指向理性思维的问题主线式实验教学初探——以长度的测量为例

姚建民

(无锡市民办辅仁中学,江苏 无锡 214023)

笔者从教以来,常常追问一个教育命题:我们打算培养的是什么样的学生?学生的成长发展究竟应当遵循着怎样的方向与途径?“中国学生发展核心素养”总体框架以科学性、时代性和民族性为基本原则,对学生发展核心素养的内涵、表现、落实途径等做了详细阐释．

学生发展核心素养,主要指学生应具备的,能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力．作为初中物理教师,必须明确培养学生核心素养这一目标,结合物理课程标准及初中物理教材,以物理学科教学为载体,将学生核心素养的培育落到实处．那么,落实核心素养物理学科的任务是什么?重点是养成学生那些方面的素养?笔者认为,培养学生的理性思维是物理教学的重中之重．问题主线教学法是培养理性思维的切入点,因为问题是思维的起点,是思维的指向,以问题为主线的教学,可以引发学生思考,提高课堂的思维量．理性思维的核心探究物质之理,基本特点是,尊重事实和证据,有实证意识和严谨的求知态度．实验是培养学生实证意识和求实态度最好的课程,本文以“长度的测量”教学为例,初步探讨指向理性思维的问题主线式实验教学法．文中对学生的课堂对话做了提炼,集中了学生一致认可的有代表性的答案

1 测量的理性认知

课堂师生对话.

师:为什么要测量?生:世界存在差别,有差别就要比较,有比较就要测量．师:山的高低,人的胖瘦,路的宽窄一眼就可以看出来,为什么还要测量?生:物理学不满足定性,更追求定量,要得到量的倍数、比例关系,只能测量．师:回想一下身边看到了哪些测量?生:体检量血压,量身高;家里电表量电的度数;到超市购物,每一个物品都要称量交费;搬家具时也要量一量门的宽和高,考虑家具能否搬进去．师:请你就测量的意义和价值说一段话．生:测量是比较,测量是量化,测量是生活,测量是科学,测量是关于世界尺寸的度量,测量是人与自然的对话,测量是人与自然和谐共处的科学活动．

评与议：教师提出为什么要测量这个问题,引起了学生的讨论和思考,在思维碰撞中迸发出很多思维的火花,如:测量是比较,测量是人与自然的对话等．同时学生认识到测量的意义和价值,对于测量,学生从哲学的高度去理解和解读,培养了学生测量的意识,奠定了学生用数据说话,用实证辨别真伪的科学素养．

2 国际单位的本源追寻

课堂师生对话.

师:大家说测量是比较,如果是两个事物做比较,很好办,要对很多事物做出比较就有难度了,怎样解决这个问题?生:需要制定一个标准．师:对,这个标准就是单位,最初世界上不同地区对单位的规定不一样,这样会出现什么麻烦?生:标准不同,数和量,多与少,大与小就无法比较了．师:怎样解决这个问题?生:大家派代表一起开会约定,统一标准．师:对,国际上的统一标准,就是国际单位,长度的国际标准就是“m”,并制作了“米原器”．以几个类似“m”的基本单位为中心,依据物理量之间的关系式,就可以导出一系列的单位,基本单位和导出单位就构成了国际单位制．

评与议：虽然说测量是比较这样的认知不够全面、不太准确,但对初中生刚刚接触到测量,能这样认识就有一点的高度了,教师提出的问题,引领学生从比较到标准,从标准到单位,从单位到统一,从统一到国际单位,再到国际单位制,一步一步向单位的本源追根,国际单位的本源是寻求标准和统一．

3 刻度尺的本质发现

课堂师生对话.

大家仔细观察刻度尺,你发现尺与其他被测物体最大的区别是什么?生:尺标有刻度,一般物体则没有．师:刻度是怎样刻画出来的?生:把标准长度“m”分成10份每1份就是1 dm,再把1 dm细分成10份,每1份就是1 cm．继续分到mm．师:可以无限地分下去吗?生:不能,因为不断细分刻画工艺做不到,同时人的眼睛也无妨分辨太小的分度．师:有刻度的尺和没刻度的普通待测物又有什么不同呢?生:尺的长度是已知的,待测物的长度是未知的．师:这么说,刻度尺的本质是已知长度的工具．师:怎样用尺得到待测物的长度呢?生:让待测物与尺的一部分长度相等．师:这样说来我们的测量思想是:用已知比未知．学生:对．师:那怎样让被测物跟尺的一部分长度相等呢?即刻度尺怎样使用?生:刻度尺与被测物并列放正,且一端要与被测物对齐,刻度尺有刻度的一面与被测物靠紧,读数时视线要与尺面垂直．

评与议：通过教师的追问,学生发现刻度尺的本质是已知长度的工具,用它测量长度的思想是用已知比未知．有这样的认识,他们就知道使用刻度尺测量时为什么要对齐、放正、靠紧了．从理性的视角去理解刻度尺,为后续学习及对世界的认识方法留下了思维的印迹,这就是核心素养的落地生根．8年级下册要学天平,天平的设计思想也是用已知质量的砝码去比未知质量的待测物;到初三要学习电压表、电流表,这些电表的示数本质上自己的,电压表读出电压5 V,是自己的电压为5 V,不是别的元器件的电压,为了测出其他元件的电压,就只有让待测对象的电压与电压表电压相等,要相等就得并联.这就避免了学生认为电压表只能并联,目的不是测其他用电设备电压时,电压表有时可以串联在电路中．

4 对误差的深刻理解

课堂师生对话.

师:把标准“m”分别分成10份,100份,1000份制成的不同刻度尺,其读数有什么不同?现在大家实践一下．

实验活动:用不同分度值的尺测同一个木板长度，如图1.

分别使用分度值为1 dm,1 cm,1 mm长度为1 m的米尺各1把,请学生派代表到讲台前测量,学生边活动,教师从旁指导．

图1

学生记录如表1.

表1

师:为什么测同一个物体的长度,不同的尺测出来的结果不一样?生:刻度尺的分度值不同．师:哪一个测量值误差更小,更加接近真实值?生:分度值是mm的．师:总结一下,什么样的刻度尺精度高?生:分度尺小的刻度尺精度高．师:能不能说测量误差是不可避免的?生:能．师:为什么?生:刻度尺不能无限分下去,即分度值不可能无限小．师:这就是误差只能减少不可避免的原因．

评与议：学生先实践,用3根不同分度值的刻度尺测量同一物体,发现误差不一样,让学生体会到分度值的重要性,然后从理论上去分析解读,刻度尺的不可无限细分,决定了误差的不可避免．从测量工具制作的角度去理解误差,提升了学生关于误差来源的认识深度．

5 长度的快速估读

课堂师生对话.

师:我们身边物体长度是多少大家有概念吗?譬如课桌大概有多高,物理书大概有多长?生:没用概念．师:要不要对它们进行一个一个的测量,然后背下来呢?生:太多了,背不

了．师:你最熟悉的是什么长度?生:自己的身高．师:我们是否可以用刻度尺测量的思想对周围物体长度做出估计?生:对,用已知比未知,把未知长度的物体与已知物做出比较就可以解决问题．师:那我们选自己身上某些部分的长度作为标准．人身高1.7 m左右,人的拳头1dm多一点,一拃约17cm,指甲宽约1.5cm．几米长物体与人的身高比,几十厘米与手拃比,十几厘米与拳头宽比,几厘米与指甲宽比．师:教师楼层有多高?生:大概人高的两倍,3m多．师:物理书多长?生:两拃不到,25cm左右．师:鸡蛋多长?生:比一拳宽少一点,8cm左右．师:课桌有多高?生:约人高的一半,大高80cm左右．师:物理课本有多厚?生:指甲宽的一半,大概7mm．师:一元硬币有多厚?(老师给学生10个硬币)．生:用指甲宽量一量,大概7个硬币等于指甲宽．厚度接近2mm．师:一页纸多厚:生:物理书厚约7mm,算100页,算下来接近1μm．

评与议:学生对日常生活中物体的长度是没有概念的,即使做一番测量,学生也不能记得住．由于在前面的教学中贯穿了“标准”、“比较”思想,学生用去熟悉的已知去比未知,得到了满意的效果．在人的生活和工作经历中总会遇到很多的估测问题,中学生时代有了这种用已知知比未知的思想,以后就能自觉运用,这就是能够适应自身终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力．