讓知識(shí)與方法、能力發(fā)生完全非彈性碰撞

葉富軍

(浙江省溫嶺市教研教科室,浙江 臺(tái)州 317500)

教學(xué)難,難在如何以知識(shí)為平臺(tái)尋找方法來培養(yǎng)學(xué)生的能力．科學(xué)難學(xué)的一個(gè)主要原因是因?yàn)槌！笆?lián)”,有的學(xué)生學(xué)了后面的知識(shí)卻忘記了前面知識(shí);也有的學(xué)生學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)卻在其他學(xué)科中不會(huì)應(yīng)用;更有甚者學(xué)過了的科學(xué)知識(shí)卻很難與實(shí)際生活聯(lián)系上．現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了問題所在,那如何解決這一“失聯(lián)”現(xiàn)象呢?事實(shí)告訴人們,要尋找合適的方法,加強(qiáng)3者之間的聯(lián)系．即在講授知識(shí)時(shí)伴隨著方法的運(yùn)用和能力的培養(yǎng)．有效的教學(xué)不僅是教師建立了“關(guān)聯(lián)”,更需要讓學(xué)生感受到這種關(guān)聯(lián)．[1]這樣,以方案的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、實(shí)施和拓展為平臺(tái),將知識(shí)與方法、能力巧妙地融合在一起,也就是讓知識(shí)與方法、能力發(fā)生完全非彈性碰撞,有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

1 設(shè)計(jì)方案,為它們發(fā)生完全非彈性碰撞創(chuàng)造條件

在學(xué)習(xí)過程中,獲取知識(shí)固然重要,而方案設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)知識(shí)和規(guī)律必備的,且尋找方法去設(shè)計(jì)方案的能力更重要．如:“壓強(qiáng)”一節(jié)教學(xué)中,有些教師很快就出示了小木凳和海綿來做實(shí)驗(yàn),探究壓強(qiáng)跟哪些因素有關(guān)?而往往忽視了為什么取海綿來做實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程．讓我們來還原這一過程,先用手指按臉部,觀察到什么現(xiàn)象?再增加力度又觀察到什么現(xiàn)象?接著再用手指以相同力按桌面,又觀察到什么現(xiàn)象呢?第一次有明顯的凹陷,第二次凹陷更明顯,第三次看不出凹陷現(xiàn)象．為了研究壓力的作用效果,應(yīng)該選用哪個(gè)面呢?顯然要選用凹陷明顯的表面來進(jìn)行研究,這樣才能得出有效且可靠的結(jié)論．這也為下面學(xué)習(xí)不同物體表面承受的壓強(qiáng)是不同的作鋪墊,從而為解決汽車行駛在公路上不允許超載的實(shí)際問題埋下伏筆．

再如重力方向這一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué),看似簡(jiǎn)單的“豎直向下”4個(gè)字,但我們也不能草草了事．只要利用好這一探究過程中的方案設(shè)計(jì),就能使知識(shí)與方法、能力融合．因重力方向無法直接觀察到,怎么設(shè)計(jì)方案能顯示重力方向呢?方案1：將物體下落的每一時(shí)刻拍成照片,再連成線;方案2：將物體直接懸掛起來,細(xì)線就是物體下落的方向．然后借助于水平面,得出重力方向是與水平面垂直且向下,即豎直向下．

通過兩個(gè)例子的分析,有找回“失聯(lián)”之感,也發(fā)現(xiàn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué),要借助巧妙的方法(控制變量法,轉(zhuǎn)換法)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案來培養(yǎng)學(xué)生的能力(觀察、判斷、動(dòng)手、實(shí)驗(yàn)等),做到一舉兩得．正如馬克·吐溫所說的,“如果教學(xué)和告之一樣的話,會(huì)使我們所有的人都懊惱得無法忍受的”．通過這樣把知識(shí)與方法和能力結(jié)合在一起,發(fā)生了完全非彈性碰撞,有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．

2 評(píng)價(jià)方案,為它們發(fā)生完全非彈性碰撞產(chǎn)生動(dòng)力

在探究實(shí)驗(yàn)之前,要進(jìn)行方案設(shè)計(jì),但往往方案有多種,如探究重力的方向就有兩套方案．那如何評(píng)價(jià)方案,挑選出最優(yōu)的呢?顯然,探究重力的方向的方案2更優(yōu),因?yàn)樗?jiǎn)單、直觀、明了．再如:“電流的磁場(chǎng)”一節(jié)教學(xué)中,教材中只呈現(xiàn)了圖1和圖3兩種方案,讓學(xué)生很不理解,主要是它們之間缺少一個(gè)環(huán)節(jié)．圖1奧斯特實(shí)驗(yàn)只能證明通電直導(dǎo)線下方和上方有磁場(chǎng),但無法證明直導(dǎo)線前、后磁場(chǎng)的方向如何?因?yàn)樾〈裴樦荒芩椒较蜣D(zhuǎn)動(dòng)．于是就想到把直導(dǎo)線豎立放置．這樣,就可以判斷導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向．所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)增加圖2方案,就能讓知識(shí)更好地過渡．那么,3套方案哪個(gè)最好呢,或者說它們各自的優(yōu)點(diǎn)是什么?顯然,圖1方案簡(jiǎn)單、直觀、明了,說明通電直導(dǎo)線能產(chǎn)生磁場(chǎng)．圖2方案借助于4枚小磁針粗略地知道通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布情況,不過用到的器材稍多一些．圖3方案比圖2方案更全面且準(zhǔn)確地找出通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布規(guī)律——以直導(dǎo)線上的點(diǎn)為圓心的同心圓,且離導(dǎo)線越遠(yuǎn)越弱．接著,再用圖2的磁感線來表示,既表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱又表示了磁場(chǎng)的方向,做到一圖兩用的功效．

圖1

圖2

圖3

又如在自制電子秤的電路設(shè)計(jì)過程中,小明等同學(xué)設(shè)計(jì)出了7套方案,且將其分為兩類:一類是壓力增大時(shí)電表示數(shù)減小的;另一類是壓力增大電表示數(shù)也增大的．因人們習(xí)慣用壓力越大,電表讀數(shù)也越大來表示,所以排除了圖4中3套方案,剩下圖5中的4套方案．請(qǐng)?jiān)u價(jià)它們的優(yōu)劣?如果說方案的設(shè)計(jì)是為了更多的生成,那么方案的評(píng)價(jià)則是滿足更多不同層次學(xué)生的需求,是學(xué)生能力培養(yǎng)的加速器．

圖4

圖5

現(xiàn)整理學(xué)生的回答,大致如下:根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn),再結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí),圖5中(a)和(c)方案中電表的讀數(shù)都是與壓力大小成正比;而(b)和(d)方案中的電表讀數(shù)是隨壓力增大而增大,但不成正比例．所以,當(dāng)然應(yīng)選擇刻度均勻的電子秤．再來比較圖5中(a)和(c)兩方案,雖然兩者刻度都均勻,但(a)方案中電子秤不加壓力時(shí)也會(huì)有讀數(shù),即無壓力時(shí)電壓表指針不指在零點(diǎn)．因此,(c)是“七里挑一”的最佳方案．

顯然,磁場(chǎng)、電流、電壓、電阻和歐姆定律等知識(shí),通過方案設(shè)計(jì),再進(jìn)行評(píng)價(jià),把學(xué)生潛在的能力徹底地激發(fā)出來,所以說方案的評(píng)價(jià)是它們發(fā)生完全非彈性碰撞的動(dòng)力．有時(shí)對(duì)方案的評(píng)價(jià)就好比是雞蛋里挑骨頭,難上加難,所以能力方面自然更能得到加強(qiáng)．這樣,知識(shí)與方法、能力融合的結(jié)果不僅不會(huì)“失聯(lián)”,還能加速學(xué)生核心素養(yǎng)的形成．

3 實(shí)施方案,為它們發(fā)生完全非彈性碰撞提供保障

上述電子秤的方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)只是停留在定性層面,沒有在定量上加以計(jì)算．這樣的學(xué)習(xí)過程,知識(shí)就沒有真正得到落實(shí)．所以,要讓學(xué)生實(shí)施上述方案,為知識(shí)與方法、能力融合提供保障．

如圖5(c)所示,當(dāng)將1 kg的物體放在托盤中,滑片P剛好指在距R2上端1/5處．請(qǐng)計(jì)算回答“1 kg”應(yīng)標(biāo)在電壓表多少伏的位置上? (電阻R1=5 Ω,電阻R2=10 Ω,電源電壓U=4.5 V,電壓表的量程為 0～3.0 V)小明設(shè)計(jì)的電子秤最多能稱量質(zhì)量多大的物體?

解析:因?yàn)镽1和R2串聯(lián),所以電路中的總電阻為

R=R1+R2=15 Ω，

電流I=U/R=4.5V/15 Ω=0.3 A.當(dāng)滑片P滑至在距R2上端1/5處時(shí),電阻R3=2 Ω，可得電壓表的讀數(shù)為

U=IR3=0.3 A×2 Ω=0.6 V.

所以,“1 kg”應(yīng)標(biāo)在電壓表0.6 V的位置上．而電子秤的最大量程就是電壓表指針指在“3 V”的位置,因?yàn)殡妷罕淼目潭仁蔷鶆虻?所以,指針指在“3 V”的位置對(duì)應(yīng)物體的質(zhì)量是指針指在“0.6 V”位置對(duì)應(yīng)質(zhì)量的5倍,即為5kg．

通過上述計(jì)算,發(fā)現(xiàn)方法、能力與知識(shí)并重,知識(shí)是載體,方法是導(dǎo)航,能力是目的．實(shí)施方案的過程,就是讓知識(shí)與方法、能力真正發(fā)生完全非彈性碰撞,其效果之佳可想而知,核心素養(yǎng)的形成也指日可待．

4 拓展方案,使它們發(fā)生完全非彈性碰撞持久永恒

學(xué)生學(xué)習(xí)過程從聽懂、看懂、想懂到悟懂,只有領(lǐng)悟了知識(shí),才能使其真正變?yōu)樽约旱闹R(shí),當(dāng)然也就學(xué)會(huì)了知識(shí)遷移和拓展．如學(xué)習(xí)了滑動(dòng)變阻器的使用可以拓展到電子秤的制作,學(xué)習(xí)了電子秤的制作又可以拓展到油量表、拉力器、電子測(cè)高儀等等．再如:學(xué)習(xí)“光的反射”一節(jié)時(shí),學(xué)生感覺反射定律只需要兩角相等即可．如何拓展方案解決學(xué)生的疑點(diǎn)呢?不妨引入圖6,3根筷子代表二條光線和一條法線,顯然不在同一平面內(nèi)也可以做到兩角相等．但這一現(xiàn)象會(huì)發(fā)生嗎?實(shí)施方案發(fā)現(xiàn),反射光線只可能出現(xiàn)入射光線和法線決定的平面內(nèi)．又如講解光路可逆時(shí),筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)練習(xí)題(如圖7),找垂直平面鏡入射的反射光線．根據(jù)光的反射定律,反射角等于入射角,反射角為0°,所以光線原路返回．緊接著拓展方案,假如入射光線的速度像豎直掉下的乒乓球一樣(釋放手中的乒乓球),你觀察到什么?反射光線也像乒乓球一樣原路返回．其實(shí)光也具有粒子的性質(zhì),當(dāng)然光速不變．

圖6

圖7

通過這樣拓展,把光路可逆這一疑點(diǎn)徹底講透．這一碰撞,撞清了知識(shí)疑點(diǎn),撞出了方法和能力,這也將形成持久永恒的學(xué)習(xí)知識(shí)總習(xí)慣于聯(lián)系上方法和能力．這正如鋼筋和混泥土合在一起,既抗拉又抗壓,建筑自然牢固持久．

學(xué)習(xí)是循序漸進(jìn)的過程,對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)重在方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià),對(duì)疑難的知識(shí)點(diǎn)重在方案的實(shí)施與拓展,即亂世用重典,重病用猛藥．無論運(yùn)用哪套方案或方案中哪個(gè)環(huán)節(jié),都是以知識(shí)為載體,尋找方法去培養(yǎng)能力,讓知識(shí)與方法、能力發(fā)生完全非彈性碰撞,真正融為一體,最終培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的核心素養(yǎng)．