凸顯源于學生生活經驗的思維主線
——“電能表和電功”的教學實踐與思考

何秀敏

(山東省菏澤市開發區廣州路中學,山東 菏澤 274300)

美國教育心理學家奧蘇貝爾說:“假如讓我們把全部教育心理學僅歸結為一條原理的話,那么我將一言以蔽之:影響學習唯一因素就是學習者已經知道了什么”.建構主義教學論認為，“應當把學習者原有的知識經驗作為新知識的生長點,引導學習者從原有的知識經驗中生長新的知識經驗”.真正的理解學習是基于自己的經驗背景而建構起來的,所以說學生既有的生活經驗就是我們教學的基礎,只有拓展和豐富學生的生活經驗,學生才能真正主動建構知識的意義,而主動建構的知識必將成為他們未來學習的支架.本節課的設計采用了基于學生生活經驗的“原點認知——主動建構”的教學設計,以電能為核心,以電能的利用——電能的測量——電能轉化的實質(電功)為思維主線展開,對人教版和蘇科版教材進行了融合,以學生為中心,以生活經驗為基礎,強調了學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識的主動建構.

1 激活生活儲備,自主形成能量轉化觀(電能)

生活情境再現.

(1) 展現流光溢彩的城市夜景.電能有哪些來源?是由什么形式的能量轉化而來的?

電能來源形式多樣,火力發電、水力發電、風力發電、核能發電以及各種各樣的電池,學生有著豐富的生活經驗,所以在這樣一個自由談的環節中,學生充分調動了已有的生活認知,從不同的方面感知了電能來源于其他形式的能量.

(2) 展示各種常見用電器.生活中常用的用電器把電能轉化為哪些形式的能量被我們利用?

用電器的種類繁多,學生的生活認知非常充分,但了解的廣度和深度又不盡相同,采用小組合作的方式進行分析匯總,充分調動了學生的交流興趣,并主動進行了梳理歸類,發現用電器主要將電能轉化為機械能、內能、化學能、電磁能等其他形式的能量.

分析:在電能的認識中,從學生的知識經驗開始學習,用真實問題引發學生從生活到理論的主動歸納.不同的學生生活認知有所不同,通過協作交流便可以將各種不同的發電方式歸結為其他形式的能轉化為電能;同樣可以將電能的利用歸結為電能轉化為其他形式的能,這個過程符合大腦認知系統的工作原理,從問題信息的發出到學生將已有生活認知進行整合歸納,信息溝通渠道流暢,完成了電能轉化的主動建構.同時在這個能量轉化觀念形成的過程中,教師引領學生對發電機、電池和各種用電器的發明和改進對于推動社會文明與進步的意義進行升華,使學生更深刻地領悟了科學的精神和魅力.

2 啟動生活調查,主動探索電能的測量(電能表的認識)

通過課前班級調查發現,只有極個別學生見過家中的電能表,幾乎所有的學生對于電能表沒有什么了解.鑒于這種情況,教師安排了課前的生活調查(見表1).

(1) 生活情境再現.電能是商品,電力部門是通過什么方式計量我們消耗電能的多少?又是如何計量的呢?

表1

分析:學生在生活中已經知道消耗電能的多少是用電能表測量的,但對電能表的參數、計量方式等等均不夠了解,所以教師安排了課前的生活調查,引發學生主動觀察家中電能表儀表參數和探究電能表工作狀態的興趣.學生們進行了現場拍攝、資料查閱、家長問詢等多種方式,深層次地了解電能表的技術參數和使用方法.整個過程中學生主動去搜集并分析有關的信息和資料,對所調查的問題提出各種假設并努力加以驗證,真正詮釋了知識融入生活才能體現價值的理念.

(2) 調查信息課堂交互.對于課前調查了解到的電能表的參數、讀數方法、計量方式等進行協作交流,然后進行展示講解.

經過實踐發現,由于課前經過了充分的調查,課堂分享交流氛圍熱烈,學生的展示如預期一樣精彩.特別是在如何計量一段時間消耗的電能的問題上,學生既可以展示出電能表表盤示數之差的計量方法,還提出了可以通過脈沖指示燈閃爍次數與電能表常數之間的關系來計算消耗電能的方法,而這些發現都在教師的預設之外,真正體現出學生主動發現和思考的價值所在.在電能表的這部分學習中,教師只點撥了電流規格中的標定電流和最大額定電流的意義.

分析:協作交流是推進主動學習進程的重要手段,通過小組交流互助的形式,學生們將自己從不同渠道獲得的資料進行整合分析,提煉歸納,小組成員共享了自己的想法同時獲得了他人的指導和幫助.學生們以調查內容為自己的經驗基礎,通過交流對話,對這些信息重新認識和整理,建構了自己的知識體系,主動完成了電能表學習的自我反饋和評價,取得了比較好的學習效果.

選擇常用的物種多樣性測度指標，如物種豐富度指數、物種多樣性指數、物種優勢度以及物種均勻度指數等［3］。

3 激活已有認知,科學探究電能轉化實質(電功)

(1) 教師進行功能關系的講解引領.做功的過程總是伴隨著能量的轉化,例如電風扇工作將電能轉化為機械能,這個能量轉化的過程正是通過電流做功實現的,所以有多少電能轉化為其他形式的能量,我們就說電流做了多少功,電流所做的功叫做電功.

圖1

(2) 實驗情境再現.展示已連接好的電動機電路(電路如圖1).

① 電流在一定時間通過電動機做功多少可以通過什么現象反映出來?

② 如果要使電流做更多的功,你有哪些方法?

創設情境的功能不僅僅在于引起學生好奇心,還應該是有助于學生從情境中提出問題,并就此展開思考.[1]本實驗情境的設置和問題的提出都是基于學生的電學基礎,有效的情境和問題引領降低了學生的認知負荷,避免了科學探究中的盲目猜想.學生提出電流做功的多少可以通過電動機轉速反映,要使電流做更多的功,可以增加工作的時間,或者同樣時間采用增大電流或者提高電壓的方法來增加電動機轉速.在學生回答的基礎上,教師進行化歸引領:在力學功的理解中,通過力和物體在力的方向上移動距離的大小反映功的大小,在這個實驗中,能不能更直觀地看到電流做功的變化呢?這時學生就可以提出可以通過電動機來提升物體來反映電流做功的大小.這樣一種化歸思想的運用,背后的隱形知識指向了做功的本質問題,為以后學習電流做功實質上是導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功的理解做好了鋪墊.[2]

分析:科學猜想是科學探究中的一項重要步驟,是利用已有經驗,在實際觀察或理論推理基礎上對事物的變化趨勢進行預測的結果,所以本實驗為科學的猜想提供了有效依據,同時為影響電功大小因素的實驗探究做好了準備.從另一個角度看,電功這個概念是抽象的,基于初中生的認知水平,電流通過電動機提升物體來反映電功的大小起到了從機械功到電功的認知橋梁的作用.在此基礎上再拓展到電能與其他形式的能的轉化,當學生猜測并驗證電動機消耗電能多少跟什么因素有關之后,教師及時引導他們深入思考這樣的猜想對另外類型的用電器是否適用.學生將經歷一種由此及彼的類比思維過程.類比是由特殊到特殊或者由一般到一般的推理,是根據兩個(或兩類)對象之間在某些方面的相同或相似,推出它們在其他方面也可能相同或相似的推理方法.[3]這個過程可以有效促進學生深刻全面地從能量轉化的角度理解電功概念.

(3) 利用控制變量的思想,要具體探究電功與電壓、電功與電流的關系,在現有電路的基礎之上,可以將電路怎樣進行改進?怎樣連接電路控制變量?電流做功多少可通過什么現象反映?(提示:可增加用電器和電學儀表)

圖2

圖3

在前面電路圖的基礎上進行電路的設計改進,設計目的明確.學生非常好地應用了控制變量的思想進行了串聯電動機控制電流相同來探究電功與電壓的關系(圖4)；并聯電動機控制電壓相等探究電功與電流的關系(圖5).科學的、多層次的引領將學生思維逐漸引向深入,調動了學生探究的主觀能動性,從器材的添加、變量的控制到實驗現象的預設等等都為影響電功大小因素的實驗探究打下了良好的基礎,通過實踐驗證,取得了非常好的實驗效果.

圖4

圖5

分析:關于影響電功大小的探究實驗一般采用兩種方式,一是通過一個電動機提升物體,合并增大電壓同時增大電流的方式進行同步研究.但是因為影響電功大小的因素是多個物理量(3個以上),按研究物理規律的一般方法選用控制變量法,該實驗研究中,物理方法沒得到充分體現.雖然該實驗具有特殊性,電壓和電流的變大或變小具有同步性,可看作一個參量去控制,[4]但是基于初中學生的認知和理解,控制變量逐個探究更為合理.二是通過規格不同的燈泡發光比較亮度的方式進行探究,這個實驗主要弊端是燈泡的亮度區別不大的時候區分比較困難,另外用燈泡的亮度反映電功的大小,極易使學生產生電功影響燈泡亮度的觀點,對以后實際電功率決定燈泡亮度的學習產生負面的前認知風險.所以本探究引領學生對實驗進行改進設計，較好地規避了常見的電功影響因素的探究實驗的弊端.[5]

4 科技改變生活,開放思維應用遷移

(1) 在電池容量一定的情況下,如果要想縮短充電時間,實現快速充電,你有哪些方法?

(2) 用電熱水壺燒開一壺水,會消耗多少電能?請想出盡可能多的測量方案.

依托手機電池快速充電為問題情境,貼近學生生活,又容易引發學生的探究興趣.課堂實踐發現,學生思維由電功的公式進行發散,提出可以增大電流、提高電壓或者同時增大電流和電壓的方法.此時教師介紹實際手機快充技術也正是基于這樣的3種方式來進行研發,學生頓時感受到了強烈的自我設計的成就感.電熱水壺燒水消耗多少電能的問題解決更加凸顯了物理學習的生活應用,同時綜合了本節課電能表電功的相關知識,學生站在不同角度進行了測量方案的設計,例如利用電能表的示數之差,脈沖指示燈閃爍的次數,測量出實際電壓U、實際電流I和工作時間t,運用W=UIt進行計算等等不同的方案.在肯定學生的方案的基礎上教師介紹計量插座,可實時顯示電壓、電流、工作時間支持學生測量的方案的實際價值,同時指出計量插座也可直接計量消耗電能的多少,整個拓展應用的環節充滿了探究、質疑、創新的氣息.

分析:拓展應用的環節,摒棄了過去簡單的習題運算的方式,讓知識應用緊跟時代發展,與學生的生活緊密聯系,關注知識的來龍更關注知識的去脈,應用設計注重了學習積極性的激發,注重了對實踐和創新意識的培養,注重了科學思維習慣的形成,從而保持了學生對物理學習持續的興趣和提升學生研究解決問題的能力.

所有學習的發生必然來源于學生的生活經驗,通過創設符合教學內容要求的真實情境和提煉新舊知識之間聯系的思維主線,啟發誘導學生主動去發現探索,在這個源于生活經驗的思維主線的學習過程中,可有效增強學生的實踐意識,養成良好的思維習慣,提升探究能力,激發和保持學習興趣.教師的任務就是找到學生的學習原點,基于生活經驗喚醒學習欲望,創設真實的情境,提出適當的問題,引領學生沿思維主線學習,幫助學生建構當前所學知識的意義.整個學習過程中,喚醒是學習興趣線,矯正是學習修補線,而建構則是學習的增效線.