“锚式教学”在物理课堂实验中的尝试_抛锚式教学论文

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      在义务教育阶段的物理教学中,创设问题情境,并从情境中选择出与当前学习主题密切相关的真实事件或问题,以专门的“锚”(anchor)作为支持物启动教学,激励学生主动学习,在同伴协作中解决问题,这便是所谓有效的抛锚式教学(anchored instruction)。[1]

      一、创设悬念性问题情境,激发学生探究兴趣

      学生的心智往往是由问题开始,又在解决问题的过程中得到发展。在物理教学中,教师依据学习内容的特点和教学需要,在新旧知识的联结点上创设悬念性的问题情境,围绕这一个“锚”,启发学生积极思维、大胆猜想、努力探索,发展学生思维的创造性。

      在“流速与压强的关系”这一内容的教学中,笔者设计了这样一个实验:选取一合适的漏斗,喇叭口朝下,将一乒乓球放入其中。问学生:“对着漏斗嘴使劲向下吹气,乒乓球会怎样?”学生几乎异口同声回答:“会掉下来。”但实验结果却正好相反。这一出乎学生意料的悬念情境,无疑强烈刺激了学生的大脑,好奇心和思维力被迅速激活起来,渴望探索发现其中的科学奥秘,于是主动阅读和实验分析的欲望被有机地激发出来。

      二、创设阶梯性问题情境,引领学生深度学习

      阶梯性问题情境,是指教师在课堂教学过程中,根据学生已有的认知结构和思维水平,设置系列化的循序渐进的问题,由此引发认知的冲突,唤醒学生强烈的问题意识和探究动机,引导学生从克服困难和自己探索中形成排惑解难、寻根究底的强烈愿望,引导学生去发现问题、提出问题、创造性地解决问题。在学情分析的基础上设计阶梯性问题,学生不会觉得有认知冲突,易于进入这种情境,于是充分调动学生积极思考,自主地成功体验到这些问题的解决方案后,进一步求新、求异、求巧的思维创新意识更加坚定。在“探究滑动摩擦力与哪些因素有关”的教学中,假如一上来就要求学生完成自主探究实验,那学生将是无从下手的,因此笔者设置有梯度的问题情境,采用了“镶嵌式教学”的形式为学生主动学习搭建脚手架:

      1.滑动摩擦力的大小与哪些因素有关?

      2.如何研究一个量与多个变量的关系呢?

      3.如何测量木块所受到的摩擦力?

      4.从实验研究中可以得出哪些结论呢?

      5.实验中要想得到正确的结论,操作上需注意哪些方面呢?

      为引导学生实验建构关于摩擦力的知识,笔者参考《杰斯帕·伍德巴瑞问题解决系列》(Jasper Woodbury Problem Solving Series)[2]软件中的情境教学模式,精心设计了上述阶梯性摩擦力主题学习路线,解决方案的多样性随问题难度的增加而增加,整体考虑学生探究能力目标的逐步达成。在前四个问题的探究过程中,教师观察不同发展水平的学生的参与,适时恰当地指导思考方式,引导学生在真实情景中由浅入深地探究学习。“问题5”的设置,更有助于学生基于生活经验反思实验,尝试改良探究方法和过程。学生仔细回味本实验设计的缺陷和疑点,如用手拉动时无法确保木块作匀速直线运动应加以改进等等,思考如何进一步优化物理实验方法,精确测量数据。

      三、创设发散性问题情境,激发学生创新思维

      创设发散性问题情景,可以引发学生的各种思想,这些思想可能简单,又可能复杂;可能周密,又可能偏颇。如果深入探讨,可以使学生对某一问题的性质和解决方案认识得更全面、更深刻,可以防止学生思维僵化,思路狭窄,培养创新思维。如在学习了“托里拆利实验”后,根据维果斯基的最近发展区理论,教师提出若干发散性的问题,以此考察学生头脑风暴解决问题的能力:

      1.把玻璃管子倾斜或换用其他形状的管子,管内外水银面的高度差仍为760 mm吗?

      2.把玻璃管上提或下压(玻璃口不离开水银面)管内外水银面的高度差仍为760 mm吗?

      3.若实验时玻璃管中有少量气体残留,管内外水银面的高度差会怎样变化呢?

      4.如果把实验由平原地区移到高原地区,情形又是如何呢?

      5.在实验中,如果在玻璃管顶端开一个小孔,水银会从小孔喷出来吗?

      6.在实验中,如果把水银换成水,结果会是怎样的?

      这一系列围绕主题的发散性问题,是一种涉及事实积累的有意义学习,可以启发学生在学习过程中系统建构,在知识管理(knowledge management)中进一步巩固透彻地理解托里拆利实验,而且提高了他们分析解决问题的能力。如是科学合理设计的发散性问题情境,可以引导学生多角度、多层次地立体思考,培养和发展学生灵活性多元的分析问题、解决问题的能力。

      四、创设陷阱性问题情境,引导学生缜密思考

      以实验创设问题情境,一方面实验富有趣味性,可以激起学生参与学习的兴趣,另一方面实验形象直观,可以为学生提供大量的感性材料,有利于学生从感性认识上升到理性认识。照本宣科地讲授物理知识是最不受学生欢迎的教学方式。为了在义务教育物理实验教学中促进学生的个人参与(personal involvement),教师在介绍正确思维过程的同时,有意设计一些“陷阱”,让学生误入歧途,引导学生对问题进行深入探究,掌握知识点。

      在“浮力”一章中学习阿基米德原理时:教师将物体缓慢地放入水容器中,但又没有完全浸没在水中时,提出问题:“在这实验中,我们发现不但体积V在变化,而且深度也在变化,那是不是可以说物体所受的浮力F的大小也受到深度的影响呢?”

      学生观察思考后或许会萌生不同的看法,不妨让学生自由争辩。教师则采用随机访问教学(random access instruction)的方式,再次引导学生学会观察,用心探微:将物体完全浸没在水中,同时改变浸没的深度,发现物体所受的浮力F不再发生变化。经过课堂研讨,学生深刻认识到:原来体积V的大小是由物体在液体中“侵占”的空间来决定的,与深度无关。教师根据教学经验,故意提出错误的陷阱式猜想,启发学生敬畏科学,仔细观察,缜密思考,如何得出正确的科学结论。

      五、创设拓展性问题情境,促进学生后续发展

      拓展性问题情境,是指在学生完成了一定的知识建构后,通过创设拓展性的问题情境,吸引学生进一步深度学习,探究某一问题的多样化解决策略,促进学生可持续创新发展。如在学习了“测量固体的密度”这一内容后,可把学生分成几个小组,提出问题:“现有天平、量筒、烧杯等器材,请设计多种测量未知液体的密度的方法。要求:说明测量方法及所测液体密度的表达式,比一比哪一组的方法多,哪一组的方法好。”于是,学生情绪高涨、讨论热烈,纷纷献计献策。

      方法一:先用天平测出烧杯的质量

,再加入未知液体测出总质量

;然后将烧杯中的液体全部倒入量筒中测出液体体积V。

      方法二:先在量筒中倒入一定量的未知液体测出其体积V;再用天平测出空烧杯的质量

,然后将量筒中的液体全部倒入空烧杯中测出总质量

      方法三:先在量筒中倒入一定量的未知液体测出其体积

;再用天平测出空烧杯的质量

,然后将量筒中的部分液体倒入空烧杯中测出总质量

;最后测出量筒中剩下的液体的体积

      学生通过分组讨论和交流后得知:由于未知液体在倒的过程中无法全部倒干净,所以方法一和方法二都会导致实验结果有误差。

      正是这些具有挑战性、探索性的拓展性问题开发了学生的学习力和潜能,激发学生创造性思维,获得有关的知识、方法与技能,与同伴分享学习物理的成功乐趣,通过互动交流和合作来解决问题,也提高了学生的探究能力。

      2011年版义务教育物理课程标准倡导“科学探究式教学”,要求教师“不仅应关注让学生通过探究发现某些规律,而且应注重在探究过程中发展学生的探究能力,提高探索兴趣,增进对探究本质的理解,培养科学态度和科学精神。”[3],还特别提醒应考虑“过程与方法”和“情感、态度、价值观”目标的达成。因此,在义务教育物理课堂实验教学中尝试抛锚式教学,教师要依据课程标准和教学目标,积极为学生的主动学习创造支持性的环境,提供与真实情况基本一致或类似的个性化问题情境,以此为“锚”,引导学生探究物理事件、解决问题,并自主地理解事件、建构意义,是一种新课程物理教学的现实需要和有效策略。

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