科学教学行为催生有效学习方式——以一节“伏安法测电阻”的课堂教学为例

陈立其

(南京市金陵中学，江苏 南京 210005)

1 学生学习方式和教师的教学行为

1.1 学生的学习方式

学生的学习方式是指学生在完成学习任务过程中持续一贯地表现出来的具有个人特色的方式,它是学习策略和学习倾向的总和,包括学生在学习活动中的行为参与、情感参与、认知参与及社会参与．学习方式反映一个人的思维方式、行为方式乃至生存方式．[1]学习方式在行为层面具体表现有:朗读、记忆、交流、讨论、做练习、做实验、发现问题、提出问题、善于思考、知识建构、自主学习、合作学习和探究等学习方式．

1.2 教师的教学行为

教师教学行为是指教师在教学过程中,在既定的教学目的支配下所表现出的行动和作为．它包括师生之间、师生与教学环境之间相互作用而产生的各种行为．

教学行为在其构成上包括两个层次:一是显性行为,如教学语言(如讲授法、谈话法、讨论法)、教学组织、板演示范、实验操作、表情姿势等．二是情感、意志、道德、价值观、潜在能力和个性等多种因素综合而成的隐形行为,具有较强的意识性、稳定性和自主性．[2]

2 科学的教学行为催生有效的学习方式

鉴于教师教学行为和学生学习方式的复杂性和研究的困难性,本文以一节“伏安法测电阻”的课堂实录为例,仅仅对部分教学行为和部分学习方式在特定的教学环境下发生的关系进行阐述．受到个人研究能力的限制,本文也不追求理论的科学完备性,只是希望通过管中窥豹的实践,给同行们一点启发,欢迎指正．

师:在工业生产和日常生活中常见的电阻有很多种,其中色环电阻是最常见的电阻(通过PPT展示各种电阻的图片和放大的色环电阻图片)．现在,我们每个同学桌子上都有3个色环电阻．

师:大家知道这些色环的用途吗?

生:应该是表示电阻值的．

师:请大家按照提供的色环对照表,读出3个电阻的阻值(通过PPT呈现色环电阻读数规则的表格)．

教师提供的电阻阻值分别是:R1=20 kΩ,R2=0.2 Ω,R3=100 Ω．学生们通过讨论和交流,大部分学生都能很快读出了阻值．

师:大家还有什么问题没有?

生甲:电阻是两头都有环,应该从哪一头开始读啊?

师:五环或者六环电阻的读数规则是:从最边上两条靠得近的色环开始读,最边上两条离得远的,外边一条表示误差．当然,大家课后可以继续研究,还有别的方法可以解决这个问题．也可以上网搜索其他有效的读数方法．

生乙:我们这个电阻看不出哪一头两个环较近,怎么办啊?

生丙: 我们有一个电阻色环被磨损,看不出来了,怎么办啊?

教师课前也发现了部分色环看不清的电阻．

师:如果不能通过色环知道电阻值,我们还有别的办法?

我们需要电压表和电流表分别测量电阻两端的电压和通过它的电流可以啦．

师:用伏特表和安培表测量电阻,物理学中把这种方法叫做伏安法测电阻．我们现在就来试试看．

给学生按照表格读出电阻值,是一个真实的物理操作,学生觉得有趣．但是这个技能操作仅仅是作为一个物理情景预设的,预设这个情景的真正目的在于学生读数时会遇到困难,生成真实的物理问题,从而培养学生的问题意识和问题能力．

2.1 重视实验教学,培养学生的实验能力

物理学是一门以实验为基础的科学,实验教学是物理教学的重点．实验课的主要任务是引导学生主动地进行观察、操作、猜想、验证、推理与交流等学习活动,通过观察实验过程、现象或亲自动手操作来获得感性认识, 并在操作中发现问题,提出猜想并能够设计方案来验证,通过实验形成物理概念和发现物理规律．教师通过实验教学,训练学生实验操作技能并培养良好的科学态度和求实精神．

师:请大家设计测量电路,画出原理图,连接好电路,并利用手头的电表进行测量．

学生开始画原理图时,出现了如图1和如图2所示的两种情况．

图1

图2

生:原理图上电表有两种接法,我们应该用哪一个电路呢?

师:这两种电路分别叫做安培表内接法(图1)和安培表外接法(图2)．

生:我们应该用哪一种方法连接呢?

生:用两种电路测量结果一样吗?

师:大家试试看?

学生带着问题做实验,在连接电表时,新的问题又出现了．

生:有3只电流表,应该用哪一个呢?

本实验器材准备时,教师提供干电池若干,电压表只有1只,挡位有3 V和15 V两挡;电流表提供了3只,分别是电流表A1:0-0.6-3 A;电流表A2:0-20 mA;电流表A3:0-300 μA．电表如图3所示．

图3

师:我们前面做过电学实验,使用过电表．大家还记得,我们选择电表时,应该注意什么问题呢?

生:读数不能太大,既不能超过量程,同时读数也不能太小．

生:一般指针要在表盘的右边2/3比较好．

师:按照这两个原则,我们一起来选择电表吧．

生:我们需要用欧姆定律计算电阻在两挡电压下的最大电流,然后再确定选择电流表．

电表选择是本实验中一定会遇到的问题,教师不要越俎代庖,要让学生通过自主学习和交流合作的学习方式有效地解决这个实验难点问题．这里细节的处理,对教师教学行为提出了很高的要求．教师在具体的指导过程中,教学行为要做到适时(不要过早介入)、适度(不是完全告诉学生,给他们留有思考的时间)、适合(照顾学生的差异性)、适当(围绕教学目标展开)．真正起到“答疑、激趣、促思”的作用．

通过师生交流,生生互助,学生最终能够做出正确的选择．

(1) 小组1汇报:电阻R1=20 kΩ，

测量R1时,电压表选择3 V量程,电流表选择A3,300 μA量程的．

(2)小组2汇报:电阻R2=0.2 Ω，

测量R2时,电压表选择3 V量程,电流表选择A1,0.6 A挡．

(因为受到电流最大量程的限制,电压表只能选3 V挡位,这个电压表选择比较难,教师需要耐心等待学生完成.)

(3) 小组3汇报:电阻R3=1000 Ω，

测量R3时,电压表选择15 V量程,电流表选择A2,20 mA挡．

仪器仪表和量程的选择,一直是高中教学的难点．形成难点的原因之一,是很多情况下,学生都是在纸上做实验题,没有在实际问题的驱动下解决过真实问题．

点评： 此处教师的教学行为表现为:教师精心的实验准备和适时适度的发问.学生学习方式表现为:学生发现并提出问题(电表如何选择),合作探究学习(电压表是有两个量程的,要分别研究),进行理论分析(计算电路可能的最大电流),从而解决了问题(电表选择)．学生对实验器材的顺利选择,正是在适合的学习方式下完成的,而学生选择最优化的学习方式,完全依赖教师有效的教学行为的引导,也正是在教师正确的教学行为的引导下,学生才能面对真实问题的情境,自主学习解决了实验难题,从而提高了学生的实验能力．

2.2 树立人本观念,发展学生的建构能力

物理教学活动必须建立在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础之上．教师的教学应与学生的实际生活和原有的知识相联系, 确保自己的教学活动能够由浅入深, 由易到难, 从已知到未知．每一个知识点的教学可以分成几个小步子, 让后一步的学习建立在前一步的基础上, 前面所学习的知识能为后一步学习提供生长点, 使新的教学既能建立在学生原有的知识准备和生活经验之上,又能通过再生长逐渐提高．

师:现在大家可以开始实验了．对每个电阻用安培表的内接法和外接法分别测量一次,并将测量数据记录在表格中(教师通过PPT呈现表格)．

学生分组实验,记录好数据后,请一组学生通过实物展台呈现实验数据．教师将数据一一填到PPT的表1中．

师:大家把测量结果跟色环读数的数值进行对比,它们在误差范围内吗?

生:只有R3的外接法测量在色环的误差范围内,其他的都不在．有的测量值和标称值相差非常很大．

表1

师:只要是测量都会有误差存在的．请大家对误差情况进行分析,产生的误差有规律吗?

生:有的偏大,有的偏小．

师:什么情况偏大?什么情况下偏小?

生:安培表内接时,测量值偏大;安培表外接时,测量值偏小．

点评： 此处教师的教学行为表现为:提问和追问.学生的学习方式表现为:带着问题自主分析数据,合作讨论发现规律．伏安法测量电阻的误差特点,一定要让学生通过实验分析出来,教师不要急于给出答案．这里的数据已经形成了思维生长的契机,教师就要利用好这个生长点,让学生自我“生长”出新的结论来．这个结论的得出,会激发学生的探究热情,并获得实验成功的体验,充分体现以生为本的教学理念．

2.3 注重过程方法,培养学生的思维能力

中学物理教学应适应并促进学生的思维由形象思维向抽象思维的转化.这也决定了物理教学必须从学生的形象思维开始,充分利用观察和实验,展现物理图景,重视表象的作用,发挥具体形象材料的功能．当学生获得足够的感性认识,教师要创造条件,实现学生形象思维向抽象思维的过渡,形成科学的物理概念和物理规律．教师在选择教学行为时,要切合学生的学习方式,通过有效的学习活动,提高学生科学思维的深刻性,增强思维的灵活性．

师:我们通过对实验数据的分析评估发现:安培表内接时,测量值偏大,安培表外接时,测量值偏小．大家发现,数据自己会说话哦.关键是我们要听得到,听得懂．

师:我们开始分析实验数据时,发现数据都有误差,这是所有数据相同点,这叫求同;经过进一步分析比较,发现同样是误差,还存在着偏大和偏小误差的情况,这叫同中求异．我们对两种情况进一步分析得到结论:安培表外接时误差偏小,安培表内接时误差偏大,这叫异中求同．这种分析比较的方法是科学思维中常用的方法．

师:实验误差是不可避免的．我们能不能减少实验误差呢?

生:我们还需要对误差的数据进一步做分析比较．但是,研究突破口在哪?

师:刚才我们研究的问题是:哪种情况误差偏大,哪种情况误差偏小．现在我们要研究的问题是,什么情况下误差比较大?什么情况下误差比较小?这两个问题一样吗?

生:不一样啊.

生:减小误差,是不是就要用误差比较小的测量方式就可以啦?

生:从表2所示测量结果可知，测量大电阻20kΩ时,内接法误差小,7%<48%;测量小电阻0.2Ω时,外接法误差小,5%<260%;测量中电阻1000Ω时,内外接法误差相差不大,还是外接法误差小一点,1.5%<6.6%．

表2

师:对表格中的数据分析发现,测量大电阻时,用安培表内接法电路测量误差小;测量小电阻时,用安培表外接法电路测量误差小．

点评:此处教师的教学行为和学生的学习方式都是交流和讨论．教师及时点拨和有效的分析,激发学生的逻辑思考,使学生重视实验生成的数据,理性地分析数据,并在成功解决一个问题的基础上,发现生成的新问题,沿着思维严密的思考路径,抽丝剥茧,结论自然水落石出．学生不仅发现测量结果有误差,而且误差还有规律.这些问题的发现和解决,都是独立思考、合作探究的学习方式下完成的.这种学习方式是培养学生科学思维的重要途径．

2.4 重视探究教学,提高学生的科学素养

科学探究是物理学科的核心素养,是学生学习物理的重要方法．科学探究是学生参与式的学习活动, 教师要鼓励学生积极动手、动脑, 通过自主的探究活动,学习物理概念和规律,体验科学探究的乐趣,了解科学研究的方法,获取科学知识,逐步树立科学的创新精神和创新意识．教师在教学中多设置问题情境, 引导学生发现新的物理情景与已有知识的冲突,从而提出问题并作出合理的假设和猜想．教师应争取让每一个学生都经历:提出问题;猜想与假设;制定计划与设计实验;进行实验与收集证据;分析与论证等科学探究的过程,使学生在活动中学会科学探究,在探究中提高自己科学素养．

师:很高兴,我们自己通过数据分析,发现了误差的规律,也找到了减小误差的方法．可以说今天的实验课是大功告成啦.谁还能再针对本实验提出一个问题?

生:就用3个电阻的实验数据,得出的结论是不是具有普遍性意义?

师:要想得出一般性规律,我们一般怎么办?

生:做大量的实验或者从理论上证明．

师:我们不妨从理论上来证明看看．安培表接法不同,误差情况就不同．大家认为,引起的系统误差的原因是什么呢?

生:应该是电表的内阻引起的．这里的安培表和伏特表都不是理想电表．我们应该考虑电表接入电路时,对原来电路造成的影响．这就是形成误差的原因吧.

师:大家是否能用学习过的电路知识,从理论上分析出误差的产生原因和误差的规律?

有了问题驱动,学生积极性高涨,自觉选择了自主学习和合作交流的学习方式,很快就有了答案．

生:内接法时的误差是由电流表的内阻分压引起的,运用电路知识计算，

安培表内接法：

所以,安培表内接法测量值偏大．又因为,安排表内阻比较小,所以,测量大电阻时,安排表内阻引起的误差就小．

安培表外接法：

所以,安培表外接法测量值偏小．同样,因为伏特表内阻比较大,当测量小电阻时,伏特表内阻引起的误差就比较小．

师:当然,电阻的大小是相对的．是相对于电压表内阻和电流表内阻而言的．这个问题后面学习中还会再讨论．

点评:实验是有误差的,误差是有规律的,误差是可以减小的等物理认识,处处体现出教师的情感、态度和价值观等隐形的教学行为的科学性．科学的教学行为在实验误差理论分析的这个环节中体现尤为突出．教师引导学生从3个实验结论到误差一般性结论得出的过程中,这时候学生的学习方式也是多样化的,主要有电路分析,实际电表的电阻对电路影响的分析与计算,串并联知识的灵活运用,对计算结果的概括和提炼.这些都是非常有效的学习方式．正是有效的学习方法帮助学生顺利地完成了探究任务,强化了探究意识,提升了的科学素养．

3 教师的教学行为和学生的学习方式的关系

教师的教学行为是其内隐性教学理念、教学智慧的外部显现,是其教学文本化设计转化为教学实践的真实表现．改善教师教学行为有利于优化学生的学习方式,从而促进学生的有效学习和思维能力的培养,提高学生的物理学科素养．

学生学习方式的优化,不仅仅体现具体的学习策略和方法,更涉及学习习惯、学习意识、学习态度和学习品质等心理因素．学生对优秀学习方式的渴求到习得,对教师的教学行为提出更高的要求,从而会推动教师进一步改进教学策略,促进教师的专业化发展．

教师的教学行为和学生的学习方式,两者相互影响,相互促进,共同提高．