耦合學生思維斷層 助推實驗創新

梁正蓮

摘要：由于各種原因，學生對演示實驗的一些現象的分析，會出現思維跟不上課堂教師教學節奏的斷層現象。如何在思維斷層處著力，改進實驗是我們研究教材、挖掘教材 努力的一個方向。

關健詞：耦合 思維斷層 實驗改進

【中圖分類號】G633.98

初中科學教材中，許多經典的演示實驗為學生提供了豐富的感性材料，幫助學生建立了有效思維過程，有些還是突破知識難點的關鍵，有的為科學結論提供了實證。但由于種種原因，對演示實驗的一些現象，學生會從他們形成的思維定勢來認識現象的本質。當教師傳授的實驗結論與學生認識不一致時，會出現學生的思維跟不上課堂教學節奏的現象。如果教師不關注這種斷層現象，演示實驗不僅起不到應有的作用，在不連續思維的引導下，學生掌握的知識是零散的，而且對學生的情感、態度、價值觀的教學目標起到負面的影響，甚至影響學生學習的方法。如何在思維斷層處著力，是我們研究教材、挖掘教材努力的一個方向。下面筆者從分析學生思維斷層原因，改進實驗著手進行嘗試。

一、 由生活經驗引起的思維斷層

覆杯實驗是證明大氣壓存在的經典實驗。它傳統實驗裝置如圖。但學生由于生活常識影響，如玻璃間有水玻璃不易分開；紙間有水，紙不易翻頁，父母給他們的解釋是被水粘住的原因。當觀察到覆杯實驗現象時，硬紙片不掉下來的時，多數學生認為水粘住。而傳統的教學，教師往往把大氣壓作用的結論硬塞給學生。學生思維的流暢性被打破，只得被動接受這結論。

為了讓實驗具有說服力，消除原有生活經驗的干擾，對傳統覆杯實驗裝置進行改進。用大號的玻璃針筒（也可用檸檬杯）代替杯子，用小乒乓球拍代替硬紙片。在乒乓球拍一面固定一個帶有鉤子的螺絲釘。先用小橡皮帽堵住玻璃針筒的小孔，在玻璃針筒灌滿水，用乒乓球拍蓋住玻璃針筒的另一開口。讓學生觀察，并在螺絲釘的鉤子上掛小鉤碼。

這裝置可以在學生出現各種結論時，如認為是水粘住、大氣壓作用等的疑惑時，然后拿開橡皮帽。通過二次的比較和分析研究，學生不難理解大氣壓的作用，自動耦合思維斷層，同時還能讓學生直觀感受到大氣壓的值是很大的。

二、由知識前概念引起的思維斷層

學生思維斷層的其中一種原因是由于先前的知識或活動而造成的對現有活動的一種特殊的思維定勢狀態。如分子引力實驗，分子引力傳統的演示實驗裝置如圖。分子引力的知識對學生來說是抽象且模糊的。由于受先前的大氣壓覆杯實驗的影響，學生自然的會認為下面鋁塊沒有掉落的原因是大氣壓的作用。造成具體的實驗現象與抽象的邏輯思維脫節。找到了思維斷層的真問題，突破它的瓶頸就找到了。把這個實驗裝置放在鐘罩內，抽掉空氣，觀察現象。從而使學生從實驗現象中否定了自己原有的思維定勢，使思維得以流暢。

三、 由于教材實驗本身不嚴謹引起的思維斷層

要讓學生的思維從實驗現象中順利地得到實驗結論，且心服口服。就必須要從學生真實思維出發，設計的實驗必須是合理且嚴謹的。而教材中有些實驗的設計本身就不嚴謹，容易引起學生的爭議。

如華師大八下教材探究光的反射規律中的活動是如下安排的：如裝置甲中背景板右側和左側在同一平面演示，觀察反射光線和入射光線，然后將乙中右側背景板向后偏折觀察反射光線和入射光線。分析比較得出反射光線、入射光線和法線是在同一平面的結論的。

這個結論只在右側板向后轉和左右板面在同一平面上進行的，沒有向前旋轉背景板觀察反射光線和入射光線的操作步驟。在進行這部分知識教學時，學生往往會提出反射光線、入射光線和法線是在同一平面的結論得出是不嚴密的。如老師按照學生要求增加一步：把這個裝置的右側背景板向前旋轉，由于背景板與平面鏡是嚴密的，反射光線經左右兩板面多次反射在右側的背景板上也會出現光線，出現的結果與正確的結論相違背的。

為了真正體現科學的嚴謹性，同時讓學生對光的反射定律的理解能順利得到啟動和深入。必須增加向前旋轉右側背景板的操作步驟。為了消除反射光線經左右兩板面多次反射的影響，可以把右側背景板抬高，離開平面鏡一定的距離，也可在右側背景板割去一角。如果在右側背景板割去一角，如圖丙。右側背景板向前旋轉，這時反射光線穿過缺角部分，不會在右側背景板顯示。當右側背景板轉到三線一面時，在背景板上才顯示出反射光線。

四、 由于實驗現象的本質太抽象引起的思維斷層

有些實驗由于現象的本質過于抽象，對于初中學生來說，很難從現象看到本質。對于這些實驗可能部分科學老師也難以說清其實質，在教學中老師如果沒有及時解決學生思維障礙，這些實驗可能會成為傳遞負能量的材料。

如華師大九年級的《氣體對外做功內能減少》實驗。如一位教師在執教《做功改變物體內能》中的物體對外做功內能減少的內容時，他按照書本做了一個實驗：在試管中里裝一些水，用軟木塞住，然后用酒精燈加熱，使水沸騰。

老師的意圖原本是說明水蒸汽對外做功，內能減少。但學生的回答是試管中的水蒸氣溫度高于外面空氣的溫度，水蒸氣遇冷液化成液態的水，認為是熱傳遞引起的，學生認識與正確結論出現偏差。老師無法反駁學生的觀點，接下去的課一團糟，學生對下面的教學內容不感興趣。

學生的思維斷層的原因是管內的水蒸氣與外界的空氣要發生熱傳遞，為了還原實驗現象的原始面貌。改進實驗裝置時必須使管內的水蒸氣與外界的空氣的熱傳遞可以忽略，而管內水蒸氣的溫度可以比較。新的實驗裝置出來了：用較長玻璃管代替試管，用活塞代替軟木塞，在活塞中插入靈敏數字溫度計，然后用酒精燈加熱，使水沸騰。先按住活塞，記下溫度計的示數，然后快速放手，水蒸氣推動活塞向上運動，觀察玻璃管上方水汽的變化，記下溫度計的示數。當活塞被水蒸氣向上推動后，玻璃管上方白霧及活塞及玻璃管壁的大量的水珠的現象，以及靈敏數字溫度計示數的下降，學生很容易得出正確的結論。

要真正做到以學定教，讓我們的教學圍繞著學生的思維而展開，如何消除思維障礙，需要我們教師在教學中做一個有心人。