利用NB虛擬平臺輔助中學物理試誤教學*
——以“家庭照明電路”片段教學為例

楊永宏 楊曉梅

（寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏 銀川 750021）

1 引言

NOBOOK物理虛擬平臺是一款輔助中學物理教學的仿真軟件.該平臺仿真度高、兼容性好、交互性強、實驗種類豐富、實驗現象明顯［1］.利用它科學建模，對真實物理場景模擬再現，可有力促進信息技術與中學物理實驗教學深度融合.

“試誤”即嘗試與修正錯誤，將試誤理論應用于教學過程的方法稱為試誤教學法.利用NB虛擬平臺開展試誤教學，模擬真實的試誤環境開展試誤探究，不僅能對不良操作的危險后果做出警示［2］，滿足學生好奇心，及時糾錯促進問題解決；還能培養學生嚴謹求實的科學態度，提高思維的活躍性，促進批判性思維及創新思維的發展.

2 試誤教學法簡介

2.1 試誤教學的內涵及其意義

“試誤”教學理論由美國心理學家桑代克提出，它利用“餓貓迷籠”實驗說明學習是漸進嘗試錯誤的過程，在重復嘗試中，環境給予反饋，無關的錯誤反應逐漸減少，正確反應在多次“試誤”中偶然求得并得以保留［3］.

首先，試誤過程是教與學的雙邊活動.“試誤”教學在很大程度上能夠改變學生被動接受的學習狀態，喚起學生的“有意”注意，讓學生積極、主動獲取知識，在不斷體驗、感受、嘗試中，全身心投入，加深思維的深刻性與批判性，增強學習自信心.

其次，試誤是促進思維深化的有效途徑.“誤”是學習過程中的必經階段，給予學生主動“糾錯”的機會，引導其有意識地出錯，充分暴露知識、思維上片面膚淺的認知；對錯源進行思考，對錯因進行剖析，在辨“誤”中引發思維碰撞，解“誤”中獲得成功體驗，在澄清問題中不斷增強對錯誤的免疫力和辨識力，建立起固定、正確的刺激—反應聯結，達到問題的解決.

2.2 試誤教學的基本模式

如圖1所示，試誤教學主要包括以下幾個環節.

圖1 試誤環節及其教學過程

設誤：出現在課前準備階段，是試誤教學的起 始階段，即要求教師基于學生本位進行思考，立足于學生最近發展區及已有知識儲備，預見其思維方式中潛在的錯誤認知，挖掘學生的思維盲點，以評估結果為指導預先設錯.

誘誤：設計思維陷阱誘導錯誤顯化，是試誤教學法能否成功的重要因素.教師有意忽略或人為設障，誘導學生基于自身經驗做出假設，誘使學生在探究中暴露錯誤，觸發認知沖突.

試誤：即嘗試錯誤的過程，學生根據預設的思路對問題的解決進行初步嘗試，該過程部分學生可能給出正確答案，另一部分則與教師預判相同呈現錯誤結果.

究誤：啟發學生發現過程或結果存在的問題，教師提示與點撥下，學生不斷思考求證，剖析錯誤的來龍去脈，運用比較、分析、歸納、推理、演繹等方法探究錯誤產生原因，找到癥結所在.

糾誤：學生在探究錯因的基礎上糾正錯誤，用正確的思維和方法分析和解決問題，重新展開操作探究，在糾正錯誤中訓練技能，獲得真知，培養思維的嚴謹性.

析誤：引導學生以正確的態度對待錯誤，回顧問題解決過程，對錯因做出審視、總結和反思.理清知識脈絡，促成思維優化與完善，避免類似錯誤發生，達到能力與素養提升.

通過“設誤—誘誤—試誤—究誤—糾誤—析誤”6個環節層層推進，在“預設錯誤—引發探究—暴露錯誤—剖析錯因—矯正錯誤—反思錯誤”的過程中錯誤得以矯正［4］，從而量變引起質變，有序、完整的認知結構得以生成，達到學習的頓悟.

3 設計思想

3.1 教材分析

“家庭電路”是人教版初中物理第十九章第1節內容，既是前幾章電學知識的延續和提升，也是電在實際生活中的具體應用［5］.本節知識充分體現了科學、技術與社會的緊密聯系，也有利于進一步落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學理念.此外，安全用電在生產生活中十分重要，本節內容作為培育學生關鍵能力的良好載體，無論在物理觀念形成，探究能力培養，科學思維塑造，還是科學態度與責任的落實上都有著十分重要的作用［6］.

3.2 教學現狀

家庭電路采用暗線鋪陳，連接方式與實驗室電路有所差異，學生對其缺乏直觀認識.電壓為220 V交流電，直接動手嘗試存在極大的安全隱患［7］.傳統教學以講授為主，多采用“家庭電路演示儀”進行展示，教師往往通過提前強調來讓學生規避錯誤，探究性不強，缺乏有效互動與合理的引導，學生獨立思考和發揮空間有限.枯燥的講解也影響實踐經驗的累積，學生容易產生認知誤區，若因好奇心理私下嘗試，不當操作可能釀成大禍.

3.3 設計思路

了解照明電路的連接是學習家庭電路的基礎，符合由簡到繁的認知規律.如何在確保安全的情況下增強教學內容的可視性與探究性，引導學生突破思維障礙，是亟待解決的現實問題.

針對上述問題，本文在NB虛擬平臺輔助下運用試誤教學法對“家庭照明電路”片段進行教學重構，挖掘其中的教育因素，將完整的家庭電路布線呈現給學生，學生通過仿真軟件自由組裝，開展試誤模擬，從而揭開“電”的神秘面紗，領略電對人類的貢獻，提高安全意識，凸顯物理學科核心素養.

4 基于NB虛擬平臺的家庭照明電路試誤教學

任務驅動：老師要為房子安裝電燈，今天想請學生們作為設計師，照明電路由哪幾部分構成呢？

學生交流：學生根據生活經驗類比小燈泡發光電路，明確照明電路組成部分有火線、零線、燈泡、燈座、開關等.

教師誘誤1：如何使燈泡亮起來呢？請學生自己動手將燈泡接入電路.

學生試誤1：在虛擬平臺開展探究.根據預估結果，教師沒有任何提示學生典型電路連接情況如圖2所示.

圖2 學生第一次試誤結果

學生究誤1：閉合開關觀察燈泡狀態，二、四、六電燈沒有亮起來，即出現了明顯的故障.學生將其與亮起來的電燈接線方式對比發現：方式二燈座、開關均接在火線上未構成閉合回路；方式四燈座和開關兩端分別與零線和地線相連電壓為零；方式六將開關和燈泡并聯接入，開關閉合燈泡短路.

教師誘誤2：針對出現的錯誤，現在請大家改正并重新連接電路.

學生試誤2：在分析錯因基礎上連接照明電路，展開第二次試誤探究.預設學生二次連接方式如圖3所示，閉合開關，觀察燈泡均能發亮.

圖3 學生第二次試誤結果

學生究誤2：教師提示與點撥，方式一、二都能使燈泡亮起來，假設我現在要更換或擦洗燈泡，它們都符合安全用電要求嗎？學生對比發現二者開關位置不同，方式一開關在火線和用電器之間，方式二在零線和用電器之間.如圖4所示，教師引導學生用試電筆去檢測燈泡螺旋部分，進而明晰方式二更換燈泡可能直接接觸火線，存在安全隱患.

圖4 試電筆檢測燈泡螺旋

教師誘誤3：教師提問第三種方式是否符合安全用電規范呢？學生對比一、二發現，方式三是由火線—燈泡—開關—地線構成回路，無法判斷其是否安全.教師將閘刀開關換為空氣開關，提示學生再次重復操作.

學生試誤3：學生再次開展探究，如圖5所示，閉合開關后燈泡沒有像之前一樣亮起來，而且空氣開關發生跳閘.

圖5 學生第三次試誤結果

學生究誤3：教師介紹閘刀開關與空氣開關，引導學生了解漏電保護器作用：在電流流入地線時斷開開關，防止觸電.從而明確方式三可能導致單線觸電的發生，不符合安全用電規范.

教師誘誤4：利用虛擬平臺展示燈頭內部結構，學生觀察螺紋和卡口兩類燈頭，教師提示將這兩類燈泡分別接入電路.

學生試誤4：學生連接電路，閉合開關后螺紋與卡口燈泡均能正常發光，然而螺紋燈套的連接呈現如圖6兩種方式.

圖6 學生第四次試誤結果

學生究誤4：教師提示用試電筆對兩類連接方式進行測試，如圖7學生發現螺口燈泡外接火線檢測燈頭時試電筆發光，進而分析該方式在更換燈泡時容易發生觸電，不符合安全用電規則.

圖7 試電筆檢測兩類連接方式

學生糾誤：在反復試錯究錯的基礎上錯因逐漸明朗，問題解決路徑逐漸明晰.學生對錯誤進行矯正，重新操作搭建家庭照明電路，閉合開關，電燈亮起.

師生析誤：回顧照明電路連接過程，反思錯因，總結家庭照明電路接線規則：連接電路前開關斷開；燈與開關串聯，燈與燈之間并聯；開關接火線，燈泡接零線；螺口燈泡的的外側接零線，內測接開關.

拓展探究：根據實際需求，臥室的燈要求可以在進門時打開，睡覺時用床頭開關關掉，請學生們為老師設計一個可以實現一燈雙控功能的照明電路.

學生可利用NB虛擬平臺展開探究，設計如圖8所示電路，使得任何一個開關都能控制燈泡亮暗，從而自主解決實際問題.

圖8 一燈雙控照明電路

設計意圖：設置真實問題情境提高參與積極性，以問題串有效搭建思維臺階，學生利用虛擬平臺進行試誤操作暴露認知缺陷，在問題的反復剖析中進行批判性思維訓練，對錯因的審視促成思維優化與完善，在拓展探究環節促進思維深化，教學過程既滲透安全教育，又達成問題解決.

5 結束語

黑格爾曾說“錯誤本身是到達真理的一個必然環節.”試誤教學承認了學習者當下的不足與缺陷，將錯誤看作一筆美麗的財富.利用NB虛擬平臺輔助試誤教學，既能為短路、高壓、過載、漏電等危險場景提供一個安全嘗試的平臺，提高課程設計的可探究性；又以直觀生動的現象對不當操作后果作出警示，提高教學過程的可視性.該過程中教師能夠預見錯誤，適時誘誤、識誤、用誤；學生能夠勇于試誤，及時辨誤、究誤、改誤，既能矯正錯因實現由錯誤理解向科學概念的順利轉變，又能搭建思維臺階，訓練思維的嚴密性，培養思維的批判性，從而使科學思維逐漸趨于成熟，核心素養落地生根.