凸顯源于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的思維主線
——“電能表和電功”的教學(xué)實(shí)踐與思考

何秀敏

(山東省菏澤市開發(fā)區(qū)廣州路中學(xué),山東 菏澤 274300)

美國(guó)教育心理學(xué)家奧蘇貝爾說:“假如讓我們把全部教育心理學(xué)僅歸結(jié)為一條原理的話,那么我將一言以蔽之:影響學(xué)習(xí)唯一因素就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么”.建構(gòu)主義教學(xué)論認(rèn)為，“應(yīng)當(dāng)把學(xué)習(xí)者原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中生長(zhǎng)新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)”.真正的理解學(xué)習(xí)是基于自己的經(jīng)驗(yàn)背景而建構(gòu)起來的,所以說學(xué)生既有的生活經(jīng)驗(yàn)就是我們教學(xué)的基礎(chǔ),只有拓展和豐富學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),學(xué)生才能真正主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的意義,而主動(dòng)建構(gòu)的知識(shí)必將成為他們未來學(xué)習(xí)的支架.本節(jié)課的設(shè)計(jì)采用了基于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的“原點(diǎn)認(rèn)知——主動(dòng)建構(gòu)”的教學(xué)設(shè)計(jì),以電能為核心,以電能的利用——電能的測(cè)量——電能轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)(電功)為思維主線展開,對(duì)人教版和蘇科版教材進(jìn)行了融合,以學(xué)生為中心,以生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu).

1 激活生活儲(chǔ)備,自主形成能量轉(zhuǎn)化觀(電能)

生活情境再現(xiàn).

(1) 展現(xiàn)流光溢彩的城市夜景.電能有哪些來源?是由什么形式的能量轉(zhuǎn)化而來的?

電能來源形式多樣,火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電以及各種各樣的電池,學(xué)生有著豐富的生活經(jīng)驗(yàn),所以在這樣一個(gè)自由談的環(huán)節(jié)中,學(xué)生充分調(diào)動(dòng)了已有的生活認(rèn)知,從不同的方面感知了電能來源于其他形式的能量.

(2) 展示各種常見用電器.生活中常用的用電器把電能轉(zhuǎn)化為哪些形式的能量被我們利用?

用電器的種類繁多,學(xué)生的生活認(rèn)知非常充分,但了解的廣度和深度又不盡相同,采用小組合作的方式進(jìn)行分析匯總,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的交流興趣,并主動(dòng)進(jìn)行了梳理歸類,發(fā)現(xiàn)用電器主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電磁能等其他形式的能量.

分析:在電能的認(rèn)識(shí)中,從學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)開始學(xué)習(xí),用真實(shí)問題引發(fā)學(xué)生從生活到理論的主動(dòng)歸納.不同的學(xué)生生活認(rèn)知有所不同,通過協(xié)作交流便可以將各種不同的發(fā)電方式歸結(jié)為其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能;同樣可以將電能的利用歸結(jié)為電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,這個(gè)過程符合大腦認(rèn)知系統(tǒng)的工作原理,從問題信息的發(fā)出到學(xué)生將已有生活認(rèn)知進(jìn)行整合歸納,信息溝通渠道流暢,完成了電能轉(zhuǎn)化的主動(dòng)建構(gòu).同時(shí)在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化觀念形成的過程中,教師引領(lǐng)學(xué)生對(duì)發(fā)電機(jī)、電池和各種用電器的發(fā)明和改進(jìn)對(duì)于推動(dòng)社會(huì)文明與進(jìn)步的意義進(jìn)行升華,使學(xué)生更深刻地領(lǐng)悟了科學(xué)的精神和魅力.

2 啟動(dòng)生活調(diào)查,主動(dòng)探索電能的測(cè)量(電能表的認(rèn)識(shí))

通過課前班級(jí)調(diào)查發(fā)現(xiàn),只有極個(gè)別學(xué)生見過家中的電能表,幾乎所有的學(xué)生對(duì)于電能表沒有什么了解.鑒于這種情況,教師安排了課前的生活調(diào)查(見表1).

(1) 生活情境再現(xiàn).電能是商品,電力部門是通過什么方式計(jì)量我們消耗電能的多少?又是如何計(jì)量的呢?

表1

分析:學(xué)生在生活中已經(jīng)知道消耗電能的多少是用電能表測(cè)量的,但對(duì)電能表的參數(shù)、計(jì)量方式等等均不夠了解,所以教師安排了課前的生活調(diào)查,引發(fā)學(xué)生主動(dòng)觀察家中電能表儀表參數(shù)和探究電能表工作狀態(tài)的興趣.學(xué)生們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)拍攝、資料查閱、家長(zhǎng)問詢等多種方式,深層次地了解電能表的技術(shù)參數(shù)和使用方法.整個(gè)過程中學(xué)生主動(dòng)去搜集并分析有關(guān)的信息和資料,對(duì)所調(diào)查的問題提出各種假設(shè)并努力加以驗(yàn)證,真正詮釋了知識(shí)融入生活才能體現(xiàn)價(jià)值的理念.

(2) 調(diào)查信息課堂交互.對(duì)于課前調(diào)查了解到的電能表的參數(shù)、讀數(shù)方法、計(jì)量方式等進(jìn)行協(xié)作交流,然后進(jìn)行展示講解.

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn),由于課前經(jīng)過了充分的調(diào)查,課堂分享交流氛圍熱烈,學(xué)生的展示如預(yù)期一樣精彩.特別是在如何計(jì)量一段時(shí)間消耗的電能的問題上,學(xué)生既可以展示出電能表表盤示數(shù)之差的計(jì)量方法,還提出了可以通過脈沖指示燈閃爍次數(shù)與電能表常數(shù)之間的關(guān)系來計(jì)算消耗電能的方法,而這些發(fā)現(xiàn)都在教師的預(yù)設(shè)之外,真正體現(xiàn)出學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和思考的價(jià)值所在.在電能表的這部分學(xué)習(xí)中,教師只點(diǎn)撥了電流規(guī)格中的標(biāo)定電流和最大額定電流的意義.

分析:協(xié)作交流是推進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)程的重要手段,通過小組交流互助的形式,學(xué)生們將自己從不同渠道獲得的資料進(jìn)行整合分析,提煉歸納,小組成員共享了自己的想法同時(shí)獲得了他人的指導(dǎo)和幫助.學(xué)生們以調(diào)查內(nèi)容為自己的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),通過交流對(duì)話,對(duì)這些信息重新認(rèn)識(shí)和整理,建構(gòu)了自己的知識(shí)體系,主動(dòng)完成了電能表學(xué)習(xí)的自我反饋和評(píng)價(jià),取得了比較好的學(xué)習(xí)效果.

選擇常用的物種多樣性測(cè)度指標(biāo)，如物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、物種優(yōu)勢(shì)度以及物種均勻度指數(shù)等［3］。

3 激活已有認(rèn)知,科學(xué)探究電能轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)(電功)

(1) 教師進(jìn)行功能關(guān)系的講解引領(lǐng).做功的過程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化,例如電風(fēng)扇工作將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,這個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過程正是通過電流做功實(shí)現(xiàn)的,所以有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,我們就說電流做了多少功,電流所做的功叫做電功.

圖1

(2) 實(shí)驗(yàn)情境再現(xiàn).展示已連接好的電動(dòng)機(jī)電路(電路如圖1).

① 電流在一定時(shí)間通過電動(dòng)機(jī)做功多少可以通過什么現(xiàn)象反映出來?

② 如果要使電流做更多的功,你有哪些方法?

創(chuàng)設(shè)情境的功能不僅僅在于引起學(xué)生好奇心,還應(yīng)該是有助于學(xué)生從情境中提出問題,并就此展開思考.[1]本實(shí)驗(yàn)情境的設(shè)置和問題的提出都是基于學(xué)生的電學(xué)基礎(chǔ),有效的情境和問題引領(lǐng)降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,避免了科學(xué)探究中的盲目猜想.學(xué)生提出電流做功的多少可以通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反映,要使電流做更多的功,可以增加工作的時(shí)間,或者同樣時(shí)間采用增大電流或者提高電壓的方法來增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速.在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上,教師進(jìn)行化歸引領(lǐng):在力學(xué)功的理解中,通過力和物體在力的方向上移動(dòng)距離的大小反映功的大小,在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,能不能更直觀地看到電流做功的變化呢?這時(shí)學(xué)生就可以提出可以通過電動(dòng)機(jī)來提升物體來反映電流做功的大小.這樣一種化歸思想的運(yùn)用,背后的隱形知識(shí)指向了做功的本質(zhì)問題,為以后學(xué)習(xí)電流做功實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功的理解做好了鋪墊.[2]

分析:科學(xué)猜想是科學(xué)探究中的一項(xiàng)重要步驟,是利用已有經(jīng)驗(yàn),在實(shí)際觀察或理論推理基礎(chǔ)上對(duì)事物的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果,所以本實(shí)驗(yàn)為科學(xué)的猜想提供了有效依據(jù),同時(shí)為影響電功大小因素的實(shí)驗(yàn)探究做好了準(zhǔn)備.從另一個(gè)角度看,電功這個(gè)概念是抽象的,基于初中生的認(rèn)知水平,電流通過電動(dòng)機(jī)提升物體來反映電功的大小起到了從機(jī)械功到電功的認(rèn)知橋梁的作用.在此基礎(chǔ)上再拓展到電能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化,當(dāng)學(xué)生猜測(cè)并驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)消耗電能多少跟什么因素有關(guān)之后,教師及時(shí)引導(dǎo)他們深入思考這樣的猜想對(duì)另外類型的用電器是否適用.學(xué)生將經(jīng)歷一種由此及彼的類比思維過程.類比是由特殊到特殊或者由一般到一般的推理,是根據(jù)兩個(gè)(或兩類)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似,推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频耐评矸椒?[3]這個(gè)過程可以有效促進(jìn)學(xué)生深刻全面地從能量轉(zhuǎn)化的角度理解電功概念.

(3) 利用控制變量的思想,要具體探究電功與電壓、電功與電流的關(guān)系,在現(xiàn)有電路的基礎(chǔ)之上,可以將電路怎樣進(jìn)行改進(jìn)?怎樣連接電路控制變量?電流做功多少可通過什么現(xiàn)象反映?(提示:可增加用電器和電學(xué)儀表)

圖2

圖3

在前面電路圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)改進(jìn),設(shè)計(jì)目的明確.學(xué)生非常好地應(yīng)用了控制變量的思想進(jìn)行了串聯(lián)電動(dòng)機(jī)控制電流相同來探究電功與電壓的關(guān)系(圖4)；并聯(lián)電動(dòng)機(jī)控制電壓相等探究電功與電流的關(guān)系(圖5).科學(xué)的、多層次的引領(lǐng)將學(xué)生思維逐漸引向深入,調(diào)動(dòng)了學(xué)生探究的主觀能動(dòng)性,從器材的添加、變量的控制到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的預(yù)設(shè)等等都為影響電功大小因素的實(shí)驗(yàn)探究打下了良好的基礎(chǔ),通過實(shí)踐驗(yàn)證,取得了非常好的實(shí)驗(yàn)效果.

圖4

圖5

分析:關(guān)于影響電功大小的探究實(shí)驗(yàn)一般采用兩種方式,一是通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)提升物體,合并增大電壓同時(shí)增大電流的方式進(jìn)行同步研究.但是因?yàn)橛绊戨姽Υ笮〉囊蛩厥嵌鄠€(gè)物理量(3個(gè)以上),按研究物理規(guī)律的一般方法選用控制變量法,該實(shí)驗(yàn)研究中,物理方法沒得到充分體現(xiàn).雖然該實(shí)驗(yàn)具有特殊性,電壓和電流的變大或變小具有同步性,可看作一個(gè)參量去控制,[4]但是基于初中學(xué)生的認(rèn)知和理解,控制變量逐個(gè)探究更為合理.二是通過規(guī)格不同的燈泡發(fā)光比較亮度的方式進(jìn)行探究,這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要弊端是燈泡的亮度區(qū)別不大的時(shí)候區(qū)分比較困難,另外用燈泡的亮度反映電功的大小,極易使學(xué)生產(chǎn)生電功影響燈泡亮度的觀點(diǎn),對(duì)以后實(shí)際電功率決定燈泡亮度的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面的前認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn).所以本探究引領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，較好地規(guī)避了常見的電功影響因素的探究實(shí)驗(yàn)的弊端.[5]

4 科技改變生活,開放思維應(yīng)用遷移

(1) 在電池容量一定的情況下,如果要想縮短充電時(shí)間,實(shí)現(xiàn)快速充電,你有哪些方法?

(2) 用電熱水壺?zé)_一壺水,會(huì)消耗多少電能?請(qǐng)想出盡可能多的測(cè)量方案.

依托手機(jī)電池快速充電為問題情境,貼近學(xué)生生活,又容易引發(fā)學(xué)生的探究興趣.課堂實(shí)踐發(fā)現(xiàn),學(xué)生思維由電功的公式進(jìn)行發(fā)散,提出可以增大電流、提高電壓或者同時(shí)增大電流和電壓的方法.此時(shí)教師介紹實(shí)際手機(jī)快充技術(shù)也正是基于這樣的3種方式來進(jìn)行研發(fā),學(xué)生頓時(shí)感受到了強(qiáng)烈的自我設(shè)計(jì)的成就感.電熱水壺?zé)亩嗌匐娔艿膯栴}解決更加凸顯了物理學(xué)習(xí)的生活應(yīng)用,同時(shí)綜合了本節(jié)課電能表電功的相關(guān)知識(shí),學(xué)生站在不同角度進(jìn)行了測(cè)量方案的設(shè)計(jì),例如利用電能表的示數(shù)之差,脈沖指示燈閃爍的次數(shù),測(cè)量出實(shí)際電壓U、實(shí)際電流I和工作時(shí)間t,運(yùn)用W=UIt進(jìn)行計(jì)算等等不同的方案.在肯定學(xué)生的方案的基礎(chǔ)上教師介紹計(jì)量插座,可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流、工作時(shí)間支持學(xué)生測(cè)量的方案的實(shí)際價(jià)值,同時(shí)指出計(jì)量插座也可直接計(jì)量消耗電能的多少,整個(gè)拓展應(yīng)用的環(huán)節(jié)充滿了探究、質(zhì)疑、創(chuàng)新的氣息.

分析:拓展應(yīng)用的環(huán)節(jié),摒棄了過去簡(jiǎn)單的習(xí)題運(yùn)算的方式,讓知識(shí)應(yīng)用緊跟時(shí)代發(fā)展,與學(xué)生的生活緊密聯(lián)系,關(guān)注知識(shí)的來龍更關(guān)注知識(shí)的去脈,應(yīng)用設(shè)計(jì)注重了學(xué)習(xí)積極性的激發(fā),注重了對(duì)實(shí)踐和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng),注重了科學(xué)思維習(xí)慣的形成,從而保持了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)持續(xù)的興趣和提升學(xué)生研究解決問題的能力.

所有學(xué)習(xí)的發(fā)生必然來源于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),通過創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的真實(shí)情境和提煉新舊知識(shí)之間聯(lián)系的思維主線,啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)探索,在這個(gè)源于生活經(jīng)驗(yàn)的思維主線的學(xué)習(xí)過程中,可有效增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí),養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣,提升探究能力,激發(fā)和保持學(xué)習(xí)興趣.教師的任務(wù)就是找到學(xué)生的學(xué)習(xí)原點(diǎn),基于生活經(jīng)驗(yàn)喚醒學(xué)習(xí)欲望,創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境,提出適當(dāng)?shù)膯栴},引領(lǐng)學(xué)生沿思維主線學(xué)習(xí),幫助學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義.整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,喚醒是學(xué)習(xí)興趣線,矯正是學(xué)習(xí)修補(bǔ)線,而建構(gòu)則是學(xué)習(xí)的增效線.