指向理性思維的問題主線式實驗教學初探
——以長度的測量為例

姚建民

(無錫市民辦輔仁中學,江蘇 無錫 214023)

筆者從教以來,常常追問一個教育命題:我們打算培養的是什么樣的學生?學生的成長發展究竟應當遵循著怎樣的方向與途徑?“中國學生發展核心素養”總體框架以科學性、時代性和民族性為基本原則,對學生發展核心素養的內涵、表現、落實途徑等做了詳細闡釋．

學生發展核心素養,主要指學生應具備的,能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力．作為初中物理教師,必須明確培養學生核心素養這一目標,結合物理課程標準及初中物理教材,以物理學科教學為載體,將學生核心素養的培育落到實處．那么,落實核心素養物理學科的任務是什么?重點是養成學生那些方面的素養?筆者認為,培養學生的理性思維是物理教學的重中之重．問題主線教學法是培養理性思維的切入點,因為問題是思維的起點,是思維的指向,以問題為主線的教學,可以引發學生思考,提高課堂的思維量．理性思維的核心探究物質之理,基本特點是,尊重事實和證據,有實證意識和嚴謹的求知態度．實驗是培養學生實證意識和求實態度最好的課程,本文以“長度的測量”教學為例,初步探討指向理性思維的問題主線式實驗教學法．文中對學生的課堂對話做了提煉,集中了學生一致認可的有代表性的答案

1 測量的理性認知

課堂師生對話.

師:為什么要測量?生:世界存在差別,有差別就要比較,有比較就要測量．師:山的高低,人的胖瘦,路的寬窄一眼就可以看出來,為什么還要測量?生:物理學不滿足定性,更追求定量,要得到量的倍數、比例關系,只能測量．師:回想一下身邊看到了哪些測量?生:體檢量血壓,量身高;家里電表量電的度數;到超市購物,每一個物品都要稱量交費;搬家具時也要量一量門的寬和高,考慮家具能否搬進去．師:請你就測量的意義和價值說一段話．生:測量是比較,測量是量化,測量是生活,測量是科學,測量是關于世界尺寸的度量,測量是人與自然的對話,測量是人與自然和諧共處的科學活動．

評與議：教師提出為什么要測量這個問題,引起了學生的討論和思考,在思維碰撞中迸發出很多思維的火花,如:測量是比較,測量是人與自然的對話等．同時學生認識到測量的意義和價值,對于測量,學生從哲學的高度去理解和解讀,培養了學生測量的意識,奠定了學生用數據說話,用實證辨別真偽的科學素養．

2 國際單位的本源追尋

課堂師生對話.

師:大家說測量是比較,如果是兩個事物做比較,很好辦,要對很多事物做出比較就有難度了,怎樣解決這個問題?生:需要制定一個標準．師:對,這個標準就是單位,最初世界上不同地區對單位的規定不一樣,這樣會出現什么麻煩?生:標準不同,數和量,多與少,大與小就無法比較了．師:怎樣解決這個問題?生:大家派代表一起開會約定,統一標準．師:對,國際上的統一標準,就是國際單位,長度的國際標準就是“m”,并制作了“米原器”．以幾個類似“m”的基本單位為中心,依據物理量之間的關系式,就可以導出一系列的單位,基本單位和導出單位就構成了國際單位制．

評與議：雖然說測量是比較這樣的認知不夠全面、不太準確,但對初中生剛剛接觸到測量,能這樣認識就有一點的高度了,教師提出的問題,引領學生從比較到標準,從標準到單位,從單位到統一,從統一到國際單位,再到國際單位制,一步一步向單位的本源追根,國際單位的本源是尋求標準和統一．

3 刻度尺的本質發現

課堂師生對話.

大家仔細觀察刻度尺,你發現尺與其他被測物體最大的區別是什么?生:尺標有刻度,一般物體則沒有．師:刻度是怎樣刻畫出來的?生:把標準長度“m”分成10份每1份就是1 dm,再把1 dm細分成10份,每1份就是1 cm．繼續分到mm．師:可以無限地分下去嗎?生:不能,因為不斷細分刻畫工藝做不到,同時人的眼睛也無妨分辨太小的分度．師:有刻度的尺和沒刻度的普通待測物又有什么不同呢?生:尺的長度是已知的,待測物的長度是未知的．師:這么說,刻度尺的本質是已知長度的工具．師:怎樣用尺得到待測物的長度呢?生:讓待測物與尺的一部分長度相等．師:這樣說來我們的測量思想是:用已知比未知．學生:對．師:那怎樣讓被測物跟尺的一部分長度相等呢?即刻度尺怎樣使用?生:刻度尺與被測物并列放正,且一端要與被測物對齊,刻度尺有刻度的一面與被測物靠緊,讀數時視線要與尺面垂直．

評與議：通過教師的追問,學生發現刻度尺的本質是已知長度的工具,用它測量長度的思想是用已知比未知．有這樣的認識,他們就知道使用刻度尺測量時為什么要對齊、放正、靠緊了．從理性的視角去理解刻度尺,為后續學習及對世界的認識方法留下了思維的印跡,這就是核心素養的落地生根．8年級下冊要學天平,天平的設計思想也是用已知質量的砝碼去比未知質量的待測物;到初三要學習電壓表、電流表,這些電表的示數本質上自己的,電壓表讀出電壓5 V,是自己的電壓為5 V,不是別的元器件的電壓,為了測出其他元件的電壓,就只有讓待測對象的電壓與電壓表電壓相等,要相等就得并聯.這就避免了學生認為電壓表只能并聯,目的不是測其他用電設備電壓時,電壓表有時可以串聯在電路中．

4 對誤差的深刻理解

課堂師生對話.

師:把標準“m”分別分成10份,100份,1000份制成的不同刻度尺,其讀數有什么不同?現在大家實踐一下．

實驗活動:用不同分度值的尺測同一個木板長度，如圖1.

分別使用分度值為1 dm,1 cm,1 mm長度為1 m的米尺各1把,請學生派代表到講臺前測量,學生邊活動,教師從旁指導．

圖1

學生記錄如表1.

表1

師:為什么測同一個物體的長度,不同的尺測出來的結果不一樣?生:刻度尺的分度值不同．師:哪一個測量值誤差更小,更加接近真實值?生:分度值是mm的．師:總結一下,什么樣的刻度尺精度高?生:分度尺小的刻度尺精度高．師:能不能說測量誤差是不可避免的?生:能．師:為什么?生:刻度尺不能無限分下去,即分度值不可能無限小．師:這就是誤差只能減少不可避免的原因．

評與議：學生先實踐,用3根不同分度值的刻度尺測量同一物體,發現誤差不一樣,讓學生體會到分度值的重要性,然后從理論上去分析解讀,刻度尺的不可無限細分,決定了誤差的不可避免．從測量工具制作的角度去理解誤差,提升了學生關于誤差來源的認識深度．

5 長度的快速估讀

課堂師生對話.

師:我們身邊物體長度是多少大家有概念嗎?譬如課桌大概有多高,物理書大概有多長?生:沒用概念．師:要不要對它們進行一個一個的測量,然后背下來呢?生:太多了,背不

了．師:你最熟悉的是什么長度?生:自己的身高．師:我們是否可以用刻度尺測量的思想對周圍物體長度做出估計?生:對,用已知比未知,把未知長度的物體與已知物做出比較就可以解決問題．師:那我們選自己身上某些部分的長度作為標準．人身高1.7 m左右,人的拳頭1dm多一點,一拃約17cm,指甲寬約1.5cm．幾米長物體與人的身高比,幾十厘米與手拃比,十幾厘米與拳頭寬比,幾厘米與指甲寬比．師:教師樓層有多高?生:大概人高的兩倍,3m多．師:物理書多長?生:兩拃不到,25cm左右．師:雞蛋多長?生:比一拳寬少一點,8cm左右．師:課桌有多高?生:約人高的一半,大高80cm左右．師:物理課本有多厚?生:指甲寬的一半,大概7mm．師:一元硬幣有多厚?(老師給學生10個硬幣)．生:用指甲寬量一量,大概7個硬幣等于指甲寬．厚度接近2mm．師:一頁紙多厚:生:物理書厚約7mm,算100頁,算下來接近1μm．

評與議:學生對日常生活中物體的長度是沒有概念的,即使做一番測量,學生也不能記得住．由于在前面的教學中貫穿了“標準”、“比較”思想,學生用去熟悉的已知去比未知,得到了滿意的效果．在人的生活和工作經歷中總會遇到很多的估測問題,中學生時代有了這種用已知知比未知的思想,以后就能自覺運用,這就是能夠適應自身終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力．