讓物理教學從“知識提取為目的”處出發(fā)

柏會

1案例背景

當學生身處考場，遇到某個熟悉的情景或知識點時，曾經爛記于心的東西，卻怎么想也想不起來。原來儲存的學科知識去哪兒了呢？難道又都還給老師了嗎？本來儲存好的知識，用時卻提取不出來，是哪個環(huán)節(jié)出了問題呢？教師和學生應該如何避免這一情況出現(xiàn)呢？下面筆者以《多用電表的原理》這節(jié)課的教學案例來加以說明。

《多用電表的原理》是物理人教版選修3-1第2章《恒定電流》的第8節(jié)，本節(jié)是閉合電路歐姆定律的具體應用，是八大必考實驗之一（《實驗：練習使用多用電表》）的鋪墊，學生理解并掌握本節(jié)課，至關重要。然而，歐姆表的原理對學生來說是個難點，教師該如何突破這一難點，做到既讓學生當時能夠理解，又能讓學生課下用到時能隨時提取相關信息并加以應用，這對教師也是一個挑戰(zhàn)。筆者就本節(jié)課中歐姆表的原理做了一些思考，現(xiàn)通過兩個案例加以比較分析。

2案例展示

21案例一展示

211引入

教師：我們已經學習過把電流表改裝成電壓表和量程較大的電流表的原理，那么我們能否把電流表改裝成能夠測量導體電阻，并能直接讀出電阻數(shù)值的歐姆表呢？下面我們從一個例題說起。

212以例題形式呈現(xiàn)歐姆表的改裝

（1）用導線把A、B直接連起來，此時應把可變電阻R1調節(jié)為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流？

（2）調到滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接一個150 Ω的電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置？

（3）如果把任意電阻R接在A、B間，電流表讀數(shù)I與R的值有什么關系？

解析：（1）因電流表電阻Rg的值不能忽略，此時可以把電流表視為一個電阻來計算。由閉合電路歐姆定律，有Ig=ERg+r+R。

由以上式子可得：

R1=EIg-Rg-r=142 Ω

這表示，當兩個接線柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿偏時，可變電阻R1的值為142 Ω。

（2）保持可變電阻R1的值不變，把R2=150 Ω接在A、B之間，設這時電流表讀數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律I2=ER+r+R1+R2=5 mA。這表示，接入R2后，電表指在“5 mA”刻度的位置。

（3）把任意電阻R接到A、B之間、設電流表讀數(shù)為I，則：

I=ER+r+R1+R

代入數(shù)值后，得：

I=1.5 V150 Ω+R

解出：

R=1.5 VI-150 Ω

教師：通過以上計算同學們得到什么啟發(fā)？如何將電流表的表盤轉換成測量電阻的表盤呢？

學生討論，代表發(fā)言：將電流表的“10 mA”刻度線標為“0 Ω”，“5 mA”刻度線標為“150 Ω”，其他電流刻度按R=1.5I-150 Ω的規(guī)律轉為電阻的標度，如果把改好的刻度表盤裝回表頭，這樣，電流表就改裝成了直接測電阻的儀器。

2.1.3分組實驗

學生活動——動手改成一個歐姆表并標出各個電流對應的電阻值。

（1）利用以下器件進行改裝，電流表（0～0.6 A）、干電池（2節(jié)）、滑動變阻器（1個）、紅黑表筆各1個。

（2）計算改裝后的歐姆表的內阻以及1 Ω、10 Ω、20 Ω、30 Ω、40 Ω所對應的電流值。

（3）更改電流表的刻度表盤，把0 Ω、∞和中值電阻這3個特殊值先標上，再標1 Ω、10 Ω、20 Ω、30 Ω、40 Ω的值。

（4）觀察更改后的刻度，總結歐姆表刻度的特點：刻度不均勻，左密右疏。

（5）利用自己改裝的歐姆表測量已知電阻的阻值。

總結：歐姆表依據定律制成，它是由改裝而成的；內部由、和三部分組成。歐姆表內阻為RΩ=歐姆表中值電阻R中=歐姆表表盤刻度特點：、。

22案例二展示

221引入

教師：通過前面的學習我們知道，一塊靈敏電流計可以改裝成電壓表，也可以改裝成大量程的電流表，那么我們能不能設計出既能測電壓又能測電流的集多種功能于一體的電表呢？剛才發(fā)給同學們的電表其實就具備這種功能，所以稱為多用電表，又稱萬能電表。同學們觀察一下，這塊電表還有其他功能嗎？對，它還可以測電阻的阻值，也就是還可以充當歐姆表的角色。大家再觀察表盤刻度，你有什么新發(fā)現(xiàn)嗎？

學生一邊聽，一邊觀察，一邊思考并分享自己的新發(fā)現(xiàn)。當學生發(fā)現(xiàn)，歐姆表刻度盤的刻度不均勻且左大右小、左密右疏時，都情不自禁的問為什么。

教師：為什么用作歐姆表時，表盤刻度那么有個性呢？要回答這個問題，我們首先來研究如何將同樣一塊靈敏電流計改裝成歐姆表。

222探究靈敏電流計改裝成歐姆表

（1）探究靈敏電流計改裝成歐姆表的電路圖。

教師提出問題：

①要完成改裝我們應建立哪兩個物理量間的關系？

②我這里有一塊靈敏電流計和一個待測電阻，要測出待測電阻的阻值還需要哪些儀器？

③測量的原理是什么？需要知道哪些物理量，請畫出電路圖（在黑板上畫出靈敏電流計表頭和待測電阻）。

學生先單獨思考并討論。

教師提問一位中等成績的學生，他可能不能完全解決這一問題，教師做適當引導——電流表發(fā)生偏轉需要有電流，哪個儀器可以使電路中產生電流呢？

學生在教師引導下很容易想到電源，并能說出測量原理為閉合電路的歐姆定律。

教師：現(xiàn)在請同學們畫出電路圖并列出測量待測電阻阻值的表達式，說明需要知道哪些物理量。

學生：由E=Ix（Rg+r+Rx），得Rx=EIx-（Rg+r），需要知道電源電動勢和內阻以及靈敏電流計的內阻。

教師：由此可見，Rx不同，對應的電路中的電流不同，也就是說每個電流刻度代表的待測電阻的阻值也不同，我們只需將相應的電流的刻度改成電阻阻值就可以作為歐姆表了。電流越大代表的待測電阻的阻值越小，所以歐姆表的刻度是“左大右小”。

（2）以實際情景為切入點，探究歐姆表的改裝。

情景設置一：電源的電動勢E=15 V，內阻r=05 Ω，表頭滿偏電流Ig=10 mA，電流表電阻Rg=75 Ω，A、B為接線柱。

問題1：用如圖3所示的裝置能否測出阻值較小的電阻？為什么？

問題2：為了保護電路，我們至少需要串聯(lián)一個多大的電阻？

問題3：假設電路中串聯(lián)一個R=142 Ω的電阻，將一待測電阻接入A、B之間，若發(fā)現(xiàn)靈敏電流計示數(shù)為I1=5 mA，此電阻阻值為多少？

問題4：在問題3的基礎上，靈敏電流計示數(shù)分別表示10 mA 、8 mA、 6 mA 、4 mA 、2 mA、0 mA時對應的待測電阻的阻值分別是多少？

問題5：要用此裝置直接測出電阻，我們只需把相應電流刻度改成電阻刻度，請同學們對表頭進行刻度的改裝。新的歐姆表的總內阻R內為多少？當直接將A、B用導線相連時，對應電流是多少？

問題6：若問題3中串聯(lián)的電阻R′=292 Ω，待測電阻為0，對應的電流為多少？若將此裝置改裝成歐姆表，有什么缺點？

問題7：為了充分利用表盤，應選擇怎樣的定值電阻？為了方便調節(jié)，可以把定值電阻換成什么電學原件？

學生：通過思考、計算、分析、比較，學生能將表盤改裝，且能明白為了充分利用表盤，將電表整個裝置兩端直接相連，通過調節(jié)滑動變阻器使指針指到滿偏電流，對應所測電阻為0。為下節(jié)課《多用電表的使用》打下堅實基礎。

（3）設置情景，學生自己完成改裝，加強對歐姆表的理解。

情景設置二：電源的電動勢為E，表頭的滿偏電流為Ig，表頭刻度盤如圖1所示，給定一個滑動變阻器，請將此電流表改裝成歐姆表。

學生通過計算自主完成改裝，檢驗結果，并進一步分析——進行調零后R內=EIg。

由Ix=ERx+R內

得Rx=EIx-R內=（IgIx-1）R內

由此可見，若中值電阻確定，歐姆表的刻度盤也就確定了。

3案例分析比較

31直觀感受引起矛盾沖突的引入PK平鋪直敘的引入

兩個案例中，顯然第二個案例的引入更能抓住學生的眼球。學生通過觀察多用電表會新奇地發(fā)現(xiàn)非常規(guī)的東西——歐姆表的刻度線是左大右小，左密右疏，且刻度不均勻。好奇心油然而生，對下面的學習會充滿了期待，學習積極性自然不言而喻。況且關于歐姆表的刻度特點，學生的掌握程度比講完改裝原理后再總結出來更能持久，更利于以后學習中提取。

認知心理學家皮亞杰認為，每個學生頭腦中都有一個認知結構，只有當認知結構與外界刺激發(fā)生不平衡時，才能引起學習需要。而在教學開始，案例二中教學設計能激起學生認知結構與新知識之間的矛盾，激發(fā)學生的學習興趣，更接近學生的最近發(fā)展區(qū)，因而比平鋪直敘的案例一的設計更勝一籌。

32完整的探究過程PK缺少環(huán)節(jié)的研究過程

科學探究是一個過程，它主要包括：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等要素。歐姆表的改裝這節(jié)課，重點在于理解歐姆表的原理，而不是實驗，做實驗也沒什么意義，所以有些教師認為談探究簡直是風馬牛不相及。可是，并不是所有的探究都經歷以上過程，我們所謂的探究應該是一種思想和意識。

“如何將靈敏電流計改裝成歐姆表”是本節(jié)課的頂層設計，是學習目標和教學重點。案例二中，一開始通過學生觀察多用電表提出疑問，教師圍繞這一重點展開一系列的活動，讓學生在明確目標后進行思考討論，鍛煉其解決問題的能力。案例一中，教師沒讓學生明確本節(jié)課要解決什么問題，沒有樹立一個探究的思想，也沒從培養(yǎng)學生的探究思維能力著手設計問題，甚至根本沒給學生思考的機會就直接進入例題，學生開始肯定是一頭霧水，只是悶著頭做題，只有做完第三問才領會到例題的目的。目標是前進的動力，一個人沒有目標，他的一生就會碌碌無為，毫無生氣。一個環(huán)節(jié)沒有目標，學生就失去了努力的方向，失去了學習的樂趣，教師也就缺少了評價的標準。

33目的明確、啟發(fā)學生積極思考的情景設置PK以知識講解為目的、缺乏思維含量的例題教學

案例二中的情景設置一，是在前面學生設計出歐姆表改裝電路的基礎上，給定實際情景，精心設置一些問題，對電表改裝中出現(xiàn)的問題拎出來讓學生思考討論并加以解決。問題1和問題2不僅是問題3的鋪墊，而且培養(yǎng)了學生的問題意識，滲透了電學中的“保護電路”的環(huán)保意識和安全思想。問題3和問題4主要解決了刻度盤的改裝問題，回饋前面學生的疑問“為什么刻度盤左密右疏”。問題5幫助學生強化對改裝后的歐姆表的整體認識，并強化當待測電阻阻值為零時，指針指到最右端的I=Ig處，新刻度盤的阻值為0處。問題6，通過具體數(shù)據，說明了只有歐姆表內阻為特定值時，刻度盤才能充分利用，學生通過比較分析，自然做出優(yōu)化的選擇。問題7，進一步引發(fā)學生優(yōu)化實驗，培養(yǎng)學生的精益求精的思想。

34遞進關系的情景設置PK畫蛇添足的學生實驗

案例二中情景設置二，是在情景設置一的基礎上，從最優(yōu)化的方案出發(fā)，以字母的形式出現(xiàn)，加深對歐姆表改裝的原理的理解，并給下節(jié)課歐姆表的換檔教學提供了理論支持，可謂一舉兩得。從特殊到一般的整體設計，更易于學生接受，接近學生的最近發(fā)展區(qū)，提供了解決一般問題的方法。而案例一中，雖冠以“學生實驗”的美名，實則僅是前面例題教學的簡單重復，如果說有一個作用的話，那就是強化前面的例題教學，起到鞏固所學知識的作用，但沒更深層次的作用，有些浪費時間。

35易于知識提取的教學PK只注重知識儲存的教學

知識儲存與知識提取有什么關系呢？筆者認為兩者之間有兩層關系：①知識儲存是知識提取的基礎。沒有知識儲存何談知識提取？巧婦難為無米之炊，知識儲存之于知識提取，猶如一磚一瓦之于高樓大廈。②知識提取檢驗了知識儲存的效果。上課時學生似乎都懂了，可做作業(yè)時卻不會做；更有甚者，學生做作業(yè)時會了，可一進入考場卻又敗下陣來。知識提取發(fā)生了困難，說明知識儲存效果不好。

教師在教學過程中，既要有讓學生儲存學科知識的意識，又要有讓學生易于提取相應學科知識的意識。也就是說，教學設計應是一個易于知識提取的知識儲存過程。怎樣的教學才是易于學生知識提取的教學呢？筆者認為，這里的主角應該是學生。學生上課時要有直觀感受，懷有好奇心和求知欲；應明確學習目標，并能積極思考；積極參與學習活動，通過討論取長補短；通過努力，獲取一定的成就感和認同感。在這個過程中，教師就是個掌舵者，主導著學生的活動，決定了學生知識儲存的效率、效果。

案例一中，教師為了減小理解的難度，直接從例題出發(fā)，講解多用電表的原理，學生雖然當時能理解，但不會在大腦中形成很深的印象，幾天之后恐怕很難再回憶起來。也就是說儲存過程越是簡單，儲存方式越是單一，越不利于知識的提取。而案例二中，教師通過調動學生的各種感官，多次進行討論，利用學生間的互動，提高知識提取的效果。設計思路比較清晰，設置一些學生跳一跳才能夠解決的問題，引發(fā)學生思考，經過自己思考，有了自己的想法，所儲存的知識經過理解和重新加工，更有利于提取。

4案例反思

在教學中，“以知識提取為目的”進行知識儲存，是不是有點急功近利呢？這種教學方法是否和素質教育相違背呢？以上兩個案例中，哪個教學過程更有利于知識提取呢？哪個教學過程更符合素質教育的要求呢？其實，答案顯而易見。也就是說素質教育要求下的教學設計，更有利于知識提取；以“知識提取為目的”的知識儲存過程，完全符合素質教育的要求。愿教師的物理教學從“知識提取為目的”出發(fā)，乘著以教師為舵手的小船，載著充滿好奇與活力的學生，達到素質教育的彼岸！