我們在教理解嗎?

鄭青岳

(浙江省玉環市教育局教研室，浙江 玉環 317600)

理解是科學教學極為重要的目標,我們知道學生沒學好科學課程雖然有多方面的原因,但其中一個最大的原因是他們對所學知識并沒有理解．許多教師都十分重視理解這一目標,在教學中會經常問學生:“你們理解了嗎?”其實,當我們在問學生“理解了嗎”這一問題的時候,我們更應當問自己:“我們在教理解嗎?”因為在課堂觀察中,我們常可發現理解目標缺失和教理解方法失效等現象．以下以筆者所親歷的幾個案例來說明．

1 關于量筒的讀數

有一次在一所學校聽課,教學的內容是“體積的測量”,其中涉及到量筒的使用．教學中,教師向學生指出:量筒裝一般液體時,液面中間會下凹,所以讀數時視線要與量筒壁垂直,并對著凹形的底部．然后取一量筒,裝些水,放在桌面上叫一個學生上來讀數．學生半蹲著平視液面時,讀數是40 mL;站立以大角度俯視時,讀數是41 mL;深蹲仰視時,讀數是39 mL．教師總結說,俯視時讀數最大,仰視時讀數最小,即俯大仰小．為了幫助學生記住,根據諧音,給出“虎大羊小”4個字．

俯視為什么讀數偏大?仰視為什么讀數偏小?這并不是教師所關心的,教師關心的只是讓學生記住“俯大仰小”．理解意味著不但要知其然,而且要知其所以然．只要求學生記住何時讀數偏大何時讀數偏小的結論,并不要求學生認識造成讀數不同的原因,這顯然與理解目標相悖．

實際上,看似十分簡單的量筒讀數問題,許多教師都沒有深刻的理解,甚至存在錯誤的理解．

(1) 量筒究竟應該如何讀數.

量筒裝一般液體時,液面中間是會下凹,但從側面平視液面時,我們并不能看到液面中間下凹的現象,我們看到的液面并不是一條線,而是有厚度的一層(如圖1)．這一層正是由于液體與玻璃的浸潤現象,在量筒內,液體沿量筒壁往上爬一小段而形成的．

既然眼睛看不到液面中間下凹的現象,眼睛對著凹形的底部讀數的操作要求是不恰當的．正確讀數方法是:應當使量筒壁上的刻度正對自己,視線要與量筒壁垂直,與液面相齊,并以液面層的下沿讀數．

圖1 裝有液體的量筒

圖2 量筒的正確讀數方法

圖3 不同視線方向讀數的錯誤解釋

(2) 視線方向不同讀數不同的原因.

許多書中都用圖3來解釋眼睛從不同方向看液面導致量筒讀數不同的原因,實際上是錯誤的．因為液面中間沒有任何標記,視線根本無法對準哪一個點;再者,如果視線是對著液面中間讀數,那么大角度俯視或仰視將會引起嚴重的偏差,而不是僅有1～2 mL的偏差．

圖4 不同視線方向讀數的正確解釋

事實上,如圖4所示,對量筒讀數時,視線所對的是量筒內壁液面向上爬引起的“表面層”的下沿處,由于量筒的壁有厚度,而刻度是標在量筒的外壁,所以,從不同方向看“表面層”的下沿處,所對的刻度并不相同．為了促進學生理解,可讓學生從不同的位置向量筒內壁液面下沿處作視線,使視線所對量筒外壁的位置不同．

遺憾的是,絕大多數教師都未能真正理解造成讀數偏差的真正原因,因此也就無法在教學中使學生獲得真切的理解．

2 這個電動機的換向器在哪里?

在一次課題為“電動機”的觀摩課上,教師利用直流電動機的模型(如圖5),進行直流電動機的結構、工作原理等內容的教學．尤其是,直流電動機的換向器是一個教學的難點,教師重點講了換向器的結構與功能,讓學生認識換向器是怎樣通過改變線圈中的電流方向,以達到使電動機持續轉動的目的．教學的最后階段,教師利用留下的6、7 min時間,讓學生做一個裝配簡易電動機的活動．學生兩人一組,利用如圖6所示的裝置,用砂紙擦掉線圈一根引出端外的絕緣漆,擦掉線圈另一根引出端外的半圈絕緣漆;將線圈放在支架上,在線圈的下方放一塊磁鐵,線圈通電后,便能持續地轉動起來．

圖5 直流電動機模型

圖6 簡易電動機

下課時,筆者走近一組學生,問他們:“你們裝配的電動機轉了嗎直流電動機模型”學生回答說:“轉了．”我再問:“你們這個電動機的換向器在哪里?”學生則一臉茫然．

教師在課堂上是如此強調換向器的重要性和必要性,但學生玩的這個電動機卻根本沒有換向器．學生對筆者突然提出的問題感到茫然完全是在情理之中的,但問題是,教師安排學生做這個活動的目的是什么?只有一個“玩”，而根本沒有理解的目標．如果有理解的目標,教師一定會引導學生分析這個電動機為什么能夠持續轉動．要知道,只是玩而不求理解的學習是一種淺層的學習,深度的學習應當要在玩的基礎上獲得理解．

當我們的教學從聚焦灌輸(只是向學生講述)的一個極端走出的時候,有的教師很容易走向聚焦活動的另一個極端．

3 一道得分率僅有0.28的試題

在一次較大范圍內使用的中考模擬測試卷中,筆者命制如下一道試題.

如圖7所示,閉合導線框abcd的一部分處于磁場中,磁場方向垂直于紙面向內．當導線框向左運動時,導線框內就會產生感應電流．這個回路中,哪一部分屬于電源?

圖7 尋找電源

(A) 導線框處于磁場內部這部分.

(B) 只有導線ab.

(C) 整個導線框都是電源.

(D) 回路中沒有電源.

統計結果得知,這道題的得分率出奇的低,僅有0.28．要知道,作為一道4選1的選擇題,其猜對的概率也有0.25.

為什么會想到命制這樣一道題?因為筆者曾聽過一節初中“電磁感應”的課,課堂上,學生分組做電磁感應的實驗(如圖8),他們將一個靈敏電流表接在方形線圈的兩個引線上,將線圈的一邊在蹄形磁鐵之間做切割磁感線運動,電流表顯示出此時回路中產生了感應電流．當時,筆者問一組學生:這個回路中,電源在哪里?學生回答說:沒有電源．

學生作出錯誤的回答并不奇怪,因為他們在以往的實驗中,電源要么是電池,要么是學生電源,于是頭腦中就產生了關于電源的前概念,即電源就是電池,或學生電源．雖然在學習簡單電路構成的知識時,知道所謂電源是將其他能轉化為電能的裝置,而在圖8裝置中,有機械能轉化為電能．但是,由于他們的前概念依然潛伏在大腦之中,當教師沒有讓學生思考什么叫做電源,沒有特別引導學生分析電路中發生的能量轉化時,學生的前概念處于上風,于是認為沒有電源．問題是:我們讓學生進行這個活動，根本沒有理解回路中切割磁感線這部分屬于電源這一目標．如果有這樣的目標,我們就會引導學生進行分析:導線cd在磁場外運動,顯然不是電源;導線ad和導線bc沿著導線的方向運動,不切割磁感線,也不是電源;只有導線ab在做切割磁感線運動,是一個電源．如果僅有導線ab,當它切割磁感線運動時,兩端也會產生電壓,這正如一節干電池沒有接入電路時,其兩個極之間也存在電壓一樣．

圖8 電磁感應實驗

4 “電磁繼電器”的教學

有一次在一所學校聽課,該校學生學習的平均水平在區域內屬于中偏下,教學的內容是“電磁繼電器”．

教學時,教師先向學生講述:電磁繼電器是利用電磁鐵來控制工作電路的一種自動開關．使用電磁繼電器可以用低電壓和弱電流電路的通斷,來控制高電壓和強電流電路的通斷．然后結合課本中的一個電路(如圖9)向學生講述:在電磁鐵控制的電路中,實際存在著兩個電路,一是控制電路,一是工作電路,而控制電路是一個含有電磁鐵的電路,并詳細講解控制電路是怎樣控制工作電路的．

顯然,教師的教學是有讓學生理解電磁繼電器電路的工作原理這一目標的,但問題是,教師采用的講授方式,其實是把自己對電路原理的理解講給學生聽.這種方法究竟能否有效地使學生對電磁繼電器電路的工作原理建構理解呢?

要知道,對知識的意義的理解是學習者利用自己的知識經驗、思維方式和信念而建構起來的,理解是不可傳遞的．雖然通過講述的方式也能使一些學生對知識獲得理解,但這些學生并非只是像錄音機一樣把教師的話語錄入大腦中,而是在聆聽的過程中不斷將自己的認知結構與認識對象相互作用．大量事實表明,用講授的方式教理解,通常只是對頂極的學生有用,而對于一般的學生,尤其是思維不太積極、學習有困難的學生,是難以收到效果的．

圖9 電磁繼電器原理

再者,判斷學生知識是否理解是需要證據的,只是說給學生聽,教師怎么知道學生在哪些方面還存在著問題,他們是否真正理解所學的知識呢?

有效的教理解應當讓學習者卷入學習過程之中,讓學生參與更多的建構理解的活動,并能及時對學生的學習狀況作出準確的判斷．對此,我們可以將教學過程作如下改進.

師:大家桌上都有一張任務單,單上印有如圖10所示的符號,即1個燈泡、1個電動機、1個單刀雙擲開關、1個電源．請大家畫線代替連接導線,將各個電路元件連接起來,使開關打到a時,電動機轉動而燈泡不發光,打到b時電動機不動而燈泡發光．

學生連接電路(如圖11)時,教師在學生中巡視,查看哪些學生連接電路有困難,出現了什么錯誤,然后幫助學生糾正錯誤．

師:(學生完成電路連接后)這個電動機的功率很大，工作時通過的電流很大,如果用手去扳動開關,當開關閉合或打開瞬間,開關處會出現電弧,容易發生電弧觸電的危險．怎樣做才能讓開關能自動打到a,而不用手去扳動呢?我們能否用什么裝置將開關的閘刀吸下來?

圖10 工作電路連接前

圖11 工作電路連接后

生:可以用電磁鐵將開關的閘刀吸下來．

師:這樣需要將開關的閘刀做得長一點,對它的材料有什么要求?

生:應當用鐵磁性材料制作,不能用銅、鋁等金屬．

師:請將圖中開關的閘刀補長些,按圖12的方式畫出電磁鐵、電源和開關S1．畫好之后,請將它們連接成電路,使開關S1合下時,單刀雙擲開關打到a,電動機轉動．

圖12 控制電路連接前

學生完成作圖任務(如圖13),教師繼續巡視,發現并糾正學生的錯誤．

圖13 控制電路連接后

師:在圖13中的電路中,當將開關S1閉合,單刀雙擲開關的閘刀即能打到a,電動機即可轉動．但有一個問題,當開關S1打開時,單刀雙擲開關的閘刀并不會自動打到b,應當如何解決這一問題?請大家通過討論,提出解決問題的方法．

引導學生在單刀雙擲開關閘刀的左端加個彈簧(如圖14),即可解決這一問題．

圖14 電磁繼電器電路的完善

師:大家分析一下,這個電路可以分為幾個電路,它們各有什么不同,分別起什么作用?

生:可以分為兩個電路(如圖15兩個虛線框),左邊框內的電路電流較小,作用是控制右邊框內的電路;右邊框內是電流較大,它能使電動機工作．

圖15 電磁繼電器電路的分解

師:左邊框內的電路稱為控制電路,右邊框內的電路稱為工作電路．其中電磁鐵、銜鐵、彈簧等構成了一個電磁繼電器,它是利用電磁鐵控制電路的自動開關．使用電磁繼電器,可以利用低電壓、弱電流控制高電壓、大電流電路的通斷．