科學教學行為催生有效學習方式
——以一節“伏安法測電阻”的課堂教學為例

陳立其

(南京市金陵中學，江蘇 南京 210005)

1 學生學習方式和教師的教學行為

1.1 學生的學習方式

學生的學習方式是指學生在完成學習任務過程中持續一貫地表現出來的具有個人特色的方式,它是學習策略和學習傾向的總和,包括學生在學習活動中的行為參與、情感參與、認知參與及社會參與．學習方式反映一個人的思維方式、行為方式乃至生存方式．[1]學習方式在行為層面具體表現有:朗讀、記憶、交流、討論、做練習、做實驗、發現問題、提出問題、善于思考、知識建構、自主學習、合作學習和探究等學習方式．

1.2 教師的教學行為

教師教學行為是指教師在教學過程中,在既定的教學目的支配下所表現出的行動和作為．它包括師生之間、師生與教學環境之間相互作用而產生的各種行為．

教學行為在其構成上包括兩個層次:一是顯性行為,如教學語言(如講授法、談話法、討論法)、教學組織、板演示范、實驗操作、表情姿勢等．二是情感、意志、道德、價值觀、潛在能力和個性等多種因素綜合而成的隱形行為,具有較強的意識性、穩定性和自主性．[2]

2 科學的教學行為催生有效的學習方式

鑒于教師教學行為和學生學習方式的復雜性和研究的困難性,本文以一節“伏安法測電阻”的課堂實錄為例,僅僅對部分教學行為和部分學習方式在特定的教學環境下發生的關系進行闡述．受到個人研究能力的限制,本文也不追求理論的科學完備性,只是希望通過管中窺豹的實踐,給同行們一點啟發,歡迎指正．

師:在工業生產和日常生活中常見的電阻有很多種,其中色環電阻是最常見的電阻(通過PPT展示各種電阻的圖片和放大的色環電阻圖片)．現在,我們每個同學桌子上都有3個色環電阻．

師:大家知道這些色環的用途嗎?

生:應該是表示電阻值的．

師:請大家按照提供的色環對照表,讀出3個電阻的阻值(通過PPT呈現色環電阻讀數規則的表格)．

教師提供的電阻阻值分別是:R1=20 kΩ,R2=0.2 Ω,R3=100 Ω．學生們通過討論和交流,大部分學生都能很快讀出了阻值．

師:大家還有什么問題沒有?

生甲:電阻是兩頭都有環,應該從哪一頭開始讀啊?

師:五環或者六環電阻的讀數規則是:從最邊上兩條靠得近的色環開始讀,最邊上兩條離得遠的,外邊一條表示誤差．當然,大家課后可以繼續研究,還有別的方法可以解決這個問題．也可以上網搜索其他有效的讀數方法．

生乙:我們這個電阻看不出哪一頭兩個環較近,怎么辦啊?

生丙: 我們有一個電阻色環被磨損,看不出來了,怎么辦啊?

教師課前也發現了部分色環看不清的電阻．

師:如果不能通過色環知道電阻值,我們還有別的辦法?

我們需要電壓表和電流表分別測量電阻兩端的電壓和通過它的電流可以啦．

師:用伏特表和安培表測量電阻,物理學中把這種方法叫做伏安法測電阻．我們現在就來試試看．

給學生按照表格讀出電阻值,是一個真實的物理操作,學生覺得有趣．但是這個技能操作僅僅是作為一個物理情景預設的,預設這個情景的真正目的在于學生讀數時會遇到困難,生成真實的物理問題,從而培養學生的問題意識和問題能力．

2.1 重視實驗教學,培養學生的實驗能力

物理學是一門以實驗為基礎的科學,實驗教學是物理教學的重點．實驗課的主要任務是引導學生主動地進行觀察、操作、猜想、驗證、推理與交流等學習活動,通過觀察實驗過程、現象或親自動手操作來獲得感性認識, 并在操作中發現問題,提出猜想并能夠設計方案來驗證,通過實驗形成物理概念和發現物理規律．教師通過實驗教學,訓練學生實驗操作技能并培養良好的科學態度和求實精神．

師:請大家設計測量電路,畫出原理圖,連接好電路,并利用手頭的電表進行測量．

學生開始畫原理圖時,出現了如圖1和如圖2所示的兩種情況．

圖1

圖2

生:原理圖上電表有兩種接法,我們應該用哪一個電路呢?

師:這兩種電路分別叫做安培表內接法(圖1)和安培表外接法(圖2)．

生:我們應該用哪一種方法連接呢?

生:用兩種電路測量結果一樣嗎?

師:大家試試看?

學生帶著問題做實驗,在連接電表時,新的問題又出現了．

生:有3只電流表,應該用哪一個呢?

本實驗器材準備時,教師提供干電池若干,電壓表只有1只,擋位有3 V和15 V兩擋;電流表提供了3只,分別是電流表A1:0-0.6-3 A;電流表A2:0-20 mA;電流表A3:0-300 μA．電表如圖3所示．

圖3

師:我們前面做過電學實驗,使用過電表．大家還記得,我們選擇電表時,應該注意什么問題呢?

生:讀數不能太大,既不能超過量程,同時讀數也不能太小．

生:一般指針要在表盤的右邊2/3比較好．

師:按照這兩個原則,我們一起來選擇電表吧．

生:我們需要用歐姆定律計算電阻在兩擋電壓下的最大電流,然后再確定選擇電流表．

電表選擇是本實驗中一定會遇到的問題,教師不要越俎代庖,要讓學生通過自主學習和交流合作的學習方式有效地解決這個實驗難點問題．這里細節的處理,對教師教學行為提出了很高的要求．教師在具體的指導過程中,教學行為要做到適時(不要過早介入)、適度(不是完全告訴學生,給他們留有思考的時間)、適合(照顧學生的差異性)、適當(圍繞教學目標展開)．真正起到“答疑、激趣、促思”的作用．

通過師生交流,生生互助,學生最終能夠做出正確的選擇．

(1) 小組1匯報:電阻R1=20 kΩ，

測量R1時,電壓表選擇3 V量程,電流表選擇A3,300 μA量程的．

(2)小組2匯報:電阻R2=0.2 Ω，

測量R2時,電壓表選擇3 V量程,電流表選擇A1,0.6 A擋．

(因為受到電流最大量程的限制,電壓表只能選3 V擋位,這個電壓表選擇比較難,教師需要耐心等待學生完成.)

(3) 小組3匯報:電阻R3=1000 Ω，

測量R3時,電壓表選擇15 V量程,電流表選擇A2,20 mA擋．

儀器儀表和量程的選擇,一直是高中教學的難點．形成難點的原因之一,是很多情況下,學生都是在紙上做實驗題,沒有在實際問題的驅動下解決過真實問題．

點評： 此處教師的教學行為表現為:教師精心的實驗準備和適時適度的發問.學生學習方式表現為:學生發現并提出問題(電表如何選擇),合作探究學習(電壓表是有兩個量程的,要分別研究),進行理論分析(計算電路可能的最大電流),從而解決了問題(電表選擇)．學生對實驗器材的順利選擇,正是在適合的學習方式下完成的,而學生選擇最優化的學習方式,完全依賴教師有效的教學行為的引導,也正是在教師正確的教學行為的引導下,學生才能面對真實問題的情境,自主學習解決了實驗難題,從而提高了學生的實驗能力．

2.2 樹立人本觀念,發展學生的建構能力

物理教學活動必須建立在學生的認知發展水平和已有的知識經驗基礎之上．教師的教學應與學生的實際生活和原有的知識相聯系, 確保自己的教學活動能夠由淺入深, 由易到難, 從已知到未知．每一個知識點的教學可以分成幾個小步子, 讓后一步的學習建立在前一步的基礎上, 前面所學習的知識能為后一步學習提供生長點, 使新的教學既能建立在學生原有的知識準備和生活經驗之上,又能通過再生長逐漸提高．

師:現在大家可以開始實驗了．對每個電阻用安培表的內接法和外接法分別測量一次,并將測量數據記錄在表格中(教師通過PPT呈現表格)．

學生分組實驗,記錄好數據后,請一組學生通過實物展臺呈現實驗數據．教師將數據一一填到PPT的表1中．

師:大家把測量結果跟色環讀數的數值進行對比,它們在誤差范圍內嗎?

生:只有R3的外接法測量在色環的誤差范圍內,其他的都不在．有的測量值和標稱值相差非常很大．

表1

師:只要是測量都會有誤差存在的．請大家對誤差情況進行分析,產生的誤差有規律嗎?

生:有的偏大,有的偏小．

師:什么情況偏大?什么情況下偏小?

生:安培表內接時,測量值偏大;安培表外接時,測量值偏小．

點評： 此處教師的教學行為表現為:提問和追問.學生的學習方式表現為:帶著問題自主分析數據,合作討論發現規律．伏安法測量電阻的誤差特點,一定要讓學生通過實驗分析出來,教師不要急于給出答案．這里的數據已經形成了思維生長的契機,教師就要利用好這個生長點,讓學生自我“生長”出新的結論來．這個結論的得出,會激發學生的探究熱情,并獲得實驗成功的體驗,充分體現以生為本的教學理念．

2.3 注重過程方法,培養學生的思維能力

中學物理教學應適應并促進學生的思維由形象思維向抽象思維的轉化.這也決定了物理教學必須從學生的形象思維開始,充分利用觀察和實驗,展現物理圖景,重視表象的作用,發揮具體形象材料的功能．當學生獲得足夠的感性認識,教師要創造條件,實現學生形象思維向抽象思維的過渡,形成科學的物理概念和物理規律．教師在選擇教學行為時,要切合學生的學習方式,通過有效的學習活動,提高學生科學思維的深刻性,增強思維的靈活性．

師:我們通過對實驗數據的分析評估發現:安培表內接時,測量值偏大,安培表外接時,測量值偏小．大家發現,數據自己會說話哦.關鍵是我們要聽得到,聽得懂．

師:我們開始分析實驗數據時,發現數據都有誤差,這是所有數據相同點,這叫求同;經過進一步分析比較,發現同樣是誤差,還存在著偏大和偏小誤差的情況,這叫同中求異．我們對兩種情況進一步分析得到結論:安培表外接時誤差偏小,安培表內接時誤差偏大,這叫異中求同．這種分析比較的方法是科學思維中常用的方法．

師:實驗誤差是不可避免的．我們能不能減少實驗誤差呢?

生:我們還需要對誤差的數據進一步做分析比較．但是,研究突破口在哪?

師:剛才我們研究的問題是:哪種情況誤差偏大,哪種情況誤差偏小．現在我們要研究的問題是,什么情況下誤差比較大?什么情況下誤差比較小?這兩個問題一樣嗎?

生:不一樣啊.

生:減小誤差,是不是就要用誤差比較小的測量方式就可以啦?

生:從表2所示測量結果可知，測量大電阻20kΩ時,內接法誤差小,7%<48%;測量小電阻0.2Ω時,外接法誤差小,5%<260%;測量中電阻1000Ω時,內外接法誤差相差不大,還是外接法誤差小一點,1.5%<6.6%．

表2

師:對表格中的數據分析發現,測量大電阻時,用安培表內接法電路測量誤差小;測量小電阻時,用安培表外接法電路測量誤差小．

點評:此處教師的教學行為和學生的學習方式都是交流和討論．教師及時點撥和有效的分析,激發學生的邏輯思考,使學生重視實驗生成的數據,理性地分析數據,并在成功解決一個問題的基礎上,發現生成的新問題,沿著思維嚴密的思考路徑,抽絲剝繭,結論自然水落石出．學生不僅發現測量結果有誤差,而且誤差還有規律.這些問題的發現和解決,都是獨立思考、合作探究的學習方式下完成的.這種學習方式是培養學生科學思維的重要途徑．

2.4 重視探究教學,提高學生的科學素養

科學探究是物理學科的核心素養,是學生學習物理的重要方法．科學探究是學生參與式的學習活動, 教師要鼓勵學生積極動手、動腦, 通過自主的探究活動,學習物理概念和規律,體驗科學探究的樂趣,了解科學研究的方法,獲取科學知識,逐步樹立科學的創新精神和創新意識．教師在教學中多設置問題情境, 引導學生發現新的物理情景與已有知識的沖突,從而提出問題并作出合理的假設和猜想．教師應爭取讓每一個學生都經歷:提出問題;猜想與假設;制定計劃與設計實驗;進行實驗與收集證據;分析與論證等科學探究的過程,使學生在活動中學會科學探究,在探究中提高自己科學素養．

師:很高興,我們自己通過數據分析,發現了誤差的規律,也找到了減小誤差的方法．可以說今天的實驗課是大功告成啦.誰還能再針對本實驗提出一個問題?

生:就用3個電阻的實驗數據,得出的結論是不是具有普遍性意義?

師:要想得出一般性規律,我們一般怎么辦?

生:做大量的實驗或者從理論上證明．

師:我們不妨從理論上來證明看看．安培表接法不同,誤差情況就不同．大家認為,引起的系統誤差的原因是什么呢?

生:應該是電表的內阻引起的．這里的安培表和伏特表都不是理想電表．我們應該考慮電表接入電路時,對原來電路造成的影響．這就是形成誤差的原因吧.

師:大家是否能用學習過的電路知識,從理論上分析出誤差的產生原因和誤差的規律?

有了問題驅動,學生積極性高漲,自覺選擇了自主學習和合作交流的學習方式,很快就有了答案．

生:內接法時的誤差是由電流表的內阻分壓引起的,運用電路知識計算，

安培表內接法：

所以,安培表內接法測量值偏大．又因為,安排表內阻比較小,所以,測量大電阻時,安排表內阻引起的誤差就小．

安培表外接法：

所以,安培表外接法測量值偏小．同樣,因為伏特表內阻比較大,當測量小電阻時,伏特表內阻引起的誤差就比較小．

師:當然,電阻的大小是相對的．是相對于電壓表內阻和電流表內阻而言的．這個問題后面學習中還會再討論．

點評:實驗是有誤差的,誤差是有規律的,誤差是可以減小的等物理認識,處處體現出教師的情感、態度和價值觀等隱形的教學行為的科學性．科學的教學行為在實驗誤差理論分析的這個環節中體現尤為突出．教師引導學生從3個實驗結論到誤差一般性結論得出的過程中,這時候學生的學習方式也是多樣化的,主要有電路分析,實際電表的電阻對電路影響的分析與計算,串并聯知識的靈活運用,對計算結果的概括和提煉.這些都是非常有效的學習方式．正是有效的學習方法幫助學生順利地完成了探究任務,強化了探究意識,提升了的科學素養．

3 教師的教學行為和學生的學習方式的關系

教師的教學行為是其內隱性教學理念、教學智慧的外部顯現,是其教學文本化設計轉化為教學實踐的真實表現．改善教師教學行為有利于優化學生的學習方式,從而促進學生的有效學習和思維能力的培養,提高學生的物理學科素養．

學生學習方式的優化,不僅僅體現具體的學習策略和方法,更涉及學習習慣、學習意識、學習態度和學習品質等心理因素．學生對優秀學習方式的渴求到習得,對教師的教學行為提出更高的要求,從而會推動教師進一步改進教學策略,促進教師的專業化發展．

教師的教學行為和學生的學習方式,兩者相互影響,相互促進,共同提高．