在物理實驗中創(chuàng)設問題情境的價值探討

1、在物理實驗中創(chuàng)設問題情境的價值探討許紅英    一、竭力提升學生思維的水平    在課堂教學中,如果教師能設法使學生理解所學內(nèi)容的認知要求、社會要求和情感要求,其學習效果就會大大提高。教師要善于引導學生在完成學習任務的過程中不斷地提出與學習任務間存在某種必然聯(lián)系的假設,讓學生進行選擇、利用和強調(diào),使學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”的教學中,做好光電效應演示實驗是關鍵。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

2、出和返回這對矛盾著的運動很快達到動態(tài)平衡,從而很難使驗電器指針明顯地張開。為了使學生親眼看到光電效應現(xiàn)象,使其思維活動隨著教學內(nèi)容的深入而拉開,筆者設計了如下的教學片段。    1.將一塊用細砂紙擦亮的約12 cm×15 cm大小的鋅板直接扣在指針驗電器的金屬小球上,如圖1所示。    2.使鋅板帶上負電荷(驗電器指針張開)。    3.用“220V 8W”的紫外燈照射鋅板,結(jié)果驗電器指針逐漸閉合后又張開。    4.為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象?  &

3、#160; 5.提出光電效應的概念。    6.光電效應現(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)生光電效應現(xiàn)象。    8.是不是只要用紫外線燈照射金屬時就會產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象?    9.將鋅板換成銅板,用紫外燈照射時未發(fā)生光電效應現(xiàn)象。    10.引導學生對上述信息進行綜合分析,得出相應的結(jié)論。    在這個教學方案的設計中,抓住物理過程發(fā)生、發(fā)展和變化的過程設置教學環(huán)

4、節(jié),整個教學過程環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣、一氣呵成,學生的注意力高度集中,在緊張的思考過程中,科學思維方法得到了有效地訓練。    二、積極引導學生思維的方向    物理實驗離不開理性思維的引導與支持。在物理教學中,要堅持物理實驗與思維同步進行并使之交互感應的原則,使實驗觀察活動真正為思維活動提供豐富的感性素材,也使理性思維為實驗研究提供良好地導向作用,從而使課堂活動內(nèi)容豐富、氣氛和諧,也更有情趣,并將學生的思維水平推向更高的層次。    例如,在“自感現(xiàn)象”一節(jié),從電磁感應內(nèi)容的知識結(jié)構(gòu)來看,既是前面所學主干

5、內(nèi)容的擴展,也是楞次定律的一個具體的應用。如果單從知識方面看,不存在什么障礙,但對學生來說,由于缺乏生活經(jīng)驗的支撐,往往感到難以把握。因此,為了有效地幫助學生進行知識建構(gòu),降低學習的難度,筆者設計了如下教學方案。    1.引入課題:(先出示如下頁圖2所示的實驗裝置,其中、是兩個相同規(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,當再次合上電鍵S時,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?    2.學生思考:要求學生先獨立思考,而后以四人小組為單位展開討論。    3.實驗展示:(在學生經(jīng)過認真地思

6、考與討論,并得出初步結(jié)論的基礎上進行實驗)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:要求學生陳述實驗現(xiàn)象。    5.建立概念:引導學生建立自感現(xiàn)象的概念,分析產(chǎn)生自感現(xiàn)象的原因。    6.實驗變式:(先讓學生思考)把電路中的線圈換成匝數(shù)少得多的線圈后,重復上述操作過程,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?多數(shù)學生還是認為:小燈泡將立即正常發(fā)光,小燈泡慢慢達到正常發(fā)光。少數(shù)學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,到底會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?進行實驗后,

7、發(fā)現(xiàn)根本沒有出現(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?引導學生進行分析討論后,學生們統(tǒng)一了認識:這種情況下,也會產(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驗現(xiàn)象。真是這樣的嗎?    8.實驗揭秘:將小燈泡、分別換上電流傳感器后進行演示。結(jié)果物理本質(zhì)一覽無遺。    9.知識遷移:(組織學生通過自主、探究與合作學習)用類似的方式分析斷電自感現(xiàn)象。  &

8、#160; 10.拓展應用: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,達到拓寬與鞏固知識信息的目的。    在這個教學方案的設計中,注重了知識的建構(gòu),并通過有意識地設置物理情境引發(fā)學生的認知沖突,讓學生在不斷地矛盾與斗爭中,增強問題意識,提高分析問題與解決問題的能力。    三、刻意營造互動的氛圍    新課程倡導自主、探究和合作學習的教學理念。自主學習強調(diào)培養(yǎng)學生主動、獨立地獲取知識的能力,為學生自主發(fā)展和適應社會奠定基礎;探究學習強調(diào)培養(yǎng)學生探究未知世界的能力,為學生能夠創(chuàng)造出更多

9、的新的思維產(chǎn)品積蓄力量;合作學習則強調(diào)協(xié)作與分享的精神,為學生在社會性群體中的適應和發(fā)展作準備。    自主學習、合作學習和探究學習反映了三種不同的價值取向,教學中,要充分利用這三種學習方法的優(yōu)勢。可以首先鼓勵學生對學習內(nèi)容進行自主學習;如果自主學習過程中產(chǎn)生疑問,就鼓勵個體開展探究性學習;如果個體研究還不足以解決問題,再引導學生開展小組或集體合作的探究學習,直至問題的解決,從而更好地促進學生的發(fā)展。    我們要根據(jù)教學內(nèi)容和學生的實際情況設計教學方案,有效地調(diào)控學生的學習行為。在合作學習中,可以通過先讓學習小組內(nèi)各成員間相互質(zhì)疑,

10、并通過采取或小組、或個人、或競賽、或強化、或辯論、或演示、或r作等豐富多彩的釋疑方式,達到合作達標的目的。    例如,“電磁振蕩”一節(jié),既是“電磁波”一章的核心內(nèi)容,又是教學的重點和難點。學生對振蕩電流的產(chǎn)生普遍感到難以想象,加之振蕩電路內(nèi)與電流相關的磁場、磁場能及與電荷相關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,許多學生都有一種如墜霧里的感覺。因此,教師在授課中,既要適時地通過實驗、動畫等手段給學生提供表象,也要對這些物理量進行歸類,并抓住能量轉(zhuǎn)化這條主線,幫助學生把所學的新知識與已有的知識聯(lián)系起來,為學生順利突破難點、把握問題的關鍵環(huán)節(jié)

11、奠定基礎。為此,筆者設計了如下的教學方案。    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.學生思考一:(先用投影展示人教版新課標選修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,會發(fā)生什么現(xiàn)象?    3.學生思考二:把電路中的電阻R換成自感系數(shù)L較大的線圈后,重復上述操作,又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?   

12、4.學生實驗:(在學生充分思考與討論的基礎上)組織學生進行分組實驗,教師巡回指導。    5.現(xiàn)象描述:(讓學生描述實驗現(xiàn)象)電流計指針來回擺動,但擺動幅度不斷減小,且只擺動幾下就停止了。    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.學生思考四:你能設法使電流計指針等幅地擺動起來嗎?    9.集體討論:你認為電路中的電流隨時間變化的關系是怎樣的?如何進行驗證?(讓學

13、生畫出圖像,提出檢驗的方案)    10.實驗驗證:(在學生充分思考與討論,提出實際檢驗方案的基礎上)用傳感器或示波器進行實驗,如圖3所示。    這樣的教學活動,探究任務明確,課堂活動安排合理,使反映教材內(nèi)容的“知識序”、反映教學要求的“教學序”和反映學生思維特點的“認知序”三序合一,從而有效地完善了學生的認知過程,促進了“三維教學目標”的達成。    四、精心打造合作學習的環(huán)境    問題解決是認知的核心,教師教學水平的高低主要表現(xiàn)在引導學生解決問題過程中提取蘊含知識的能

14、力上。著名心理學家和教育家皮亞杰認為知識既不是來自主體,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)驗要獲得意義需要以原來的經(jīng)驗為基礎;另一方面,新經(jīng)驗的進入又會使原有的經(jīng)驗發(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內(nèi)容設計出具有思考價值和實際意義的問題,引導學生個體與群體去思考、去嘗試解決問題,在這一過程中,促進學生對問題的解決。    例如,“變壓器”的內(nèi)容,既是電磁感應內(nèi)容的延伸也是交變電流的重點。對理想變壓器工作原理及電壓公式、電流公式的適用條件,學生往往難以把握。為此,在“變壓

15、器”的教學中,既要通過有效的實驗設計幫助學生建立表象,又要引導學生建構(gòu)通過聯(lián)系的觀點有序地運用電路、電磁感應及能的轉(zhuǎn)化與守恒等知識解決問題的思路。為此,筆者通過如圖4所示的教學結(jié)構(gòu)展開教學過程。顯然,要突破教學難點,順利完成教學任務的關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系(見圖5);2.原、副線圈兩端的電壓間存在什么關系。    為此,在積極創(chuàng)設問題情境的原則下,在突破關鍵環(huán)節(jié)的教學中,筆者設計了如下教學方案。    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。   

16、 2.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:讓學生描述實驗現(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系呢?(讓學生思考,可進行適當?shù)囊龑А?    8.演示實驗:原線圈接交流電源,把線圈A、B、C中的導線圈依次分別一圈圈地放

17、入鐵芯中,分別記下放入鐵芯的線圈的匝數(shù)n,讀出電壓表中相應的示數(shù)U(讓學生設計表格進行記錄)。    9.原理分析:分析實驗數(shù)據(jù),得出有關結(jié)論。    10.學生思考:鐵芯有什么作用?(組織學生進行思考并分組討論后,進行實驗展示。)        這樣的教學,增強了教學直觀性和互動性,降低了思維的坡度,也提高了學生分析問題和解決問題的能力。這也是新課程所倡導的重視過程與方法教學的具體體現(xiàn),對學生問題意識的形成也會產(chǎn)生深遠的影響。    知識不是線性的,學生的學習過程也不是線性的。學習沒有統(tǒng)一的標準,也沒有盡頭,在知識不斷增長的過程中,每個觀點、每個結(jié)果都只能是一個暫態(tài)函數(shù)。在課堂教學中,不