“欲擒故纵法”在课堂演示实验教学中的运用

须雪忠

(浙江省杭州第四中学,浙江杭州 310018)

课堂演示实验是教师结合课堂教学内容,用演示的方法进行的实验教学,使学生获得生动的感性认识,更好地理解和掌握物理概念和规律,同时也可以培养学生的观察能力、分析综合能力及逻辑思维能力.随着课程改革的深入,演示实验已从课堂教学的辅助手段转变为贯穿整个教学过程中创设学习情景、探索物理规律的主要手段,因此,演示实验的设计及相应方法策略的选择对于提高物理课堂教学质量可谓举足轻重.“欲擒故纵法”便是笔者在课堂演示实验教学中经常运用的行之有效的教学方法与策略.

“欲擒故纵”的哲理源头可追溯到《老子》36章:“将欲歙之,必固张之;将欲弱之,必固强之;将欲废之,必固兴之;将欲夺之,必固与之.”又《鬼谷子◦谋篇》:“去之者纵之,纵之者乘之”.中国军事史上成功运用此计,并对此计的定名有重大影响的,是诸葛亮率蜀军远征南蛮时七擒七纵蛮王孟获.对诸葛亮来说,七擒七纵皆手段,而目的只有一个:但服其心.该策略运用于教学则是指教师在掌握学生原有知识结构中的缺陷与不足,或认知学生前概念中的错误认识的前提下,通过巧妙设计问题与欲擒故纵的演示,引发认知冲突,从而激起学生兴趣,产生认知需求.成功运用此法不仅需要教师课前有充分的学情了解,还要针对学情与教学内容精心设计实验的关键步骤,以及从“纵之”到“擒之”的问题链.当然,“纵”与“擒”亦只是手段,创设引人入胜的学习情境,促成学生主动学习才是本策略的根本目的.本文结合具体案例谈谈笔者在课堂演示实验教学中是如何实施这一教学策略的.

教学案例1 落体运动的研究

在研究落体运动时,可围绕物体下落快慢与所受重力大小无关这一难点设计如下一组实验.

实验(1):铁片(或钱币)与小纸片从同一高度同时下落,可看到铁片下落得快;(由于“重的物体下落快”这一生活经验存在于大多数学生的头脑中,因此安排实验(1),让学生观察到“重的物体下落快”的现象,暴露学生原有的错误观点,欲擒故纵.)

实验(2):将小纸片揉成纸团再与铁片从同一高度同时下落,可看到两者几乎同时落地;(师:小纸片揉成纸团后,重量变吗?生:不变!师:那为什么纸片揉成纸团后就下落得快了呢?投石激波.)

实验(3):大纸片与小纸片揉成的纸团从同一高度同时下落,可看到轻的小纸团下落得快;(咦,怎么轻的物体下落反而快了呢?!学生惊讶不已.通过强烈的对比,激发起了学生探究的动机,促使学生积极地思考,从而主动跳出“物体下落快慢与重力相关”的思维怪圈,去分析现象背后的本质——空气阻力的影响.再通过对空气阻力的分析,让学生意识到正是空气阻力的影响使得落体运动变得异常复杂,一时难以看清问题的本质,从而启发学生从简单入手,抓住主要因素重力,忽略、排除次要因素空气阻力,进而引出实验(4).

实验(4):钱毛管实验,可以看到在真空环境下,钱币和羽毛同时落地.(使学生建立起“忽略空气阻力时,同一地点任何物体下落快慢都相同”的观点.)

上述演示实验各具目的、有机结合:实验(1)欲擒故纵、引出错误,实验(2)提出问题、引起思考,实验(3)强烈对比、激活思维,深入分析、揭示本质,实验(4)解决问题、得出结论,一环紧扣一环,层层深入,把学生由对现象的感性认识逐步引向对本质的理性认识.

教学案例 2 “力的分解”课题引入

进行“力的分解”一课教学时,可设计如下的演示实验:用细线系住一重锤,留出两个线端,教师有意设问:“用一根线提与用两根线提相比,哪一种情况线更容易断?”学生会不假思索地回答:“用一根线提!”(暴露学生前概念中源于生活经验的错误认识.)然后教师不动声色地用一根线颤颤巍巍地提起了重物,故意举得高一些,学生的心跟着悬了起来(强化前概念,欲擒故纵).接下来再用两根线稳稳地提起重物(学生的心放了下来,脸上露出轻松的表情),接着缓缓地增大两根线之间的夹角……突然间线断了!猝不及防的学生异口同声地发出了“啊!”的惊讶声.思维自疑问和惊奇开始(亚里士多德语),这时教师可不失时机地提出如下问题:“怎么两根线提反而断了呢?一开始就断吗?什么时候开始断?为什么会断?”学生产生了强烈的思维冲突,进入了“心求通而未得,口欲言而未能”的愤悱状态,为进一步学习新知识蓄足了气势.

教学案例3 “闭合电路欧姆定律”课题引入

进行“闭合电路的欧姆定律”一课教学时,可安排如下实验设置悬念:先用伏特表直接测量两个不同电源两极间的电压,分别测得1.5 V和6 V;然后用一小灯泡与“1.5 V”电源相连,请学生注意观察灯的亮度——学生回答:“很亮!”(欲擒故纵)接着请学生猜想,如果让小灯泡与“6 V”的电源相连,会出现什么情况?学生猜想:“小灯泡会被烧毁”或“小灯泡不会被烧毁,但要比前面一次亮得多”(“鱼儿”果然上钩).然而接下来的演示结果让学生大感意外,小灯泡的亮度比前面一次暗得多.这时,教师可顺势导入新课“为什么会出现这种情况呢?要解决这个疑问,先要学习电学中一个非常重要的规律——闭合电路的欧姆定律.”

教学案例4 完全失重现象的演示

学习了超重与失重现象之后,可以通过下面一组实验的演示来巩固和深化知识:在塑料可乐瓶的底部和侧壁分别打几个小孔,灌满水后一拎起来,水花四溅,当提着瓶子向上加速运动时,水喷射得更厉害(超重现象,为竖直上抛埋下了“擒”的伏笔),而向下加速运动时则情况相反(失重现象).问:如果自由下落呢?(先让学生思考,再用实验验证.)追问:如果将瓶子竖直上抛又会怎样?(对照前面向上加速的情况,学生普遍认为水会喷射得更厉害,演示结果:滴水不漏!强烈的反差激起了学生极大的探究欲望,同时点燃了学生思维的火花.)顺势再问:将瓶子竖直下抛或斜抛出去呢?(可以叫一位学生上台,来个师生对抛“水球”的表演,只见“水球”接在手上——水花四溅,抛在空中——滴水不漏.)亦庄亦谐、欲擒故纵的演示在带来课堂欢声笑语的同时,也带给了学生更多的思考和领悟.

教学案例5 自感现象的演示

演示自感现象,可以先通过外加磁场在线圈中磁通量变化与线圈本身电流变化引起的磁通量变化相类比,对自感现象发生的可能性及其表现形式作出推测,再设计电路如图1(a)所示.让学生猜想:当闭合开关时,我们将观察到什么现象?学生会预言,小灯泡逐渐地亮起来.按电路图连接好线路后,闭合开关,根本看不到所期望的延时现象,学生大失所望.然后引导他们分析失败的原因(可能是观察的方法有问题),启发学生运用比较、补偿等思想方法改进实验设计方案,采用对比电路如图1(b)所示(即为教材上给出的通电自感现象演示电路),连接好电路后闭合开关,果然观察到了明显的延时现象.在学生释然之际,追问:如果再断开开关(进一步演示断电自感现象,如图1(c)所示),将观察到什么现象?学生会毫不迟疑的回答:由于电磁感应现象,小灯泡不会立即熄灭,还要继续亮一段时间.演示结果:两个小灯泡立即熄灭.——“迷雾又遮住了眼睛”,然后再引导他们分析原因(断开开关后,自感电动势维持的感应电流将在两灯泡组成的新回路中流动,由于回路电阻很大,电流很快减小为零),启发学生从减小回路电阻,增强前后流过小灯泡的电流的对比度等角度改进实验方案[如图1(d)],即为教材上给出的断电自感现象演示电路).经过这样一番起伏跌宕的“纵”与“擒”,学生主动参与实验方案的设计,亲身体验荆棘载途又风景无限的“亚科学探究”过程,不仅对教材上通、断电自感现象的设计方案、器材要求和电路图能够充分领会,同时也学会了如何运用已有的知识对未知现象作出推测,如何用实验检验推测,如何分析实验中的意外现象以及如何改进实验方案等,这对于培养学生科学的思想方法是至关重要的,也是直接给出实验方案进行成功演示的教学效果所无法比拟的.

图1

“欲擒故纵法”在课堂演示实验教学中的有效运用,充分调动了学生学习的积极性和主动性,学生在教师创设的跌宕起伏、悬念丛生的问题情境中,主动探索、主动发现,主动建构,真正实现了从“要我学”到“我要学”的转变.教师在运用此策略时,应注意把握纵的程度和擒的时机,要抓住学生的兴趣点和兴奋时间,要在学生兴趣浓厚的时候适时放出去,这样才能起到事半功倍、情智共生的教育效果.