為理解而教
——例談揭示式學習在物理教學中的應用

俞麗萍

(浙江省春暉中學，浙江 紹興 312300)

1 問題的提出

布魯姆曾指出:理解是通過有效應用、分析、綜合、評價,明智、恰當地整理事實和技巧的能力．理解是學習者完成的建構活動,因此,理解是不可能僅僅通過“灌輸”實現的．揭示式學習是通過循循善誘,在學習者共同建構下的學習．揭示式學習能夠幫助學生深度理解某些概念與原理．如何開展揭示式學習,下面以例探討揭示式學習在學生理解中的應用．

2 揭示式學習應用實例

2.1 理解需要合適的討論

加速度是高中物理中的一個核心物理概念,也是學生理解的一個難點．一方面,由于學生對矢量相對陌生,對于加速度有方向以及加速度的“正”、“負”比較難理解．另一方面,學生對于加速度的方向和加速度的物理意義,即表示物體速度變化快慢的理解上有一定的難度,也容易出錯．在加速度概念建立過程中,可以結合生活實例,通過合適的討論,利用揭示式學習方式,幫助學生建立加速度的概念．

請學生結合實例1和實例2,完成相應表格．

實例1.某競賽用的跑車啟動時,4 s內速度達到108 km/h;某高速列車啟動時,120 s內速度達到108 km/h;自行車4 s內速度達到6 m/s; 100 m跑運動員起跑時,0.2 s內速度達到12 m/s．請學生推算出這些物體啟動時,速度的增加量和1 s內速度的增加量,并用“最快”、“較快”、“較慢”、“最慢”等詞形容速度增加的快慢程度,將相應內容填入表1.

表1 啟動物體速度變化情況的討論

實例2.某汽車在制動過程中,4 s內速度從72 km/h變為0;某飛機在制動過程中,10 s內從速度從216 km/h變為0;某火車在制動過程中,6 s內速度從54 km/h變為43.2 km/h;某山地自行車在11 s內從36 km/h變為0．請學生推算出這些物體制動時,速度的減小量和1 s內速度的減小量,并用“最快”、“較快”、“較慢”、“最慢”等詞形容速度減小的快慢程度,將相應內容填入表2.

表2 制動物體速度變化情況討論

在上述實例的基礎上,進一步引導學生思考:

加速度的作用是什么?表示速度變化的快慢,加速度既可以表示速度增加的快慢,也可以表示物體速度減小的快慢．

如何理解加速度的正負?若以初速度的方向為正方向,若速度越來越大,則加速度為正,反之,則為負．

在實際的教學過程中,往往只舉速度增加的例子,而忽略了速度減小的例子,從而使學生理解加速度概念不夠完整,甚至有的學生認為在類似實例2等問題中,出現“減速度”的概念．在我們教學過程中,若舉例的例子不夠全面,不注重學生的思維過程,容易造成學生分析問題不夠全面．討論可以加深學生的理解,理解需要合適的討論,“合適的討論”需要精心設計．

2.2 理解需要合適的體驗

在“探究求合力的方法” 實驗中,教師在課堂上通過演示實驗得出合力與分力之間應該遵循平行四邊形定則，具體如下.

圖1 探究求合力的方法

在豎直木板上鋪有白紙,固定兩個光滑的滑輪A和B,將繩子打一個結點O,每個鉤碼的重量相等,當系統達到平衡時,OA、OB、OC3根繩子上所掛的鉤碼個數分別為N1=3個,N2=5個,N3=4個．分別確定3個力的方向,在此基礎上,根據3個力的圖示,作出繩OA和繩OB上的兩個力根據平行四邊形得出兩個力的合力,尋找合力與繩OC上拉力之間的關系．

在實際的操作過程中,由于時間的限制,教師往往只操作一次,致使學生認為:只有當勾碼的個數分別為3個、5個和4個時,結點O才能夠處于平衡狀態．這種錯誤的想法導致學生在處理后續相關問題時頻繁出錯．

為了揭示其中的原理,加深體驗,可在原基礎上,則可進一步進行如下實驗,幫助學生理解,具體實驗數值為

第2組:N1=3個，N2=5個，N3=5個；

第3組:N1=3個，N2=6個，N3=5個；

第4組:N1=3個，N2=6個，N3=3個；

第5組:N1=3個，N2=6個，N3=4個.

在第2組和第3組實驗中,結點O能夠處于平衡狀態,但第4組和第5組實驗,整個裝置不能處于平衡狀態．可見,要使結點O處于平衡狀態,3個拉力大小之間需要滿足一定的條件．那么,應該滿足什么條件呢?也就引出了下面需要探討的問題．

在人類的認識上,有成功也有失敗,實驗也是如此．成功的實驗結果可以揭示某些物理原理,那些沒有成功的實驗現象也包含著某些重要信息．學生需要在成功的實驗結果中得出實驗結論,學生也需要從失敗的信息中獲取信息．理解需要合適的體驗,這里所謂的“合適”指包含成功的,也包含失敗的．

2.3 理解需要合適的反饋

實例3.確定加速度的方向.

牛頓第二定律建立了力與運動的橋梁,其中的關鍵物理量是加速度．在根據受力情況討論物體運動情況這這類問題中,根據受力情況確定物體的加速度的大小和方向是一個難點,有些學生能正確對物體進行受力分析,但在計算加速度的過程出現一系列錯誤．那么,加速度為什么會計算錯誤呢?這其中主要原因是在確定加速度方向時出現錯誤,導致最終結果錯誤．如何確定加速度的方向,這是學生學習過程中比較關鍵的問題,這個問題可以通過合適的反饋,利用揭示式學習,幫助學生理解．

圖2

如圖2所示,在汽車的懸線上掛一小球．實驗表明,當車做勻變速運動時,懸線將與豎直方向成某一固定角度,求小車的加速度．

請學生對小球進行受力情況分析,并作出小球所受的合力．

學生畫出兩個力的合力,如圖3 — 圖5所示,分析學生不同的反饋,確定學生理解的困難主要在兩個力的合力方向的確定上．小球受到重力G與繩子的拉力FT的作用,由于不知道兩力的具體數值,也不知道兩個力之間的大小比值關系,若僅僅根據受力分析的兩個力,是不能確定兩個力的合力的方向的．

那么,到底重力G與拉力FT的方向應該在什么方向?如何來確定呢?因為小車的加速度的方向要么水平向左,要么水平向右,在此題中加速度的方向時水平向右的,故圖3的兩力的合力方向是正確的．在此問題中,根據小車的加速度的方向確定小球的加速度的方向,進而確定小球所受的合外力的方向的．

同理,若將整個裝置放到光滑的斜面上,使小車與球保持相對靜止下滑,如圖6所示,則小球所受的重力G與拉力FT的合力的方向沿斜面向下．

在課堂上,學生的反饋為教師選取合適的教學策略提供重要的依據．“合適的反饋”是指客觀反映學生思維過程的反饋．

3 結束語

目前,較多教師更加關注自己的“教”,即花大量的時間去思考:要什么,使用哪些材料,要求學生做什么;而不是關注學生的“學”,即首先思考的是:為了達到學習目標,學生需要什么．在物理課堂教學過程中需要多關注學生的思維過程,學生碰到有些實際問題不會處理,與教師在物理課堂教學過程中不注重學生思維和理解,學生認知結構不夠完善有一定的聯系．在核心素養視域下,指導學生“深度學習”的能力,以發展學生的 “學會學習”的核心素養是一個非常值得關注的問題．

理解的“獲得”需要通過精心的設計來揭示其內容的含義．根據什么來設計問題?在揭示式學習方式中,教師應采用逆向設計的方法,即教師首先要清楚對于某個物理規律或概念的特殊理解是什么,明確在高中物理教學過程中,哪些容易被誤解的概念和原理是需要去“揭示”的．學生難以掌握的或經常誤解的概念有哪些?他們通常糾結于什么?他們對某個概念或過程容易產生怎么樣的誤解?只有這樣,教師才知道如何 “為理解而教”．