在物理實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)問題情境的價(jià)值探討

1、在物理實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)問題情境的價(jià)值探討    一、竭力提升學(xué)生思維的水平    在課堂教學(xué)中,如果教師能設(shè)法使學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知要求、社會(huì)要求和情感要求,其學(xué)習(xí)效果就會(huì)大大提高。教師要善于引導(dǎo)學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中不斷地提出與學(xué)習(xí)任務(wù)間存在某種必然聯(lián)系的假設(shè),讓學(xué)生進(jìn)行選擇、利用和強(qiáng)調(diào),使學(xué)生在解決問題的過程中,在思維方式上漸入佳境、走向成熟。    例如,在“光電效應(yīng)”的教學(xué)中,做好光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)是關(guān)鍵。用紫外線照射鋅板,鋅板由于飛出電子帶正電,在其附近形成的電場將把電子吸附回去,鋅板電子逸出和返

2、回這對矛盾著的運(yùn)動(dòng)很快達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,從而很難使驗(yàn)電器指針明顯地張開。為了使學(xué)生親眼看到光電效應(yīng)現(xiàn)象,使其思維活動(dòng)隨著教學(xué)內(nèi)容的深入而拉開,筆者設(shè)計(jì)了如下的教學(xué)片段。    1.將一塊用細(xì)砂紙擦亮的約12 cm×15 cm大小的鋅板直接扣在指針驗(yàn)電器的金屬小球上,如圖1所示。    2.使鋅板帶上負(fù)電荷(驗(yàn)電器指針張開)。    3.用“220V 8W”的紫外燈照射鋅板,結(jié)果驗(yàn)電器指針逐漸閉合后又張開。    4.為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象?  

3、0; 5.提出光電效應(yīng)的概念。    6.光電效應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生是否需要滿足一定的條件?    7.用功率很大的紅外燈照射鋅板,結(jié)果沒有產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。    8.是不是只要用紫外線燈照射金屬時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象?    9.將鋅板換成銅板,用紫外燈照射時(shí)未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。    10.引導(dǎo)學(xué)生對上述信息進(jìn)行綜合分析,得出相應(yīng)的結(jié)論。    在這個(gè)教學(xué)方案的設(shè)計(jì)中,抓住物理過程發(fā)生、發(fā)展和變化的過程設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié),整

4、個(gè)教學(xué)過程環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣、一氣呵成,學(xué)生的注意力高度集中,在緊張的思考過程中,科學(xué)思維方法得到了有效地訓(xùn)練。    二、積極引導(dǎo)學(xué)生思維的方向    物理實(shí)驗(yàn)離不開理性思維的引導(dǎo)與支持。在物理教學(xué)中,要堅(jiān)持物理實(shí)驗(yàn)與思維同步進(jìn)行并使之交互感應(yīng)的原則,使實(shí)驗(yàn)觀察活動(dòng)真正為思維活動(dòng)提供豐富的感性素材,也使理性思維為實(shí)驗(yàn)研究提供良好地導(dǎo)向作用,從而使課堂活動(dòng)內(nèi)容豐富、氣氛和諧,也更有情趣,并將學(xué)生的思維水平推向更高的層次。    例如,在“自感現(xiàn)象”一節(jié),從電磁感應(yīng)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)來看,既是前面所學(xué)主干內(nèi)容的

5、擴(kuò)展,也是楞次定律的一個(gè)具體的應(yīng)用。如果單從知識(shí)方面看,不存在什么障礙,但對學(xué)生來說,由于缺乏生活經(jīng)驗(yàn)的支撐,往往感到難以把握。因此,為了有效地幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu),降低學(xué)習(xí)的難度,筆者設(shè)計(jì)了如下教學(xué)方案。    1.引入課題:(先出示如下頁圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置,其中、是兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡)將S閉合后,調(diào)節(jié)滑線變阻器R,使兩燈亮度相同。問:斷開電鍵S,當(dāng)再次合上電鍵S時(shí),會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?    2.學(xué)生思考:要求學(xué)生先獨(dú)立思考,而后以四人小組為單位展開討論。    3.實(shí)驗(yàn)展示:(在學(xué)生經(jīng)過認(rèn)真地思考與討

6、論,并得出初步結(jié)論的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn))小燈泡立即正常發(fā)光,而小燈泡卻慢慢地亮起來,直至正常發(fā)光。    4.現(xiàn)象描述:要求學(xué)生陳述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。    5.建立概念:引導(dǎo)學(xué)生建立自感現(xiàn)象的概念,分析產(chǎn)生自感現(xiàn)象的原因。    6.實(shí)驗(yàn)變式:(先讓學(xué)生思考)把電路中的線圈換成匝數(shù)少得多的線圈后,重復(fù)上述操作過程,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?多數(shù)學(xué)生還是認(rèn)為:小燈泡將立即正常發(fā)光,小燈泡慢慢達(dá)到正常發(fā)光。少數(shù)學(xué)生考慮到老師提出這樣的問題肯定事出有因,但又不知其所以然,因而選擇沉默。那么,到底會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)根

7、本沒有出現(xiàn)延遲發(fā)光的現(xiàn)象。    7.深入研究:這是怎么回事呢?是否根本就沒有產(chǎn)生自感現(xiàn)象呢?引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析討論后,學(xué)生們統(tǒng)一了認(rèn)識(shí):這種情況下,也會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象。只是由于線圈的自感系數(shù)L太小,回路內(nèi)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢太小,對通過小燈泡的電流的阻礙作用不明顯,因而也就不能看到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。真是這樣的嗎?    8.實(shí)驗(yàn)揭秘:將小燈泡、分別換上電流傳感器后進(jìn)行演示。結(jié)果物理本質(zhì)一覽無遺。    9.知識(shí)遷移:(組織學(xué)生通過自主、探究與合作學(xué)習(xí))用類似的方式分析斷電自感現(xiàn)象。  

8、0; 10.拓展應(yīng)用:通過分析日光燈電路、精密電阻可采用雙線并繞清除自感現(xiàn)象的事實(shí),達(dá)到拓寬與鞏固知識(shí)信息的目的。    在這個(gè)教學(xué)方案的設(shè)計(jì)中,注重了知識(shí)的建構(gòu),并通過有意識(shí)地設(shè)置物理情境引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,讓學(xué)生在不斷地矛盾與斗爭中,增強(qiáng)問題意識(shí),提高分析問題與解決問題的能力。    三、刻意營造互動(dòng)的氛圍    新課程倡導(dǎo)自主、探究和合作學(xué)習(xí)的教學(xué)理念。自主學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)、獨(dú)立地獲取知識(shí)的能力,為學(xué)生自主發(fā)展和適應(yīng)社會(huì)奠定基礎(chǔ);探究學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生探究未知世界的能力,為學(xué)生能夠創(chuàng)造出更多的新的

9、思維產(chǎn)品積蓄力量;合作學(xué)習(xí)則強(qiáng)調(diào)協(xié)作與分享的精神,為學(xué)生在社會(huì)性群體中的適應(yīng)和發(fā)展作準(zhǔn)備。    自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)反映了三種不同的價(jià)值取向,教學(xué)中,要充分利用這三種學(xué)習(xí)方法的優(yōu)勢?？梢允紫裙膭?lì)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí);如果自主學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生疑問,就鼓勵(lì)個(gè)體開展探究性學(xué)習(xí);如果個(gè)體研究還不足以解決問題,再引導(dǎo)學(xué)生開展小組或集體合作的探究學(xué)習(xí),直至問題的解決,從而更好地促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。    我們要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)教學(xué)方案,有效地調(diào)控學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。在合作學(xué)習(xí)中,可以通過先讓學(xué)習(xí)小組內(nèi)各成員間相互質(zhì)疑,并通過

10、采取或小組、或個(gè)人、或競賽、或強(qiáng)化、或辯論、或演示、或r作等豐富多彩的釋疑方式,達(dá)到合作達(dá)標(biāo)的目的。    例如,“電磁振蕩”一節(jié),既是“電磁波”一章的核心內(nèi)容,又是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。學(xué)生對振蕩電流的產(chǎn)生普遍感到難以想象,加之振蕩電路內(nèi)與電流相關(guān)的磁場、磁場能及與電荷相關(guān)的電容器兩板間的電壓、電場和電場能等物理量在不斷地變化與轉(zhuǎn)換,許多學(xué)生都有一種如墜霧里的感覺。因此,教師在授課中,既要適時(shí)地通過實(shí)驗(yàn)、動(dòng)畫等手段給學(xué)生提供表象,也要對這些物理量進(jìn)行歸類,并抓住能量轉(zhuǎn)化這條主線,幫助學(xué)生把所學(xué)的新知識(shí)與已有的知識(shí)聯(lián)系起來,為學(xué)生順利突破難點(diǎn)、把握問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)奠定基

11、礎(chǔ)。為此,筆者設(shè)計(jì)了如下的教學(xué)方案。    1.引入課題:我們從麥克斯韋電磁理論知道,非均勻變化的電場或非均勻變化的磁場會(huì)產(chǎn)生電磁波。那么,非均勻變化的電場與非均勻變化的磁場又是怎樣產(chǎn)生的呢?    2.學(xué)生思考一:(先用投影展示人教版新課標(biāo)選修3-4教材P78頁的圖14.3-1,但將電路圖中的線圈L換成電阻R)先把電鍵S扳向1,稍后,再扳向2后,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?    3.學(xué)生思考二:把電路中的電阻R換成自感系數(shù)L較大的線圈后,重復(fù)上述操作,又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?    4.學(xué)

12、生實(shí)驗(yàn):(在學(xué)生充分思考與討論的基礎(chǔ)上)組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),教師巡回指導(dǎo)。    5.現(xiàn)象描述:(讓學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)電流計(jì)指針來回?cái)[動(dòng),但擺動(dòng)幅度不斷減小,且只擺動(dòng)幾下就停止了。    6.現(xiàn)象解釋:請你解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。    7.學(xué)生思考三:你能用圖像來描述電路中電流的變化規(guī)律嗎?    8.學(xué)生思考四:你能設(shè)法使電流計(jì)指針等幅地?cái)[動(dòng)起來嗎?    9.集體討論:你認(rèn)為電路中的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系是怎樣的?如何進(jìn)行驗(yàn)證?(讓學(xué)生畫出

13、圖像,提出檢驗(yàn)的方案)    10.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:(在學(xué)生充分思考與討論,提出實(shí)際檢驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上)用傳感器或示波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如圖3所示。    這樣的教學(xué)活動(dòng),探究任務(wù)明確,課堂活動(dòng)安排合理,使反映教材內(nèi)容的“知識(shí)序”、反映教學(xué)要求的“教學(xué)序”和反映學(xué)生思維特點(diǎn)的“認(rèn)知序”三序合一,從而有效地完善了學(xué)生的認(rèn)知過程,促進(jìn)了“三維教學(xué)目標(biāo)”的達(dá)成。    四、精心打造合作學(xué)習(xí)的環(huán)境    問題解決是認(rèn)知的核心,教師教學(xué)水平的高低主要表現(xiàn)在引導(dǎo)學(xué)生解決問題過程中提取蘊(yùn)含知識(shí)的能力上。

14、著名心理學(xué)家和教育家皮亞杰認(rèn)為知識(shí)既不是來自主體,也并非來自客體,而是在主體與客體之間相互作用的過程中構(gòu)建起來的。一方面,新經(jīng)驗(yàn)要獲得意義需要以原來的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ);另一方面,新經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)入又會(huì)使原有的經(jīng)驗(yàn)發(fā)生一定的改變,使它得到豐富、調(diào)整或改造,這是雙向建構(gòu)的過程。這就要求教師針對具體的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)出具有思考價(jià)值和實(shí)際意義的問題,引導(dǎo)學(xué)生個(gè)體與群體去思考、去嘗試解決問題,在這一過程中,促進(jìn)學(xué)生對問題的解決。    例如,“變壓器”的內(nèi)容,既是電磁感應(yīng)內(nèi)容的延伸也是交變電流的重點(diǎn)。對理想變壓器工作原理及電壓公式、電流公式的適用條件,學(xué)生往往難以把握。為此,在“變壓器”的

15、教學(xué)中,既要通過有效的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)幫助學(xué)生建立表象,又要引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)通過聯(lián)系的觀點(diǎn)有序地運(yùn)用電路、電磁感應(yīng)及能的轉(zhuǎn)化與守恒等知識(shí)解決問題的思路。為此,筆者通過如圖4所示的教學(xué)結(jié)構(gòu)展開教學(xué)過程。顯然,要突破教學(xué)難點(diǎn),順利完成教學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵是要把握好探究的環(huán)節(jié):1.原、副線圈中的磁通量間有何關(guān)系(見圖5);2.原、副線圈兩端的電壓間存在什么關(guān)系。    為此,在積極創(chuàng)設(shè)問題情境的原則下,在突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)的教學(xué)中,筆者設(shè)計(jì)了如下教學(xué)方案。    1.引入課題:原線圈接交流電源,副線圈中放上拾電圈,小燈亮。    2.

16、試電筆接觸鐵芯,不亮。用手觸摸鐵芯,安全。    3.鋁環(huán)放入原線圈,鋁環(huán)騰空而起。    4.閉合鐵芯,放于副線圈中的拾電圈上的燈更亮。    5.現(xiàn)象描述:讓學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。    6.現(xiàn)象解釋:請你解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。    7.提出問題:變壓器原、副線圈中的電壓間存在著什么關(guān)系呢?(讓學(xué)生思考,可進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。)    8.演示實(shí)驗(yàn):原線圈接交流電源,把線圈A、B、C中的導(dǎo)線圈依次分別一圈圈地放入鐵芯

17、中,分別記下放入鐵芯的線圈的匝數(shù)n,讀出電壓表中相應(yīng)的示數(shù)U(讓學(xué)生設(shè)計(jì)表格進(jìn)行記錄)。    9.原理分析:分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出有關(guān)結(jié)論。    10.學(xué)生思考:鐵芯有什么作用?(組織學(xué)生進(jìn)行思考并分組討論后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示。)        這樣的教學(xué),增強(qiáng)了教學(xué)直觀性和互動(dòng)性,降低了思維的坡度,也提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。這也是新課程所倡導(dǎo)的重視過程與方法教學(xué)的具體體現(xiàn),對學(xué)生問題意識(shí)的形成也會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。    知識(shí)不是線性的,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程也不是線性的。學(xué)習(xí)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也沒有盡頭,在知識(shí)不斷增長的過程中,每個(gè)觀點(diǎn)、每個(gè)結(jié)果都只能是一個(gè)暫態(tài)函數(shù)。在課堂教學(xué)中,不