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樹立正確作業(yè)觀 通過作業(yè)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力

2023-05-30 02:47方武增
物理教學(xué)探討 2023年3期
關(guān)鍵詞:作業(yè)題科學(xué)論證

摘? 要:培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力,除了需要教師在課堂中的科學(xué)引導(dǎo)外,還需要教師巧設(shè)作業(yè)題,形成任務(wù)驅(qū)動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生在課后獨(dú)立思考、頓悟、論證。教師應(yīng)端正作業(yè)觀,科學(xué)地設(shè)計(jì)作業(yè)題??梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)“鑒別題”“螺旋式論證題”等,讓學(xué)生在做作業(yè)的過程中逐漸養(yǎng)成能獨(dú)立思考、具有“證據(jù)意識(shí)”、尋求物理本原、會(huì)科學(xué)規(guī)范“書寫論證過程”的品質(zhì),從而提高學(xué)生的科學(xué)論證能力。

關(guān)鍵詞:科學(xué)論證;作業(yè)題;證據(jù)意識(shí)

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? 文章編號(hào):1003-6148(2023)3-0076-5

1? ? 科學(xué)論證能力是一種終身受用的關(guān)鍵能力

科學(xué)論證是個(gè)體面對(duì)科學(xué)現(xiàn)象和問題時(shí),依據(jù)科學(xué)觀點(diǎn)提出主張(或理論觀點(diǎn)),并使用推理(或指出證據(jù))來辯護(hù)自己的主張,甚至反駁對(duì)方的觀點(diǎn)來說服別人的過程[1]。物理學(xué)根植于人類對(duì)自然現(xiàn)象的研究,并在此過程中發(fā)展了自身的科學(xué)思維及研究方法。就高中物理學(xué)科而言,培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力,有利于幫助學(xué)生深度理解物理概念,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移;有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力,使其進(jìn)一步了解科學(xué)的本質(zhì);有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力及批判思維能力;有利于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)語言能力。有鑒于此,科學(xué)論證能力是一種終身受用的關(guān)鍵能力。

2? ? 課外“作業(yè)題”的設(shè)計(jì)與檢測(cè)是培養(yǎng)科學(xué)論證能力的關(guān)鍵

發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力,不能停留在口頭上,應(yīng)注重落實(shí),細(xì)化到常規(guī)的教學(xué)行動(dòng)中。一方面需要教師在課堂中的科學(xué)引導(dǎo),另一方面需要學(xué)生在課后的實(shí)操演練,兩者缺一不可。在以論證為主線的課堂中,必須寓科學(xué)論證能力培養(yǎng)于知識(shí)傳授中,而傳授知識(shí)又要立足于科學(xué)論證能力的培養(yǎng)。當(dāng)然,教師在課堂的引導(dǎo)僅僅是拉開培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力過程的序幕,大量的學(xué)習(xí)與練習(xí)還應(yīng)著力于課外的獨(dú)立思考。

相比于課堂“熱鬧”的“講授式”和“對(duì)話式”論證教學(xué),學(xué)生更需要課后在一個(gè)能安靜思考、頓悟反思的良好環(huán)境中,在一定的“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”下,對(duì)課堂所學(xué)之物在大腦中進(jìn)行“復(fù)盤”,將相關(guān)技能進(jìn)行實(shí)操與演練。因此,課外“作業(yè)題”設(shè)計(jì)與檢測(cè)更凸顯其重要性,此為培養(yǎng)科學(xué)論證能力的關(guān)鍵。

學(xué)生做作業(yè)的過程,是檢驗(yàn)前期學(xué)習(xí)效果和鞏固學(xué)習(xí)成果的外顯過程,更是學(xué)生自我建構(gòu)良好知識(shí)框架、形成正確學(xué)習(xí)觀念、培養(yǎng)科學(xué)思維能力、科學(xué)論證能力的內(nèi)隱過程,所以作業(yè)題要精選,要有針對(duì)性、代表性和再生性,有利于建構(gòu)有效的知識(shí)體系,形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3? ? 當(dāng)前教師對(duì)“作業(yè)題”的認(rèn)知與設(shè)計(jì)中存在的問題

3.1? ? 將“作業(yè)題”當(dāng)作“考試題”,窄化了“題”的豐富教育意義

部分教師對(duì)“作業(yè)題”與“考試題”混淆不清?,F(xiàn)實(shí)中許多的高中物理作業(yè)題,更多的是參照考試的測(cè)試題。但“考試題”與“作業(yè)題”畢竟是不同的概念,兩者具有的功能也不同,前者(特別是高考題)更多的是為“選才”而準(zhǔn)備的,與之衍生的“排名”“模擬劃線”是為了區(qū)分各種層次的學(xué)生,相對(duì)較為“功利”。但做“作業(yè)題”是為了讓學(xué)生“學(xué)懂”而設(shè)計(jì)的過程。學(xué)生做作業(yè),側(cè)重于在課堂學(xué)習(xí)后,在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下,對(duì)物理過程“復(fù)盤”;該活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解、厘清各種易混淆的物理概念,并解決相應(yīng)的物理問題。簡(jiǎn)而言之,是為“學(xué)懂”“發(fā)展能力”和“學(xué)以致用”而做作業(yè)。

3.2? ? 對(duì)作業(yè)“量”的把握不足

3.2.1? ? 以“刷題”代替學(xué)習(xí),過分強(qiáng)調(diào)“量”的疊加

實(shí)踐中不少老師運(yùn)用“題海戰(zhàn)術(shù)”進(jìn)行大量的重復(fù)訓(xùn)練。確實(shí),“熟能生巧”會(huì)帶來短時(shí)間的“效果”,但這可能不是一種終身受用的能力,也有違教育的本質(zhì)。做題是必須的,但要有個(gè)度,長(zhǎng)期的“刷題”會(huì)極大地扼殺學(xué)生的創(chuàng)造力并形成不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣,如重視解題技巧而忽略對(duì)物理原理的分析。有學(xué)者指出:“現(xiàn)在學(xué)生中確實(shí)存在創(chuàng)造性比較差、純粹靠刷題闖過高考的人。有的孩子已經(jīng)不僅是刷題,甚至要背題,把幾種類型的題目解題方法全都背下來了,雖然會(huì)做,但是完全不懂……雖然他學(xué)得很用功,而且很累,但是仍然學(xué)不好?!?[2]

3.2.2? ? 對(duì)“減負(fù)”的曲解,任意減少作業(yè)量

“減負(fù)”不是減少作業(yè),更非不做作業(yè)。所以,不僅需要做作業(yè),而且作業(yè)需要盡快做,最好是學(xué)習(xí)新知識(shí)后,當(dāng)天及時(shí)完成作業(yè)。這樣,學(xué)習(xí)成果才能在最大限度上得到鞏固,學(xué)生才會(huì)有信心學(xué)習(xí)下一階段的知識(shí),這也是學(xué)生思維進(jìn)階的過程。

3.3? ? 對(duì)作業(yè)題篩選與反饋指導(dǎo)過于隨意

有效的作業(yè)題,具有清晰、穩(wěn)定、可遷移的特點(diǎn),有利于幫助學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。物理作業(yè)題要能夠體現(xiàn)物理觀念、物理思想,發(fā)展物理思維,提高論證能力,而且需要注意形式、時(shí)效性。

當(dāng)前存在部分物理作業(yè)題過度數(shù)學(xué)化的現(xiàn)象。過度數(shù)學(xué)化會(huì)“淡化”物理內(nèi)涵,學(xué)生做作業(yè)時(shí),大量的時(shí)間可能是用于計(jì)算,這就壓縮了對(duì)物理現(xiàn)象、物理問題分析與論證的時(shí)間,并且可能會(huì)消磨他們的好奇心和求知欲。

也有部分教師對(duì)學(xué)生測(cè)評(píng)反饋不科學(xué)。物理作業(yè)題要注重對(duì)物理過程的分析與論證,例如,平拋運(yùn)動(dòng)中的tanφ=2tanθ,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的R=mv/qB,T=(2πm/Bq)等二級(jí)結(jié)論代替物理公式出現(xiàn)在作業(yè)題中時(shí),教師熟視無睹(很可能這也是學(xué)生在模仿教師在課堂中的寫法)。而這帶來的后果是,考試時(shí)學(xué)生頻頻出現(xiàn)用二級(jí)結(jié)論代替原始的物理過程的情況,殊不知“二級(jí)結(jié)論”只是論證過程的一個(gè)小程序,原始的物理過程才是“論證之源”。

4? ? 巧設(shè)作業(yè)題,培養(yǎng)科學(xué)論證能力

作業(yè)在微觀上是“題”的組合[3],對(duì)“題”設(shè)計(jì)是否恰當(dāng),直接影響著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果,也影響著施教者得到的反饋信息的精確度。所以,教師要對(duì)作業(yè)中的“題”進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。

4.1? ? 巧設(shè)“因果論證”鑒別題,培養(yǎng)“證據(jù)意識(shí)”

傳統(tǒng)的判斷題,只是單純地標(biāo)出“對(duì)”“錯(cuò)”或打“√”“×”,考查不夠明細(xì),其中的“錯(cuò)”,究竟是因何而錯(cuò),是文字表述的錯(cuò),還是論證的錯(cuò),應(yīng)該仔細(xì)研究。因此,筆者專門設(shè)計(jì)以下作業(yè)題:

作業(yè)題1:下列各小題都含有兩個(gè)句子,第一句是論斷,第二句是理由。先判別這兩個(gè)句子所言是否正確,然后根據(jù)下列規(guī)定,選擇代表正確答案的字母填入(? ? ?)

A.第一句是正確的,但第二句是錯(cuò)誤的

B.第一句是錯(cuò)誤的,但第二句是正確的

C.第一句是錯(cuò)誤的,第二句也是錯(cuò)誤的

D.第一句是正確的,第二句也是正確的,并且第二句正確地解釋了第一句

E.第一句是正確的,第二句也是正確的,但第二句不能正確地解釋第一句

分析下列各小題:

1.做勻速運(yùn)動(dòng)的物體必定受到恒力的作用;沒有力作用在運(yùn)動(dòng)的物體上,它會(huì)慢下來。(? ? ?)

2.游泳池的水看起來比實(shí)際情況淺些;由水中射入空氣的光線折向法線。(? ? ? )

3.宇航員在地球上的重量等于他在月球上的重量;宇航員在地球上的質(zhì)量等于他在月球上的質(zhì)量。(? ? ? )

4.冬天把鹽撒在馬路上可使路面上的雪和冰融化得快些;鹽使水的凝固點(diǎn)升高。(? ? ? )

5.每當(dāng)有外力作用于物體時(shí),外力就在做功;功是作用力與物體在力的方向上所經(jīng)過的距離的乘積。(? ? ? )

6.物體的質(zhì)量是矢量;作用在物體上的重力既有大小又有方向。(? ? ? )

7.在汽車散熱器中最適宜用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的液體是水;水是熱的良導(dǎo)體。(? ? ? )

8.由黃銅和鐵構(gòu)成的雙金屬片在強(qiáng)熱時(shí)彎曲;黃銅和鐵的線脹系數(shù)不同。(? ? ? )

9.太陽光在到達(dá)地球表面時(shí)只含有很少量的紫外線;這些波長(zhǎng)較短的射線大部分都被地球大氣層中的臭氧吸收掉了。(? ? ? )

10.聲音在夜晚比在白天更容易被聽到;夜晚的空氣溫度較低,聲音傳播得快些。(? ? ? )

11.冬天,池塘的表面先凝結(jié)成冰;水在0 ℃時(shí)的密度最大。(? ? ? )

12.蒸汽的燙傷比沸水的燙傷嚴(yán)重;水蒸氣的溫度比沸水的溫度高。(? ? ? )

以上是平時(shí)部分作業(yè)題的整合,此類因果論證分析題,并無涉及計(jì)算,考查的是對(duì)物理現(xiàn)象的分析,并用物理知識(shí)解釋之,使學(xué)生在分析與推理的過程中形成一種“證據(jù)意識(shí)”,明白“有果必有因”,在尋找證據(jù)的過程中鑒別真?zhèn)?,并提高自身的論證能力。

4.2? ? 作業(yè)題要強(qiáng)調(diào)在螺旋式論證中尋求物理本原

要將同一物理原理隱藏于不同的情境中,通過經(jīng)典變換不斷引導(dǎo)學(xué)生思考[4],使學(xué)生在不同的條件下能運(yùn)用已學(xué)的方法論證或解釋新的事實(shí)與現(xiàn)象,解決實(shí)際問題,才能算掌握。故可設(shè)計(jì)一些螺旋式論證的題目,下面以對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的論證為例。

作業(yè)題2-1:如圖1所示,水平放置的彈簧振子,O為彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)小球所處的位置,將小球拉至P處,然后松開。小球來回振動(dòng)的過程中,若忽略一切阻力作用,試證明:小球的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

證明:小球在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力F與它偏離平衡位置位移的大小x成正比,并且總是指向平衡位置,F(xiàn)=-kx,小球的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

這一過程較為簡(jiǎn)單,但這僅僅是限于水平方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),若作業(yè)到此結(jié)束,學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解就停留于此,對(duì)物理原理的理解也較初淺。所以,教師可以在后面布置一道同原理但不同情境的作業(yè)題,引領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

作業(yè)題2-2:如圖2所示,豎直放置的彈簧振子,小球上下振動(dòng)的過程中,若忽略一切的阻力作用,試證明:小球的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

證明:當(dāng)小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),設(shè)此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為x0,則mg=kx0,當(dāng)小球處于偏離平衡位置x時(shí),彈力為F=-k(x0+x),此時(shí)小球所受的合力為F合=-k(x0+x)+mg,解得F合=-kx,由此可證得豎直放置的彈簧振子,小球上下振動(dòng)的過程中,若忽略一切的阻力作用,小球的運(yùn)動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

作業(yè)題2-3:如圖3所示,把彈簧振子放置在傾角為θ的光滑斜面上,將小球沿斜面下拉一段距離,然后松開。假設(shè)空氣阻力可忽略不計(jì),試證明小球的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

證明:當(dāng)小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),設(shè)此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為x0,則有mgsinθ=kx0,當(dāng)彈簧處于偏離平衡位置x時(shí),彈力為F=-k(x0+x),此時(shí)小球所受的合力為F合=-k(x0+x)+mgsinθ,解得F合=-kx,由此可證得處于光滑傾斜面的彈簧振子,沿斜面上下振動(dòng)的過程中,小球的運(yùn)動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)理念:情境是試題的重要載體,也是設(shè)問的具體化實(shí)現(xiàn)[5],通過上面三種情境的變化,讓學(xué)生明白了無論是水平、豎直,還是傾斜,均可以做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(阻力可忽略),重要的是抓住了物理的本原,明確了如果物體在運(yùn)動(dòng)方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比,并且總是指向平衡位置,即F=-kx,物體的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

4.3? ? 強(qiáng)調(diào)“書寫”物理過程,培養(yǎng)科學(xué)論證的“表達(dá)”能力

平時(shí)的作業(yè)題,特別是高一、高二的作業(yè)題,應(yīng)該以“表述題”“論證題”“畫圖題”“計(jì)算題”等能體現(xiàn)思考過程的題為主。比如,計(jì)算題或論證題強(qiáng)調(diào)選取研究對(duì)象(整體或隔離)、拆分過程、選用規(guī)律(定律或定理)、列方程式、運(yùn)算求解,這一“寫物理”的過程,實(shí)際也是學(xué)生物理語言、物理思維的提升過程。而作圖題的書寫過程,有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和模型建構(gòu)的能力,特別是運(yùn)動(dòng)學(xué)與幾何光學(xué)模塊,更是應(yīng)有相對(duì)應(yīng)的作圖作業(yè)題。

當(dāng)然,“寫物理”要講究用詞,對(duì)物理過程的闡述更為精準(zhǔn),邏輯性更強(qiáng),且用語必須明確,表達(dá)必須準(zhǔn)確[6]。而從成果推廣的角度,每一位研究者對(duì)其研究成果的發(fā)表是必須借助書面的文字,并力圖讓同行能夠認(rèn)同和肯定其研究?jī)r(jià)值;從科學(xué)知識(shí)傳播角度,更需要通過規(guī)范的文字傳遞。所以,教師一定要強(qiáng)調(diào)學(xué)生“書寫”物理過程,此舉有利于訓(xùn)練學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系、發(fā)展科學(xué)思維、提高表達(dá)能力,并學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科學(xué)論證。

4.4? ? 規(guī)范物理符號(hào)的書寫,嚴(yán)謹(jǐn)表達(dá)論證過程

物理學(xué)中,物理量與物理單位是可以用字母來表示的,物理量(或物理單位)與字母是一一對(duì)應(yīng)的,每一個(gè)字母都有它的含義或歷史淵源,絕不是簡(jiǎn)單的用數(shù)學(xué)符號(hào)x,y,z來表示就可以的。例如,有部分學(xué)生對(duì)于功的公式W=Fs及功率P=3 W中的兩個(gè)“W”感到不解,前者是功“Work”的第一個(gè)字母“W”,后者是單位,為紀(jì)念偉大的物理學(xué)家瓦特而設(shè)的,同一個(gè)字母含義不同。類似的還有半徑與電阻,都是用“R”來表示,前者是“Radius”的第一個(gè)字母“R”,后者是“Resistance”的第一個(gè)字母“R”。再如,力“F ”來源于 “Force”,應(yīng)該更加明細(xì)。高中物理課本中,力也不單純只是用“F”來表示,如“Ff ”意喻“frictional force”(或“Friction”)、“G”意喻“gravity”,教師在平時(shí)授課中,要適時(shí)滲透。把緣由說清楚了,書寫也就嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范了。

4.5? ? 獨(dú)立思考拓寬思路,鼓勵(lì)個(gè)性與品味

要有獨(dú)立思考與懷疑的精神。為了建立自己的認(rèn)知,一定要堅(jiān)持獨(dú)立思考,懷疑也是為了更好地思考[7]。不能認(rèn)為僅教師所教的論證方法才是標(biāo)準(zhǔn)的方法或唯一的方法。在查閱學(xué)生作業(yè)時(shí),若發(fā)現(xiàn)有另辟蹊徑、個(gè)性化的解題方法(當(dāng)然,也必須在正確、規(guī)范且科學(xué)的范圍內(nèi)),應(yīng)該及時(shí)鼓勵(lì)與表揚(yáng),并適時(shí)推廣。

教師在篩選作業(yè)題時(shí),盡量選擇一些能夠一題多解的習(xí)題,并在題后標(biāo)注(如嘗試多種方法論證)。比如,下面這兩道由選擇題改編的分析題。

作業(yè)題3:如圖4所示,柔質(zhì)輕繩ON的一端O固定,其中間的某點(diǎn)M處拴一重物,繩的另一端N用手拉住。開始時(shí),OM豎直且MN被拉直,且OM與MN之間的夾角為α(α>π/2)?,F(xiàn)將重物向右上方緩緩拉起,整個(gè)過程維持夾角α不變。在OM由豎直被拉到水平的過程中,試分析:MN上的張力、OM上的張力的大小分別如何變化? (嘗試多種方法論證)

此題的方法較多,可以用正弦定理,也可以利用在同一個(gè)圓內(nèi),長(zhǎng)度相等的圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角相等的方法解決,還可以用列式法或圖解法。

作業(yè)題4:如圖5所示,將一小球用橡皮筋懸掛在小車的架子上,開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?,F(xiàn)使小車從靜止開始向左加速,且加速度保持一個(gè)穩(wěn)定值,此時(shí)小球穩(wěn)定地偏離豎直方向某一角度(橡皮筋在彈性限度內(nèi))。試分析此時(shí)與穩(wěn)定在豎直位置時(shí)相比,小球的高度是升高還是降低?還是維持不變?(嘗試多種方法論證)

此題的方法也較多,可以用列方程求解,也可以用圖解法。在拓寬科學(xué)論證的思路的過程中,可以使學(xué)生逐漸形成自己的個(gè)性與品味,這也是創(chuàng)新思維形成的過程。

5? ? 后? 記

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力,并非朝夕間可達(dá)成,需要教師正確引導(dǎo),巧設(shè)作業(yè)題,也需要學(xué)生腳踏實(shí)地、實(shí)事求是地“做作業(yè)”,體驗(yàn)物理過程。當(dāng)然,物理知識(shí)屬于人們對(duì)客觀事物及規(guī)律的認(rèn)知和掌握,而物理能力則屬于心理學(xué)的范疇,是與完成具體的活動(dòng)有關(guān)的個(gè)性心理特征,所以“做作業(yè)”要以人為本,引導(dǎo)學(xué)生在課后書寫時(shí)要安靜思考,讓其在安靜思考中獲得靈感,在專注分析中尋求突破,在推理論證中追求真理。

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(欄目編輯? ? 李富強(qiáng))

收稿日期:2022-12-05

作者簡(jiǎn)介:方武增(1985-),男,中學(xué)一級(jí)教師,研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教學(xué)評(píng)價(jià)。

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