基于学生的探究行为设计和评价物理课堂教学

基于学生的探究行为设计和评价物理课堂教学

陶行知先生倡导教育中的“知行合一”，其本质是指教育要“强调生命活泼的灵明体验”。物理学科的教学基本特征是以创设问题情景为切入点，以观察实验（事实）为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生的探究能力为重点，是更应该强调“知行合一”的学科。所以，为提高物理学科的课堂教学效益，应基于学生的探究行为设计教学，保障学生的体验过程；应基于学生的实际行为完善预设，促进学生的发展；应基于学生实际的探究行为，评价学习目标的达成。下面，笔者以“欧姆定律”教学为例阐述具体的做法。一、教材分析——分析探究任务，确定学习目标鉴于物理课堂教学中的探究行为是指“学生在科学探究过程中有目的的探究活动和体验行为”，而活动的载体是教材中的具体任务，活动的根本目的是达成认知目标。因此，教学设计中的教材分析应着眼于主要任务和主要活动。要明晰活动中知识、技能、方法层次的要求，并将这种要求具体化为可观察、可界定、可测量、可评价的学习目标。案例1：“欧姆定律”的教材分析本节主要任务是通过探究得出欧姆定律，并通过简单应用了解定律的内涵，内容综合性强。从知识上讲，要用到电路、电流、电压和电阻的概念；从技能上讲，要用到电流表、电压表和滑动变阻器；从方法上讲，不仅强化了控制变量法在多因素问题探究中的作用，同时体现图象法在分析数据、得出规律中的应用。教材内容在编排上分为两个环节，用“设计调光灯”作为问题提出的背景；以“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”作为任务达成的基础。学习后应达成如下要求：(1)通过设计调光灯，提出需要研究的问题——“电路中的电流与电路两端的电压和电阻的关系”，并体会问题的价值。(2)能根据已有知识，提出导体中电流与导体两端的电压和导体电阻关系的猜想。(3)基于控制变量法设计出实验电路。(4)会使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和流经导体的电流，会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压。(5)能从测量数据中归纳出欧姆定律并表述，会用公式表达欧姆定律，并明确各物理量的含义。(6)阅读介绍欧姆的故事，了解欧姆定律发现的不易，体会科学的发现需要艰辛的付出。二、教学过程——设计探究活动，制定预设标准为保证学生探究行为的发生，并检测行为的有效性，在教学过程的设计中，要依据学习目标系统设计探究活动，并制定每组活动的评价点和预设标准。案例2：“欧姆定律”的教学过程设计活动一设计调光灯。教师：取学生电源、“2.5V0.3A”的小灯泡、开关、滑动变阻器（50Ω）各一，串联组成调光灯。先将电压调至2V，移动滑动变阻器的滑片，灯泡逐渐变亮，但相对正常发光仍较暗。问题1灯泡逐渐变亮时灯泡中的电流如何变化？学生：变大。教师：再将电压调至12V，移动滑动变阻器的滑片，灯泡逐渐变亮，继续移动，灯泡“过亮”，然后突然熄灭，经查灯丝烧断。问题2灯丝烧断是由于通过小灯泡的电流过大，引起灯泡中电流过大的原因是什么？学生：电压过大或电阻过小。评价点和预设标准设计学生通过观察实验能提出问题：可见，要设计调光灯，我们还必须了解电路中的电流与电路两端的电压和电阻的关系。活动二探究通过导体的电流与电压、电阻的关系。猜想与假设问题1通过导体的电流I与导体两端的电压U有什么关系？问题2通过导体的电流I与导体的电阻R有什么关系？评价点和预设标准设计学生能够依据自身的知识积累说出：导体的电阻一定时，导体两端的电压越大，则电流越大。导体两端的电压一定时，导体的电阻越小，则电流越大。制定计划与设计实验问题1探究电压、电阻的变化对电流的影响，应该用什么方法？如何控制变量？学生：控制变量法。控制R不变，研究I与U的关系；控制U不变，研究I与R的关系。问题2如何设计实验。实验一控制R不变，研究I与U的关系。教师：引导学生进行电路设计，思路如下：(1)选定研究对象：R=10Ω的定值电阻（图1）；(2)测出R中的电流和及两端的电压（图2）；(3)有完整的电路（图3）；(4)实验中要能改变导体两端的电压（图4）。实验二控制U不变，研究I与R的关系。学生：讨论得出设计方案，在图4的基础上改变R，先后将R改为5Ω和15Ω，调节滑动变阻器，使电压表示数始终为3V不变。评价点和预设标准设计一是能够提出控制变量法的设计思想；二是在实验一中能够在老师的引导下设计实验电路；三是基于对控制变量法的理解和实验一设计思路的启发，在讨论的基础上通过小组合作设计出实验二的电路。进行实验与收集证据教师：提醒实验中的注意点：(1)电源用三节新干电池，电压表选用0～3V量程，电流表选用0～0.6A的量程。(2)为了便于进行数据分析，电压值取整数。学生：合作完成实验，并记录数据如下：实验一控制R不变，研究I与U的关系。表1（理论数据）R=10Ω实验二控制U不变，研究I与R的关系。表2（理论数据）U=3V分析与论证问题1分析表1中的实验数据，你能得到什么结论？学生：导体的电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比。问题2分析表2中的实验数据，你能得到什么结论？学生：导体两端的电压一定时，导体中的电流与导体电阻成反比。问题3综合考虑以上两方面的因素，你能得到什么结论？学生：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。评估与交流问题1上述实验结果中存在误差吗？产生误差的原因是什么？教师：提示电阻发热、电表的读数、测量次数。教师：图象能够更直观地揭示物理规律，请选择表一中的数据做出I-U图线。图5学生：利用表1中的数据做出图象如图5。特点：过原点的一条直线。说明导体的电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比。评价点和预设标准设计一是操作规范，包括“连接电路时，开关应该断开，滑动变阻器要调至阻值最大位置”；二是实验技能，包括“会选择电流表和电压表的量程，能按照电路图正确连接实验电路，闭合开关前检查电路确认无误后进行实验，测量结束及时断开开关”；三是探究方法，包括“更换电阻后知道如何移动滑动变阻器，保持电阻两端的电压不变”；四是信息收集，包括“知道取电压表示数为整数时读数，能正确读取两表示数，所读数据能够给欧姆定律的得出提供依据。”三、教学生成——关注实际行为，组织评估交流探究的课堂应该是灵动的课堂，再好的预设也不可能涵盖学生所有的表现，具体授课时要善于捕捉学生实际行为表现中的价值之处，利用评估和交流让思维的火花相互碰撞，以促进学生发展。案例3：一组数据提升了实验评估的内涵在控制U不变，研究I与R的关系时，笔者巡视学生实验，发现有下列一组数据。在仔细观察了他们的接法后发现他们采用的是图6乙的接法。表3（测量数据）U=3V图6当时，正愁没法解决本课的一个难点：如何分析该实验中的误差？于是笔者立即组织了如下的评估活动：先请部分学生汇报数据，当绝大部分学生的数据与上述表2中的一致时，请该组同学拿出了这组数据，并请其余同学评估。参与评估的同学基本上都认为电流表读数出错。笔者请该组同学在黑板上把自己的实验电路画成电路图（图6乙），再次组织评估。参与评估的大部分同学认为接法错了，应该采用图6甲的接法连接电路。问题1甲、乙电路的接法中电压表、电流表测量对象是什么？讨论后达成共识，图6甲中电压表所测的是电阻两端的电压，而电流表所测的是电阻和电压表的电流之和；乙图中电流表所测却是电阻的电流，而电压表所测是电阻和电流表两端电压之和。笔者又请其余学生再按照图6乙的接法进行实验，所得数据基本与该组相近。从而排除了电流表读数出错，认定是由于该实验设计带来的误差。于是又组织学生对该实验进行了有关实验误差的探讨。明确该实验存在误差的一个原因就是无法真正做到电压表、电流表均只测量电阻两端的电压和通过电阻电流。问题2为什么采用图6甲所得数据，与结论更贴近？师：关于这一问题，请同学们在学完下一节后再给出意见。可见，课堂教学中如果能注意观察学生的探究行为，抓住问题的生成点，组织评估与交流活动，不仅可以提高课堂效率，也能为学生的思维发展拓展空间。四、教学评价——设计评价量表，组织学生自评在评价学生探究行为时，我们可以依据教学设计中确定的评价点和预设标准，结合课堂生成行为，设计评价量表。教师授课时，可以组织同组老师进行课堂观察，选定观察对象，进行记录，课后让学生采用量表进行自评。案例4：“欧姆定律”教学中学生科学探究行为评价量表（见附表）附表说明1.根据自己的实际，在“能达成预设标准”和“不能达成预设标准”栏目中画“√”；2.若确定为不能达成，尽可能写明原因。结合笔者的实践，为保障行为评价的实施效度，需要注意：一是在评价中不要过分关注总评，而应把各要素相对独立看待，这样才能通过评价精确定位学生科学探究行为中的薄弱环节，教师才能在今后的探究设计中加大该环节的启发和引导。例如学生在“提出问题”环节中提出的问题可探究性不强或者与情境无关，教师可在日后的教学中着重培养学生的怀