为理解而教——例谈揭示式学习在物理教学中的应用

俞丽萍

(浙江省春晖中学，浙江 绍兴 312300)

1 问题的提出

布鲁姆曾指出:理解是通过有效应用、分析、综合、评价,明智、恰当地整理事实和技巧的能力．理解是学习者完成的建构活动,因此,理解是不可能仅仅通过“灌输”实现的．揭示式学习是通过循循善诱,在学习者共同建构下的学习．揭示式学习能够帮助学生深度理解某些概念与原理．如何开展揭示式学习,下面以例探讨揭示式学习在学生理解中的应用．

2 揭示式学习应用实例

2.1 理解需要合适的讨论

加速度是高中物理中的一个核心物理概念,也是学生理解的一个难点．一方面,由于学生对矢量相对陌生,对于加速度有方向以及加速度的“正”、“负”比较难理解．另一方面,学生对于加速度的方向和加速度的物理意义,即表示物体速度变化快慢的理解上有一定的难度,也容易出错．在加速度概念建立过程中,可以结合生活实例,通过合适的讨论,利用揭示式学习方式,帮助学生建立加速度的概念．

请学生结合实例1和实例2,完成相应表格．

实例1.某竞赛用的跑车启动时,4 s内速度达到108 km/h;某高速列车启动时,120 s内速度达到108 km/h;自行车4 s内速度达到6 m/s; 100 m跑运动员起跑时,0.2 s内速度达到12 m/s．请学生推算出这些物体启动时,速度的增加量和1 s内速度的增加量,并用“最快”、“较快”、“较慢”、“最慢”等词形容速度增加的快慢程度,将相应内容填入表1.

表1 启动物体速度变化情况的讨论

实例2.某汽车在制动过程中,4 s内速度从72 km/h变为0;某飞机在制动过程中,10 s内从速度从216 km/h变为0;某火车在制动过程中,6 s内速度从54 km/h变为43.2 km/h;某山地自行车在11 s内从36 km/h变为0．请学生推算出这些物体制动时,速度的减小量和1 s内速度的减小量,并用“最快”、“较快”、“较慢”、“最慢”等词形容速度减小的快慢程度,将相应内容填入表2.

表2 制动物体速度变化情况讨论

在上述实例的基础上,进一步引导学生思考:

加速度的作用是什么?表示速度变化的快慢,加速度既可以表示速度增加的快慢,也可以表示物体速度减小的快慢．

如何理解加速度的正负?若以初速度的方向为正方向,若速度越来越大,则加速度为正,反之,则为负．

在实际的教学过程中,往往只举速度增加的例子,而忽略了速度减小的例子,从而使学生理解加速度概念不够完整,甚至有的学生认为在类似实例2等问题中,出现“减速度”的概念．在我们教学过程中,若举例的例子不够全面,不注重学生的思维过程,容易造成学生分析问题不够全面．讨论可以加深学生的理解,理解需要合适的讨论,“合适的讨论”需要精心设计．

2.2 理解需要合适的体验

在“探究求合力的方法” 实验中,教师在课堂上通过演示实验得出合力与分力之间应该遵循平行四边形定则，具体如下.

图1 探究求合力的方法

在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,OA、OB、OC3根绳子上所挂的钩码个数分别为N1=3个,N2=5个,N3=4个．分别确定3个力的方向,在此基础上,根据3个力的图示,作出绳OA和绳OB上的两个力根据平行四边形得出两个力的合力,寻找合力与绳OC上拉力之间的关系．

在实际的操作过程中,由于时间的限制,教师往往只操作一次,致使学生认为:只有当勾码的个数分别为3个、5个和4个时,结点O才能够处于平衡状态．这种错误的想法导致学生在处理后续相关问题时频繁出错．

为了揭示其中的原理,加深体验,可在原基础上,则可进一步进行如下实验,帮助学生理解,具体实验数值为

第2组:N1=3个，N2=5个，N3=5个；

第3组:N1=3个，N2=6个，N3=5个；

第4组:N1=3个，N2=6个，N3=3个；

第5组:N1=3个，N2=6个，N3=4个.

在第2组和第3组实验中,结点O能够处于平衡状态,但第4组和第5组实验,整个装置不能处于平衡状态．可见,要使结点O处于平衡状态,3个拉力大小之间需要满足一定的条件．那么,应该满足什么条件呢?也就引出了下面需要探讨的问题．

在人类的认识上,有成功也有失败,实验也是如此．成功的实验结果可以揭示某些物理原理,那些没有成功的实验现象也包含着某些重要信息．学生需要在成功的实验结果中得出实验结论,学生也需要从失败的信息中获取信息．理解需要合适的体验,这里所谓的“合适”指包含成功的,也包含失败的．

2.3 理解需要合适的反馈

实例3.确定加速度的方向.

牛顿第二定律建立了力与运动的桥梁,其中的关键物理量是加速度．在根据受力情况讨论物体运动情况这这类问题中,根据受力情况确定物体的加速度的大小和方向是一个难点,有些学生能正确对物体进行受力分析,但在计算加速度的过程出现一系列错误．那么,加速度为什么会计算错误呢?这其中主要原因是在确定加速度方向时出现错误,导致最终结果错误．如何确定加速度的方向,这是学生学习过程中比较关键的问题,这个问题可以通过合适的反馈,利用揭示式学习,帮助学生理解．

图2

如图2所示,在汽车的悬线上挂一小球．实验表明,当车做匀变速运动时,悬线将与竖直方向成某一固定角度,求小车的加速度．

请学生对小球进行受力情况分析,并作出小球所受的合力．

学生画出两个力的合力,如图3 — 图5所示,分析学生不同的反馈,确定学生理解的困难主要在两个力的合力方向的确定上．小球受到重力G与绳子的拉力FT的作用,由于不知道两力的具体数值,也不知道两个力之间的大小比值关系,若仅仅根据受力分析的两个力,是不能确定两个力的合力的方向的．

那么,到底重力G与拉力FT的方向应该在什么方向?如何来确定呢?因为小车的加速度的方向要么水平向左,要么水平向右,在此题中加速度的方向时水平向右的,故图3的两力的合力方向是正确的．在此问题中,根据小车的加速度的方向确定小球的加速度的方向,进而确定小球所受的合外力的方向的．

同理,若将整个装置放到光滑的斜面上,使小车与球保持相对静止下滑,如图6所示,则小球所受的重力G与拉力FT的合力的方向沿斜面向下．

在课堂上,学生的反馈为教师选取合适的教学策略提供重要的依据．“合适的反馈”是指客观反映学生思维过程的反馈．

3 结束语

目前,较多教师更加关注自己的“教”,即花大量的时间去思考:要什么,使用哪些材料,要求学生做什么;而不是关注学生的“学”,即首先思考的是:为了达到学习目标,学生需要什么．在物理课堂教学过程中需要多关注学生的思维过程,学生碰到有些实际问题不会处理,与教师在物理课堂教学过程中不注重学生思维和理解,学生认知结构不够完善有一定的联系．在核心素养视域下,指导学生“深度学习”的能力,以发展学生的 “学会学习”的核心素养是一个非常值得关注的问题．

理解的“获得”需要通过精心的设计来揭示其内容的含义．根据什么来设计问题?在揭示式学习方式中,教师应采用逆向设计的方法,即教师首先要清楚对于某个物理规律或概念的特殊理解是什么,明确在高中物理教学过程中,哪些容易被误解的概念和原理是需要去“揭示”的．学生难以掌握的或经常误解的概念有哪些?他们通常纠结于什么?他们对某个概念或过程容易产生怎么样的误解?只有这样,教师才知道如何 “为理解而教”．