發(fā)現(xiàn)式教學模式在物理教學中的應用研究
——以“摩擦起電”為例 *

劉平 羅光 黃猛

(重慶師范大學物理與電子工程學院 重慶 400000)

目前中學物理課堂教學的主要方式仍然是由教師直接把理論知識傳授給學生,學生主要以被動的接受知識為主,缺少親身經歷、發(fā)現(xiàn)和實踐的過程,主體地位得不到體現(xiàn).這種“灌輸式”教學模式,忽視了在教學過程中對學生綜合能力的培養(yǎng)[1],也在一定程度上阻礙了學生學習的主動性.因此在當前的教學環(huán)境之下,探究出一種不僅能夠體現(xiàn)學生的主體地位,發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性,又能將物理知識和培養(yǎng)學生的綜合能力融入其中的教學模式是非常有必要的.

本文將結合中學物理課本中“摩擦起電”的內容,以發(fā)現(xiàn)式學習理論為依據,懷揣著“授人以魚不如授人以漁”的教學思想,探究如何從中學生的生活環(huán)境以及心理特點等方面入手,將發(fā)現(xiàn)式教學模式應用于中學物理的教學過程之中,讓學生在經歷發(fā)現(xiàn)知識的過程中有目標的學習,由我要學會變成我要會學.

1 發(fā)現(xiàn)式教學模式概述

美國著名認知學派心理學家布魯納曾指出:發(fā)現(xiàn)不僅限于人類尋找尚未知曉的事情和規(guī)律,它還包括用自己的頭腦親自獲得知識的一切方法[2].在此理論基礎之上提出的發(fā)現(xiàn)式教學模式就是一種在教學過程中主張把發(fā)現(xiàn)知識和學習知識結合起來的教學模式,使學生在發(fā)現(xiàn)知識的過程之中習得知識[3],充分體現(xiàn)學生的主體地位.

因此，在發(fā)現(xiàn)式教學模式中,教師不再是直接把相關知識呈現(xiàn)在學生的面前,而是作為指導者參與到教學的過程中,讓學生通過實驗、探究、游戲等多種教學方法來發(fā)現(xiàn)所要學習的知識,學生不再是單純的接受知識,而是作為學習的主體參與到整個教學過程中[4].這種教學模式不僅讓學生學得了知識,同時也掌握了多種科學探究的方法,還培養(yǎng)了學生的動手能力以及運用所學的知識解決問題的能力,充分發(fā)揮了學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性.

2 “摩擦起電”的發(fā)現(xiàn)式教學應用

該文在應用發(fā)現(xiàn)式教學的過程中,以解決教學過程中出現(xiàn)的“問題”為核心，應用多種教學方法帶領學生在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中進行物理知識的學習.

教學設計思路如圖1所示.

圖1 教學設計思路

2.1 通過創(chuàng)設問題情境 發(fā)現(xiàn)式教學能有效激發(fā)學生的好奇心

在應用發(fā)現(xiàn)式教學模式的教學活動過程中提出問題要以學生的興趣為出發(fā)點,以此來創(chuàng)設相應的問題情境作為新課的引入[5].當學生遇到新的問題時,在興趣的支配下會產生強烈的求知欲望和解決問題的動機[6],這不僅有利于學生探究問題，還有利于學生在探究問題的過程中進一步發(fā)現(xiàn)新的問題.物理知識與日常生活息息相關,在教學過程中要將發(fā)現(xiàn)式教學理論與日常生活中的物理知識聯(lián)系起來,從學生熟悉的生活現(xiàn)象入手,不僅可以激發(fā)學生的好奇心,還有助于提高物理課堂學習的效果,同時達到從生活走向物理的教學理念.

例如在“摩擦起電”的課堂引入中,教師可以請學生們舉出生活中用電的例子,電是我們生活中一個耳熟能詳的名字,生活中用電的例子也特別多,可以做到全體學生都能參與到教學活動中來,然后教師再追問電是如何產生的.生活中用電的例子雖然常見,但卻很少有學生想過電是如何產生的,以此來達到激發(fā)學生好奇心的目的.讓學生帶著問題去學習后面的知識.接著,可以讓學生觀看 “頭發(fā)隨梳子飄起來”和“冬天夜晚衣服會放電”這兩個生活中常見現(xiàn)象的視頻,視覺的沖擊不僅可以給學生留下深刻的印象,還可以快速喚醒學生對相關知識的記憶,引發(fā)學生思考這兩種現(xiàn)象產生的原因.最后可以讓學生模擬頭發(fā)隨梳子飄起來的實驗,實驗可讓學生對摩擦起電的好奇心更加強烈.這時教師再提出“有同學能解釋這種現(xiàn)象嗎？”從而引入課題“摩擦起電”.

綜上所述，新課的引入在發(fā)現(xiàn)式教學模式中非常重要,恰到好處的課堂引入是應用發(fā)現(xiàn)式教學模式教學成功的基礎,教師要善于利用學生對熟悉的生活現(xiàn)象的好奇心,讓每個學生都帶著探本溯源的思想全身心地投入到發(fā)現(xiàn)式教學模式的探究學習之中.

2.2 通過培養(yǎng)學生的問題意識 發(fā)現(xiàn)式教學能有效促進學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律

美國著名學者布魯巴克曾說:“最精湛的教學藝術,遵循的最高準則就是讓學生自己提出疑問[7].”利用發(fā)現(xiàn)式教學模式教學的最終目的就是教會學生自己提出疑問、利用所學解決自己的疑問.中學物理知識很多都是對身邊存在的物理現(xiàn)象進行研究后歸納總結出來的物理規(guī)律,教師在教學過程中要充分利用學生對熟悉事物中存在的未知規(guī)律的好奇心,培養(yǎng)學生的問題意識,促進學生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律.所以對于什么是“摩擦起電”,教學過程中可以做如下兩組對比實驗.

第一組分別用未經過摩擦的塑料直尺、玻璃棒以及橡膠棒依次靠近碎紙屑;第二組分別用摩擦過的塑料直尺、絲綢摩擦過的玻璃棒以及毛皮摩擦過的橡膠棒靠近碎紙屑.學生根據所觀察到的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)沒有經過摩擦的塑料直尺、玻璃棒以及橡膠棒不能吸引輕小紙屑;經過摩擦的塑料直尺、玻璃棒以及橡膠棒能夠吸引輕小紙屑,這時候學生根據實驗現(xiàn)象很容易發(fā)現(xiàn)這一物理規(guī)律“摩擦可以使一些物體吸引輕小的物體”.教師可以在學生發(fā)現(xiàn)的結果之上進行補充:摩擦可以使物體具有吸引輕小物體的性質,物理學中稱之為帶電(電荷),而這種帶電的方式稱為“摩擦起電”.書本上關于這一部分的教學只有玻璃棒和橡膠棒的實驗,而本文加入了塑料直尺的實驗,是因為塑料直尺這個實驗來自于小學自然課本[8],學生在小學的時候已經做過此實驗,但對其原理并不太清楚.在教學過程中出現(xiàn)這個學生熟悉的實驗, 可以喚起學生對相關摩擦起電知識的記憶，減少學生對摩擦起電的陌生感.這時候學生知道摩擦可使物體帶電(電荷),但卻有了新的問題:摩擦是怎樣使物體帶上電(電荷)的呢？

由于對比實驗的現(xiàn)象明顯且易于觀察,因此將其運用于發(fā)現(xiàn)式教學的課堂實驗中,有助于學生發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、提出新的問題、建立物理概念、理解物理規(guī)律.

2.3 通過以新問題為導向 發(fā)現(xiàn)式教學能有效激發(fā)學生的學習動機

當有新的問題出現(xiàn)時,學生的思維也會隨著新的問題而展開.隨著教學過程的推進,這些被解決的問題也能有效地激發(fā)學生內在的學習動機.由學生產生的新問題“物體在摩擦的過程中是如何帶上電(電荷)的”,結合發(fā)現(xiàn)式教學讓學生知其然并知其所以然的教學原則,教學時應該從原子結構入手.

因此，在教學過程中可以采用圖文結合的方式對原子結構進行講解.而摩擦起電的實質是因為不同物質的原子核束縛電子的本領不同[9],這一知識點的規(guī)律性和理論性較強,也是本節(jié)課的教學難點之一，教師可以以電子得失規(guī)律為規(guī)則,設計課堂小游戲.讓一部分學生扮演質子,另一部分學生扮演電子,表演電子得失的過程.學生通過做這個小游戲不僅可以發(fā)現(xiàn)物體得失電子的規(guī)律,理解物體帶電的本質原因,同時還能理解物體為什么帶正電或負電.

以做游戲這種簡單且又形象的方式攻克本節(jié)課的教學難點,不僅做到了將抽象的理論知識具體化,而且還提高了課堂的教學氣氛,做到了在增強學生學習物理的熱情同時發(fā)現(xiàn)學習的樂趣.

2.4 通過縱向衍生問題 發(fā)現(xiàn)式教學能加深學生學習的深度

在利用發(fā)現(xiàn)式教學模式的教學過程中, 一個問題被解決之后,當學生對前面所學有疑問的情況下,要求教師能夠引導學生歸納總結出有意義的問題,以此加深學生學習的深度;當學生沒有新的疑問產生時,要求教師能夠引導學生從一個被解決的問題縱向衍生出新的問題.讓學生通過對兩種電荷的學習而縱向衍生出來的新問題,即兩種電荷之間有沒有相互作用或者相互作用是什么？若學生沒有這樣的疑問時，教師可以通過實驗來引導學生發(fā)現(xiàn)新的問題,通過對所學知識縱向衍生的方式,達到加深學生學習深度的目的.實驗的具體方案可以讓學生進行討論后，教師定下最優(yōu)方案.下面給出一種便于實施的實驗方案供參考.

第一個實驗用兩塊相同的絲綢分別摩擦兩根相同的玻璃棒,然后再將經過摩擦的兩根玻璃棒互相靠近;第二個實驗用兩塊相同的毛皮分別摩擦兩根相同的橡膠棒,再將兩根經過摩擦的橡膠棒互相靠近;第三個實驗用第一個實驗中絲綢摩擦過的玻璃棒靠近第二個實驗中用毛皮摩擦過的橡膠棒.學生通過對比實驗現(xiàn)象自己就能發(fā)現(xiàn)和總結出問題的答案[10],但對其中的原因還不太清楚.這時教師再告訴學生原因:自然界存在兩種電荷,我們將用絲綢摩擦過的玻璃棒上所帶的電荷規(guī)定為正電荷,將用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷規(guī)定為負電荷.根據第一個實驗可以知道同種電荷之間相互排斥,通過第三個實驗可以知道異種電荷之間卻又相互吸引.

由此可見，在發(fā)現(xiàn)式教學模式中滲入討論法,可以提高全體學生參與的積極性,每個學生都可以發(fā)表自己的看法.有時,某些學生獨特的實驗方案更勝于教師循規(guī)蹈矩的實驗方案,通過教師對學生提出的實驗方案進行分析、修改、補充可以使方案更加完善,既鍛煉了學生的口頭表達能力,又逐漸養(yǎng)成積極思考的好習慣,促進學生全面發(fā)展.教師也能夠及時了解學生對相關知識點的掌握情況,及時調整教學過程和教學進度,提高教學質量,加強教學的有效性和針對性.

2.5 通過橫向延伸問題 發(fā)現(xiàn)式教學能擴展學生的知識面

在發(fā)現(xiàn)式教學的過程中肯定會遇到需要進行擴展的知識,也就是對知識進行橫向延伸,從而達到在教學過程中擴展學生知識面的目的,對知識橫向延伸也是一種引導學生發(fā)現(xiàn)新問題的有效方式.學生已經學習了物體如何帶電,教師應該引導學生延伸出新的問題如何判斷物體帶電.所以驗電器的原理及使用方法,其實是對物體帶電這一知識點的橫向延伸.在發(fā)現(xiàn)式教學中引用儀器教學時,不僅要讓學生學會正確規(guī)范使用儀器,還應該讓學生了解儀器的結構及原理,再讓學生動手使用儀器.

教學過程中可以應用演示實驗進行教學:用絲綢摩擦過的玻璃棒接觸驗電器的金屬球,教師引導學生觀察金屬箔片張開的情況,學生發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開了.將玻璃棒在絲綢上進行多次摩擦,再去接觸驗電器的金屬小球,學生發(fā)現(xiàn)驗電器金屬箔片張開的角度變大了.換用毛皮摩擦過的橡膠棒,再做一次上面的實驗,學生發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律.此時,教師再解釋驗電器利用的是同種電荷互相排斥的原理,當帶電的玻璃棒或者橡膠棒接觸驗電器的金屬球時,就會有一部分電荷轉移到驗電器的金屬箔片上,使兩片金屬箔帶上同種電荷,驗電器金屬箔片就會張開一定的角度,張開的角度大小反映了帶電體傳給驗電器電荷的多少.最后再讓學生自己動手實驗,體會實驗過程.

演示實驗在發(fā)現(xiàn)式教學過程中主要是通過實驗儀器把要研究的物理現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學生的面前,有目的地引導學生觀察實驗現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)實驗中的物理規(guī)律.在教學過程中正確地安排演示實驗為學生開展獨立自主的訓練，為擴展學生拓寬知識面創(chuàng)造條件.可見成功的演示實驗不僅能給學生留下難以磨滅的印象,還能獲得更好的發(fā)現(xiàn)式教學的效果.

2.6 結合 “摩擦起電”內容的發(fā)現(xiàn)式教學效果與評價

通過實踐證明，在摩擦起電的授課過程中采用發(fā)現(xiàn)式模式教學,學生的主動性得到了提高，由被動接受學習變?yōu)橹鲃犹剿靼l(fā)現(xiàn)知識,達到手腦并用的效果,從而避免了教師一堂講,學生單純聽的傳統(tǒng)教學模式,學生能夠通過發(fā)現(xiàn)學習的過程體驗到學習物理的樂趣,改變學生覺得電學知識枯燥乏味的觀念,通過親自動手的實驗方式讓學生對電荷知識的理解由感性上升到理性,達到了化抽象為具體的目的.課堂氛圍十分輕松愉悅,符合發(fā)現(xiàn)式教學模式的教學要求.

在教學過程中以發(fā)現(xiàn)式模式教學為基礎融入實驗、討論等多種教學手段,使學生在領略摩擦起電魅力的同時提高學生的綜合能力.從所講知識的一點出發(fā),橫向拓寬知識點的廣度,并能從廣度中求深度,用設疑的方式,讓學生積極的思考并參與到教學活動中來.在課程設置上,以實際動手操作為主,能很好地啟發(fā)、帶動學生的創(chuàng)造性思維，這種課堂效果也符合當代教育提倡的學生全面發(fā)展的理念.無論在知識面的廣度上,還是從知識點的深入理解上,都能夠使學生有效地理解和掌握所學的知識.

3 總結與展望

本文從當前中學物理課堂教學模式的弊端出發(fā),提出將發(fā)現(xiàn)式教學模式運用于中學物理教學過程中,并結合中學物理 “摩擦起電”論述了如何在物理教學過程中應用發(fā)現(xiàn)式教學模式.關于本文提到的發(fā)現(xiàn)式教學模式的5個步驟,可以在具體的教學過程中增加或減少以及交替重復出現(xiàn).發(fā)現(xiàn)式教學模式與傳統(tǒng)的教學模式相比,不僅利于激發(fā)學生的內在動機,培養(yǎng)學生提出問題和解決問題的能力以及探索問題的技巧,教學結果還有利于學生長時間的記憶;但發(fā)現(xiàn)式教學模式的不足之處在于太耗費時間,對學生的基礎知識和動手能力要求較高，對教師的引導能力和組織能力也提出了更高的要求，且不是所有的物理課題都適合運用發(fā)現(xiàn)式教學模式進行教學 .

隨著教育理念的不斷更新,傳統(tǒng)的教學模式會逐漸地發(fā)生改變,學生的自主探究和學習的能力不斷提高,發(fā)現(xiàn)式教學模式肯定會受到更多教育者的關注,其應用肯定也會更加的廣泛和頻繁.但是,由于當前發(fā)現(xiàn)式教學模式發(fā)展的不成熟導致這種教學模式在應用時受限,以下幾個方面還需要進一步的研究.首先,該教學模式理論上的缺乏,本文只結合實際教學內容對發(fā)現(xiàn)式教學步驟做了初步的理論闡述，更加具有普適性的教學理論還有待進一步的研究.其次,所有的教學模式從提出到成熟都要經過不斷地實踐與改進才能變得完善,期待著更多關于發(fā)現(xiàn)式教學模式應用于課堂的實際教學研究.