通过实验促进初中物理电学的深度学习

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  摘 要:学生学习普遍存在“懂而不会现象”,在初中物理电学学习中现象尤其普遍。其产生的原因很多,其中学生思维发展滞后、学习内容抽象、学习时间紧迫等是主要原因。针对这些问题,可通过优化电学实验激发学生的学习兴趣,在探究活动中加强思维引导,从而增强学生的学习体验和感悟,促进学生主动构建学科知识,并进行内化提升科学素养。
  关键词:初中物理;电学;懂而不会;深度学习
  学生能够一字不差地背诵物理概念和规律等学科知识,能够通过模仿做一些甚至许多题目,但这些都只是“懂”层面的活动。学生学习过程中普遍存在“课上听得懂,课下不会做”的现象,即“懂而不会”,在初中物理电学教学过程中此类现象显得尤为突出。为了更深入地分析问题产生的原因,笔者通过认真学习一些理论文章,用专家的成果指导教学实践,并进行深度反思,从物理实验教学的角度进行了一些教学尝试,取得较好的教学效果。
  1 “懂而不会”现象的原因探析
  1.1 学生思维发展滞后分析
  九年级学生正由少年期向青少年期过渡,抽象思维能力日益提高,独立判断性明显发展,记忆力逐步发展到以理解为主,思想活跃,具有一定的分析能力,但看问题不全面,易片面,急躁,缺乏耐心,容易轻易下结论。虽然学生的抽象逻辑思维能力有了较大提高,但在很大程度上还属于经验性,他们的抽象思维需要具体的直观的感性经验帮助,而电学教材对学生思维能力要求较高,学生学习起来较困难,出错率高,容易失去兴趣和信心。因此,提倡教学要注意与现实生活的联系,贴近学生心智发展特点,让学生一开始就接触“厚实的物理学”,从而激发学习物理的浓厚兴趣,大面积提高教学质量,防止“懂而不会”现象的发生。
  1.2 学科内容的特殊性分析
  初中物理电学内容一方面具有抽象性,如:电流、电压、电阻、磁场、磁感线等,既看不见,又摸不着,只能通过它们所产生的效应来反映它们的存在性和大小关系,学生较难深入理解其中本质;另外,电学内容广、公式多,各物理量联系密切,要求学生能在错综复杂的物理情境中灵活应用,如电路故障的分析让不少学生感到棘手。学生往往很难理解其中的原因,一些学生即使当时能“听得懂”,但在具体问题中可能难以融会贯通,“懂而不会”就此产生。
  1.3 学习过程中时间分配不合理,任务和目标无法落实
  如在组织学生进行“串并联电路”的学习时,可以创设“值班室夜间前后门来人提示器”的问题情景:学校值班室需要同时控制前、后两个门,如果简单的用灯亮来表示有人敲门的话,值班人员可能无法及时找到应该开的门。现有一些导线、开关和电灯等器材,要求设计一简单装置,使前门、后门来人时能提示值班人员能及时开门。学生通过思考,设计出如图1所示的电路。这个电路的原理很简单,只要明确串联和并联电路的特点,并将其应用在实际生活中,让学生体会到物理学科与生产生活联系密切。通过组织学生观察生活现象、提出问题、设计实验方案、进行实验、分析和论证等一系列科学探究过程,能有效训练和培育分析、综合、推理、抽象等思维能力和学科素养。
  1.2 重视思维引导,用深度质疑促进有效学习
  初中物理电学不仅内容抽象、广泛,公式多,而且各物理量联系密切,要求学生能在错综复杂的物理情境中灵活应用,不少学生即使当时能“听得懂”,但在具体问题中可能难以融会贯通。因此,在电学学习中,要注意组织学生开展实验探究,尤其是实验专题复习教学不能只满足于完成、验证规律,还要充分发挥实验的教学功能,要能针对实验探究目的,设置系列问题引导学生深入分析实验现象,开展深层次的思维,进而揭示现象背后隐藏的物理规律,从而认识学科思想方法。
  如,伏安法测电阻是初中物理中重要的实验之一,实验中涉及基本电学仪器的正确使用(电流表、电压表、滑动变阻器);电路的连接方式(串联、并联);实验操作的基本方法和技能(设计电路、设计记录数据的表格、减小误差的方法、电路故障的判断、电表示数的变化分析等)。因此,这个实验能综合考查初中阶段电学部分的基础知识、基本规律和学生的实验能力。传统的复习方法是从知识到实验,机械重复知识点,会让学生失去兴趣。对此,在进行电学复习时充分利用伏安法测电阻实验课程资源,针对电学内容设计如下问题 [2 ]:   (1)电学仪器使用方面:需要几种器材?怎样选择器材?各元件间是怎样连接的?连接电路时,开关应断开还是闭合?电流表、电压表、滑动变阻器的使用规则各是怎样的?电压表测哪段电路两端的电压?在此实验中滑动变阻器的作用是什么?
  (2)基本方法和基本技能方面:实验原理是什么?电路怎样设计,画出电路图?分析能直接和间接测出的物理量有哪些?怎样设计实验的表格?如何减小实验误差?测小灯泡的电阻能否求平均值?要测小灯泡的额定功率还需要知道什么物理量?移动滑动变阻器滑片时,电表示数如何变化?实验中可能会碰到哪些故障?若实验中缺少电流表或电压表,能否继续完成实验?利用伏安法测电阻的实验器材,还能组成几种实验电路?(组成串、并联电路;组成研究串、并联电路的电流、电压、电阻、电功率关系的实验电路;组成研究电流跟电压、电阻的关系的实验电路;组成伏安法测电功率的实验电路。)
  这一系列问题的提出,能引导学生复习初中阶段电学大部分演示实验和分组实验及相关电学知识和规律。通过“一题多问”的方式拓展学生的学科思维,复习基础知识,加强知识点间的联系,把所学知识有机结合起来,促进形成学科知识网络化、系统化,让学生在不知不觉的参与中掌握电学的基础知识和基本规律。
  1.3 重视知识应用,用习题问题促进深度学习
  在学生学习过程中,“懂而不会”是一种普遍存在的现象,其原因就在于程序性知识学习中“听懂”境界与“会做”境界的不同。何善亮博士认为,尽管各个的学科有自己各自的特点,但是学生学习知识的基本过程还是一致的,由此提出从听懂境界跨越到会做境界的操作思路“首先听懂,而后记住,练习会用,逐渐熟练,熟能生巧,有所创新”。他还指出,要切实解决学生“懂而不会”的问题,教师应该仔细研究学生练习的“质”和“量”,有效练习是学生学习过程中“初级和高级获得、熟练、保持、迁移和调整”这五个阶段,至少是“熟练、保持、迁移”这三个阶段的核心内容 [1 ]。
  如,对电路故障现象问题,学生对短路、断路等问题疑惑不解,分析时经常被元件的短路和断路对电表的影响弄得不知所措。特别是通过电表变化分析电路故障,学生不知从何下手,这主要因为他们对电路的工作原理还不是十分清楚。针对这一问题,我将学生分成若干小组进行实验探究,要求学生根据实验目的设计实验方案和记录的表格,通过注意观察不同的故障时灯的亮度及仪表的变化,详细记录现象并进行思考和分析。在自主思考和相互合作的混合式学习中,学生交流实验方法和思路,相互指出正误,大胆质疑。在学生获得较为深刻的体验和全面认识后,再将电路简化提出“基本模型”(如图2所示)并提出问题链:若L1断路,则L2 (选填“发光”或“不发光”),电流表示数 ,电压表示数 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。如果L1短路呢,变化情况又如何?然后再从现象到可能发生的故障提出:若电压表示数接近电源电压,电流表示数变大,则电路故障可能是L2 ;如果电流表和电压表示数均为0,则电路故障可能是L2 。通过系列问题引导下的观察实验、深度分析,学生较为深刻地理解电学知识,并进行知识迁移和思维调整,从而对电路故障现象及其原因形成有了深刻的理解。
  教学中经常出现“课上听得懂,课下不会做”的现象,究其原因,老师们普遍认为这是因为学生上课不认真造成的。其实,产生这种问题的主要原因是学生对相关物理概念、规律认识不够深入,且不少教师讲解就题论题、缺少变式训练,造成学生迁移能力差。因此,必须通过情境多样、富于变化的练习,帮助学生掌握知识、形成技能、发展能力。通过提出问题——设计实验——进行实验——分析与论证开展“电学故障问题”的专题复习,在“思中做,做中学”,在自主学习过程中获得深刻的体验和感悟,通过建立基本模型并进行综合分析,理解归纳总结电路故障变式及其规律,以促进物理电学知识的深度学习。
  总之,教与学是双边活动,消除“懂而不会”的现象实现真正意义上的“会”,需要教师和学生双方共同努力。作为教师不但要深度学习专业理论,联系学生实际备学情,深入研究教材教法,调动学生的学习兴趣,鼓励学生在课堂上和课外勤动手、大胆开展实验探究,在探究中将知识串成线、结成网,进而形成学科思维和能力,最终才能解决“懂而不会”的难题。
  参考文献:
  [1]何善亮.从意义构建到能力生成——“懂而不会”现象的原因探析、实践应对与理论思考[J].教育科学研究,2008(10).
  [2]徐芙蓉.从电阻的测定看初中电学复习教学[J].成都教育学院学报,2002(3).
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