讓知識與方法、能力發生完全非彈性碰撞

葉富軍

(浙江省溫嶺市教研教科室,浙江 臺州 317500)

教學難,難在如何以知識為平臺尋找方法來培養學生的能力．科學難學的一個主要原因是因為常“失聯”,有的學生學了后面的知識卻忘記了前面知識;也有的學生學過的數學知識卻在其他學科中不會應用;更有甚者學過了的科學知識卻很難與實際生活聯系上．現在發現了問題所在,那如何解決這一“失聯”現象呢?事實告訴人們,要尋找合適的方法,加強3者之間的聯系．即在講授知識時伴隨著方法的運用和能力的培養．有效的教學不僅是教師建立了“關聯”,更需要讓學生感受到這種關聯．[1]這樣,以方案的設計、評價、實施和拓展為平臺,將知識與方法、能力巧妙地融合在一起,也就是讓知識與方法、能力發生完全非彈性碰撞,有效地培養學生的科學素養．

1 設計方案,為它們發生完全非彈性碰撞創造條件

在學習過程中,獲取知識固然重要,而方案設計是學習知識和規律必備的,且尋找方法去設計方案的能力更重要．如:“壓強”一節教學中,有些教師很快就出示了小木凳和海綿來做實驗,探究壓強跟哪些因素有關?而往往忽視了為什么取海綿來做實驗的設計過程．讓我們來還原這一過程,先用手指按臉部,觀察到什么現象?再增加力度又觀察到什么現象?接著再用手指以相同力按桌面,又觀察到什么現象呢?第一次有明顯的凹陷,第二次凹陷更明顯,第三次看不出凹陷現象．為了研究壓力的作用效果,應該選用哪個面呢?顯然要選用凹陷明顯的表面來進行研究,這樣才能得出有效且可靠的結論．這也為下面學習不同物體表面承受的壓強是不同的作鋪墊,從而為解決汽車行駛在公路上不允許超載的實際問題埋下伏筆．

再如重力方向這一知識點的教學,看似簡單的“豎直向下”4個字,但我們也不能草草了事．只要利用好這一探究過程中的方案設計,就能使知識與方法、能力融合．因重力方向無法直接觀察到,怎么設計方案能顯示重力方向呢?方案1：將物體下落的每一時刻拍成照片,再連成線;方案2：將物體直接懸掛起來,細線就是物體下落的方向．然后借助于水平面,得出重力方向是與水平面垂直且向下,即豎直向下．

通過兩個例子的分析,有找回“失聯”之感,也發現對知識點的教學,要借助巧妙的方法(控制變量法,轉換法)進行設計方案來培養學生的能力(觀察、判斷、動手、實驗等),做到一舉兩得．正如馬克·吐溫所說的,“如果教學和告之一樣的話,會使我們所有的人都懊惱得無法忍受的”．通過這樣把知識與方法和能力結合在一起,發生了完全非彈性碰撞,有效地培養學生的學科素養．

2 評價方案,為它們發生完全非彈性碰撞產生動力

在探究實驗之前,要進行方案設計,但往往方案有多種,如探究重力的方向就有兩套方案．那如何評價方案,挑選出最優的呢?顯然,探究重力的方向的方案2更優,因為它簡單、直觀、明了．再如:“電流的磁場”一節教學中,教材中只呈現了圖1和圖3兩種方案,讓學生很不理解,主要是它們之間缺少一個環節．圖1奧斯特實驗只能證明通電直導線下方和上方有磁場,但無法證明直導線前、后磁場的方向如何?因為小磁針只能水平方向轉動．于是就想到把直導線豎立放置．這樣,就可以判斷導線周圍的磁場方向．所以我們在設計時增加圖2方案,就能讓知識更好地過渡．那么,3套方案哪個最好呢,或者說它們各自的優點是什么?顯然,圖1方案簡單、直觀、明了,說明通電直導線能產生磁場．圖2方案借助于4枚小磁針粗略地知道通電直導線周圍的磁場分布情況,不過用到的器材稍多一些．圖3方案比圖2方案更全面且準確地找出通電直導線周圍的磁場分布規律——以直導線上的點為圓心的同心圓,且離導線越遠越弱．接著,再用圖2的磁感線來表示,既表示磁場的強弱又表示了磁場的方向,做到一圖兩用的功效．

圖1

圖2

圖3

又如在自制電子秤的電路設計過程中,小明等同學設計出了7套方案,且將其分為兩類:一類是壓力增大時電表示數減小的;另一類是壓力增大電表示數也增大的．因人們習慣用壓力越大,電表讀數也越大來表示,所以排除了圖4中3套方案,剩下圖5中的4套方案．請評價它們的優劣?如果說方案的設計是為了更多的生成,那么方案的評價則是滿足更多不同層次學生的需求,是學生能力培養的加速器．

圖4

圖5

現整理學生的回答,大致如下:根據歐姆定律和串聯電路的特點,再結合數學知識,圖5中(a)和(c)方案中電表的讀數都是與壓力大小成正比;而(b)和(d)方案中的電表讀數是隨壓力增大而增大,但不成正比例．所以,當然應選擇刻度均勻的電子秤．再來比較圖5中(a)和(c)兩方案,雖然兩者刻度都均勻,但(a)方案中電子秤不加壓力時也會有讀數,即無壓力時電壓表指針不指在零點．因此,(c)是“七里挑一”的最佳方案．

顯然,磁場、電流、電壓、電阻和歐姆定律等知識,通過方案設計,再進行評價,把學生潛在的能力徹底地激發出來,所以說方案的評價是它們發生完全非彈性碰撞的動力．有時對方案的評價就好比是雞蛋里挑骨頭,難上加難,所以能力方面自然更能得到加強．這樣,知識與方法、能力融合的結果不僅不會“失聯”,還能加速學生核心素養的形成．

3 實施方案,為它們發生完全非彈性碰撞提供保障

上述電子秤的方案設計和評價只是停留在定性層面,沒有在定量上加以計算．這樣的學習過程,知識就沒有真正得到落實．所以,要讓學生實施上述方案,為知識與方法、能力融合提供保障．

如圖5(c)所示,當將1 kg的物體放在托盤中,滑片P剛好指在距R2上端1/5處．請計算回答“1 kg”應標在電壓表多少伏的位置上? (電阻R1=5 Ω,電阻R2=10 Ω,電源電壓U=4.5 V,電壓表的量程為 0～3.0 V)小明設計的電子秤最多能稱量質量多大的物體?

解析:因為R1和R2串聯,所以電路中的總電阻為

R=R1+R2=15 Ω，

電流I=U/R=4.5V/15 Ω=0.3 A.當滑片P滑至在距R2上端1/5處時,電阻R3=2 Ω，可得電壓表的讀數為

U=IR3=0.3 A×2 Ω=0.6 V.

所以,“1 kg”應標在電壓表0.6 V的位置上．而電子秤的最大量程就是電壓表指針指在“3 V”的位置,因為電壓表的刻度是均勻的,所以,指針指在“3 V”的位置對應物體的質量是指針指在“0.6 V”位置對應質量的5倍,即為5kg．

通過上述計算,發現方法、能力與知識并重,知識是載體,方法是導航,能力是目的．實施方案的過程,就是讓知識與方法、能力真正發生完全非彈性碰撞,其效果之佳可想而知,核心素養的形成也指日可待．

4 拓展方案,使它們發生完全非彈性碰撞持久永恒

學生學習過程從聽懂、看懂、想懂到悟懂,只有領悟了知識,才能使其真正變為自己的知識,當然也就學會了知識遷移和拓展．如學習了滑動變阻器的使用可以拓展到電子秤的制作,學習了電子秤的制作又可以拓展到油量表、拉力器、電子測高儀等等．再如:學習“光的反射”一節時,學生感覺反射定律只需要兩角相等即可．如何拓展方案解決學生的疑點呢?不妨引入圖6,3根筷子代表二條光線和一條法線,顯然不在同一平面內也可以做到兩角相等．但這一現象會發生嗎?實施方案發現,反射光線只可能出現入射光線和法線決定的平面內．又如講解光路可逆時,筆者設計了一個練習題(如圖7),找垂直平面鏡入射的反射光線．根據光的反射定律,反射角等于入射角,反射角為0°,所以光線原路返回．緊接著拓展方案,假如入射光線的速度像豎直掉下的乒乓球一樣(釋放手中的乒乓球),你觀察到什么?反射光線也像乒乓球一樣原路返回．其實光也具有粒子的性質,當然光速不變．

圖6

圖7

通過這樣拓展,把光路可逆這一疑點徹底講透．這一碰撞,撞清了知識疑點,撞出了方法和能力,這也將形成持久永恒的學習知識總習慣于聯系上方法和能力．這正如鋼筋和混泥土合在一起,既抗拉又抗壓,建筑自然牢固持久．

學習是循序漸進的過程,對簡單的知識點重在方案的設計與評價,對疑難的知識點重在方案的實施與拓展,即亂世用重典,重病用猛藥．無論運用哪套方案或方案中哪個環節,都是以知識為載體,尋找方法去培養能力,讓知識與方法、能力發生完全非彈性碰撞,真正融為一體,最終培養學生科學的核心素養．