礎(chǔ)好象沒有什么實驗可做，但那位教授卻把真正的槍拿到了課堂，他的一句話說得好“雖然我討厭槍械，但我對槍械里射出來的子彈的速度是那么的著迷，因此我還是要做這個實驗”。

做實驗的過程，必然是師生的一個交互的過程，在師生做實驗的過程中，思維必然是活躍的，在這種情境下，學生的體會是鮮活的、積極的、主動的。可能，就在一個看似不起眼的物理實驗過程中，學生體會到了什么，激出了新的思維火花，如果是這樣，那么教學文化在這個過程中，已經(jīng)傳給了我們的下一代！

二、 問題交流，體現(xiàn)智慧的時刻

我們生活的一個主要組成是對話，從具有中國特色的“你吃飯了嗎”“今天天氣真好”，到詳細的互吐心聲。那么在課堂教學中，教師與學生之間的對話就存在于問題之間。教師問問題，學生回答得小心翼翼；學生問問題，老師回答得洋洋灑灑。這樣的問題并不能很好的體現(xiàn)文化的交流，更傾向于文化的灌輸。好的問題，應(yīng)該要能體現(xiàn)出智慧。

能體現(xiàn)智慧的問題不應(yīng)該是程序化的，很多教師的問題都有一個通病，就是學生只要回答對或錯就沒有了下文。長此以往，學生的思維也會變得程序化，問題就失去了它的本來意義。那樣的問題，我們不妨把它設(shè)計成一個習題，讓學生做一做就行了。好的問題應(yīng)該留出彈性區(qū)間，而不是天衣無縫，環(huán)環(huán)相扣的一種固定、僵化的“線性序列”。“課堂就是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的行程”。課堂教學是一個動態(tài)生成的過程，再好的預(yù)設(shè)，也無法預(yù)知課堂教學中的全部細節(jié)。因為教學的主體――學生是開放性的、創(chuàng)造性的存在，是帶著自己的知識、經(jīng)驗、思考、靈感、興致參與課堂活動，從而使課堂教學呈現(xiàn)出豐富性、多變性和復(fù)雜性。因此，教師在設(shè)計問題時要為學生的主動參與留出足夠的時間和空間。

在實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，如果我們將有些基礎(chǔ)知識先不講全，或者是故意給問題留下點破綻，很多時候?qū)W生的回答有時能讓我們有意外的收獲。當然，在這個過程中，教師會有風險，因此教師一定要有深厚的專業(yè)功底，否則一旦失去學生的信任，那么教學也會歸于失敗。為了防止出現(xiàn)這種情況，我們在最初就要建立起一種自由探究的氛圍，學識和見解需要互相啟發(fā)，問題和疑難有待共同探討，興趣和愛好可以互相激勵。

三、大膽實踐 是實現(xiàn)文化構(gòu)建的必經(jīng)之路

這兒，以《電子的發(fā)現(xiàn)》這一教學內(nèi)容嘗試實踐。

課堂重點之一：實驗

先給大家介紹下一個很好玩的玻璃管：

1、玻璃管，內(nèi)裝極其稀薄的氣體。

2、電極，接上高壓電源的負極的一端稱“陰極”，另一端則稱為“陽極或?qū)﹃帢O”

3、實驗： 接通高壓電源后，從陰極會射出一種射線，撞在熒光板上發(fā)光，出現(xiàn)一條光帶

問題：我們能通過怎樣的實驗來獲得更多的關(guān)于射線的信息呢？

實驗1：拿出磁鐵，讓磁場垂直射線，觀察到射線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，從偏轉(zhuǎn)方向利用左手定則判斷出射線帶負電。

實驗2：讓陰極射線通過帶電平行板，觀察到它的偏轉(zhuǎn)，再一次說明了射線帶負電。

以上是標準的實驗，教師不要一個人演示到底，把主動權(quán)交給學生，讓學生自由發(fā)揮，桌子上放著相關(guān)的實驗器材，請學生主動上臺來做一做，然后再交流。

課堂重點之二：角色扮演（開放的問題）

先由教師陳述背景：

當時，對陰極射線的本質(zhì)，存在著涇渭分明的兩種觀點：一種是以德國物理學家赫茲為代表，認為陰極射線是一種 “電磁波”；另一種是以英國的J.J湯姆孫為代表，認為陰極射線是一種“高速粒子流”

很顯然，一場科學的PK在所難免……

（這里角色已經(jīng)生成，可以登場了，教師可以擔任配角――赫茲，學生就是主角――湯姆孫或湯姆孫的支持者。）

“赫茲”：主要證據(jù)有兩點：

A、做過實驗，看到陰極射線在電場中不偏轉(zhuǎn)，由此判定不帶電

B、發(fā)現(xiàn)陰極射線能穿透薄鋁片，當時認為沒有比原子更小的粒子了，所以粒子是做不到的，只有波才可以。

教師設(shè)疑提問：你是湯姆孫或湯姆孫的支持者，你覺得你必須證明哪些事實，才能說服赫茲，才能在這場科學PK中獲得成功？

“湯姆孫們”：帶不帶電、帶什么樣的電、帶多少電荷量、質(zhì)量有多大、速度有多大、動量、動能，等等。

這么多需要用實驗去證明的疑問里，最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的一個問題就是：判斷陰極射線是否帶電。

“湯姆孫1”：在陰極射線上下加上一個電壓形成一個電場，看會不會受到電場力的作用。

實驗中觀察到發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

教師引導(dǎo)：根據(jù)演示的偏轉(zhuǎn)方向，這種射線帶什么電？為什么？ （引導(dǎo)學生回答受力與電場強度方向的關(guān)系）

“湯姆孫2”：如果它帶電，加上一個磁場，也可能會受力，會偏轉(zhuǎn)。

演示：拿出馬蹄形，S外N內(nèi)。

提問+學生活動：請大家判斷帶電粒子會受到哪個方向的力，陰極射線會往哪里偏？拿出你的手，來判斷粒子的受力方向

教師尋找需糾正的學生：

實驗驗證： 磁鐵靠近陰極射線

“赫茲”：你們說它是帶負電的粒子，那它究竟是什么粒子，帶多少電，質(zhì)量又是多少？或者微粒的比荷 q/m是多少？

按照我們利用電場和磁場的解析，我們應(yīng)該有兩條思路，一條思路是置于磁場中，另一條思路是置于電場中。

“湯姆孫3”：帶電粒子在勻強磁場中會受到洛倫茲力，由于洛倫茲力始終與速度方向垂直，所以粒子會做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，因此有 qvb=mv2/r

比荷的表達式，出現(xiàn)了！ q/m=v/Br

“赫茲”質(zhì)疑：B可以已知，偏轉(zhuǎn)的半徑r可以測，那速度V如何得到呢？

“湯姆孫4”：速度選擇器，調(diào)節(jié)E和B合適，可以讓qvB=qE，則可以得到v=E/B。

“湯姆孫5”：可以利用帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律。

學生探究推導(dǎo)出 y 與q/m關(guān)系的表達式

湯姆孫通過方法和原理類似的實驗測定了陰極射線中帶電微粒的比荷。然而結(jié)果令他大吃一驚：q/m 約為 q/m（氫離子）的2000倍。

面對這樣的結(jié)果湯姆生會有怎樣的猜測呢？

“湯姆孫6”：m差不多的話，q是氫離子的近兩千倍…

“湯姆孫7”：q差不多的話，m是氫離子的近兩千分之一…

經(jīng)湯姆生大量實驗測定，盡管限于當時條件與技術(shù)，很不精確，但足以證明，這種帶電微粒的電荷量與氫離子相當，可見其質(zhì)量遠小于氫離子，大家稱之為“電子”。

“赫茲”：你們說得有道理，可我也做過實驗，在實驗中看到了不一樣的結(jié)果，又如何解釋呢？

“湯姆孫8”：要多做幾次，排除一些干擾因素。

“湯姆孫9”：如果有比原子更小的粒子存在，也能穿透薄鋁片。

“赫茲”： 湯姆生，你這種窮追不舍的探索精神和深入細致的分析，值得我學習。這場科學PK中，你大獲全勝了。

以上可能只是教學過程中的一種結(jié)果，在思辨的過程中如果有其他“意外”出現(xiàn)，

意味著這節(jié)課更加成功。

學生學習過程中，只有把教師的要求轉(zhuǎn)化為主觀需要時，才會對所學內(nèi)容產(chǎn)生直接興趣，形成自覺學習的內(nèi)在動力。作為學習主體的學生，只有以主人翁的姿態(tài)，自覺自愿地參與到物理教學活動的各個環(huán)節(jié)中，讓學生獲得豐富多彩的感性體驗，才能真正成為物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的探索者和受益者。

要讓學生樂于體驗并不知不覺地融入其中，需要我們老師重視課題引入、創(chuàng)設(shè)物理情境，精心采集篩選物理事實、生活現(xiàn)象、物理史料，去多挖掘或創(chuàng)設(shè)更多合適的、有趣的、好的“角色”，讓學生有更大的空間、更好的舞臺去演繹的角色。而在我們的物理課中有很多這樣的“角色”：你可以是一個小球，正在旅行；你可以是一個帶電粒子，正在受命運的擺布；你可以是一名宇航員，正在太空探索；你可以是某位著名的物理學家，正在進行物理規(guī)律的尋找。你能融入其中了，物理就是你觸手可及的了。對教師來講，也順利的完成了在課堂教學中將教學文化進行了恰當?shù)臉?gòu)建。這是我們要追求的目標，當然更多的方法有待我們在實踐中去一一發(fā)現(xiàn)。

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