強(qiáng)化實(shí)踐體驗(yàn) 提升思維品質(zhì)
——以“自感”概念教學(xué)為例

陸振華 顧建新

(1. 江蘇省泰興中學(xué)，江蘇 泰興 225400； 2. 江蘇省泰興市教師發(fā)展中心，江蘇 泰興 225400)

1 實(shí)踐體驗(yàn)與思維品質(zhì)

馬克思主義認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)人類的一切認(rèn)知都源于實(shí)踐，實(shí)踐是一切認(rèn)知的前提和重要手段，人類文明的進(jìn)步都是在不斷的實(shí)踐、認(rèn)知、再實(shí)踐、再認(rèn)知中不斷向前發(fā)展的.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》將物理學(xué)科的核心素養(yǎng)界定為由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4大要素構(gòu)成，[1]它們與教學(xué)中的實(shí)踐體驗(yàn)密切相關(guān).物理觀念的形成需要大量實(shí)踐案例的積累，物理觀念的應(yīng)用需要結(jié)合實(shí)踐情境，模型的建構(gòu)和應(yīng)用需要思考實(shí)踐情境的特點(diǎn)，質(zhì)疑和發(fā)現(xiàn)常來自于理性和實(shí)踐的沖突，發(fā)現(xiàn)問題和提出問題常來自于對(duì)實(shí)踐情境的觀察，解釋實(shí)際上是理論和實(shí)踐的結(jié)合，科學(xué)結(jié)論最終要接受實(shí)踐的檢驗(yàn)；責(zé)任感體現(xiàn)在具體實(shí)踐情境中的態(tài)度.

思維是人類的靈魂，是在大量實(shí)踐體驗(yàn)的基礎(chǔ)上做出的全面分析、判斷的過程.思維品質(zhì)是人們在思維活動(dòng)過程中表現(xiàn)出的不同于其他個(gè)體的特點(diǎn)及其差異水平，是人的思維的個(gè)性化特征，反映了每個(gè)個(gè)體智力或思維水平的差異.

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)思維”的終極目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生基于事實(shí)證據(jù)的分析推理、解釋預(yù)測、質(zhì)疑創(chuàng)新的能力與品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力和獨(dú)特思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生思維的條理性、深刻性、創(chuàng)造性和開放性.

中學(xué)物理教學(xué)以學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)為載體，通過情境創(chuàng)設(shè)和問題驅(qū)動(dòng)等方式，精心設(shè)計(jì)系列學(xué)習(xí)和實(shí)踐的體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在分析和解決真實(shí)情境問題的過程中檢驗(yàn)固有認(rèn)知、增強(qiáng)實(shí)踐能力、提升思維品質(zhì)、形成新的觀念、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、發(fā)展核心素養(yǎng).

2 強(qiáng)化實(shí)踐體驗(yàn)，提升思維品質(zhì)的案例研究

本文以教科版選修3-2“自感”第一課時(shí)教學(xué)為例，闡述了如何在中學(xué)物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)真情境，引導(dǎo)學(xué)生真體驗(yàn)，感悟真知識(shí)，提升真思維，陶冶真性情，更好地落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，從舊知到新識(shí)，提升思維品質(zhì)的條理性

創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，讓學(xué)生在多次體驗(yàn)、認(rèn)知過程中不斷引發(fā)理性和實(shí)踐之間的思維沖突，激發(fā)學(xué)生積極思考，通過分析對(duì)比、知識(shí)遷移，提升思維品質(zhì)的條理性.

首先，筆者展示1節(jié)干電池，引導(dǎo)學(xué)生分析：如果將人體接入，會(huì)不會(huì)有感覺？為什么？并給學(xué)生提供實(shí)踐體驗(yàn)的機(jī)會(huì).

圖1

在此基礎(chǔ)上追問：如果在外電路中和人體并聯(lián)一個(gè)元件，會(huì)不會(huì)有感覺呢？為什么？學(xué)生基于對(duì)電路知識(shí)的認(rèn)識(shí)，會(huì)覺得依然沒有感覺.

筆者展示如圖1所示的電路，先邀請一位學(xué)生參與體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：在接入線圈，斷開開關(guān)時(shí)被“電”了.

再從每一活動(dòng)小組請一位代表(包括剛才參與體驗(yàn)的同學(xué))體驗(yàn)，在接入線圈，斷開開關(guān)時(shí)到底有沒有“電”.在體驗(yàn)之前，先請學(xué)生們思考：如果真的有“電”，這次的感覺會(huì)不會(huì)有所不同？為什么？學(xué)生基本上都覺得會(huì)弱一些.但體驗(yàn)之后，兩次都參與的學(xué)生卻覺得感覺差不多.

在這一系列認(rèn)知和現(xiàn)實(shí)的矛盾沖突之后，學(xué)生心里就會(huì)有很多疑惑，比如：斷開開關(guān)時(shí)通過人體的電流哪來的？人數(shù)不等時(shí)，通過人體的電流到底等不等？……

為順利解開這些疑惑，筆者引導(dǎo)學(xué)生分析：是哪個(gè)元件在什么時(shí)候發(fā)生了什么變化？

先給學(xué)生30 s的時(shí)間獨(dú)立思考，再給學(xué)生1 min的時(shí)間組內(nèi)討論，最后小組匯報(bào)、交流、補(bǔ)充.學(xué)生基于楞次定律基本上都會(huì)分析出由于線圈上原電流的減小，引發(fā)磁通量的減小，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙原電流的減小.

設(shè)計(jì)理念.俗話說：“好奇心是人類探索未知世界的原動(dòng)力.”只要我們對(duì)新事物保持孩童般探究的欲望，就有無窮無盡的動(dòng)力.該設(shè)計(jì)通過“千人震”實(shí)驗(yàn)極大程度地激發(fā)了學(xué)生探究的欲望，當(dāng)學(xué)生有了學(xué)習(xí)的欲望，明白了為什么要學(xué)習(xí)，就能最大程度地主動(dòng)學(xué)習(xí)，創(chuàng)造性地開展研究.在體驗(yàn)“千人震”的過程中，學(xué)生的思維往往都是基于已有的認(rèn)知水平做出的自然反應(yīng)，但這種認(rèn)知往往和實(shí)踐體驗(yàn)的結(jié)果相反.這種認(rèn)知差異上的思維碰撞，會(huì)促進(jìn)學(xué)生不斷內(nèi)省和自我調(diào)節(jié)，重新建構(gòu)新的知識(shí)體系，提升思維品質(zhì)，甚至能激蕩出創(chuàng)新的火花.

2.2 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從定性到定量，提升思維品質(zhì)的深刻性

學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體，課堂教學(xué)應(yīng)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性、獨(dú)立性和能動(dòng)性，為學(xué)生提供體驗(yàn)探究、評(píng)價(jià)反思的機(jī)會(huì)，達(dá)到內(nèi)化提升、主動(dòng)建構(gòu)、完善認(rèn)知和發(fā)展能力的目的.

筆者先引導(dǎo)學(xué)生分析：如何觀察斷電時(shí)電路中的電流？應(yīng)該有何現(xiàn)象？再讓各小組學(xué)生利用“學(xué)生線路實(shí)驗(yàn)板”，自主設(shè)計(jì)電路，實(shí)驗(yàn)探究，觀察現(xiàn)象，分析原因.學(xué)生觀察到：燈泡閃亮后才逐漸熄滅.學(xué)生又會(huì)疑惑：為什么會(huì)先閃亮一下呢？

筆者利用雙電流傳感器，分別測量并記錄線圈和燈泡支路的電流變化I-t圖像( 如圖2)，學(xué)生觀察并分析圖像，解開疑惑.

圖2

在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)、實(shí)踐體驗(yàn)、觀察分析、邏輯推理等一系列切身體驗(yàn)的活動(dòng)，增強(qiáng)了實(shí)踐能力，錘煉了邏輯思維，發(fā)展了學(xué)生高階思維能力.

圖3

學(xué)生經(jīng)歷了斷電自感的理論和實(shí)踐過程分析，為通電自感的分析奠定了良好的基礎(chǔ).筆者依然先引導(dǎo)學(xué)生理論分析，再啟發(fā)學(xué)生小組合作，利用“學(xué)生線路實(shí)驗(yàn)板” 經(jīng)歷圖3—圖5逐步完善的設(shè)計(jì)過程，定性地認(rèn)識(shí)通電自感.

圖4

圖5

為了從定性到定量認(rèn)識(shí)自感，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性，筆者建議學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和自己對(duì)自感的理解作出通電和斷電階段兩支路的I-t圖像，并交流、討論、相互評(píng)價(jià).筆者再利用雙電流傳感器，分別測量并記錄兩支路的電流從閉合到斷開的I-t圖像(如圖6、圖7)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析，并對(duì)自己做出的I-t圖像作自我評(píng)價(jià).

設(shè)計(jì)理念.科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的重要手段和有效載體，也是一種綜合的能力.學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)等一些列實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)，逐步建立起了能量觀念，提升了科學(xué)推理、科學(xué)論證和科學(xué)探究的能力，認(rèn)清了科學(xué)本質(zhì).通過對(duì)雙電流傳感器演示實(shí)驗(yàn)的觀察、分析、推理，對(duì)通電和斷電自感會(huì)由外而內(nèi)產(chǎn)生更加深刻的認(rèn)識(shí).從理論到實(shí)踐，從現(xiàn)象到本質(zhì)，從定性到定量，學(xué)生的實(shí)踐能力得到鍛煉，物理思維得到提升，學(xué)科核心素養(yǎng)得到培養(yǎng).

圖6

圖7 通電自感E-t局部放大圖

2.3 尊重學(xué)生智慧，從“預(yù)設(shè)”到“生成”，提升思維品質(zhì)的創(chuàng)造性

教學(xué)的對(duì)象是一個(gè)個(gè)具有獨(dú)特智慧的個(gè)體，教學(xué)的過程也是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化的綜合性過程.這就需要教師基于自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生特點(diǎn)，在課前對(duì)課堂教學(xué)的過程做精心而充分的“預(yù)設(shè)”，同時(shí)，也要充分尊重學(xué)生在課堂上的偶發(fā)“生成”，讓教學(xué)的步伐適當(dāng)慢下來，把時(shí)間還給學(xué)生，讓學(xué)生有所思、有所悟，一定程度上來講，慢課堂，未嘗不是一件好事.

在筆者演示通電自感階段，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器讓兩燈泡正常發(fā)光，然后斷開開關(guān)，再合上開關(guān)，觀察、分析通電自感過程中的電流隨時(shí)間變化I-t圖像時(shí)，就有學(xué)生提出了幾點(diǎn)疑義：

生1：閉合開關(guān)，穩(wěn)定時(shí)之后，兩支路電流大小為什么不等？

生2：在研究通電自感的電路中，斷電時(shí)也發(fā)生了自感現(xiàn)象，可為什么沒有看到燈泡延遲熄滅？

生3：閉合開關(guān)，滑動(dòng)變阻器支路的電流為什么也是逐漸增大？但又沒有看到燈泡延時(shí)變亮？

對(duì)于這幾個(gè)課前“預(yù)設(shè)”之外的意外，筆者并沒有立即給出答案，而是引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、自主合作、探究體驗(yàn)來解決.

對(duì)于第1個(gè)問題，學(xué)生簡單分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)是因?yàn)橛没瑒?dòng)變阻器調(diào)節(jié)兩支路燈泡亮度相等時(shí)，并沒有真正做到電流完全相等，只是感覺上亮度相同，就認(rèn)為電流相等而已.筆者順勢提問：你能想個(gè)什么辦法，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器讓兩支路電流相等呢？學(xué)生立刻就明白，可以借助電流傳感器.

對(duì)于第2個(gè)問題，筆者先鼓勵(lì)學(xué)生小組討論、組間交流，學(xué)生的意見基本趨于統(tǒng)一：可能是感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)電流減小的阻礙比較弱，延時(shí)較短，不能觀察到.筆者再將兩次的電流隨時(shí)間變化的圖像對(duì)比地展示給學(xué)生觀察，學(xué)生能明顯看出來時(shí)間延遲確實(shí)比較短.

對(duì)于第3個(gè)問題，筆者請學(xué)生們自己觀察滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生馬上就明白了：滑動(dòng)變阻器也是由線圈繞制而成，通電時(shí)也會(huì)發(fā)生自感現(xiàn)象，但匝數(shù)較少，延時(shí)不明顯.

設(shè)計(jì)理念.高中物理課程內(nèi)容多，課時(shí)少，所以很多教師的課堂還是以知識(shí)講授為主，想方設(shè)法擠時(shí)間講習(xí)題，但這樣的課堂缺乏生氣，沒有活力，學(xué)生被動(dòng)接受，能力缺乏，思維僵化.新課程理念下的課堂是一個(gè)“多元化”的課堂，學(xué)生才是課堂活動(dòng)的主體，學(xué)生在課堂上的偶發(fā)“生成”應(yīng)成為課堂中寶貴的教學(xué)財(cái)富，有時(shí)可能會(huì)打亂教學(xué)的節(jié)奏，不能完成預(yù)設(shè)的教學(xué)任務(wù)，但我們會(huì)能讓學(xué)生有更多的收獲和驚喜.所以，不能一味排斥與“預(yù)設(shè)”相背的“生成”， 反而應(yīng)加以保護(hù)和鼓勵(lì)，否則，就會(huì)極大地抑制學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望、主動(dòng)性和能動(dòng)性，教學(xué)的效果就會(huì)大打折扣.所以，課堂教學(xué)要精心設(shè)計(jì)，但又不能排斥生成，“預(yù)設(shè)”要與“生成”相統(tǒng)一，讓學(xué)生在民主、和諧的氛圍中獲得知識(shí)、培養(yǎng)思維、提升能力、孕育情感.[2]

2.4 體驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從封閉到開放，提升思維品質(zhì)的開放性

能否運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)和思想方法解決實(shí)際問題是檢驗(yàn)和鍛煉思維品質(zhì)的重要方法和手段.在解決實(shí)際問題的過程中，學(xué)生對(duì)概念、規(guī)律的理解會(huì)更加深刻，同時(shí)形成統(tǒng)領(lǐng)這些概念和規(guī)律的大概念——物理觀念，動(dòng)手能力、創(chuàng)造思維、情感態(tài)度也都能得到有效提升.

圖8

師：請同學(xué)們利用提供的1節(jié)干電池，1根導(dǎo)線和1塊鋼絲板(如圖8)，結(jié)合所學(xué)的物理知識(shí)，“制造”電火花.

學(xué)生活動(dòng).學(xué)生在起初的探究過程中就暴露出來很多問題：比如，有些學(xué)生覺得一根導(dǎo)線太少，沒法連成回路；有些學(xué)生直接把干電池、導(dǎo)線和一塊鋼絲板連接，根本觀察不到電火花……

面對(duì)這些問題，筆者鼓勵(lì)將組內(nèi)合作擴(kuò)展為組間合作，彼此分享成功的經(jīng)驗(yàn)、失敗的教訓(xùn)，最后學(xué)生在合作互助中利用導(dǎo)線繞制線圈，讓導(dǎo)線的一端在鋼絲網(wǎng)上劃過，產(chǎn)生電火花.

師：產(chǎn)生電火花的原理是什么？鋼絲板的作用是什么？

生：斷電自感，鋼絲板起到開關(guān)的作用.

這樣，不僅培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，加深了學(xué)生對(duì)問題本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，還提升了學(xué)生分析、綜合、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造能力.

師：如何能讓產(chǎn)生的電火花更加明顯？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生進(jìn)一步探究體驗(yàn)，并提出了很多創(chuàng)造性的方法.

生1：增加干電池的節(jié)數(shù).

生2：增加線圈的匝數(shù).

生3：增大線圈的橫截面積.

生4：讓導(dǎo)線在鋼絲網(wǎng)上劃得更快一些.

……

筆者拓展了科學(xué)探究的深度，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，同時(shí)為自感電動(dòng)勢和自感系數(shù)的教學(xué)做好了鋪墊.

設(shè)計(jì)理念.在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，最重要的并不是學(xué)生是否完成了指定的學(xué)習(xí)任務(wù)，而是學(xué)生在這個(gè)過程中對(duì)任務(wù)完成所需的認(rèn)識(shí)、理解、分析、綜合、思維判斷等思想方法的反省及在這種反省或討論過程中的再認(rèn)識(shí)和再綜合.[3]在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，筆者打破常規(guī)，設(shè)置了開放性較高的“真問題”，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究的過程中像科學(xué)家一樣去綜合思考、靈活地解決問題.在解決問題的過程中，加深對(duì)基本知識(shí)的再認(rèn)識(shí)、基本技能的新體驗(yàn)，又培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)特的思維品質(zhì)和研究方法，提高實(shí)踐和創(chuàng)新能力，還讓學(xué)生體驗(yàn)了在探究過程中所經(jīng)歷的失意、困惑、驚喜等情感，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究中的專注力、意志力，形成積極向上的價(jià)值觀念，努力提高科學(xué)探究的質(zhì)量和物理實(shí)驗(yàn)的育人功能.

3 結(jié)束語

新課程提倡培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，其核心就是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)思維中模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的思維品質(zhì).一旦學(xué)生的科學(xué)思維培養(yǎng)起來了，他們解決問題的能力就提升了，就能夠靈活地解決生產(chǎn)生活中遇到的復(fù)雜多變的實(shí)際問題.科學(xué)思維的培養(yǎng)需要教師創(chuàng)設(shè)“真情境”，給學(xué)生留足思維發(fā)展的時(shí)間和空間，讓學(xué)生的思維品質(zhì)在具體的實(shí)踐體驗(yàn)中逐步提升.