實驗教學切莫“想當然”

許 志

(南京市教學研究室，江蘇 南京 210001)

作為一名教研員,在聽課的過程中,發現教師在初中物理實驗教學中“想當然”的現象比較嚴重,就其根源,主要有3個方面: (1) 初中物理知識點比較簡單．義務教育階段初中物理的教學內容僅從知識與技能角度來看確實比較簡單,但是從過程方法和情感態度價值觀來分析要求并不低．(2) 教師本身對實驗內容的輕視．我們的物理教師在初中學生面前是非常“高大”的,因為和學生相比,教師不僅多讀了三年高中和四年大學,而且還有多年的教學經驗,所以教師往往對初中的實驗教學不夠重視．(3) 師生之間的“不平等”．很多教學內容對學生而言是一張白紙,可對教師而言卻是了如指掌,在實驗教學中,這種“不平等”導致教師往往用自己的思維來代替學生的思維．以下,筆者以義務教育階段蘇科版教材為平臺,從四個方面分析教師在教學中存在的“想當然”現象,并在此基礎上提出教學建議,與大家分享．

1 問題提出“想當然”

愛因斯坦說過,提出一個問題往往比解決一個問題更重要．然而在我們的實際教學中,教師在新課教學時,提出問題往往很快,導致學生往往知其然不知其所以然．請看以下教學案例．

1.1 教學現狀

蘇科版教材9年級上冊第10頁的教學內容(11.2 探究定滑輪和動滑輪工作時的特點)如下:

圖1

圖2

分析:在本節課的課題引入階段,不少教師往往以“教教材”的觀念去思考,我們經常看到以下教學現狀:

師:請同學們用定滑輪提升重物,根據表格中數據,你認為使用定滑輪能省力嗎?

生:不能省力,因為觀察數據發現彈簧測力計示數總略大于鉤碼的重力.

師:使用定滑輪能改變力的方向嗎?

生:能.

師:請同學們再用動滑輪提升重物,根據表格中數據,你認為使用動滑輪能省力嗎?

生:能省力,因為觀察數據發現彈簧測力計示數總小于鉤碼的重力.

師:使用動滑輪能改變力的方向嗎?

生:不能.

以上實驗過程,教師和學生之間的交流看似很順,實際上學生的思維含量很低,特別是教師提出的問題“想當然”,直接問學生使用定(動)滑輪是否省力或是否改變力的方向,這樣的教學效果往往導致學生的學習停留在記憶的水平上．教學中,如果教師努力創設情境,精心設計問題,讓學生在研究中自己發現并提出問題,最終解決問題,才能真正幫助他們理解定滑輪和動滑輪使用時的不同特點,那么我們如何才能做到讓問題的提出出自學生之口呢?

1.2 解決措施

如何讓學生自己悟出從“是否省力”和“是否改變力的方向”來研究定滑輪和動滑輪使用時的不同特點,這是一個非常值得研究的問題．教材給我們提供的只是教學的素材,我們要“用教材教”,而不是“教教材”．我們應該充分利用前面學習過的內容,調動學生頭腦中學習過的“力的三要素”為突破口展開教學．請看以下教學片斷:

教師:介紹滑輪后,請同學們利用滑輪來提升重物,你能找到幾種使用方法?

生:通過小組討論和操作,發現有圖1和圖2兩種方法:定滑輪和動滑輪.

師:你準備從哪些方面來研究定滑輪和動滑輪的使用特點?

生:討論后有點困難.

師:提升重物要用力,同學們還記得影響力的作用效果有哪些因素嗎?

生:恍然大悟,我們可以從力的大小、方向、作用點這3個方面來研究它們的使用特點

師:很好,也就是說使用定滑輪和動滑輪后,是否省力?是否改變了力的方向?是否改變了力的作用點?你準備如何設計數據記錄的表格?

生:小組討論,發現觀察圖片的現象可知使用定滑輪不能省力,能改變力的方向,且彈簧拉力作用點不變還在鉤碼上;使用動滑輪能省力,不能改變力的方向,彈簧拉力的作用點不在鉤碼上．

1.3 案例點評

以上教學過程從學生已經學過的“力的三要素”出發,注重調動學生學習的主動性．特別是通過討論,學生自己主動從“力的三要素”提出問題,這樣的教學不僅讓學生知其然,更讓學生知其所以然．仔細分析教材,我們發現對問題的提出,教材是這樣描述的:“通過實驗,你發現使用定滑輪有什么特點”;“通過實驗,你發現使用動滑輪有什么特點”．顯然,教材的編寫意圖也是讓學生去主動發現問題,可惜我們的教師大多把“通過實驗,你發現使用定滑輪有什么特點”這句話“翻譯”成了“通過實驗,你發現使用定滑輪能省力嗎”,這樣的教學也就在無意中剝奪了學生發現問題的權利．實際上,學生能想到從是否省力和是否改變力的方向這樣的角度去研究定滑輪和動滑輪的使用特點,比如何研究這兩個問題本身更重要,因為前者是“方向”,后者是“努力”,而方向比努力更重要．

2 器材出現“想當然”

2.1 教學現狀

蘇科版教材9年級上冊第50頁的教學內容(熱機 12.7:觀察點火爆炸現象)如圖3所示.

甲

乙

圖3甲的實驗現象說明,內能可以轉化為機械能．教材中對這個實驗有這樣一段描述:“根據這一原理,可以制造出將內能轉化為機械能的機器”．接著教材開始介紹汽油機．不少教師在這個環節的教學中,汽油機這個器材的出現“想當然”,大部分老師都是直接呈現汽油機模型讓學生閱讀教材并了解它的工作原理．這樣的教學不可取,它忽略了對學生創造能力培養的大好機會．那么,如何讓汽油機的構造“順理成章”呢?

2.2 解決措施

為了在圖3甲的基礎上,引導學生想到汽油機模型(圖3乙),就要讓學生面臨研究過程的困惑,這樣才能激發學生的思維．請看以下教學片斷:

師:圖3甲的實驗現象說明了能量是如何轉化的?

生1:內能可以轉化為機械能.

師:這個實驗現象,在生活中有現實意義嗎?

生2:有!汽車的發動機就是將內能轉化為機械能的.

師:你認為汽車的發動機在構造上比圖3甲的裝置應該有哪些改進?

生3:要有個裝置能持續放入燃料,而且燃料的種類要換成汽油,因為汽油的熱值比酒精高.

生4:塑料盒的材料要換成抗燃燒的鋼質材料.

生5:燃燒有廢氣,發動機上要有排廢氣的孔.

生7:塑料盒的蓋子飛出去回不來了,汽油機的“蓋子”要能往復運動.

生8:……

師:同學們講的很好,實際上大家思考的出發點就是為了得到“持續”的動能,今天我們汽車中的發動機就是在“內能可以轉化為機械能”的原理啟發下,通過對設備的不斷改進而來的,請同學們認真閱讀課本51頁汽油機的工作原理,想想你們剛才對器材的“改進建議”,看看汽油機到底是如何工作的?

2.3 案例點評

以上案例中,有一個問題是解決汽油機出現“想當然”的突破口,那就是“你認為汽車的發動機在構造上比圖3甲的裝置應該有哪些改進?”學生在這個問題的引領下,通過相互交流,相互啟發,最后再回到課本看汽油機的工作原理,這樣的教學,克服了學生對汽油機模型的陌生感和恐懼感．教學中我們如果沒有以上的討論和交流環節,讓汽油機的出現“想當然”,這樣的教學效果往往是學生對汽油機的構造和原理“死記硬背”．值得一提的是,學生閱讀完汽油機的構造后,再請學生思考汽油機的“曲軸和連桿”有什么用時,學生們的討論非常熱烈,大家最終知道,活塞的上下運動是直線運動,而汽車輪子的運動是圓周運動,曲軸和連桿正是聯系這兩種運動的“橋梁”,它的作用是將直線運動轉化為曲線運動．

初中物理實驗教學中會涉及很多實驗器材,教學中我們一定要克服“想當然”的一些做法．就連一些測量性器材的出現,希望老師們也不要將這些器材直接呈現在學生面前,例如在教到電流表和電壓表時,如果我們設計以下問題:同學們,如果讓你設計一個測量電流或電壓的儀表,你認為這樣的儀表其外觀應該具備哪些特征?我想,經過這樣的思考,相信學生對電流表和電壓表的使用規則一定會更熟悉,而學生的實驗設計能力也一定會大有提升．

3 數據收集“想當然”

3.1 教學現狀

蘇科版教材8年級上冊88頁的教學內容為第4章第3節:凸透鏡成像的規律．

圖4

在探究凸透鏡成像規律的實驗過程中,很多教師在數據收集這個環節“想當然”,將全班學生分成3組進行實驗．并設計了如下數據記錄的表格．

所選凸透鏡焦距f=10 cm

坊間流傳著多個版本的《水滸傳》，主流上有百二十回本、百回本、七十回本，因人喜好，互有優劣。《鮑鵬山新批〈水滸傳〉》根植于金圣嘆七十回本，于一百零八將排定座次，盧俊義大夢驚醒處結尾，不蔓不枝。在很大程度上來說，七十回本的出現將《水滸傳》的藝術層次拔高到另一個水平。而事實也表明，水滸故事并不是為了完整而完整地存在，七十回本有其獨特的審美取向。

第1組

表1

同上,教師為第2組選擇的物距分別是12、15和18;為第三組選擇的物距分別是4、6和8;

分析以上表格設計可知,教師之所以“想當然”地設計了以上3類記錄數據的表格,顯然是因為教師知道了凸透鏡成像規律的結果,即物距大于兩倍焦距時,凸透鏡成倒立縮小的實像,所以教師給學生提供的物距是30、40和50,因為成像有3種情況,所以教師也就將學生分成了3組．待學生實驗結束總結成像規律時,教師更是“想當然”,有以下表現:

師:第1組像的性質是什么?

生:倒立縮小的實像.

師:請同學們思考一下,物體成倒立縮小實像時,其物距和2倍焦距的關系如何?

生:大于2倍焦距.

師:因此,物距大于2倍焦距就是凸透鏡成倒立縮小實像的條件.

……

教師為什么要求學生將物距和2倍焦距進行比較?這是一個值得我們思考的問題,顯然以上的探究過程是一個“偽探究”過程,這樣的設計都是因為教師事先知道結論后“精心”設計的,那么,教學中,我們如何引導學生想到用物距和2倍焦距去進行比較,從而帶領學生走進真正的“探究樂園”呢?

3.2 解決措施

請看以下課堂教學的片斷:

師:同學們,在圖4裝置中，你能在光屏上快速找到一個像嗎?說一說,正確的操作方法是什么?

生1:先固定凸透鏡,再從距離凸透鏡較遠處固定蠟燭的位置,再調節光屏直到光屏上成像.

師:生1總結的很好,我們現在逐步減小物距并固定蠟燭,每次都調節光屏直到光屏上成像.

師:請同學們自己設計表格并記錄數據.

生:學生實驗.

師:找到倒立縮小實像的同學請舉手,并說出你們的物距和像距分別是多少?

生:舉手并報數據,教師在下表中填上數據

表2

師:分析以上數據,同學們發現凸透鏡成倒立縮小像的條件是什么?

生:像距小于物距.

師:找到倒立放大實像的同學請舉手,并說出你們的物距和像距分別是多少?

生:舉手并報數據,教師在表中填上數據(同上操作)

師:分析以上數據,同學們發現凸透鏡成倒立放大像的條件是什么?

生:像距大于物距.

師:光屏上有沒有可能成等大的像,此時,像距和物距可能是什么關系?

生:有可能,此時像距和物距相等.

師:我們用實驗來檢驗一下．教師按以下方式操作請學生集體觀察何時能看到像:將凸透鏡固定在50 cm刻度線處,將蠟燭和光屏從緊貼凸透鏡位置緩慢背離移動(這樣操作可以保持光屏和蠟燭到凸透鏡的距離始終相等,這樣觀察到光屏上有像時,像距等于物距)．

生:我們在物距為20 cm時看到了像,此時像距也是20 cm.

師:同學們,對于固定的凸透鏡,焦距是“唯一”的,而成等大像時其物距為20 cm也是“唯一”的,這兩個唯一之間必然有某種聯系,你能發現他們之間的關系嗎?

生:物距等于2倍焦距

師生交流活動繼續進行……

3.3 案例點評

本實驗一直是初中物理的一個教學難點,為了尋找凸透鏡成像的規律,我們應該由淺入深,從學生的認知規律出發是解決這個難題的重要突破口．學生發現凸透鏡成像的規律不可能一步到位,只能從定性走向定量逐步完成．先定性找縮小和放大的像,再定量找等大的像;先定性從“像距物距的大小比較”入手,分析凸透鏡成放大和縮小像的條件,再定量從像距是否等于物距尋找凸透鏡成等大像的條件．最后的關鍵是如何引導學生想到物距和2倍焦距進行比較得出凸透鏡成縮小像的條件．這里要運用凸透鏡的兩個“唯一”性來啟發學生思考,對于固定的凸透鏡,焦距是唯一的,成等大實像的位置也是唯一的,這樣的啟發對學生是一種思維的引領,也是科學探究過程中“思維品質”的重要體現．如果我們只是人為規定地給出像“教學現狀”中所描述的一些數據,顯然這樣“想當然”的數據呈現方式是不可取的．

4 結論得出“想當然”

4.1 教學現狀

蘇科版教材8年級下冊第44頁的教學內容(第8章第1節:力 彈力)如下:

物理學中,把物體對物體的作用稱為力．只要有力的作用發生,就一定會涉及兩個物體:一個是施加力的物體,叫施力物體;另一個是受到力的物體,叫受力物體．

力的概念看上去比較簡單,很多教師的課堂大多是這樣的:

師:同學們,你能舉出生活中一些有力存在的事例嗎?

生1:踢足球.

腳 踢 足球手拍桌子地面阻礙足球………………物體作用物體

師:誰踢誰?

生1:腳踢足球.

師:還有例子嗎?

生2:拍桌子.

師:誰拍誰?

生2:手拍桌子.

生3:足球在地面上滾動一段距離后會停下來.

師:這個過程誰對誰有力的作用?

生3:地面對足球.

師:我們把“腳”、“手”、和“地面”稱為一類物體,把“足球”、“桌子”等稱為另外一類物體,把“踢”、“拍”等動作稱為“作用”,這樣的話,同學們說一說,什么是力呢?

生齊答:力是物體對物體的作用.

分析以上案例不難發現,教師的提問“誰對誰”就是一種得出結論“想當然”的表現,教師為什么會提出這樣的問題,實際上是因為教師知道,力是物體對物體的作用．很多教師在板書時對學生的表達進行了“加工”,對于學生的語言只在黑板上留下像上面方框中所示的內容,從而很快就得到了力的概念．難道得到概念的過程有這么簡單嗎?怎樣才能幫助學生自己來建立力的概念呢?

4.2 解決措施

教師要求學生舉例說明生活中有力存在的事例后,對于學生的表達應該“一字不漏”地寫在黑板上,這也是對學生的一種尊重,然后通過精心設計問題,讓學生去提煉關鍵詞,最終由學生總結得出力的概念．請看以下教學片斷:

教師:在同學們剛剛所舉有力存在的事例中,大家講的很好．現在我想請同學們給力下個定義,你準備如何來完成這個任務呢?

生:相互討論同時面有難色.

師:下定義就是對剛才同學們所舉出的事例進行總結,這是一個從特殊到一般的過程,需要同學們從所有事例中找出某種共同的特征,再尋找更多事實,概括出具有普遍意義的本質特征．同學們認真思考,你能發現你們及課本所舉出的事例中,有哪些共同特征嗎?

生1:都有物體存在

生2:都有動詞存在

生3:有一個物體,一個動詞

師:到底有幾個物體?

生4:好像都有兩個物體存在

師:像“踢”、“拍”這樣的動詞我們可以統一給他一個名稱,你認為叫什么較好?

生:討論后得出用“作用”來表示這一類動詞比較貼切.

師:現在同學們可以給力下個定義了嗎?

生:一個物體作用于另一個物體就是力

師:請同學們看看課本的表述,你能發現有哪些不同嗎?為什么?

學生討論……

4.3 案例點評

義務教育階段幫助學生建立正確的物理概念,正是我們倡導的培養學生“核心素養”的重要體現．以上案例中要求學生尋找“共同的特征”正是教師教學設計的精妙之處．學生對共同特征的尋找也不是一步到位的,而且語言的表達也比較粗糙,我們不要擔心學生的表達不夠完善,課堂上通過學生的討論,學生的表述逐步簡潔的過程就是他們思維發展的過程．我們發現當學生發現自己的表述和課本中只差“幾個字”時,臉上露出了滿足的微笑,這是非常難能可貴的．值得一提的是,在學生討論過程中,有的同學給力的定義是“名詞加動詞加名詞”,對于這樣的理解,有的老師覺得好笑,而我則感到欣慰．不是嗎,在有力存在的大量事例中,都有兩個名詞和一個動詞,學生能想到這一點,真的很不容易了,我們應該為這樣的學生喝彩!課堂上教師可以用這樣一句話提醒這位學生,“課本提供知識”不是也有兩個名詞一個動詞嗎?這句話的含義中與力有關嗎?結果學生恍然大悟．

以上本文從4個方面分析了初中物理實驗教學中一些“想當然”現象,這種“想當然”現象的存在,實際上在無意中剝奪了孩子們發現的權利,遺憾的是不少教師還沒有意識到這一點．想當然的現象在實驗教學的其他環節也有不同程度的表現,如實驗操作的環節,實驗現象的分析等等,這些“想當然”的現象,應該引起我們廣大物理教師足夠的重視．如果我們在實驗教學中能適當讓學生面臨一些設計的困難,多給學生一些思維的空間,我相信當孩子們的眉頭由緊鎖到舒展的過程一定是我們教育工作者最幸福的時刻．