引入“非常”教學點亮學生科學思維

唐峻彬

作為一名教了二十余年的老教師，我真切感受到我們正處在一個偉大的時代，一個在不斷改革創新，人人奮發圖強的時代。要跟上時代的步伐，就不能因循守舊，不思革新。少數安于現狀不去學習，靠“一套教案吃到老，不管學生飽不飽”的老師也終將被遠遠甩出人后，直至逐漸淘汰。老師必須要時刻有顆學習的心，尤其是對任教學科的《課程標準》要了然于心，深入分析，通過學習不斷實踐與創新，這樣才能在教學中做到游刃有余，有的放矢，達到比較滿意和積極的教學效果。

物理是基于觀察與實驗研究自然界物質的基本結構、相互作用和運動規律的基礎學科。《普通高中物理課程標準》提出物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。而高中物理課程就是要幫助和引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強學生的創新意識和實踐能力。

“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式;是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用;是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品格。

為了調動學生的學習積極性和培養學生的科學思維，形成科學的態度和價值觀。我嘗試在實際教學中實施“非常“教學貫穿滲透于教學過程，引領學生，讓學生將枯燥深奧的理論學習轉化為感官體驗和主動認知，從而達到幫助學生認識自我、建立自信，改進學習方式，發展核心素養的目的。

非常教學主要分為“非常”實驗、“非常”活動和“非常”教學內容。其中“非常”實驗與“非常”活動，題材和設計思路大多取自現實生活中的方方面面，通過新、奇、驚、趣、強互動性、易操作性的實驗與活動過程，充分喚起學生對學習的原生動力，引導和激發學生自主思考、相互合作、科學探究從而解決相關問題難點的能力，真正嘗試當一回“物理學家”的苦與樂，體驗個中趣味，拓展視野培養科學思維。在我看來，這也許才是真正面向未來的學習。

譬如《高中物理選修3-1》第一章“靜電場”第五節電勢差，第六節電勢差與電場強度關系的教學。由于電場這一章的特點是概念較多又比較抽象。其中對于場強、電勢與電勢差的理解，大多數學生總是似懂非懂，霧里看花。

所以我準備了一個“非常”實驗：隔空點燈、隔空熄燈和聯手點燈。器材：輝光球1個，日光燈管1只。接通輝光球，用日光燈管的一端接觸輝光球，可以觀察到燈管被點亮了，如果將日光燈管離開輝光球，在輝光球附近日光燈管仍能繼續發光，但亮度變低。將日光燈管繼續遠離，燈不被點亮。

根據日光燈的發光原理，燈管要發光必須使其二端有很高的電壓。日光燈被隔空點亮的神奇現象，出現的原因是什么呢？這時可以引入學過的電勢差的概念，和學生一起分析尋找原因。原來是日光燈管與輝光球接觸和靠近時，其兩端會產生很高的電勢差，燈絲發射出電子兩端高電勢差作用下，以極大的速度由低電勢端向高電勢端運動。在加速運動的過程中，碰撞管內氬氣分子，使之迅速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發出強烈的紫外線。在紫外線的激發下，管壁內的熒光粉發出近乎白色的可見光。根據U=Ed定性進行分析，很容易讓學生推導出，輝光球本身就是一個強電場，所以才在日光燈管兩端形成了高電勢差。這時再告知學生輝光球中心電極的電壓通常在一萬五千伏以上，其周圍產生了一個類似于點電荷的強電場，學生的猜測與思路是完全正確的。

既然輝光球的電場如此之高，是不是人靠近和接觸會非常危險呢？在學生緊張的注視和凝重的氣氛下。此時，老師用手指直接觸摸輝光球表面，不僅沒有發生危險，還可以讓學生觀察到光芒匯聚到指尖位置非常壯觀美麗的現象。此時學生也都躍躍欲試了，請幾位同學上來觸摸后，興奮之情溢于言表。為什么我們擔心的情況沒有發生呢？

這是因為這里所產生的是靜電電壓，譬如冬天脫毛衣，梳頭時身體都會帶靜電，人能感覺到靜電時靜電電壓大約是3500V，人能聽到時大約是4500V。電壓雖高，但流入人體的電荷量極少一般不超過10mA，根據W=qU高電壓必須還具有足夠的電荷量，才能釋放足夠的電能，所以是不會有危險的。

繼續演示讓學生觀察并提問：當日光管一端與輝光球接觸，另一端用手握住時，燈管二端有很高的電勢差燈管發光，那可不可以讓燈管二端電勢差為零，燈管發光熄滅呢？電極位置在中心，作為一個玻璃球體，與我們學過的什么類似？引入已學的等勢體的概念，學生猜測：只要另一只手去接觸輝光球表面，此時燈二端電勢幾乎相等，二端電勢差很小，燈管熄滅。學生上臺自主證明推測成立。

繼續引導學生，并提出問題：剛才將日光燈管靠近輝光球時，燈管仍然發光，但稍遠離燈光熄滅。那能不能做到日光燈管離輝光球較遠，仍可以讓它保持發光呢？此時學生很容易得出用一只手直接接觸輝光球，將日光燈夾在身體某些部位或是握在另只手上將燈點亮，甚至兩、三個同學一起手牽手，想出與地面絕緣保持燈管二端高電勢差，聯手將燈點亮的各種辦法。

“非常”活動的開展可以選擇發生在我們身邊，與學生學習與生活息息相關的一些事例和現象。例如室外刮大風的天氣，忘記關窗了，可室內的窗簾為什么反而會向外飄呢？為了更好地啟發學生的認知和研究這個問題，我們可以在教室現場模擬情景：請學生上臺雙手拿一塊窗簾垂下，在窗簾的外側用風扇平行窗簾定向送風，通過改變風速的檔位觀察窗簾飄起來的效果。通過觀察我們會發現，風速越大窗簾飄起的幅度越明顯。但如果窗簾一側緊貼著該同學的身體，則沒有發生飄起的現象。通過剛才的觀察，老師可以啟發學生思考，其實通過撕一張細張紙條我們可以親自驗證這個結論。怎樣讓手上的這張小紙條驗證我們剛才看到的物理現象？此時學生會積極地思考和發言，可以通過對著小紙條上方吹氣的方式輕松做到。再次啟發學生思考，如果這時我們手上有二張紙，對著中間吹氣又會發生什么現象呢？讓學生猜測與驗證。其實這就是著名的伯努利原理。對于流體流速大的位置壓強小，流速小的地方壓強更大，從而在窗簾或紙的二面形成一定的壓強差讓它們飄了起來。伯努利原理在現實生活中普遍存在，例如飛機起飛、水漩渦、等地鐵火車必須站在線外，足球運動員的“香蕉“球等。

對于“非常”教學內容的運用我也有自己的一些做法。新課標明確指出，課程結構設計依據必須遵循學生認知規律和學科特點，關注學生的多元發展，設計具有基礎性和選擇性的課程內容。基于這點我在物理教學過程中通過“非常”教學內容讓學生從多個角度正確認識科學發展的本質，勾起他們學習和研究物理的好奇心與求知欲，并能基于證據和邏輯發表自己的見解，實事求是，不盲目摒棄也不完全迷信權威。例如《高中物理必修一》第四章“牛頓運動定律”第一節牛頓第一定律教學，有一段文字是對于亞里士多德的敘述。一提到亞里士多德，大多數人可能會嘲笑他鄙視他，因為他有關物體下落，力與運動的關系結論是錯誤的。事實上亞里士多德被稱為“百科全書式的學者”，恩格斯稱他為“最博學的人”。他一生至少撰寫了170種著作，內容涉及哲學、美學、邏輯學、歷史學、政治學、心理學、物理學、植物學、動物學等許多方面，匯集起來，堪稱古代的百科全書。他首次將哲學和其他科學區別開來，開創了邏輯學、倫理學、政治學及生物學等學科的獨立研究。他的知識淵博無比，在很多領域都有豐富建樹，令人嘆服，所以被羅素贊美為“第一個像教授一樣著書立說的人”。他有一句廣為人知的名言：“吾愛吾師，吾更愛真理”。通過這些故事的點點滴滴，我鼓勵學生正如亞里士多德一樣，對待科學研究也要有一個嚴謹認真，實事求是的科學態度，要具有使用科學證據的意識和評估科學證據的能力，從不同的角度思考問題，認識科學的本質。正如哈佛大學的校訓一樣“與柏拉圖為友，與亞里士多德為友，更與真理為友”。

總之，新課程標準不能僅停留在理論文字或是理念依據。要真真正正落實到實踐中，需要我們每一個老師認真領悟，求索創新，以全面發展學生為宗旨，立德樹人，使我們的學生最終成為具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素養和終身學習的能力的社會主義建設者和接班人。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017版）