实验教学切莫“想当然”

许 志

(南京市教学研究室，江苏 南京 210001)

作为一名教研员,在听课的过程中,发现教师在初中物理实验教学中“想当然”的现象比较严重,就其根源,主要有3个方面: (1) 初中物理知识点比较简单．义务教育阶段初中物理的教学内容仅从知识与技能角度来看确实比较简单,但是从过程方法和情感态度价值观来分析要求并不低．(2) 教师本身对实验内容的轻视．我们的物理教师在初中学生面前是非常“高大”的,因为和学生相比,教师不仅多读了三年高中和四年大学,而且还有多年的教学经验,所以教师往往对初中的实验教学不够重视．(3) 师生之间的“不平等”．很多教学内容对学生而言是一张白纸,可对教师而言却是了如指掌,在实验教学中,这种“不平等”导致教师往往用自己的思维来代替学生的思维．以下,笔者以义务教育阶段苏科版教材为平台,从四个方面分析教师在教学中存在的“想当然”现象,并在此基础上提出教学建议,与大家分享．

1 问题提出“想当然”

爱因斯坦说过,提出一个问题往往比解决一个问题更重要．然而在我们的实际教学中,教师在新课教学时,提出问题往往很快,导致学生往往知其然不知其所以然．请看以下教学案例．

1.1 教学现状

苏科版教材9年级上册第10页的教学内容(11.2 探究定滑轮和动滑轮工作时的特点)如下:

图1

图2

分析:在本节课的课题引入阶段,不少教师往往以“教教材”的观念去思考,我们经常看到以下教学现状:

师:请同学们用定滑轮提升重物,根据表格中数据,你认为使用定滑轮能省力吗?

生:不能省力,因为观察数据发现弹簧测力计示数总略大于钩码的重力.

师:使用定滑轮能改变力的方向吗?

生:能.

师:请同学们再用动滑轮提升重物,根据表格中数据,你认为使用动滑轮能省力吗?

生:能省力,因为观察数据发现弹簧测力计示数总小于钩码的重力.

师:使用动滑轮能改变力的方向吗?

生:不能.

以上实验过程,教师和学生之间的交流看似很顺,实际上学生的思维含量很低,特别是教师提出的问题“想当然”,直接问学生使用定(动)滑轮是否省力或是否改变力的方向,这样的教学效果往往导致学生的学习停留在记忆的水平上．教学中,如果教师努力创设情境,精心设计问题,让学生在研究中自己发现并提出问题,最终解决问题,才能真正帮助他们理解定滑轮和动滑轮使用时的不同特点,那么我们如何才能做到让问题的提出出自学生之口呢?

1.2 解决措施

如何让学生自己悟出从“是否省力”和“是否改变力的方向”来研究定滑轮和动滑轮使用时的不同特点,这是一个非常值得研究的问题．教材给我们提供的只是教学的素材,我们要“用教材教”,而不是“教教材”．我们应该充分利用前面学习过的内容,调动学生头脑中学习过的“力的三要素”为突破口展开教学．请看以下教学片断:

教师:介绍滑轮后,请同学们利用滑轮来提升重物,你能找到几种使用方法?

生:通过小组讨论和操作,发现有图1和图2两种方法:定滑轮和动滑轮.

师:你准备从哪些方面来研究定滑轮和动滑轮的使用特点?

生:讨论后有点困难.

师:提升重物要用力,同学们还记得影响力的作用效果有哪些因素吗?

生:恍然大悟,我们可以从力的大小、方向、作用点这3个方面来研究它们的使用特点

师:很好,也就是说使用定滑轮和动滑轮后,是否省力?是否改变了力的方向?是否改变了力的作用点?你准备如何设计数据记录的表格?

生:小组讨论,发现观察图片的现象可知使用定滑轮不能省力,能改变力的方向,且弹簧拉力作用点不变还在钩码上;使用动滑轮能省力,不能改变力的方向,弹簧拉力的作用点不在钩码上．

1.3 案例点评

以上教学过程从学生已经学过的“力的三要素”出发,注重调动学生学习的主动性．特别是通过讨论,学生自己主动从“力的三要素”提出问题,这样的教学不仅让学生知其然,更让学生知其所以然．仔细分析教材,我们发现对问题的提出,教材是这样描述的:“通过实验,你发现使用定滑轮有什么特点”;“通过实验,你发现使用动滑轮有什么特点”．显然,教材的编写意图也是让学生去主动发现问题,可惜我们的教师大多把“通过实验,你发现使用定滑轮有什么特点”这句话“翻译”成了“通过实验,你发现使用定滑轮能省力吗”,这样的教学也就在无意中剥夺了学生发现问题的权利．实际上,学生能想到从是否省力和是否改变力的方向这样的角度去研究定滑轮和动滑轮的使用特点,比如何研究这两个问题本身更重要,因为前者是“方向”,后者是“努力”,而方向比努力更重要．

2 器材出现“想当然”

2.1 教学现状

苏科版教材9年级上册第50页的教学内容(热机 12.7:观察点火爆炸现象)如图3所示.

甲

乙

图3甲的实验现象说明,内能可以转化为机械能．教材中对这个实验有这样一段描述:“根据这一原理,可以制造出将内能转化为机械能的机器”．接着教材开始介绍汽油机．不少教师在这个环节的教学中,汽油机这个器材的出现“想当然”,大部分老师都是直接呈现汽油机模型让学生阅读教材并了解它的工作原理．这样的教学不可取,它忽略了对学生创造能力培养的大好机会．那么,如何让汽油机的构造“顺理成章”呢?

2.2 解决措施

为了在图3甲的基础上,引导学生想到汽油机模型(图3乙),就要让学生面临研究过程的困惑,这样才能激发学生的思维．请看以下教学片断:

师:图3甲的实验现象说明了能量是如何转化的?

生1:内能可以转化为机械能.

师:这个实验现象,在生活中有现实意义吗?

生2:有!汽车的发动机就是将内能转化为机械能的.

师:你认为汽车的发动机在构造上比图3甲的装置应该有哪些改进?

生3:要有个装置能持续放入燃料,而且燃料的种类要换成汽油,因为汽油的热值比酒精高.

生4:塑料盒的材料要换成抗燃烧的钢质材料.

生5:燃烧有废气,发动机上要有排废气的孔.

生7:塑料盒的盖子飞出去回不来了,汽油机的“盖子”要能往复运动.

生8:……

师:同学们讲的很好,实际上大家思考的出发点就是为了得到“持续”的动能,今天我们汽车中的发动机就是在“内能可以转化为机械能”的原理启发下,通过对设备的不断改进而来的,请同学们认真阅读课本51页汽油机的工作原理,想想你们刚才对器材的“改进建议”,看看汽油机到底是如何工作的?

2.3 案例点评

以上案例中,有一个问题是解决汽油机出现“想当然”的突破口,那就是“你认为汽车的发动机在构造上比图3甲的装置应该有哪些改进?”学生在这个问题的引领下,通过相互交流,相互启发,最后再回到课本看汽油机的工作原理,这样的教学,克服了学生对汽油机模型的陌生感和恐惧感．教学中我们如果没有以上的讨论和交流环节,让汽油机的出现“想当然”,这样的教学效果往往是学生对汽油机的构造和原理“死记硬背”．值得一提的是,学生阅读完汽油机的构造后,再请学生思考汽油机的“曲轴和连杆”有什么用时,学生们的讨论非常热烈,大家最终知道,活塞的上下运动是直线运动,而汽车轮子的运动是圆周运动,曲轴和连杆正是联系这两种运动的“桥梁”,它的作用是将直线运动转化为曲线运动．

初中物理实验教学中会涉及很多实验器材,教学中我们一定要克服“想当然”的一些做法．就连一些测量性器材的出现,希望老师们也不要将这些器材直接呈现在学生面前,例如在教到电流表和电压表时,如果我们设计以下问题:同学们,如果让你设计一个测量电流或电压的仪表,你认为这样的仪表其外观应该具备哪些特征?我想,经过这样的思考,相信学生对电流表和电压表的使用规则一定会更熟悉,而学生的实验设计能力也一定会大有提升．

3 数据收集“想当然”

3.1 教学现状

苏科版教材8年级上册88页的教学内容为第4章第3节:凸透镜成像的规律．

图4

在探究凸透镜成像规律的实验过程中,很多教师在数据收集这个环节“想当然”,将全班学生分成3组进行实验．并设计了如下数据记录的表格．

所选凸透镜焦距f=10 cm

坊间流传着多个版本的《水浒传》，主流上有百二十回本、百回本、七十回本，因人喜好，互有优劣。《鲍鹏山新批〈水浒传〉》根植于金圣叹七十回本，于一百零八将排定座次，卢俊义大梦惊醒处结尾，不蔓不枝。在很大程度上来说，七十回本的出现将《水浒传》的艺术层次拔高到另一个水平。而事实也表明，水浒故事并不是为了完整而完整地存在，七十回本有其独特的审美取向。

第1组

表1

同上,教师为第2组选择的物距分别是12、15和18;为第三组选择的物距分别是4、6和8;

分析以上表格设计可知,教师之所以“想当然”地设计了以上3类记录数据的表格,显然是因为教师知道了凸透镜成像规律的结果,即物距大于两倍焦距时,凸透镜成倒立缩小的实像,所以教师给学生提供的物距是30、40和50,因为成像有3种情况,所以教师也就将学生分成了3组．待学生实验结束总结成像规律时,教师更是“想当然”,有以下表现:

师:第1组像的性质是什么?

生:倒立缩小的实像.

师:请同学们思考一下,物体成倒立缩小实像时,其物距和2倍焦距的关系如何?

生:大于2倍焦距.

师:因此,物距大于2倍焦距就是凸透镜成倒立缩小实像的条件.

……

教师为什么要求学生将物距和2倍焦距进行比较?这是一个值得我们思考的问题,显然以上的探究过程是一个“伪探究”过程,这样的设计都是因为教师事先知道结论后“精心”设计的,那么,教学中,我们如何引导学生想到用物距和2倍焦距去进行比较,从而带领学生走进真正的“探究乐园”呢?

3.2 解决措施

请看以下课堂教学的片断:

师:同学们,在图4装置中，你能在光屏上快速找到一个像吗?说一说,正确的操作方法是什么?

生1:先固定凸透镜,再从距离凸透镜较远处固定蜡烛的位置,再调节光屏直到光屏上成像.

师:生1总结的很好,我们现在逐步减小物距并固定蜡烛,每次都调节光屏直到光屏上成像.

师:请同学们自己设计表格并记录数据.

生:学生实验.

师:找到倒立缩小实像的同学请举手,并说出你们的物距和像距分别是多少?

生:举手并报数据,教师在下表中填上数据

表2

师:分析以上数据,同学们发现凸透镜成倒立缩小像的条件是什么?

生:像距小于物距.

师:找到倒立放大实像的同学请举手,并说出你们的物距和像距分别是多少?

生:举手并报数据,教师在表中填上数据(同上操作)

师:分析以上数据,同学们发现凸透镜成倒立放大像的条件是什么?

生:像距大于物距.

师:光屏上有没有可能成等大的像,此时,像距和物距可能是什么关系?

生:有可能,此时像距和物距相等.

师:我们用实验来检验一下．教师按以下方式操作请学生集体观察何时能看到像:将凸透镜固定在50 cm刻度线处,将蜡烛和光屏从紧贴凸透镜位置缓慢背离移动(这样操作可以保持光屏和蜡烛到凸透镜的距离始终相等,这样观察到光屏上有像时,像距等于物距)．

生:我们在物距为20 cm时看到了像,此时像距也是20 cm.

师:同学们,对于固定的凸透镜,焦距是“唯一”的,而成等大像时其物距为20 cm也是“唯一”的,这两个唯一之间必然有某种联系,你能发现他们之间的关系吗?

生:物距等于2倍焦距

师生交流活动继续进行……

3.3 案例点评

本实验一直是初中物理的一个教学难点,为了寻找凸透镜成像的规律,我们应该由浅入深,从学生的认知规律出发是解决这个难题的重要突破口．学生发现凸透镜成像的规律不可能一步到位,只能从定性走向定量逐步完成．先定性找缩小和放大的像,再定量找等大的像;先定性从“像距物距的大小比较”入手,分析凸透镜成放大和缩小像的条件,再定量从像距是否等于物距寻找凸透镜成等大像的条件．最后的关键是如何引导学生想到物距和2倍焦距进行比较得出凸透镜成缩小像的条件．这里要运用凸透镜的两个“唯一”性来启发学生思考,对于固定的凸透镜,焦距是唯一的,成等大实像的位置也是唯一的,这样的启发对学生是一种思维的引领,也是科学探究过程中“思维品质”的重要体现．如果我们只是人为规定地给出像“教学现状”中所描述的一些数据,显然这样“想当然”的数据呈现方式是不可取的．

4 结论得出“想当然”

4.1 教学现状

苏科版教材8年级下册第44页的教学内容(第8章第1节:力 弹力)如下:

物理学中,把物体对物体的作用称为力．只要有力的作用发生,就一定会涉及两个物体:一个是施加力的物体,叫施力物体;另一个是受到力的物体,叫受力物体．

力的概念看上去比较简单,很多教师的课堂大多是这样的:

师:同学们,你能举出生活中一些有力存在的事例吗?

生1:踢足球.

脚 踢 足球手拍桌子地面阻碍足球………………物体作用物体

师:谁踢谁?

生1:脚踢足球.

师:还有例子吗?

生2:拍桌子.

师:谁拍谁?

生2:手拍桌子.

生3:足球在地面上滚动一段距离后会停下来.

师:这个过程谁对谁有力的作用?

生3:地面对足球.

师:我们把“脚”、“手”、和“地面”称为一类物体,把“足球”、“桌子”等称为另外一类物体,把“踢”、“拍”等动作称为“作用”,这样的话,同学们说一说,什么是力呢?

生齐答:力是物体对物体的作用.

分析以上案例不难发现,教师的提问“谁对谁”就是一种得出结论“想当然”的表现,教师为什么会提出这样的问题,实际上是因为教师知道,力是物体对物体的作用．很多教师在板书时对学生的表达进行了“加工”,对于学生的语言只在黑板上留下像上面方框中所示的内容,从而很快就得到了力的概念．难道得到概念的过程有这么简单吗?怎样才能帮助学生自己来建立力的概念呢?

4.2 解决措施

教师要求学生举例说明生活中有力存在的事例后,对于学生的表达应该“一字不漏”地写在黑板上,这也是对学生的一种尊重,然后通过精心设计问题,让学生去提炼关键词,最终由学生总结得出力的概念．请看以下教学片断:

教师:在同学们刚刚所举有力存在的事例中,大家讲的很好．现在我想请同学们给力下个定义,你准备如何来完成这个任务呢?

生:相互讨论同时面有难色.

师:下定义就是对刚才同学们所举出的事例进行总结,这是一个从特殊到一般的过程,需要同学们从所有事例中找出某种共同的特征,再寻找更多事实,概括出具有普遍意义的本质特征．同学们认真思考,你能发现你们及课本所举出的事例中,有哪些共同特征吗?

生1:都有物体存在

生2:都有动词存在

生3:有一个物体,一个动词

师:到底有几个物体?

生4:好像都有两个物体存在

师:像“踢”、“拍”这样的动词我们可以统一给他一个名称,你认为叫什么较好?

生:讨论后得出用“作用”来表示这一类动词比较贴切.

师:现在同学们可以给力下个定义了吗?

生:一个物体作用于另一个物体就是力

师:请同学们看看课本的表述,你能发现有哪些不同吗?为什么?

学生讨论……

4.3 案例点评

义务教育阶段帮助学生建立正确的物理概念,正是我们倡导的培养学生“核心素养”的重要体现．以上案例中要求学生寻找“共同的特征”正是教师教学设计的精妙之处．学生对共同特征的寻找也不是一步到位的,而且语言的表达也比较粗糙,我们不要担心学生的表达不够完善,课堂上通过学生的讨论,学生的表述逐步简洁的过程就是他们思维发展的过程．我们发现当学生发现自己的表述和课本中只差“几个字”时,脸上露出了满足的微笑,这是非常难能可贵的．值得一提的是,在学生讨论过程中,有的同学给力的定义是“名词加动词加名词”,对于这样的理解,有的老师觉得好笑,而我则感到欣慰．不是吗,在有力存在的大量事例中,都有两个名词和一个动词,学生能想到这一点,真的很不容易了,我们应该为这样的学生喝彩!课堂上教师可以用这样一句话提醒这位学生,“课本提供知识”不是也有两个名词一个动词吗?这句话的含义中与力有关吗?结果学生恍然大悟．

以上本文从4个方面分析了初中物理实验教学中一些“想当然”现象,这种“想当然”现象的存在,实际上在无意中剥夺了孩子们发现的权利,遗憾的是不少教师还没有意识到这一点．想当然的现象在实验教学的其他环节也有不同程度的表现,如实验操作的环节,实验现象的分析等等,这些“想当然”的现象,应该引起我们广大物理教师足够的重视．如果我们在实验教学中能适当让学生面临一些设计的困难,多给学生一些思维的空间,我相信当孩子们的眉头由紧锁到舒展的过程一定是我们教育工作者最幸福的时刻．