让知识与方法、能力发生完全非弹性碰撞

叶富军

(浙江省温岭市教研教科室,浙江 台州 317500)

教学难,难在如何以知识为平台寻找方法来培养学生的能力．科学难学的一个主要原因是因为常“失联”,有的学生学了后面的知识却忘记了前面知识;也有的学生学过的数学知识却在其他学科中不会应用;更有甚者学过了的科学知识却很难与实际生活联系上．现在发现了问题所在,那如何解决这一“失联”现象呢?事实告诉人们,要寻找合适的方法,加强3者之间的联系．即在讲授知识时伴随着方法的运用和能力的培养．有效的教学不仅是教师建立了“关联”,更需要让学生感受到这种关联．[1]这样,以方案的设计、评价、实施和拓展为平台,将知识与方法、能力巧妙地融合在一起,也就是让知识与方法、能力发生完全非弹性碰撞,有效地培养学生的科学素养．

1 设计方案,为它们发生完全非弹性碰撞创造条件

在学习过程中,获取知识固然重要,而方案设计是学习知识和规律必备的,且寻找方法去设计方案的能力更重要．如:“压强”一节教学中,有些教师很快就出示了小木凳和海绵来做实验,探究压强跟哪些因素有关?而往往忽视了为什么取海绵来做实验的设计过程．让我们来还原这一过程,先用手指按脸部,观察到什么现象?再增加力度又观察到什么现象?接着再用手指以相同力按桌面,又观察到什么现象呢?第一次有明显的凹陷,第二次凹陷更明显,第三次看不出凹陷现象．为了研究压力的作用效果,应该选用哪个面呢?显然要选用凹陷明显的表面来进行研究,这样才能得出有效且可靠的结论．这也为下面学习不同物体表面承受的压强是不同的作铺垫,从而为解决汽车行驶在公路上不允许超载的实际问题埋下伏笔．

再如重力方向这一知识点的教学,看似简单的“竖直向下”4个字,但我们也不能草草了事．只要利用好这一探究过程中的方案设计,就能使知识与方法、能力融合．因重力方向无法直接观察到,怎么设计方案能显示重力方向呢?方案1：将物体下落的每一时刻拍成照片,再连成线;方案2：将物体直接悬挂起来,细线就是物体下落的方向．然后借助于水平面,得出重力方向是与水平面垂直且向下,即竖直向下．

通过两个例子的分析,有找回“失联”之感,也发现对知识点的教学,要借助巧妙的方法(控制变量法,转换法)进行设计方案来培养学生的能力(观察、判断、动手、实验等),做到一举两得．正如马克·吐温所说的,“如果教学和告之一样的话,会使我们所有的人都懊恼得无法忍受的”．通过这样把知识与方法和能力结合在一起,发生了完全非弹性碰撞,有效地培养学生的学科素养．

2 评价方案,为它们发生完全非弹性碰撞产生动力

在探究实验之前,要进行方案设计,但往往方案有多种,如探究重力的方向就有两套方案．那如何评价方案,挑选出最优的呢?显然,探究重力的方向的方案2更优,因为它简单、直观、明了．再如:“电流的磁场”一节教学中,教材中只呈现了图1和图3两种方案,让学生很不理解,主要是它们之间缺少一个环节．图1奥斯特实验只能证明通电直导线下方和上方有磁场,但无法证明直导线前、后磁场的方向如何?因为小磁针只能水平方向转动．于是就想到把直导线竖立放置．这样,就可以判断导线周围的磁场方向．所以我们在设计时增加图2方案,就能让知识更好地过渡．那么,3套方案哪个最好呢,或者说它们各自的优点是什么?显然,图1方案简单、直观、明了,说明通电直导线能产生磁场．图2方案借助于4枚小磁针粗略地知道通电直导线周围的磁场分布情况,不过用到的器材稍多一些．图3方案比图2方案更全面且准确地找出通电直导线周围的磁场分布规律——以直导线上的点为圆心的同心圆,且离导线越远越弱．接着,再用图2的磁感线来表示,既表示磁场的强弱又表示了磁场的方向,做到一图两用的功效．

图1

图2

图3

又如在自制电子秤的电路设计过程中,小明等同学设计出了7套方案,且将其分为两类:一类是压力增大时电表示数减小的;另一类是压力增大电表示数也增大的．因人们习惯用压力越大,电表读数也越大来表示,所以排除了图4中3套方案,剩下图5中的4套方案．请评价它们的优劣?如果说方案的设计是为了更多的生成,那么方案的评价则是满足更多不同层次学生的需求,是学生能力培养的加速器．

图4

图5

现整理学生的回答,大致如下:根据欧姆定律和串联电路的特点,再结合数学知识,图5中(a)和(c)方案中电表的读数都是与压力大小成正比;而(b)和(d)方案中的电表读数是随压力增大而增大,但不成正比例．所以,当然应选择刻度均匀的电子秤．再来比较图5中(a)和(c)两方案,虽然两者刻度都均匀,但(a)方案中电子秤不加压力时也会有读数,即无压力时电压表指针不指在零点．因此,(c)是“七里挑一”的最佳方案．

显然,磁场、电流、电压、电阻和欧姆定律等知识,通过方案设计,再进行评价,把学生潜在的能力彻底地激发出来,所以说方案的评价是它们发生完全非弹性碰撞的动力．有时对方案的评价就好比是鸡蛋里挑骨头,难上加难,所以能力方面自然更能得到加强．这样,知识与方法、能力融合的结果不仅不会“失联”,还能加速学生核心素养的形成．

3 实施方案,为它们发生完全非弹性碰撞提供保障

上述电子秤的方案设计和评价只是停留在定性层面,没有在定量上加以计算．这样的学习过程,知识就没有真正得到落实．所以,要让学生实施上述方案,为知识与方法、能力融合提供保障．

如图5(c)所示,当将1 kg的物体放在托盘中,滑片P刚好指在距R2上端1/5处．请计算回答“1 kg”应标在电压表多少伏的位置上? (电阻R1=5 Ω,电阻R2=10 Ω,电源电压U=4.5 V,电压表的量程为 0～3.0 V)小明设计的电子秤最多能称量质量多大的物体?

解析:因为R1和R2串联,所以电路中的总电阻为

R=R1+R2=15 Ω，

电流I=U/R=4.5V/15 Ω=0.3 A.当滑片P滑至在距R2上端1/5处时,电阻R3=2 Ω，可得电压表的读数为

U=IR3=0.3 A×2 Ω=0.6 V.

所以,“1 kg”应标在电压表0.6 V的位置上．而电子秤的最大量程就是电压表指针指在“3 V”的位置,因为电压表的刻度是均匀的,所以,指针指在“3 V”的位置对应物体的质量是指针指在“0.6 V”位置对应质量的5倍,即为5kg．

通过上述计算,发现方法、能力与知识并重,知识是载体,方法是导航,能力是目的．实施方案的过程,就是让知识与方法、能力真正发生完全非弹性碰撞,其效果之佳可想而知,核心素养的形成也指日可待．

4 拓展方案,使它们发生完全非弹性碰撞持久永恒

学生学习过程从听懂、看懂、想懂到悟懂,只有领悟了知识,才能使其真正变为自己的知识,当然也就学会了知识迁移和拓展．如学习了滑动变阻器的使用可以拓展到电子秤的制作,学习了电子秤的制作又可以拓展到油量表、拉力器、电子测高仪等等．再如:学习“光的反射”一节时,学生感觉反射定律只需要两角相等即可．如何拓展方案解决学生的疑点呢?不妨引入图6,3根筷子代表二条光线和一条法线,显然不在同一平面内也可以做到两角相等．但这一现象会发生吗?实施方案发现,反射光线只可能出现入射光线和法线决定的平面内．又如讲解光路可逆时,笔者设计了一个练习题(如图7),找垂直平面镜入射的反射光线．根据光的反射定律,反射角等于入射角,反射角为0°,所以光线原路返回．紧接着拓展方案,假如入射光线的速度像竖直掉下的乒乓球一样(释放手中的乒乓球),你观察到什么?反射光线也像乒乓球一样原路返回．其实光也具有粒子的性质,当然光速不变．

图6

图7

通过这样拓展,把光路可逆这一疑点彻底讲透．这一碰撞,撞清了知识疑点,撞出了方法和能力,这也将形成持久永恒的学习知识总习惯于联系上方法和能力．这正如钢筋和混泥土合在一起,既抗拉又抗压,建筑自然牢固持久．

学习是循序渐进的过程,对简单的知识点重在方案的设计与评价,对疑难的知识点重在方案的实施与拓展,即乱世用重典,重病用猛药．无论运用哪套方案或方案中哪个环节,都是以知识为载体,寻找方法去培养能力,让知识与方法、能力发生完全非弹性碰撞,真正融为一体,最终培养学生科学的核心素养．