鄭青岳

摘 要：教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化必須為課堂教學(xué)提供新的啟示和新的選擇。教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新要積極探尋教學(xué)的新方式，開發(fā)教學(xué)的新素材，發(fā)揮素材在教學(xué)中新的作用，設(shè)計(jì)教學(xué)新的活動，挖掘教學(xué)新的內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì)；創(chuàng)新思路；創(chuàng)新意識

教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化必須為課堂教學(xué)提供新的啟示和新的選擇，這是教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化價(jià)值的真正體現(xiàn)。這就要求我們必須具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識，勇于沖破原有經(jīng)驗(yàn)所形成的思想牢籠，大膽求異，產(chǎn)生新思想，提供新方案。

一、探尋教學(xué)新方式

就像服裝設(shè)計(jì)，一塊布料可以做出千百種樣式的服裝一樣，科學(xué)教學(xué)，無論是整堂課宏觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還是教學(xué)過程中的某個(gè)微觀環(huán)節(jié)的處理，其方式也是多樣的。教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，要求我們應(yīng)當(dāng)積極探尋教學(xué)的新方式。

案例1 耳的結(jié)構(gòu)的教學(xué)

關(guān)于耳的結(jié)構(gòu)的教學(xué)，通常的方法是：指出耳的功能是聽聲音，而功能和結(jié)構(gòu)是相適應(yīng)的。于是提出問題：耳要清晰地聽到聲音，應(yīng)當(dāng)具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？接著向?qū)W生出示耳的結(jié)構(gòu)的圖片、模型等，再讓學(xué)生閱讀課本，了解耳的結(jié)構(gòu)以及各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能。

這是一個(gè)不錯的教學(xué)設(shè)計(jì)，它突出了功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的觀點(diǎn)，學(xué)生既要參與觀察，又要通過閱讀教材，尋找與耳的結(jié)構(gòu)相關(guān)問題的答案。但這不是唯一的方案，同時(shí)我們也注意到，關(guān)于耳，學(xué)生有一個(gè)前概念：他們通常把耳廓說成耳，而我們的教學(xué)卻無視學(xué)生的前概念。關(guān)于概念轉(zhuǎn)化的理論告訴我們，概念建構(gòu)的本質(zhì)是概念轉(zhuǎn)化，教師應(yīng)當(dāng)促成學(xué)生將前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念?；谶@樣的認(rèn)識，我們對教學(xué)作出如下全新的設(shè)計(jì)。

師：聽聲音要靠耳，今天我們要學(xué)習(xí)耳的結(jié)構(gòu)。同學(xué)們，你的右手在哪里？

學(xué)生紛紛舉起右手。

師：你的右耳在哪里？

學(xué)生用手摸摸自己的右耳的耳廓。

師：我剛才問你們右手在哪里時(shí)，沒有一個(gè)同學(xué)伸出右手的小指頭說這是我的右手。也就是說，你們沒有把右手的一部分說成是右手的全部。但當(dāng)我問你們右耳在哪里時(shí)，你們卻恰恰犯了這樣的錯誤。你們把右耳的一部分說成是右耳的全部。它叫耳廓，只有它，我們是聽不到聲音。沒有它，我們還是能夠聽到聲音的，只是稍稍弱一點(diǎn)而已。功能和結(jié)構(gòu)是相適應(yīng)的，耳要具有聽聲音的功能，還需要有哪些結(jié)構(gòu)呢？

在這樣的基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生看圖，閱讀課本。

二、開發(fā)教學(xué)新素材

教學(xué)設(shè)計(jì)從某種意義來說，就是材料的選擇和組織。某個(gè)課題涉及的科學(xué)知識是既定的，但為教學(xué)提供支持的素材卻具有巨大的選擇空間。不同的人由于教學(xué)理念的不同，對知識理解的深度和廣度的不同以及所擁有的經(jīng)驗(yàn)的不同，所選擇的素材存在很大的差異。教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，要求應(yīng)當(dāng)通過深入思考和大量閱讀，對教學(xué)素材作出新的選擇。

案例2 能量相互轉(zhuǎn)化的素材

關(guān)于機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們在教學(xué)時(shí)選擇的事例通常是：搓手生熱，鉆木取火，流星通過大氣層燃燒，前蘇聯(lián)“和平號”空間站退役時(shí)墜落大海前通過大氣層與空氣摩擦而燃燒、兒童在滑梯時(shí)臀部發(fā)熱，等等。這些都是正確的，但我們能否開發(fā)一些新的素材用于教學(xué)呢？我們選用了摩擦焊接技術(shù)的視頻素材（如圖1），學(xué)生在課堂上可以從視頻中看到，當(dāng)兩個(gè)需要焊接在一起的金屬部件緊壓一起，并朝相反的方向高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)金屬部件相接觸處因摩擦而擦出火花，并發(fā)熱變紅直至最后兩者焊接在一起。這一素材不但能夠很好地說明機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時(shí)也增進(jìn)了學(xué)生對科學(xué)知識在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的了解。

關(guān)于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，我們會選擇熱機(jī)、火箭發(fā)射等事例，這些事例固然不錯，但對學(xué)生來說缺乏趣味性。為此，我們在課堂上用如圖2的輻射計(jì)向?qū)W生進(jìn)行了演示。輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)是：在一個(gè)密封的玻璃球殼內(nèi)裝有一個(gè)可繞豎直軸自由轉(zhuǎn)動的4個(gè)互成90°的金屬葉片，4個(gè)葉片的兩面順次分別涂有黑色和白色。當(dāng)將通電的電熨斗靠近輻射計(jì)，電熨斗發(fā)出的輻射到達(dá)葉片時(shí)，由于葉片黑色的一面吸收較多的輻射，輻射計(jì)的葉片將繞豎直軸從黑色的一面向白色的一面轉(zhuǎn)動起來。輻射越強(qiáng)，葉片轉(zhuǎn)動就越快。這個(gè)現(xiàn)象對學(xué)生來說很新奇，能夠引起學(xué)生極大的興趣，并留下深刻的印象。同時(shí)，學(xué)生從這個(gè)儀器中也充分領(lǐng)略到設(shè)計(jì)者高超的設(shè)計(jì)思想。

三、發(fā)揮素材新作用

教材本身為我們的教學(xué)提供了豐富的素材，但這些素材有的并沒有被我們充分地加以利用，其作用往往大打折扣。教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，要求我們應(yīng)當(dāng)細(xì)致地琢磨教材，著力提高教材所提供的素材的效能。

案例3 人長時(shí)間勞動的功率

在《功率》這一節(jié)中，介紹了一個(gè)素材：人長時(shí)間勞動的功率大約為70W。對于這個(gè)數(shù)據(jù)，許多教師只是在上課時(shí)提一下，以后基本上不會再想到它，似乎這個(gè)數(shù)據(jù)并沒有什么利用的價(jià)值。筆者細(xì)致地琢磨了這個(gè)數(shù)據(jù)，對它突然產(chǎn)生了新的認(rèn)識：人依靠體力做功的功率是非常低下的。為了使學(xué)生也能清晰地認(rèn)識到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)功率知識的教學(xué)時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生將人的功率與小汽車的功率進(jìn)行比較：人長時(shí)間勞動的功率約為70W，而小汽車的功率約為70kW。這說明，一輛小汽車工作一段時(shí)間所提供的能量，相當(dāng)于1000個(gè)人在相同時(shí)間內(nèi)持續(xù)工作所提供的能量的總和。

在教學(xué)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律知識時(shí)，我們編制了這樣一個(gè)問題：

設(shè)想你家有一臺發(fā)電機(jī)，你想利用它來發(fā)電，這樣你用電就不必付給電力公司電費(fèi)了。但問題是你并沒有驅(qū)動發(fā)電機(jī)的機(jī)器，你想制造一個(gè)裝置，像騎自行車一樣來帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。你一天拼死拼活連續(xù)工作10 h，大約能發(fā)出多少電能，這些電能如果向電力公司購買，需要多少錢？

這樣的教學(xué)可以讓學(xué)生認(rèn)識到：依靠人的體力進(jìn)行勞動，生產(chǎn)效率是非常低下的。正是因?yàn)槔昧烁鞣N機(jī)器以及其他各種能量的消耗，生產(chǎn)效率才得以極大的提高。

四、設(shè)計(jì)教學(xué)新活動

教學(xué)目標(biāo)是在教學(xué)活動過程中得以實(shí)現(xiàn)的，好的活動有助于學(xué)生對知識的認(rèn)知，從而使教學(xué)目標(biāo)得以順利達(dá)成。教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，要求我們應(yīng)當(dāng)對原來的教學(xué)過程進(jìn)行深刻的反思，發(fā)揮創(chuàng)造性思維，積極開發(fā)出新的、更有效的活動項(xiàng)目。

案例4 空盒氣壓計(jì)

空盒氣壓計(jì)是測量大氣壓的常用儀器，以往教學(xué)這一知識時(shí)，許多教師只是簡單介紹空盒氣壓計(jì)的優(yōu)點(diǎn)、表盤示數(shù)以及在不同氣壓下指針的偏轉(zhuǎn)方向。學(xué)生始終看不到氣壓變化時(shí)指針偏角和指示位置的變化。在進(jìn)行“氣壓測量”的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，我們設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)活動：如圖3所示，將空盒氣壓計(jì)放入玻璃罩內(nèi)。當(dāng)抽出玻璃罩內(nèi)的空氣時(shí)，氣壓計(jì)的示數(shù)變小。當(dāng)空氣逐漸放入玻璃罩內(nèi)時(shí)，氣壓計(jì)的示數(shù)逐漸變大。這個(gè)活動不但讓學(xué)生親眼看到空盒氣壓計(jì)示數(shù)變化的動態(tài)過程，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識到：氣體的壓強(qiáng)與其密度直接相關(guān)，當(dāng)空氣抽出時(shí)，玻璃罩內(nèi)空氣的密度變小，空氣的壓強(qiáng)也隨之變小。

五、發(fā)掘教學(xué)新內(nèi)涵

每一個(gè)教學(xué)課題都蘊(yùn)含著豐富的教學(xué)內(nèi)涵，教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新要求我們應(yīng)當(dāng)對課題教學(xué)的內(nèi)涵進(jìn)行深入的挖掘，從而使其教育功能得到充分的發(fā)揮。

案例5 酸堿度的測定

關(guān)于溶液酸堿性的強(qiáng)弱及其檢測，許多教師在教學(xué)時(shí)都是直接指出：溶液的酸堿性強(qiáng)弱，即酸堿度，科學(xué)上用pH的值來描述。pH=7為中性，pH<7為酸性，且pH越小，酸性越強(qiáng)；pH>7為堿性，且pH越大，堿性越強(qiáng)。而溶液pH的大小可以用pH試紙測試，酸堿度不同的溶液會使pH試紙呈現(xiàn)不同的顏色，如圖4所示。檢測時(shí)，將pH試紙與比色卡進(jìn)行對照，即可得出溶液的pH值。

上述教學(xué)中，教師是將知識以成品的形態(tài)直接傳遞給學(xué)生，濾掉了知識形成的過程，從而失去了利用知識形成過程對學(xué)生進(jìn)行思維教育的機(jī)會。而且，采用統(tǒng)一的pH值大小來描述酸堿性的強(qiáng)弱實(shí)際上并不符合學(xué)生最初的思維。因?yàn)樵趯W(xué)生看來，酸是酸，堿是堿，兩者并不相同。酸性的強(qiáng)弱和堿性的強(qiáng)弱應(yīng)該用不同的指標(biāo)來描述，他們心里其實(shí)存在著一個(gè)疑問：人們怎么會想到，而且怎么可以用同一個(gè)指標(biāo)去描述呢？

如何從學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，將科學(xué)家思考問題的方法滲入教學(xué)過程，引出描述物質(zhì)酸堿度的pH及其檢測方法？基于這樣的考慮，我們可以將教學(xué)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)。其基本思路如下。

由于酸溶液中所有的陽離子都是H+，溶液的酸性實(shí)質(zhì)上就是H+的性質(zhì)；堿溶液中所有的陰離子都是OH-，溶液的堿性實(shí)質(zhì)上就是OH-的性質(zhì)。由此不難得出，酸溶液的酸性強(qiáng)弱應(yīng)當(dāng)是由酸溶液中H+濃度決定的，堿溶液的堿性強(qiáng)弱應(yīng)當(dāng)是由堿溶液中OH-的濃度決定的。為了定量地描述酸性的強(qiáng)弱和堿性的強(qiáng)弱，我們可以根據(jù)溶液中H+的濃度和OH-的濃度，將酸性和堿性分為幾個(gè)等級，像音階一樣，按音高次序?qū)⒁舴傻偷礁邅砼帕?，我們可以將酸性和堿性的強(qiáng)弱分別稱為酸度和堿度，并從低到設(shè)定七個(gè)等級，即一度酸、二度酸……七度酸；一度堿、二度堿……七度堿。度數(shù)越高，酸堿性越強(qiáng)，如圖5所示。

但是，科學(xué)是追求簡單的，我們能否用一個(gè)指標(biāo)同時(shí)來確定某溶液是酸性還是堿性，以及酸堿性的強(qiáng)弱呢？事實(shí)上，這個(gè)統(tǒng)一的判斷指標(biāo)是存在的。因?yàn)榭茖W(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，其實(shí)，在酸溶液中，不但有H+，同時(shí)也存在OH-；在堿溶液中，不但有OH-，同時(shí)也存在H+；即使是在中性的水中，也同時(shí)存在H+和OH-，如圖6。只是在不同的溶液（和水）中，H+的濃度和OH-的濃度大小不同而已。在酸溶液中，H+的濃度要大于OH-的濃度，在堿溶液中，H+的濃度要小于OH-的濃度，而在中性的水中，H+和OH-的濃度相同。這樣，我們只要根據(jù)一定壓強(qiáng)（和25℃）下溶液中H+的濃度（pH），就可以確定該溶液是酸性還是堿性，以及酸性或堿性的強(qiáng)弱。這里，符號pH源于法語的potentiel dhydrogène（氫離子濃度指數(shù)）。

根據(jù)科學(xué)家的規(guī)定，溶液的pH越小表示溶液中H+的濃度越高，pH越大表示溶液中H+濃度越低。因?yàn)橹行运膒H=7，所以，pH<7為酸，且pH越小，酸性越強(qiáng)；pH>7為堿，且pH越大，堿性越強(qiáng)?？茖W(xué)家也把酸性的強(qiáng)弱和堿性的強(qiáng)弱各分為七個(gè)等級。于是可以用一個(gè)pH坐標(biāo)來反映酸堿性，由此引導(dǎo)學(xué)生將圖5轉(zhuǎn)化為圖7。

教師向?qū)W生指出：科學(xué)家還發(fā)明了一種試紙，叫pH試紙，pH不同的溶液會使它呈現(xiàn)不同的顏色，如圖8所示。所以，用這種試紙不但可以檢測溶液的酸堿性，還可以定量地描述溶液的酸堿度。

教師還可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識：其實(shí)，我們也可以用溶液中OH-的濃度來定量描述溶液的酸堿性強(qiáng)弱。只是因?yàn)榭茖W(xué)家已經(jīng)規(guī)定用H+的濃度來描述，大家都遵守這一規(guī)定而已。