物理教学中的“延迟判断”策略

2011-07-24徐立海吴永灵

物理教师 2011年11期

徐立海吴永灵

(玉环楚门中学,浙江玉环 317605)

过分关注应试成绩的教育,使我们的很多教师养成了“急功近利”、“急于求成”的教学态度.教学中,忽视认知的发生过程,淡化与压缩知识的形成过程,用尽量快的速度授完新课,把概念和规律灌给学生,然后挤出大量时间进行解题训练.课堂上,习惯了满堂言、满堂问、满堂灌,不重视学生信息的反馈与交互,不希望听到学生错误的回答或尖刻的问题,总喜欢用精彩的讲解来代替学生的思考,用正确的解答来遮盖错误的回答.这样很容易使学生养成学习上的惰性,喜欢记公式、套公式,而并不关注公式的由来、涵义及其成立的条件;喜欢听教师讲,而不喜欢独立思考,并主动发表自己的观点或提出疑义.总之,时间不够、火候未到,吃下去的东西都是生的,非常有害.针对以上教学弊病,如何才能改变我们陈腐、呆板、低效的课堂教学现状呢?答案只有一个,那就是倡导“延迟判断”的教学策略.

1 什么是“延迟判断”策略

笔者认为“延迟判断”策略应该有两种不同的理解.一种是对物理结论的延迟判断.延迟判断就是指教学必须要注重学生学习的过程,而不只是学习的结果,要重视物理概念的形成过程,物理规律的探索与推导过程,物理学研究方法的探讨过程,让学生对物理结论的判断产生于认知过程之后的一种教学策略.另一种是对学生观点的延迟判断.延迟判断就是指在学生回答问题或者提出新的创意时,教师不立刻做出评价、判断,而是给学生一些等待、自主思考或者辩论的时间,让学生可以发表各种见解的一种教学策略.虽然,上述两种理解所针对的是不同的事物,但是它们透露出的教学理念是一致、融通的,教学应基于学生的原有认知,遵循学生的认知规律,尊重并突出学生的主体地位,倡导学生自主的学习意识,重视物理知识的形成与学生认知的建构过程.那么,如何运用“延迟判断”策略来更好地设计物理教学过程,更好地组织课堂教学进程,更好地应对和处理学生的观点呢?

2 延迟判断策略与教学过程设计

2.1 重视概念的形成过程,促成学生的知识理解

物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的,它更深刻地反映了事物的共同特征和本质属性,因此可以说,概念是浓缩了的知识点.为了使学生更好地理解概念,教师就应该将它的形成过程重新“还原”,使浓缩的物理意义充分“稀释”.假如学生没有经历某一物理概念的建立过程,那么我们就很难想象,他会对这一抽象的物理概念产生正确的认识和深刻的理解.

例如,关于“瞬时速度”的概念,教材中有一段话:“我们可以用Δt时间内的平均速度来粗略描述运动的快慢.物体在t到t+Δt这样一个较小时间间隔内,运动快慢差异也就小一些.Δt越小,运动描述就越精确,如果Δt非常非常小,就可以认为Δx/Δt表示的是物体在t时刻的速度,这个速度叫做瞬时速度.”对刚刚进入高中的高一学生而言,他既缺乏相应的感性认识,更没有数学的极限思想,往往很难领会这段话的含义.为了使学生建立起“瞬时速度”的概念,笔者运用延迟判断的教学策略设计了以下过程.

(1)亲身感受

图1

如图1所示,一辆小车(前端带刺,但不会伤手)放在由一块长木板搭成的斜面上,先让一位学生将手放在 A位置,掌心与小车相对,将小车由O点开始静止释放,学生的掌心将能感受到突然的撞击,借此让学生体会到瞬时速度产生的作用效果.然后往下移到 B和C位置,撞击效果就更加明显.使学生体会到越到下面瞬时速度越大,撞击效果越好.由此得出这是一种瞬间对应的速度-瞬时速度.接着,很自然地提出,瞬时速度如何表述定义或测量呢?

(2)理论分析

AB1段的平均速度能否用来表示 A点的瞬时速度呢?显然是不可以的.比较一下 AB1段的平均速度与 A点瞬时速度的大小?v1＞vA.如果让两者更接近一些,应如何调整B点位置呢?向着靠近 A点的方向移动,比如移到B2位置?为什么?因为A到B2再到B1过程中质点的瞬时速度是不断在增大的,所以 AB2位移内比 AB1位移内的平均速度小.再把 B点上移到B3位置,那么AB3位移内的平均速度更趋近于 A点速度,但总比 A点瞬时速度大,依次下去,B点不断上移向A点逼近,位移越来越小,平均速度就越来越逼近 A点的瞬时速度,若继续无限缩小 AB间距Δx,由此可得当Δx→0或Δt→0时,¯v=就无限逼近瞬时速度,即可用来表示瞬时速度.

图2

(3)实验研究

测物体从斜面上加速下滑时到达某点的瞬时速度.如图3所示,让物体从斜面上同一高度处多次下落,多次缩短遮光板的宽度,记录下通过光电门的时间,并在Excel中作图,计算出多次通过的速度(见表1).让学生体会极短时间内的平均速度趋近于一个恒定值,此值即为通过光电门的瞬时值.

图3

表1

在概念形成的思维活动中,物理表象的作用是桥梁和中间环节.物理表象逐渐地概括和抽象,使它离开直觉性基础,抽去它的形象的内容,就形成物理概念.在瞬时速度概念教学中,利用触觉感知使学生亲身感受到瞬时速度的物理表象,可促进学生对此概念的理解和掌握.接着,通过理论分析,利用学生抽象的思维活动,使瞬时速度概念从表象进化到抽象,从表面现象进入到核心本质.最后,通过精准的实验证实了理论的推测,令学生信服,还令学生对瞬时速度概念的理解更加深刻.上述过程正是习得一个科学概念的必经过程.

2.2 重视规律的探索过程,培养学生的探究能力

物理规律反映的是物理概念之间的联系,从这个意义说来,物理规律是压缩了的知识链.教学中我们要做的,并不是急于把这些前人获得的结论直接端给学生,让学生尽快地占有它们.诚如爱因斯坦所说“对真理的探求比对真理的占有更可贵”.我们要引导学生积极参与物理规律的发现和推理过程,使探索真正成为物理教学的生命线,引导学生经历质疑、猜想、设计、验证、评价等探究活动,从而培养学生的探究能力.

例如,一般教师在演示“自感现象”时,通常都用配置的成套器材做实验.显然用这样的现成仪器来研究自感现象,很难使学生深入了解实验现象中的本质特征.但如果采用延迟判断的教学结构,从最源的问题和最初的设计开始,在教学过程中随着问题的展开,让学生不断经历猜想、设计、探索、验证、质疑、革新等思维过程,逐步装置起蕴涵思想与方法的实验装置,最终得到令人期待的实验成果,这样的教学效果就完全不同了.

提出问题:

如图4所示,当线圈中电流发生变化时,引起通电线圈的磁通量变化,线圈中是否会产生感应电动势?产生感应电动势与线圈中电流变化关系如何?

进行猜想:

(1)这应是一种特殊的电磁感应现象,线圈中会产生感应电动势;

(2)由楞次定律可得到启发,线圈中产生的感应电动势方向阻碍原有电流变化.

实验设计、探索、验证:

根据电流变化情况的不同,实验应分为电流增大和电流减小这样两种情形.本文限于篇幅,只选取了“研究电流增大”的情形.教师引导学生进行如下实验探索过程.

图4

图5

(1)设计图5所示电路.

(2)理论预言:S闭合时,小灯应延迟发光.

(3)演示实验:如图5电路,闭合电键,观察小灯泡的发光情况.

(4)实验结果:S闭合时,灯几乎立即发光.

(5)实验失败原因分析:是由于人眼睛分辨不出小灯延迟发光现象,但根据电磁感应一般和特殊关系,原有猜想应该对的.

(6)运用对比:比较A1和A22灯发光情况和补偿(调节变阻器使S闭合时2灯亮度相同)实验思想方法设计出如图6所示的电路.

(7)演示实验:如图6电路,闭合电键,观察小灯泡的发光情况.

(8)实验结果表明,A1比A2延迟发光,验证原有猜想.

(9)提出新要求:当电路接通时,线圈中的电流随时间究竟是如何变化的,能不能把电流随时间延迟变化的图像显示出来呢?

图6

图7

(10)设计新实验:如图 7(甲)、(乙)所示,表 A1和 A2是两个电流传感器,通过DIS数字实验系统可以显示电流随时间变化的图线.拟通过图像对比进一步呈现线圈电路与纯电阻电路中电流变化的实质性区别.

(11)新实验结果:如图8(甲)、(乙)所示,可以看到,在开关闭合时线圈 L中的电流是逐渐变大的,而电阻R中的电流是瞬间变大的.

图8

成果小结:

电路接通时,由于线圈 L中电流的增加,在它本身会激发出与原电流方向相反的感应电动势,这个感应电动势将阻碍电流的增加,故此线圈对电流增加起推迟作用,线圈中的电流要逐渐地增加.

笔者认为,相比于简单的“拿来主义”教学,以上“延迟判断”教学看似会增加不少的教学时间,造成教学效率低下,实则不然,通过教学过程的“延迟”却会带给我们很多意想不到的、多元化的教学效果.

(1)促进理解.电路的各部分是随着问题的展开逐步组合而成的,实验电路的结构及实验中所发生的物理过程展示得非常清楚.很显然,这样可以促进学生对实验电路和实验结论的深度理解.

(2)习得方法.比较的方法是人们认识事物本质的重要方法.这个实验的设计,体现了通过改变实验的条件,逐步揭露所研究物理现象在各方面的特征,从而最终认识物理现象的本质这样一种科学思想和方法,有助于提高他们的实验素养和能力.

(3)体悟科研.有意识地创设一种探索的氛围,使它带上一定的研究色彩.整个教学过程体现了用实验来检验科学理论或它的推论的方法.展示了先根据已知的理论对物理过程作出预测的一种研究过程,即通过深入的分析,创造适宜的条件,检验理论的推测的这样一种研究过程.

(4)感悟科技.运用DIS数字实验系统,把传感器与计算机相结合即时反映电流的迅速变化,并在屏幕上显示电流随时间变化的图像.形象直观的物理图像不仅有助于学生对线圈中电流延迟变化的理解,而且还能使学生感触到时代的脉搏和感悟到科技的力量.

3 延迟判断策略与课堂教学组织

3.1 给学生留出思考的时间

很多教师都喜欢把一堂课设计得满满的,希望一切都按事先设计的预案走,而又很不愿意留给学生太多的时间让他们去思考问题.在学生回答出现障碍或错误或预设之外的时候,往往按捺不住心中的那个答案,迫不急待地告诉学生,以此来代替学生的思考.本应该是多样的、精彩的、甚至是一些很独到的见解,在课上始终都不能出现,思想的火花就被无情的掐灭了.久而久之,学生就缺乏了独立思考的习惯,学生的思维就局限于教师设计的圈子里,不再想另避蹊径,思维就会总是处于僵化状态.看来,精彩的课堂需要教师有等待的耐心,又有把握节奏的经验.课堂上要给学生充分的思考时间,能让学生操作的、总结的、发现的,教师不能越疱代俎.经过独立思考,学生对问题的理解和解决有了自已的见解,于是他就有话可说,并且有助于把问题讨论得广泛深刻.

例如,如图9所示,把物体压在竖直墙面上,保持静止,问压力增大时,墙面对物体的摩擦力如何变化?由于刚开始学习摩擦力,对摩擦力概念的理解还不太深刻,所以大部分学生对以上问题的直接反映就是摩擦力将变大.虽然他们都非常一致、错误地认为摩擦力在变大,但是他们的想法或判断的依据可能是完全不同的.为此,教师没有急于作出评价,而是采用追问的方式来探明他们的观点.向学生询问道:能不能向学生们说说自己的具体想法?得知这些学生的观点主要有以下两种,一种是凭生活经验,认为压力越大,物体就越不容易掉下来,所以摩擦力应是越大的;另一种是依据公式 f=μ N=μ F,由此可以得出压力F越大,摩擦力就越大.至此蛇已被引出洞口,接下来就要考虑如何来打蛇了.这时,教师无需亲自动手,只需暂时等待.果不其然,等了片刻就开始有学生站起来反驳说,这是静摩擦力,不能用滑动摩擦定律 f=μ N来计算,由于物体保持静止,所以它的大小始终等于重力G,而与水平压力 F无关.从以上教学事例中我们可以看出,不是说教师讲得越多、越透彻,教学就一定越有效,而真正的有效教学,有时教师只需要一个正确的引导和一次片刻的等待,这样不仅使学生暴露了错误、澄清了理解,还培养了学生独立思考和提出质疑的能力.

图9

3.2 给学生提供展示的机会

现实的课堂,许多教师不愿意给予学生充分表达、展示错误或新异想法的机会,认为这样会浪费很多宝贵时间,导致教学效率不高;不去仔细倾听和剖析学生的真实想法,而是只凭主观意测、妄加评论;时常会对答不出来或答错的学生进行责备、埋怨甚至讽刺.思起于疑,小疑则小进,大疑则大进.故而对学生一些有价值的,值得讨论的疑问或者回答,教师不要立即评价,判断,尤其不要轻易做出否定的评价.教师可通过“延迟判断”,为学生充分表达想法提供必要的平台,留给学生更多的探索空间,鼓励他们独立思考、大胆质疑,发表自己的意见和见解,尽情地展示作品,展现自我.在课堂上教师要充分地、认真地倾听学生,为学生创造和谐民主的教学氛围提供愉悦的心理环境,让学生有自由表达思想的空间,最大限度地调动学生的主观能动性.

例如,在“向心力”教学中,对转盘上的物块 A进行受力分析(如图10).对于这一问题有些教师或许觉得很容易,往往会很快地得出或直接地告诉学生,物块A受到重力、弹力和静摩擦力,由于静摩擦力用来提供向心力,所以其方向要指向圆心.以上做法中,教师只从自己的角度来看待问题的难易程度,在学生还不理解的情况下,把物理结论硬生生地塞给了学生.笔者在教学实践中发现,对于初学的学生来说,其实这一问题还是很有难度的,他们会有很多错误的想法.比如,由于物块是运动的,所以物块 A受到的摩擦力应是滑动摩擦力;由于摩擦力对运动起到阻碍作用,所以物块A受到的摩擦力与线速度方向相反;由于物块是在转盘带动下做圆周运动的,所以物块A受到的摩擦力与线速度方向相同;物块 A还受到了离心力的作用.以上想法虽然都是错误的,但都有一定的合理成份.为此,教师应采取“延迟判断”的策略,让学生把这些错误的想法都表达出来,然后组织和引导学生展开讨论辩析.

图10

3.3 给学生营造争论的氛围

课堂上,教师要有意创设一个冲突的氛围,让学生产生不同的意见,教师可采取“延迟判断”的策略,把冲突交给学生,让学生互相争论,互相启迪,让所有学生都跃跃欲试、直抒己见、畅所欲言,让思维的火花互相碰撞,产生更多的问题.在争论的过程中,教师要及时捕捉在冲突中学生闪现出创新性的思维,并因势利导,使更多的学生产生更多的想法,使更多的学生增强表达自己想法的愿望.在组织讨论的过程中,教师要一直倾听思考,不旗帜鲜明地亮出自己的观点,而是积极引导学生们尽可能把自己的想法都表达出来,使答案或方案在讨论中逐步完善.

例如,在“功与能”教学中,教师向高二学生给出了如下问题:一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳,经Δt时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为v,在此过程中地面对他做的功为多大?

(C)地面对他做的功等于零.

这个问题让学生思考一些时间之后,教师要求他们进行举手表决,结果是大部分学生都选了(A),少部分学生选择(B),极个别选择(C).对于学生的表决结果,教师没有作出任何评价,而是要求他们派代表分别阐述各自的不同观点,巧妙地利用学生观点的差异从而引发了一场热烈的争论.

(A)方:人在跳起的过程中,身体获得了动能,所以地面对他做了功.根据动能定理可知 W=故选(A).

(B)方:选(A)的结论显然是不对的,因为你们把重力做的功给漏掉了.在起跳过程中,不只是地面对人做了正功,由于重心上升,重力也对人做负功.根据动能定理有 W-mgh=故应选(B).(此时,A方学生已认识到了自己的错误,后悔太大意)

(C)方:我认为(A)、(B)两个选项都是错误的,因为按照功的定义式来看,地面对脚底的作用点在起跳过程中并没有发生位移,那么地面对人的作用力应该是不做功的.[此时,(A)方与(B)方学生都感到非常诧异]

B方:(不愿服输,作出反驳)怎么说没有发生位移,身体的重心不是明明上升了吗?如果地面对人没有做功,那么根据功能关系,身体怎么会获得动能呢?(此后,争吵开始)

以上,用不同的两种方法,却得到了完全不同的结果,该相信哪一种方法呢?这样学生心理就产生了很强烈的认知冲突,急盼教师揭开谜底.这时教师仍然不给出问题的答案,而是向学生提出引导性问题.

教师:从能量转化的角度来看,身体获得的动能来自于哪里,是什么能转化过来的?

学生:不会是地面,一定是人体内的化学能.

教师:这是通过什么力做功,使体内的化学能转化为动能的,是地面对人做的功吗?

学生:不会是地面对人做的功,因为地面不能提供能量,所以应该是其他力.

教师:那是什么力呢?让我们来亲身体验一下起跳过程,或许就能知道答案了.(然后,教师要求学生们都身体下蹲,亲身体验一下起跳的过程)

学生:在下蹲时感到腿部肌肉紧绷,身体获得动能应该是肌肉发力做功的结果.

教师:我们可以建立一个弹簧模型来简单表示身体的起跳过程.如图11所示,一根弹簧与上下两个物块拴接在一起,它处于压缩状态.当把细绳烧断,原先储存的弹性势能将会释放出来,通过弹簧弹力做功,转化为物体的动能,使其离开地面而跳起.在跳起的过程中,地面对其上面的物块始终没有做功.

图11

3.4 给学生搭建攀登的支架

课堂上,学生在深入思考创造性设计的过程中,有些想法通常是不正确的,有些是正确的但又不能清晰地表达.面对这些情况,教师可采取“延迟判断”的策略,不轻易否定,也不去代劳,可以通过描述、提问等方法提供不同层次的支架,给学生再表现的机会,使其改正错误,修正不足,通过再思考,推出正确的结论.让学生通过自己教育自己,充分发挥学生在学习中的主体作用.通过这一过程,学生获得的知识就不是教师硬塞给他们的,而是理解了的知识,掌握得也就牢固了.

例如,高一牛顿运动定律的教学给学生出示以下问题:质量分别为5 kg、10 kg的 A、B两个重物用一根最多只能承受120 N拉力的细绳相连.现以拉力F使A、B一起竖直向上运动,如图12所示.为了使细绳不被拉断,求拉力 F的范围.(取 g=10 m/s2)

错解:Fmin=mAg+mBg=150 N,Fmax=mAg+Tmax=170 N.

错因:未考虑到物体具有加速度的情况,只定势于平衡状态,表现为狭隘的动力学观点.

对策:不去直接指出学生的错误,而是向学生提出层级式的支架性问题,逐步引导学生通过努力思考去发现错误、认识错误、纠正错误,并重构认知.

(1)引发冲突

师:在细绳恰好没被拉断时 F=170 N,试求物体 A、B的加速度分别是多大?生:aA=0,aB=2 m/s2.