□趙 亮
(嘉善縣天凝中學(xué),浙江嘉善 314109)
有個(gè)問題一直在拷問著我,我們究竟是在教科學(xué)知識(shí)還是在教科學(xué)?如果是前者,我想我們僅僅是知識(shí)的搬運(yùn)工,我們的教僅停留于傳遞輸送知識(shí)上,而科學(xué)這門學(xué)科的真正價(jià)值和意義是能讓學(xué)生像科學(xué)家那樣發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題和解決問題,全面提高科學(xué)素養(yǎng)。這就需要我們重新審視我們的教學(xué)。
因此,在科學(xué)教學(xué)中,我們在教給學(xué)生知識(shí)的同時(shí),更要注重知識(shí)的原始產(chǎn)生和發(fā)展過程,凸顯知識(shí)背后所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法。知識(shí)是無法窮盡的,也是暫時(shí)的,但科學(xué)思想和方法則是永恒的、穩(wěn)定的。因此,我們在教學(xué)中要追求知識(shí)、過程和思想方法的統(tǒng)一。思想方法的遷移為問題解決提供了方向,而問題解決中也會(huì)萌生思想和方法,體現(xiàn)思想方法的教育必將會(huì)促進(jìn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和遷移性[1]。例如,在浙教版義務(wù)教育教科書《科學(xué)》的《指南針為什么能指方向》這一課的教學(xué)過程中,筆者始終以科學(xué)思想和方法為主線、為明線,讓學(xué)生親歷知識(shí)是怎么來的,科學(xué)家是如何思考、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的,從而讓學(xué)生自主、自覺地獲取知識(shí),真正領(lǐng)悟知識(shí)背后所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法。以下是教學(xué)設(shè)計(jì)和思考。
【學(xué)的設(shè)計(jì)1】以學(xué)習(xí)小組為單位提供給學(xué)生一小塊磁泥,讓其用磁體靠近,觀察有何現(xiàn)象會(huì)發(fā)生。通過體驗(yàn),發(fā)現(xiàn)用磁體靠近磁泥后,磁泥會(huì)伴隨著磁體的靠近或移動(dòng)而變換出各種各樣有趣的形態(tài)(如圖1所示)。
圖1 磁泥在磁場中的奇妙變化
【學(xué)的設(shè)計(jì)2】緊接著設(shè)置一個(gè)開放性的任務(wù):讓桌面上的小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)起來。此時(shí),有的學(xué)生用手指、筆或書本來觸動(dòng)它,有的學(xué)生則用磁體靠近使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來。
師:這些方案都完成了此項(xiàng)任務(wù),很顯然小磁針的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變,這說明了什么?
生:這些方式都對磁針產(chǎn)生了力的作用。
師:那么用手指、筆或書本和用磁體對小磁針產(chǎn)生力的作用有何不同?
生:手、筆、書都是直接接觸,而磁體僅僅是靠近;手、筆的驅(qū)動(dòng)方向主要在于用力方向,而磁體的驅(qū)動(dòng)方向主要在于不同的磁極。
[評析]這樣的具有趣味性的情境和開放性的任務(wù),讓學(xué)生不禁對此神奇的現(xiàn)象產(chǎn)生疑惑和好奇,大大激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣。這也很自然地引出了磁場這一概念,為后續(xù)的探究埋下了伏筆。歷史上對磁場的探究無非也是基于對生活的觀察,從產(chǎn)生的疑問開始的,這也很好地還原了知識(shí)產(chǎn)生的背景。
【學(xué)的設(shè)計(jì)3】先讓學(xué)生嘗試用一枚小磁針擺放于磁體周圍的不同位置,并進(jìn)行觀察。
師:你發(fā)現(xiàn)了什么?
生:用一枚小磁針感覺比較雜亂,規(guī)律很難探尋。
師:為了更為清晰的找到規(guī)律,你需要什么?
生:需要更多的小磁針。
順著學(xué)生的思路,教師提供給學(xué)生多枚小磁針,同時(shí)放置于磁體的周圍進(jìn)行觀察,尋找規(guī)律。學(xué)生通過觀察初步發(fā)現(xiàn)小磁針的北極都朝向磁體的南極,小磁針的南極都朝向磁體的北極。教師讓學(xué)生在小磁針的位置初步畫出北極的朝向。
【學(xué)的設(shè)計(jì)4】雖然通過更多枚的小磁針有所發(fā)現(xiàn),但規(guī)律依然很模糊。如果我們需更全面、更清晰、更準(zhǔn)確地探尋到磁場的特點(diǎn)和規(guī)律,就這幾枚小磁針行嗎?
生:小磁針能否再多一點(diǎn),但要更小一點(diǎn),否則放不下。
師:那么,從哪里可以找到更小的小磁針呢?
生:磁化后的鐵屑就相當(dāng)于一枚枚小磁針??!
順著學(xué)生的思路,教師提供給學(xué)生鐵屑以進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)和觀察(如圖2所示)。
圖2 探尋磁體周圍的磁場
[評析]磁場雖然是真實(shí)存在的,但它是無形的,既看不到,也摸不到,那么磁體周圍的磁場究竟是怎樣的呢?我們認(rèn)識(shí)它只能通過放入其中的小磁針受力情況來探尋其背后的規(guī)律和特點(diǎn)。從一枚小磁針放到不同的位置去觀察,到同時(shí)多枚小磁針放置于不同位置再觀察,依然不足以(太大,太少)找到清晰的規(guī)律。這不斷地讓學(xué)生產(chǎn)生思維障礙和阻力,教師繼續(xù)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出需要更多更小的小磁針,于是就自然而然想到磁化后的鐵屑。這樣使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn),步步深入,讓學(xué)生進(jìn)一步理解了科學(xué)家為何如此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的用意和思維,從而也能像科學(xué)家一樣思考問題、分析問題、解決問題:不是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn),為了探究而探究,而是有一種思想在牽引,有一種思維在驅(qū)動(dòng)。
【學(xué)的設(shè)計(jì)5】繼續(xù)讓學(xué)生將小磁針固定于直尺的一端(如圖3所示),順著鐵屑的分布軌跡移動(dòng)直尺并觀察小磁針的變化。學(xué)生在這樣的體驗(yàn)中清晰地觀察到小磁針的變化始終是順著鐵屑的分布軌跡。
圖3 磁場的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)
[評析]該設(shè)計(jì)將磁場靜態(tài)的分布轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的變化,給學(xué)生不一樣的體驗(yàn)和感受。它通過小磁針動(dòng)態(tài)變化的連續(xù)性帶動(dòng)了學(xué)生思維的發(fā)展,加深了學(xué)生對磁場分布的理解。
【學(xué)的設(shè)計(jì)6】借助實(shí)驗(yàn)的不斷深入,通過鐵屑在磁場中有規(guī)律的分布,讓學(xué)生嘗試在紙上用線條畫出鐵屑的分布。隨著一條條線的出現(xiàn),學(xué)生直觀形象地感知磁場的規(guī)律和特點(diǎn)。此時(shí),教師水到渠成地介紹“法拉第最早引入磁感線”這一科學(xué)史,同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)比較剛才所畫鐵屑分布的一條條線和科學(xué)史中法拉第引入的磁感線的相似點(diǎn)。
[評析]這樣的設(shè)計(jì)使磁感線的引入不突兀,而是順理成章,也讓學(xué)生更為深刻地領(lǐng)悟科學(xué)家為什么要引入磁感線這一模型。模型的產(chǎn)生絕對不是憑空產(chǎn)生出來的,而是為了解決問題。鐵屑只能解決磁場分布情況問題,無法解決方向問題,小磁針容易解決磁場方向問題,但磁場分布比較模糊,把線帶上方向箭頭,便綜合了小磁針和鐵屑的優(yōu)點(diǎn),這樣的模型既解決了分布問題,也解決了方向問題。該設(shè)計(jì)就是要讓學(xué)生參與該模型建構(gòu)的全過程,明白該模型將抽象的、無形的卻真實(shí)存在的磁場進(jìn)行具象化、有形化地呈現(xiàn),也更好地理解科學(xué)家建立磁感線模型的意義和價(jià)值。
【學(xué)的設(shè)計(jì)7】磁體周圍磁場僅存在于平面內(nèi)嗎?如果不是,你又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?
生:可以在磁體周圍搭建支架,然后放置小磁針或鐵屑進(jìn)行觀察。
順著學(xué)生的思維,教師展示立體磁場,以及自制教具(大試管中裝有洗滌劑并放入鐵屑,大試管中間再套入帶有條形磁鐵的小試管),待靜止后觀察便呈現(xiàn)如圖4所示的狀態(tài)。
圖4 呈現(xiàn)磁體周圍的立體磁場
[評析]由于之前的實(shí)驗(yàn)均是在一個(gè)平面上完成的,難免會(huì)讓學(xué)生簡單地認(rèn)為磁場的分布就是在一個(gè)平面上的,從而走入理解的誤區(qū)。這樣就會(huì)對磁場的認(rèn)識(shí)不到位、不全面和不準(zhǔn)確的。因此,教師在教材原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充,讓學(xué)生親眼看到、親身體驗(yàn)到磁場的分布是立體的,它不僅僅存在于一個(gè)平面上,從而幫助學(xué)生走出思維的誤區(qū)。自制教具,也更形象地讓學(xué)生感知到磁場的立體分布。
【學(xué)的設(shè)計(jì)8】在學(xué)習(xí)地磁場的時(shí)候,先讓學(xué)生觀察放置于桌面上的一枚枚小磁針。
師:通過觀察,發(fā)現(xiàn)我們桌面上的小磁針靜止后有何規(guī)律嗎?
生:感受到桌面上的小磁針?biāo)坪跤幸欢ㄒ?guī)律,都是南北朝向。
根據(jù)Arrhenius方程將lnk對T-1作圖,得到圖8直線。由圖8直線方程可求得溶出活化能:E=7.23 kJ·mol-1,溶出動(dòng)力學(xué)方程:1-(1-x)2/3=0.208 5 exp(-7 234/RT)t。由此結(jié)果可以看出,熟料中鐵的溶出活化能較低,在外擴(kuò)散控制的活化能范圍之內(nèi),因此溶出過程較容易,所需的溶出溫度亦不高。
師:你們再次觸碰后,繼續(xù)觀察。
生:等待小磁針靜止后,依然是南北朝向。
師:這說明什么呢?
生:是不是我們周圍也存在著無形的磁場?
師:那僅憑這幾枚小磁針就可以證明我們周圍也存在著磁場嗎?
生:不足以,因?yàn)榈厍蚝艽蟆?/p>
生:我們需要更多的小磁針,擺放在更多的位置。
生:需要在世界不同地方再做實(shí)驗(yàn),然后觀察現(xiàn)象,避免偶然性。
這時(shí),學(xué)生會(huì)很自然地將之前研究條形磁體、馬蹄形磁體磁場分布的思想方法進(jìn)行遷移,提到用更多的小磁針到更多的地點(diǎn)去發(fā)現(xiàn),去探尋。于是,教師提供給每個(gè)學(xué)習(xí)小組一個(gè)被掏空了的地球儀(內(nèi)置條形磁鐵),讓其在不同位置放置小磁針繼續(xù)觀察(如圖5 所示),并自行尋找規(guī)律。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)地磁場的分布與條形磁體磁場的分布是非常相似的這一規(guī)律和特點(diǎn)。最后,教師讓學(xué)生將地球儀打開,揭秘其本質(zhì)原因。
圖5 探究地磁場的分布
[評析]整個(gè)過程回歸知識(shí)(磁場)從平面到立體的過程,整個(gè)過程不是由教師直接告知,而是引導(dǎo)學(xué)生遷移科學(xué)思想和方法,同時(shí)借助自制教具,讓其自主探究、自主發(fā)現(xiàn)、自己獲得。這不僅解決了指南針為什么能指方向的問題,而且將習(xí)得的科學(xué)研究方法、科學(xué)思想進(jìn)行遷移。為了使學(xué)生通過該模型深入認(rèn)識(shí)地磁場,教師將地球儀掏空,里面直接放入條形磁體,然后在其周圍放置數(shù)枚小磁針,讓學(xué)生進(jìn)行觀察。通過這樣的感性體驗(yàn),使地磁場的概念扎根于學(xué)生心中,這樣的設(shè)計(jì)也有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建模的意識(shí)和能力。
總之,科學(xué)教育的核心和關(guān)鍵必然是思維,是思維方式,是思維的發(fā)展。一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)高低,除了與他掌握科學(xué)知識(shí)的量有關(guān),更取決于他的科學(xué)思維方式??茖W(xué)思想與方法是一種隱含在科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究過程中的東西,這種隱性的東西恰恰是科學(xué)素養(yǎng)的重要體現(xiàn)[2]。因此,我們更要揭示隱藏在知識(shí)背后的科學(xué)思想和方法,注重教給學(xué)生獲得知識(shí)的能力,讓學(xué)生真正面對未來,探索未知,獲得長長久久的適合終生發(fā)展的能力,而不是一時(shí)的考試成績,這也必然是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的必經(jīng)之路。