合理设计教学环节 有效开展课堂探究——“探究电流与电阻关系”的二次设计与实施

合理设计教学环节 有效开展课堂探究
——“探究电流与电阻关系”的二次设计与实施

何加晖

(广州市天荣中学广东 广州510620)

摘 要：在课堂探究实验中，教学环节的设计是否有效，直接关系到科学探究目标能否顺利实现.笔者在“探究电流与电阻关系”这一课题的两次市研讨课中，通过反思调整，在第二次课上有效实现了科学探究的知识目标和能力目标.本文介绍上述两次课的教学设计预想和课堂实施情况，着重分析第一次课设计教学环节的不合理之处，以及阐述第二次课如何合理设计教学环节，使课堂探究真正有效地开展落实.

关键词：探究实验目的教学环节能力

收稿日期：(2015-02-26)

《义务教育课程标准 物理(2011版)》指出，“课程内容由科学探究和科学内容两部分组成”[1]，该标准将科学探究部分单独列出，并提出“基本能力要求”.新课程实施以来，科学探究得到了充分重视，但教师在课堂探究实验的处理上，常出现两个现象：

一是严格操控学生的实验进程.教师给出“菜谱”式的详细步骤要求学生执行，这样的课堂容易控制，学生看似经历了实验过程，也学到了知识和技能，但从评价反馈情况来看，这种方式不仅没有培养学生的科学探究能力，还会导致学生对实验浅尝辄止，出现记不住具体步骤、跟类似实验混淆、不理解原理规律、对应用类题目无从下手的情况.

二是只给出实验题目就放手让学生进行探究实验，要求学生完成从设计到操作的整个过程.这样的形式会导致课堂目标不明确、空泛或超出学生能力，导致学生在课堂上过于发散，以致对实验无从下手，课堂也难以控制.虽然课堂表面热闹，学生看似活跃，但教学目标被弱化，难以实现，也不能起到培养学生能力的作用.

为了解决以上问题，让学生的科学探究能力得到提高，我们都会在备课时设计一些教学环节.但是，教学环节的设计是否合理，会直接影响三维目标达成的效果，也体现了教师的“功力”.

笔者在处理“探究电流与电阻的关系”[2]两次研讨课的过程中，从第一次课的不理想到第二次课的调整，就深刻体会到合理设计教学环节的重要性.研讨课的思路是,将“探究电流与电阻的关系”调整为学生应用欧姆定律来设计实验,并验证电流与电阻关系的探究实验课，重点是解决两个问题：电路图的设计和如何控制定值电阻两端电压相等.

1合理设计“先明确实验目的再设计电路”的教学环节

第一步是解决实验电路的设计问题.笔者从讲第一次课时学生无从下手，到讲第二次课时引导学生有的放矢，调整的策略是合理设计了明确实验目的的教学环节.

1.1第一次课 —— 没有明确实验目的导致学生无从下手

在第一节课上，笔者设计这一环节的思路是：既然这节课调整到“欧姆定律”章末，就应充分利用学生在“电学”模块的前置基础.学生已完成“探究电流与电压的关系”、“测量定值电阻/小灯泡的阻值”等几个实验，也完成了利用欧姆定律结合串、并联电路电流、电压规律进行计算的课程，对欧姆定律的理解比较充分，画出相同的实验电路图应该不成问题.因此，笔者决定在课堂一开始不加引导，直接让学生设计实验，再通过师生互动统一到图1电路图上.

然而在实施过程中，学生设计电路之多大大超出预期，除了图1，2外，还有一半左右的学生硬搬上一课时“用电流表和已知电阻测未知电阻”时用过的电路(图3).当时为了完成教学计划，而且避免涉及电源电压改变，笔者根本无法一一点评，只好挑出较完善的电路(图1)简单讲评.后来巡视时好几组学生追问,“按图2就能保证电压一定，为何还要滑动变阻器？”笔者只能让学生另做实验验证.

图1　“探究电流与电压的关系”电路图

图2　学生课堂上设计的电路图

图3　“用电流表和已知电阻测未知电阻”电路图

学生设计的电路图五花八门，这代表他们思维发散，已经能够根据实验目的使用不同的方法解决问题了吗？展示图1的电路时，笔者特地询问学生选择各个元件的理由，得到的答案与之前几个相似的实验是完全一样的，这说明学生根本不清楚实验目的，只是看到桌面已经放置好的器材，凭记忆把老师所给的一个电路图背下来以后，在这个设计环节中生搬硬套而已，并不代表学生已经理解这些实验；而出现一半硬搬图3电路的情况就说明学生只是把短时知识机械重现，并不清楚实验的目的和设计要求，并不是按实验要求逐个挑选器材来设计电路.

为什么这堂课会不如人意呢？经过再三斟酌，笔者才醒悟：其实一开始的思路就是错的.“探究电流与电压的关系”、“探究电流与电阻的关系”、“测量定值电阻/小灯泡的阻值”、“测量小灯泡的电功率”这4个实验的电路图确实是相同的，但挑选器材，设计电路的依据却是不一样的.然而，按笔者原来的设想，学生只根据已完成的几个实验，就会设计出相同的电路图，再针对个别器材进行区别，这就将“根据实验目的挑选器材、设计电路”的思维进程完全颠倒了，非但没有让学生明确实验目的，反而弱化了实验目的，让学生处于无从下手的混乱中，逼迫他们往直接复制粘贴电路图的路上走！

因此，问题的核心在于笔者没有意识到学生设计电路前需要明确实验目的，那解决问题的关键就在于怎样合理设置教学环节，细化教学过程中的指引环节和师生互动环节，使学生充分明确实验目的.

1.2第二次课 —— 细化引导环节使学生明确实验目的

在第二次课上，为了使该探究实验的实验目的更为明确、具体，笔者将实验报告的标题留空：“验证____________”，并标出“实验目的”一项，要求学生填写.课堂上在设计电路前设计师生互动引导环节：先利用图4漫画复习欧姆定律，再设问，“电流与电阻有什么关系？验证它们的关系时，电压怎么办？”然后让学生在学案上填写细化了的实验标题：“验证电压一定时，电流与电阻成反比”.细化实验标题和实验目标，并让学生的实验报告从实验目的写起，是为了保证学生明确实验目的，为设计实验方案找准方向，逐条对照实验目的来逐个选取实验器材.

图4　“欧姆定律”漫画

预想的情况是，明确了实验目的，理解了实验电路的设计要求，学生选择元件就有理有据，设计电路自然大同小异.巡视时基本上都是与图5类似的电路图，展示图5的电路图时，学生都能根据实验目的回答各个元件的作用，证实上述预想可行.(不出所料，学生也回答了控制电压不变是通过同一电池组来实现的，这个问题留到下一个环节解决.)

图5　学生根据实验目的设计的电路图

对比这两次课实验设计环节的效果，可以发现，若学生不明确实验目的，就不能根据实验目的设计方案，他们解决问题的能力、设计实验的能力就不能得到提高，在课堂上只会漫无目的，无所适从.因此，教师应甄别教材所给的实验课题能否让学生明确实验目的，即能否成为学生进行实验器材选择和实验步骤设计的依据，若不能满足要求，就应该合理设计教学环节，将不明确的实验课题拓展成明确的实验目的，学生就能根据实验目的来逐个挑选满足要求的实验器材，设计满足要求的实验步骤，从而提高设计实验的能力.

2合理设计解决难点“控制电压不变”的教学环节

第二步是解决如何控制电压不变的问题.两次课笔者对这个教学环节采取了不同的设计方案，从第一次课采取固化的形式带来反效果，到第二次课调整成更为合理的动态生成形式，使课堂教学任务得到有效落实，教学进程更加流畅.

2.1第一次课 —— 通过固化手段来突出教学环节 带来突兀的反效果

在第一次课上，为了分散难点，突出滑动变阻器对电压的控制作用，笔者计划让学生多走一步：按图1的电路图连接器材并更换电阻，继而发现电阻两端电压有变化，就会意识到需要调节滑动变阻器来控制电阻两端的电压相等.为了突出这一步，笔者还把它印在学案上，希望学生依靠阅读实验步骤，并在实验步骤的指引下像做填空题一样，一步一点地填写学案及操作实验，从而完成这个环节.

小实验：(1)按电路图连接器材，接入阻值较大(15Ω)的电阻，电压表示数U1=______V；

关键步骤：更换不同的定值电阻后，电阻两端的电压______(“变化”或“不变”)，为了保持电阻两端电压相同，必须采取的步骤是：______．

这种情况表明，学生并没有领会这只是实验设计过程的一个小环节，也没有想到这部分学案的填空只是提醒自己注意更换电阻后，电压表示数会变化，而是认为当时已经开始进行实验操作，应该记录数据.为什么笔者特意固化在学案上，希望突出难点的环节，反而让学生没有领会，还无所适从呢？笔者反思的焦点还是回到这个教学环节设计的合理性上面：首先，固化在学案上的形式抹杀了学生发现问题的过程，变成直接将问题告诉学生，而且将学生发现并解决问题这个本应很有趣的过程变成了按老师要求填写学案的任务；其次，要求学生以分组实验的形式先做几分钟实验，再进行分析，然后才开始真正的实验操作，相当于将分析环节塞进去，硬生生地割裂了学生的实验操作，学生记下多组数据后又得重新测量，影响了学生的实验节奏和课堂情绪.用学案固化这个过程的本意是突出关键步骤，但却忽略了这个本应是在课堂上动态生成的过程，起到反效果.这说明这个教学环节的设计是不合理的，应寻求更合理的处理方式.

2.2第二次课 —— 动态生成 顺利解决难点

在第二次课上，学生在设计图5的电路图时采用同一电池组来实现电压不变，这个问题是由于我们在之前的教学中给学生强化了电池电压恒定不变的观念，但学生若按图5做实验，不可避免涉及到外电阻改变导致路端电压改变的问题，而初中不要求学习全电路欧姆定律，要解决这个问题，并继而引入滑动变阻器、电压表，只能通过实验来呈现，而第一次课已经说明，让学生为此单独开展分组操作效果不好，因此，笔者将这个环节设计成围绕演示实验来开展的动态生成过程：

第一步，让设计图5电路的学生上台演示接线；

第二步，提出要验证图5的电路能否满足电阻更换后两端电压不变，提问学生如何“监测”电压，学生马上并联好电压表；

第三步，按学生的预想更换定值电阻后，学生发现电压表示数，即电池组的输出电压会改变(图6)；

图6　更换电阻后电压表示数有变化

第四步，提问并引导学生思考：这个现象表明图5电路能否实现之前写下的“验证电压一定时，电流与电阻成反比”的实验目的？学生会回答：不能实现“电压不变”这一要求.再追问：如何改进实验使其达到控制电阻两端电压不变的目的？有学生提出需要增加滑动变阻器，笔者就让该学生上来接入滑动变阻器，然后将电压表的示数调回换电阻之前的示数.

这个环节的运作远比第一次上课顺利，学生讨论也更有目的性，不是死记“实验一定要用滑动变阻器”，而是真正根据实验目的选择器材，清楚这个实验中电路各元件的作用.以往我们习惯于带着学生做完这4个类似的电学实验，再指出4个实验都用到滑动变阻器，然后逐一比较各实验中滑动变阻器的作用，要求学生记忆.与以往的做法相比，采用上述的设计实验方法学生学习时的思维层次无疑会更高，课堂的效果更好.

表1　　实验数据记录表

为了进一步强化学生“控制电压不变”的意识，笔者还要求学生在实验表格中，在记录电流和电阻的基础上，加上“电压”一项(表1)，要求每更换一次定值电阻，调节滑动变阻器后都记录一次电压表示数，这样做既可提醒学生监测电压表示数，也可让学生对“控制电压不变”这一目的理解得更深刻.

对比这两次课中这一个教学环节的设计，可以发现，在进行课堂探究实验的教学设计时，为了解决教学难点，需要设计教学环节.但是，若教学环节的设计不合理，将学生发现并解决问题的过程固化在学案上，相当于将学案变成“剧本”，要求学生按剧本“表演”出预先设计好的教学过程，学生的行为只会是机械的、被动的、外在的，学生在课堂上也会无所适从，收获甚微.因此，选择这些教学环节时，首要的是明确这些地方通常是学生的思维难点，而学生的思维难点只能调动学生的思维来解决，不能将教师的思维强加给学生来机械重复.从第一次课“硬来”却导致反效果，到第二次课“动态”而流程顺畅，可以看出，要调动学生的思维，必须通过动态生成过程来实现，通过师生互动、教师引导、分组交流等形式让学生的思维真正动起来.

经过两次课的调整及提升，笔者深刻体会到，教学环节的设计是否合理，关系到课堂探究是否有效，关系到课堂活动能否按照教学设计的预想顺利进行，更关系到在探究活动中学生能否获得能力上的提升.教师进行教学设计时的预想和学生在课堂上实现的效果，联系两者的纽带是合理的教学环节.笔者在上述的课堂探究实验课例中，着眼于学生的思维过程，合理设计了明确实验目的、动态生成解决难点的教学环节，使第二次课的效果大为改善，这为类似课型的处理提供了可行性的解决方案.

笔者也将类似的处理方法应用到初中物理的一些课堂探究实验中，例如“测量小灯泡在不同电压下的电功率，并观察其亮度”等，都取得了不错的教学效果.在初中物理的日常教学过程中，对于各种课型应如何合理设计教学环节，从而提高课堂的有效性，都是值得我们思考的问题.

参 考 文 献

1中华人民共和国教育部制定．义务教育物理课程标准(2011年版)．北京：北京师范大学出版社,2011.7

2课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心编著．义务教育课程标准实验教科书·物理·九年级(全一册)．北京：人民教育出版社,2012．12