从几个教学案例浅谈“教学重演”

施 坚

(江苏省梁丰高级中学,江苏张家港 215600)

“新课程改革的本质是什么?”——把属于学生的东西还给学生,课堂形态回归本真,教师思维还原稚化,教学时空留有余地.

学生是从“未知”达到“真知”,需要经历一定的教学过程,而这一过程一般是以浓缩的方式,在短暂而迅速地重演着人类漫长的认识发展,即“教学重演”.学生的学习过程是一种认知意义上的重演,而且学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的历史顺序.我们“在教一个科学的分支(或一个理论、一个概念)时,我们应让孩子重蹈人类思想发展中那些最关键的步子,……仅仅是重蹈关键性步子.”在教学中如何正确选定并合理设置这些“关键性步子”,教师有必要对教学的内容进行一番深入的潜科学分析.

理想的物理教学应该是,以浓缩的时空和必然的形式重演人类丰富多彩的科学活动,让学生去亲历探究的过程,感受科学的启迪和魅力,从而全方位地落实“新课标”所提出的三维目标.那么“站在问题开始的地方,面对原始的问题”,合理运用教学重演便是新课程赋予每位物理教师的首要任务.

1 由两个著名实验“前观念”束缚的突破谈教学重演的必要性

爱因斯坦曾说过,“在建立一个物理学理论时,基本观念起了最主要的作用……所有的物理学理论都是起源于思维与观念,而不是公式.”

科学的突破最主要的往往是前观念的突破.奥斯特认为电流产生的磁力是一种“纵向力”(空间观念的束缚),法拉第则认为电磁感应是一种“稳态”现象(时间观念的束缚),正因为这些“前观念”的束缚,两位科学家,尤其是法拉第历经十年之久才完成突破,成功实验.这两个著名实验,尤其是法拉第对电磁感应现象的研究常作为矢志不渝,献身科学的千古美谈,广为传颂.

但在实际教学中,教师往往走入误区,直接展现实验成功、精彩的一面,让学生误认为科学研究很容易成功.如教师演示电磁感应现象时,往往一开始就有意引导学生注意观察条形磁铁插入、拔出,电键开、合等瞬间电流计有无偏转,这其实已经是法拉第实验成功的一刻,并没有“重蹈关键性步子”,如何突破法拉第的前观念.

那么怎样让学生“站在问题开始的地方”,体会科学家们突破前观念束缚的不易呢?例如电流的磁效应,可改教师演示为学生实验,结果发现,许多学生都将通电导线摆成与小磁针互相垂直,他们认为这样小磁针受到的磁力矩才会最大——与当年奥斯特的观念如出一辙,即认为电磁力具有横向力特征.后经反复调整摆放的初始位置,才观察到预期现象.再如,电磁感应现象产生条件的判定为什么是条形磁铁插入和拔出或开、合电键时,而不是稳定后?这其实就是前观念,认为现象一定是“稳态”的.在演示实验时可以先引导学生前观念“上当”,认为“磁生电”是稳态现象,然后再引导学生是磁无法生电,还是前观念有误呢?此时再谈法拉第研究电磁感应现象的艰辛,秉着“磁”一定可以“生电”的思想,坚持了10年,偶然的机会获得了实验的成功,才意识到先前观念的错误,电磁感应不是“稳态”,而应是“暂态”现象.

教师在物理课堂上引导学生“教学重演”,体会突破前观念束缚的不易,不免学生会走许多弯路,一堂课物理知识讲得也少了,但由此增加了一份真切的感受,感受到了科学探究的曲折艰难,也初步体会到了思想观念对于科学创新的巨大影响和作用.

2 “教学重演”策略指导思想的有效实施和实现

新课程改革要求物理教学不能淹没在结论和题目的海洋里,而应将活生生的物理现象和物理过程,返朴归真地展现开来,多让学生面对原汁原味的物理问题,引导他们去亲历物理概念的形成过程,物理规律的发现过程,以及物理问题的探究、解决过程,而这其中的每一个环节无不要求遵循教学重演的策略思想.

2.1 充分还原、稚化、稀释,让学生体验物理概念、模型的形成、建立过程

物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的,反映事物的共同特征和本质属性的浓缩了的知识点.为了使学生更好地理解物理概念,教师应该将教材中浓缩了的物理概念充分地“稀释还原”,稚化自己的思维过程,回归学生的思维起点,使浓缩的物理意义充分“稀释”.

例如,在高一物理教学中,“加速度”概念的教学是一难点.在教学实践中我们可以充分稀释加速度概念的形成过程,从学生的生活入手,磁浮列车以432 km/h高速匀速运行了8 s时间,蜗牛在10 s内速度从0加速到0.1 cm/s,让学生体验速度大与速度变化大是两个不同的概念.接着给出下列案例:普通轿车0→100 km/h用时 20 s;旅客列车0→100 km/h用时500 s,让学生建立起速度变化相等时变化有快慢的初步概念.再给出实例:(1)兰博基尼跑车0→100 km/h加速时间4.0 s;(2)麦克拉伦跑车0→100 km/h加速时间3.2 s;(3)宝马跑车 0→60 km/h加速时间 3.2 s;(4)F1方程式赛车 0→300 km/h加速时间15.6 s.让学生分析(1)与(2)——速度变化相同,如何比较其变化的快慢?分析(2)与(3)——变化的时间相同,如何比较其变化的快慢?比较(2)与(4)——速度变化不同,变化的时间也不同,如何比较其变化的快慢?通过这样的比较,学生在探究中逐渐形成速度变化快慢的基本概念,并掌握了如何比较的方法(控制变量法).

再如,“自由落体运动”的教学中的难点是为什么说自由落体运动是一种匀变速直线运动,在教学实践中我们可以先回顾绵延两千年的错误,再从理论(逻辑的力量)和实验两个角度证明亚里士多德的错误,两个铁球应该同时落地.那么又怎么论证是匀变速直线运动呢?提示伽利略将竖直方向的落体运动巧妙转换为斜面的精确研究,以“冲淡重力”,减缓下落运动,便于测量时间t和位移s,然后再外推到自由落体(图1).在教学中可让学生讨论:

图1

(1)为什么伽利略要用斜面来研究自由落体?

(2)在当时的科学水平下,需要哪些测量仪器?想象伽利略需要克服哪些困难?

这样一节课以科学史实为背景,以科学家的思维活动为主线的教学方式,让师生恍如倒退了数百年,在和伽利略在一起分析研究自由落体运动.充分地还原、稚化,不仅有利于学生更好地理解、掌握自由落体规律本身,还为学生创设了“近距离”地去体验和领会伽利略所开创的“实验+思维+数学”的科学方法的机会.对于学生来说,这后者的意义或许更为深远.

2.2 渗透思想方法,让学生参与物理实验的设计过程

物理学是以实验为基础的科学,实验设计、原理往往蕴含着丰富的物理思想和方法.在实验教学中,无论是那些著名的经典实验(如伽利略斜面实验、卡文迪许扭秤实验等),还是教材中大量的演示实验和学生实验,我们都不该按部就班,机械操作,应尽量再现实验的设计过程,多让学生想想:应该怎样做?为什么要这样做?换种方法能不能做?等等,以此来渗透物理思想,启迪思路.

例如,“楞次定律”的实验教学,一般的做法是,要求学生按事先设定的 4种情况(将磁铁N、S极分别插入和拔出线圈)操作,观察并依次填写原磁通(Φ)的方向、原磁通的变化(ΔΦ)、感应电流(I感)的方向、以及感应电流磁通(Φ感)的方向等,最后归纳出结论.这样教学看起来流程顺畅,结论明确,但在实验之后学生往往不明白:为什么就选定这4种情况来做实验?尤其是,实验目的是确定感应电流I感的方向,为什么还要扯到 Φ感上去呢?……究其原因,是由于上述实验教学中,没有让学生真正参与实验的设计过程,更谈不上实验操作与思维活动有机结合了.那么如何改进才能使学生站在问题开始的地方呢?

提出课题后,先引导学生观察磁铁的N、S极分别插入和拔出线圈时,电流表指针的偏转情况.并思考:感应电流I感的方向可能与哪些因素有关?经过讨论,学生不难得出,I感方向取决于原磁场的方向(向上或向下)与磁场的变化(增大或减少).在此基础上,学生自行设计出了包括上述4种情况在内的实验方案.接着让学生实地观察并记录各种不同情况下,原磁场的方向和变化,以及相应的感应电流方向.然后要求他们分析 Φ、ΔΦ与I感之间的关系,看能否从中概括出有关的规律来.学生们发现,尽管原磁通的变化(ΔΦ)是产生感应电流(I感)的直接原因,但ΔΦ与I感两者之间却并未显示出某种明确的对应关系.怎么办呢?这时,教师应因势利导,启发学生另辟蹊径:能否设法找出一个既与ΔΦ有关,又与 I感有关的“中间量”,来架接并确定ΔΦ和I感的关系呢?经过讨论大家想到,感应电流产生的磁通 Φ感或许能充当这样的角色.因此,实验的关键就是看感应电流产生的磁通与原磁通的变化之间是否有着一定的内在联系,即学生按着这样的思路继续实验,并对各种情况下的 Φ感与ΔΦ进行分析比较,终于从中概括出了规律性的结论.

实践表明,在实验教学中有意识地创设一种探索的氛围,使它带上一定的研究色彩,鼓励学生积极参与物理实验的设计过程,从而促使学生更好地领会实验思想的精髓,以提高学生的实验素养和能力.

3 “教学重演”追求“本真”课堂,呼唤中国的“法拉第”

课堂是什么?重新认识课堂,也就是重新认识教师和学生生活的空间和舞台,反思我们的教育观念.只有我们的认识和观念改变了,课堂上的行为才能发生根本性的变革.

3.1 从“知识课堂”到“探究课堂”

传统的物理课堂教学一向重知识结论传授,轻物理思维过程重演,即“知识课堂”.建构主义学习理论认为学生的学习过程是学生自我探究、获取、形成知识的过程,新课堂应是探究课堂,活动的课堂.探究课堂不再是教师表演的舞台,不再是对学生进行训练的场所,也不再只是传授知识的场所,而是师生交往、互动的舞台,引导学生发展的场所,更是探究知识的场所,也是教师教育智慧充分展示的场所.从“知识课堂”到“探究课堂”,这是“教学重演”追求“本真”课堂的前提.

3.2 “教学重演”应弃活动之“伪”存主体之“真”

在教学实践中,新课堂暴露了不少活动之“伪”,形式化、复杂化、高成本化等.那么“教学重演”塑造的探究课堂如何去“伪”存“真”呢?

新课堂应回答3个问题:①学生充分讨论、参与了吗?②学生发现、质疑了吗?③成本与效益的比率如何?

真正的科学研究,必须有面对“原始问题”的策略、见识和勇气,“本真”课堂也是如此,而且还需要宽松的环境,有相应的评价机制作保证,让学生真正从课堂中学到知识,能力得到提升,立意更为久远,能唤起学生的好奇心.正如爱因斯坦说过,旧学校给学生太多的“好胜心”,很少培养学生的“好奇心”.好“胜”与好“奇”,一字之差,反映了不同的“教育观”.

在物理教学中,应尽量让学生站在问题开始的地方,按照认识的重演规律,去重演知识的产生与发展的过程,将教学过程转变成为学生的“亚研究”、“再创造”过程,启迪心智,培育品格,从而实现培养更多中国的“法拉第”.

1 罗绍凯,王明泉等.物理学的潜科学分析.北京:科学技术文献出版社,1999.

2 吴加澍.对物理教学的哲学思考.课程◦教材◦教法,2005(7).