用“問題”習(xí)題開展物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)的新嘗試①

操時(shí)良 余榮興

(1.江蘇省徐州市新沂市教師發(fā)展中心，江蘇 徐州 221400；2.江蘇省徐州市新沂市第一中學(xué)，江蘇 徐州 221400)

對于物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，是帶領(lǐng)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)重新做一遍？還是通過實(shí)驗(yàn)類習(xí)題進(jìn)行復(fù)習(xí)？實(shí)際上，這兩種方式都是老師們常用的，但學(xué)生的復(fù)習(xí)興趣都不高，效果自然也一般。然而，中高考的物理真題、模擬題雖然經(jīng)歷了命題者的精心創(chuàng)編，有些題目仍然存在有待完善甚至有失科學(xué)性的情況，這類習(xí)題可以稱之為“問題”習(xí)題。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，筆者嘗試選擇“問題”實(shí)驗(yàn)習(xí)題為載體組織教學(xué)，在批判質(zhì)疑中結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索，收到了意想不到的教學(xué)效果。

1 試題呈現(xiàn)

用如圖1所示的電路探究并聯(lián)電路中的電流關(guān)系。

圖1

(1)閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)L1亮，而L2不亮。小易認(rèn)為L2不亮的原因是L2短路，你認(rèn)為他的判斷是(填“正確”或“錯(cuò)誤”)的。

(2)小易將電路中右側(cè)的導(dǎo)線與電流表“0.6”接線柱相連的那一端改接到“-”接線柱上，其他都不動(dòng)。這樣連接的目的是測的電流(填“干路”或“L2”)，請?jiān)u價(jià)其可行性并說明理由：。

(3)小易將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中，分析表中數(shù)據(jù)，可得出的初步結(jié)論是：。

電流表的測量對象L1所在的支路L2所在的支路干路電流表的讀數(shù)I/A0.300.200.50

(4)根據(jù)上表信息，若燈泡L2的電阻大小為10 Ω，則電路的總電阻為Ω。

2 試題分析

上述習(xí)題是2018年山東省濟(jì)寧市的中考物理試題，本題考查的知識(shí)是并聯(lián)電路中的電流特點(diǎn)，題中的4個(gè)小問分別考查電路故障分析、電流表的連接、數(shù)據(jù)處理以及并聯(lián)電路的總電阻與各支路電阻的關(guān)系。這4個(gè)小問題的呈現(xiàn)順序也基本符合實(shí)驗(yàn)探究的邏輯，但仔細(xì)分析每一步的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)存在幾處邏輯斷點(diǎn)，存在“假探究”之嫌疑，缺少真正的探究，缺少實(shí)驗(yàn)的真實(shí)現(xiàn)場感。理由如下：

(1)第(1)小問考查電路故障分析與解決。題中的電路故障是L2不亮，是電路中出現(xiàn)了短路，顯然，小易的判斷是錯(cuò)誤的。那么，不亮的真正原因是什么？如何解決？卻未提及。

(2)應(yīng)該在解決電路故障后，才能呈現(xiàn)第(2)小問，這是該實(shí)驗(yàn)探究的核心步驟，但在該步驟的設(shè)計(jì)中，僅僅考查了電流表連接的注意點(diǎn)，沒能呈現(xiàn)探究的主要方法和步驟，需要完善設(shè)計(jì)，否則本實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。

(3)在第(3)小問中直接給出數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)太過規(guī)整，不符合實(shí)際的探究情況，純粹是理想化的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，學(xué)生只憑記憶就可作答，不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，另外，僅憑一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就得出相關(guān)結(jié)論，不符合科學(xué)探究的規(guī)范。

(4)如果從實(shí)驗(yàn)探究的目的而言，得到初步結(jié)論就可以了，然而，在第(4)小問中又分析了總電阻與各支路電阻的關(guān)系，來求總電阻，給人有畫蛇添足之感。

用紙筆測驗(yàn)代替實(shí)驗(yàn)操作測驗(yàn)，容易實(shí)施。但邢紅軍教授等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)：物理實(shí)驗(yàn)操作測驗(yàn)與紙筆測驗(yàn)屬于低相關(guān)。紙筆測驗(yàn)若能努力創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)現(xiàn)場，則在提高紙筆測驗(yàn)與操作測驗(yàn)的相關(guān)度上無疑會(huì)是一大進(jìn)步，若這樣命題，應(yīng)該能較好地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑥倪@一角度看，我們認(rèn)為本題是一道有“問題”的紙筆測驗(yàn)題。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合上述分析，筆者帶領(lǐng)學(xué)生采用了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究的“雙腿”并行路線，針對具體問題，采取的策略是精心設(shè)計(jì)問題串，進(jìn)行對話引導(dǎo)。

(1)針對第(1)小問，設(shè)計(jì)如下問題。

問題1：閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)L1亮，而L2不亮。小易認(rèn)為L2不亮的原因是L2短路，假設(shè)L2是真的短路了，整個(gè)電路會(huì)出現(xiàn)什么情況？你能利用手中的器材驗(yàn)證嗎？

學(xué)生回答：若燈L2被短路，電流不流過它，肯定不亮，由于燈L1與L2并聯(lián)，則燈L1也被短路，這與燈L1亮相矛盾，所以小易的判斷是錯(cuò)誤的，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的實(shí)物圖如圖2所示，連接電路，檢驗(yàn)的結(jié)果與理論分析一致。

圖2

問題2：不是L2短路，那又是什么原因呢？

生甲：那一定是L2斷路；

生乙：不一定，也可能是連接L2兩端的導(dǎo)線接觸不良或斷路。

問題3：要想查清到底是哪一段導(dǎo)線或哪一接觸處斷開，如何查找？

學(xué)生分組用電流表進(jìn)行逐段排查。

(2)針對第(2)小問，設(shè)計(jì)如下問題。

問題4：將電路中右側(cè)的導(dǎo)線與電流表“0.6”接線柱相連的那一端改接到“-”接線柱上，作了這一變動(dòng)后，電流表與燈L1及L2怎么連接？其目的何在？可行嗎？

電流表與燈L2串聯(lián)，其目的是測量流過燈L2的電流，但電流將從電流表的負(fù)接線柱流進(jìn)，從正接線柱流出，不可行。隨后學(xué)生嘗試連線，進(jìn)行試觸驗(yàn)證。

問題5：怎樣連接才能測出燈L2支路中的電流呢？

將燈L2右側(cè)的導(dǎo)線連接到電流表的負(fù)接線柱上，并將燈L1右側(cè)的導(dǎo)線改接到電流表的正接線柱上，仍可保證兩燈并聯(lián)，然后利用圖3所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。

圖3

問題6：如何測定L1及L2并聯(lián)的干路電流呢？

如圖4所示，只需將燈L2右側(cè)的導(dǎo)線連接到電流表的負(fù)接線柱上，其他都不變，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

圖4

問題7：該實(shí)驗(yàn)為了探究L1與L2并聯(lián)的干路電流與L1、L2支路電流的關(guān)系，進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)操作？能否一次性完成？怎樣才能辦到？

學(xué)生回答：3次，可以一次性完成，需要用3只電流表。

(3)針對第(3)小問，筆者優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)方案，記錄了實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的探究情境，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1，并提出了如下問題。

表1

問題8：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們能得到的初步結(jié)論是什么？

學(xué)生回答：在誤差允許范圍內(nèi)，并聯(lián)電路的干路電流等于各支路電流之和。

問題9：該實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)只有一組，通過這一組數(shù)據(jù)就得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，你認(rèn)為科學(xué)嗎？要想更科學(xué)？應(yīng)該怎么做？

學(xué)生回答：不科學(xué)，可在干路上安裝一個(gè)滑動(dòng)變阻器，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測量多組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

(4)針對第(4)小問，設(shè)計(jì)如下問題。

問題10：本實(shí)驗(yàn)的研究目的是什么？若已知此時(shí)的燈泡L2的電阻為R2，流過燈泡的電流為I2，流過干路的電流為I，我們能否分析出電路的總電阻？要想解決此問題，還需要運(yùn)用什么規(guī)律？

問題11：總電阻的含義是什么？在對總電阻的分析中，你應(yīng)用了哪些科學(xué)方法？

學(xué)生回答：總電阻是整體等效電阻，應(yīng)用了等效替代、整體法等科學(xué)方法。

(5)針對實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)及考查方向，教學(xué)引導(dǎo)如下。

問題12：你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究并聯(lián)電路的電壓關(guān)系嗎？對于串聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生以點(diǎn)帶面進(jìn)行自主復(fù)習(xí)。

問題13：通過中考真題的練習(xí)，你認(rèn)為命題人會(huì)從哪些角度來考查實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

學(xué)生回答：儀器的使用、電路故障的分析與排除、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、誤差分析等。

4 教學(xué)啟示

4.1 在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)腦，更要?jiǎng)邮?/h3>

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。通過動(dòng)腦鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，通過動(dòng)手訓(xùn)練基本技能。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，若僅以習(xí)題開展教學(xué)，那就是紙上談兵；若僅帶領(lǐng)學(xué)生重復(fù)課本的實(shí)驗(yàn)操作，“照方抓藥”，也難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，屬于低效的重復(fù)。因此，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課上，應(yīng)該創(chuàng)設(shè)適合復(fù)習(xí)的教學(xué)情境，在動(dòng)腦解決疑難的過程中，借助實(shí)驗(yàn)的方法求索解決問題的方案，顯化理論分析思路，在訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí)獲得正確的結(jié)論。

4.2 在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中教師要鼓勵(lì)質(zhì)疑，更要鼓勵(lì)批判性學(xué)習(xí)

在新授教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課中，限于學(xué)生初次接觸，缺乏對實(shí)驗(yàn)原理、步驟、方案等的深刻認(rèn)識(shí)與理解，教學(xué)可側(cè)重于在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生按照步驟逐一操作。但在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)對實(shí)驗(yàn)本身、以及其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)有了初步的理解和認(rèn)知，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的方案、步驟等設(shè)計(jì)進(jìn)行質(zhì)疑，如還有更好的實(shí)驗(yàn)方案嗎？這樣設(shè)計(jì)的步驟是最簡潔嗎？這樣的設(shè)計(jì)科學(xué)嗎？通過質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。

4.3 在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中要關(guān)注部分，更要關(guān)注整體

復(fù)習(xí)教學(xué)不能就題論題，教學(xué)中應(yīng)借助習(xí)題描述的部分問題，拓展到對整個(gè)實(shí)驗(yàn)原理、器材、方案、步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等系列問題的探討；除此以外，教師還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生，由此實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)到其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)，找到它們的共性與差異。

密立根說：科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實(shí)驗(yàn)。兩條腿唯有協(xié)調(diào)起來，走起路來才能順當(dāng)。因此實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課既不能離開實(shí)驗(yàn)去空講理論，否則學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能得不到訓(xùn)練；也不能只做實(shí)驗(yàn)而不去思考理論問題，否則思維缺乏深刻性。借助存在問題的實(shí)驗(yàn)習(xí)題，設(shè)置合適的問題串，在師生、生生對話交流和思維碰撞中顯化實(shí)驗(yàn)探索路徑，不失為可行的教學(xué)方法。