方珺
摘要: 對(duì)于初中生而言,電路及其相關(guān)概念非常抽象,與此同時(shí),他們的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)又太少,因此造成了現(xiàn)實(shí)與理解之間的巨大鴻溝。如果教師在教學(xué)中運(yùn)用類比思維,將陌生抽象的知識(shí)進(jìn)行類比、整合,就能使學(xué)生在對(duì)比思考的過程中,不知不覺地達(dá)到觸類旁通、舉一反三的效果。
關(guān)鍵詞: 科學(xué)教學(xué)電學(xué)探究類比思維
在浙教版《科學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)教材中,《電路探秘》是非常重要的一章,知識(shí)雖然基礎(chǔ),但其承載了托起整個(gè)電學(xué)乃至磁學(xué)的力量。俗話說:“萬丈高樓平地起。”基礎(chǔ)知識(shí)掌握過硬,才能順理成章地過渡到更核心的電學(xué)知識(shí),因此教師們講授這一章內(nèi)容時(shí)都會(huì)格外重視。然而往往事與愿違,由于中學(xué)生普遍缺乏與危險(xiǎn)性極高的“電”的接觸機(jī)會(huì),在理解這部分內(nèi)容時(shí)感覺晦澀難懂,聽課時(shí)看似會(huì)了,做題時(shí)無從下手,進(jìn)而產(chǎn)生厭煩心理。如果教師在教學(xué)中運(yùn)用類比思維,將陌生抽象的知識(shí)進(jìn)行類比、整合,就能使學(xué)生在對(duì)比思考的過程中,不知不覺地達(dá)到觸類旁通、舉一反三的學(xué)習(xí)效果,使學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣。
一、“電”與“水”的類比
類比思維是指從兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相似關(guān)系中受到啟發(fā),從而使問題得到解決的一種創(chuàng)造性思維。學(xué)生對(duì)“電”感到陌生,但是“水”是生活中最常見的物質(zhì),聯(lián)系二者的相似性,可以順利地提高學(xué)生對(duì)電學(xué)知識(shí)點(diǎn)的熟悉程度。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)初期無法理解為何開關(guān)斷開時(shí)就已經(jīng)有電壓,而電路連通后才產(chǎn)生電流,教師可以將“電路”與“水路”、“電流”與“水流”、“電壓”與“水壓”進(jìn)行相似性類比。出示一段渦輪機(jī)抽水的視頻,點(diǎn)擊閥門的開閉,直觀生動(dòng)的動(dòng)畫可以幫助學(xué)生輕易理解閥門控制水的流動(dòng)。然后啟發(fā)學(xué)生通過“水壓、水流”來聯(lián)系“電壓、電流”,一語點(diǎn)醒夢(mèng)中人——處于高位的水電站或房頂?shù)男钏厝绻P(guān)閉閥門,則水不會(huì)流動(dòng),無水流,但是水壓是必然存在的,若希望產(chǎn)生水流則必須打開閥門。
二、電學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的類比
在電學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中,多次出現(xiàn)同一幅圖(下圖),然而運(yùn)用到不同的實(shí)驗(yàn)中,則答案迥異。學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容均反映理解障礙、思維混亂。很多教師為了減少麻煩,要求學(xué)生強(qiáng)記答案來獲取高分,這就背離了科學(xué)課程設(shè)置的本真目的,將理科思維簡(jiǎn)單化為文科記憶。
2.1伏安法測(cè)電阻。本實(shí)驗(yàn)使用定值電阻,非常簡(jiǎn)單,學(xué)生只要會(huì)使用電壓表、電流表分別測(cè)出導(dǎo)體兩端電壓U和電流I,使用歐姆定律變形公式R=U/I即可。當(dāng)然需要引導(dǎo)學(xué)生注意,任何實(shí)驗(yàn)都存在誤差,一次數(shù)據(jù)不夠精確,所以需要移動(dòng)滑片,重復(fù)多次實(shí)驗(yàn),最后取R的平均值才接近真實(shí)。
2.2研究影響導(dǎo)體電阻大小的因素。比較這兩組實(shí)驗(yàn),均需要電路基本元件,測(cè)量電表,因此電路圖一樣,選擇實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)就可以很輕松地做到無一遺漏。當(dāng)然,相似之外亦有區(qū)別,教師需要恰當(dāng)運(yùn)用類比思維,啟發(fā)學(xué)生,實(shí)現(xiàn)由此及彼、融會(huì)貫通。該實(shí)驗(yàn)的背景是更換不同電阻絲,如長(zhǎng)的或短的、粗的或細(xì)的、銅絲或鎳鉻合金。通過公式R=U/I計(jì)算出每次更換的導(dǎo)體電阻R,從而推導(dǎo)出結(jié)論:導(dǎo)體越長(zhǎng),則電阻越大(這一理論進(jìn)而可以推廣到串聯(lián)電路中運(yùn)用);導(dǎo)體越粗,則電阻越?。ㄟ@一理論可以推廣到并聯(lián)電路中運(yùn)用)。在本實(shí)驗(yàn)中需要完成三個(gè)任務(wù),即更換電阻絲R、測(cè)量電流表和電壓表的讀數(shù)。
2.3研究電流與電壓、電阻的關(guān)系。對(duì)比這個(gè)實(shí)驗(yàn)與前兩次實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以容易發(fā)現(xiàn),“伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)”中電阻是定量,“影響導(dǎo)體電阻大小的因素”研究重點(diǎn)在于當(dāng)電阻絲變化時(shí),電阻如何改變,而本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象則更換為電流I。雖圖同,但本質(zhì)不同,電流大小的影響因素有二:電壓U和電阻R,因此研究時(shí)需采用控制變量法。(1)當(dāng)研究電流與電壓的關(guān)系時(shí),導(dǎo)體的電阻R必須不變,只能通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,從而改變定值電阻R兩端的電壓和流經(jīng)的電流,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后總結(jié)出規(guī)律:當(dāng)導(dǎo)體電阻一定時(shí),通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。(2)當(dāng)研究電流與電阻關(guān)系時(shí),既然電阻為變量,而導(dǎo)體兩端電壓不能變,就必須移動(dòng)滑片,如R變大,滑片就移向電阻變大的方向,從而抵消R變大帶來的U變化,這一點(diǎn)學(xué)生要真正理解確實(shí)很費(fèi)勁。
如例題,某興趣小組在探究“電流跟電壓、電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,①要探究“電流跟電壓”關(guān)系,應(yīng)保持 不變,通過調(diào)節(jié) 改變定值電阻兩端的 ,并記錄相應(yīng)電流值。②在探究“電流跟電阻”關(guān)系時(shí),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電壓表的示數(shù)為2V,讀出并記下電流值;再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2V,下一步操作是:將滑動(dòng)變阻器的滑片向 移動(dòng),使 ,并記下電流值;再改接20Ω的電阻,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。
哲學(xué)家康德曾說:“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí),類比這個(gè)方法往往能指引我們前進(jìn)?!睂?duì)于初中生而言,電路及其相關(guān)概念非常抽象,與此同時(shí),相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)又太少,因此造成了現(xiàn)實(shí)與理解之間的巨大鴻溝。采用類比思維,進(jìn)行電學(xué)知識(shí)整合學(xué)習(xí),就可以化繁就簡(jiǎn)、化難為易、變抽象為具體,拉近學(xué)生與電學(xué)知識(shí)的距離,逐步加深對(duì)基本的概念與原理的理解,體會(huì)到了知識(shí)和方法之間的相通之處,奠定可廣泛遷移的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。