淺談“轉(zhuǎn)換法”的教學(xué)設(shè)計(jì)

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隨著社會(huì)的發(fā)展,人們已經(jīng)普遍意識(shí)到科學(xué)方法對(duì)人類發(fā)展的重要性。基于此,在新課程理念中提出的三維目標(biāo)中,將“過(guò)程與方法”作為其中的一個(gè)緯度目標(biāo)出現(xiàn)。在《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(實(shí)驗(yàn)稿)中,課程總目標(biāo)之一是:使學(xué)生在解決問(wèn)題或做決定時(shí)能嘗試運(yùn)用科學(xué)原理和科學(xué)研究方法。物理學(xué)是一門(mén)富含科學(xué)方法的自然科學(xué),“轉(zhuǎn)換法”是其中重要的思想方法之一。
    所謂“轉(zhuǎn)換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)、易見(jiàn)的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題;將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法?,F(xiàn)以義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》(人教版)八年級(jí)上冊(cè)為參考,加上本人的一些教學(xué)探索,談?wù)勗诔踔形锢斫虒W(xué)中,對(duì)“轉(zhuǎn)換法”的教學(xué)設(shè)計(jì)(限于篇幅,教學(xué)設(shè)計(jì)僅選教案及課后總結(jié)的一部分)。
    一、初相遇,了解“轉(zhuǎn)換法”的基本概念
    在本教材中,第遇到“轉(zhuǎn)換法”是在“聲音的產(chǎn)生與傳播”中。我進(jìn)行了如下教學(xué)設(shè)計(jì):
    【演示】敲鼓。
    提出問(wèn)題:鼓為什么會(huì)發(fā)聲呢?
    學(xué)生猜想:鼓之所以發(fā)出聲音,是由于鼓面的振動(dòng)產(chǎn)生的。
    師提問(wèn);既然說(shuō)鼓的發(fā)聲是由于鼓面的振動(dòng)產(chǎn)生的,怎么沒(méi)看到鼓面有明顯的振動(dòng)呢?
    這時(shí),學(xué)生一般都能想到用紙屑、粉筆頭甚至將水滴在鼓面上來(lái)顯示鼓面的振動(dòng)情況。
    在演示完相關(guān)的實(shí)驗(yàn)后,師做如下評(píng)價(jià):
    同學(xué)們都很有主意。但同學(xué)們,你們知道嗎?你們剛才想出的用紙屑等物體來(lái)顯示鼓面的振動(dòng)這種方法內(nèi)涵一個(gè)重要的物理科學(xué)思想,這就是轉(zhuǎn)換法思想。什么是轉(zhuǎn)換法呢?就是當(dāng)我們研究的現(xiàn)象不可見(jiàn)或不易見(jiàn)時(shí),我們要想辦法將這種不可見(jiàn)或不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)或易見(jiàn)的現(xiàn)象,這種方法就是轉(zhuǎn)換法。在以后的學(xué)習(xí)中,我們會(huì)經(jīng)常用到這種方法。
    在此處的教學(xué)中,教師不直對(duì)轉(zhuǎn)換法多做講解,只要讓學(xué)生知道物理中有這樣一種重要的思想方法、知道轉(zhuǎn)換法的概念即可。
    二、再相識(shí),強(qiáng)化“轉(zhuǎn)換法”的應(yīng)用環(huán)境
    第二次接觸“轉(zhuǎn)換法”,是在“聲音的特性(響度)”中,筆者進(jìn)行了如下的教學(xué)設(shè)計(jì):
    【演示】敲鼓,響度小,響度大。
    提出問(wèn)題:響度的大小與什么因素有關(guān)呢?
    猜想:與振動(dòng)幅度的大小有關(guān)?(事實(shí)上,這兒學(xué)生很容易回答“與敲擊所用力的大小有關(guān)”,此時(shí),教師要做好“證偽”工作。)
    師:同學(xué)們能想出辦法來(lái)證明你們的猜想嗎?
    此時(shí),學(xué)生對(duì)先前所接觸的轉(zhuǎn)換法已經(jīng)有所淡忘。這時(shí),師可作如下提示:我們?nèi)绾慰吹贸龉拿娴恼駝?dòng)?要顯示振動(dòng)幅度的大小,我們可以通過(guò)觀察什么現(xiàn)象來(lái)知道振動(dòng)幅度的大小呢?學(xué)生在提示之下,一般都能想到用紙屑來(lái)顯示鼓面的振動(dòng);根據(jù)紙屑跳動(dòng)的高度或強(qiáng)度來(lái)顯示鼓面振幅的大小。
    在做完相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后,教師可做以下評(píng)價(jià):
    剛才我們?cè)凇把芯宽懚扰c振幅的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,再次運(yùn)用了“轉(zhuǎn)換法”綜合我們兩次運(yùn)用轉(zhuǎn)換法的過(guò)程,同學(xué)們總結(jié)一下,一般在什么情況下,我們要運(yùn)用轉(zhuǎn)換法呢?
    師生一起分析、歸納,得出結(jié)論:當(dāng)我們研究的現(xiàn)象不可見(jiàn)或不易見(jiàn)時(shí),想辦法將這種不可見(jiàn)或不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)或易見(jiàn)的現(xiàn)象,以便人們更好、更直接地認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律,這種方法就是“轉(zhuǎn)換法”。
    此時(shí),教師宜采用講授的辦法,在強(qiáng)化轉(zhuǎn)換法的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生明確轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用環(huán)境:研究對(duì)象不可見(jiàn)或不易見(jiàn)。
    三、更相知,歸納“轉(zhuǎn)換法”的運(yùn)用思想
    第三次遇到轉(zhuǎn)換法,是在第二章第一書(shū)的“光是如何傳播的”這一知識(shí)點(diǎn)中,教學(xué)設(shè)計(jì)如下:
    提出問(wèn)題:光的傳播路徑是怎樣的呢?
    猜想:直線。(或其他猜想)
    師:如何證明我們的猜想呢?
    生:通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)。
    師:現(xiàn)在的問(wèn)題是,我們研究的光的傳播路徑是難以理解、感覺(jué)不到的。如何知道光的傳播路徑呢?
    生甲:利用轉(zhuǎn)換法思想。
    生乙:用煙。
    生丙:噴水霧。
    做完相應(yīng)實(shí)驗(yàn)后,師可綜合幾次運(yùn)用轉(zhuǎn)換法的例子,輔以相關(guān)問(wèn)題及表格,得出轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用思想,具體如下:
    典型問(wèn)題
    1.在顯示鼓面的振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中,我們能不能不用紙屑,而用大石頭呢?
    2.在顯示光的傳播路徑的實(shí)驗(yàn)中,我們能不能不用煙、霧,而用玻璃呢?
    不可見(jiàn)和不易見(jiàn)的現(xiàn)象
    可見(jiàn)和易見(jiàn)的現(xiàn)象
    鼓面的振動(dòng)
    紙屑的跳動(dòng)
    光的傳播路徑
    光在煙、霧中的傳播路徑
    師總結(jié):在顯示鼓面的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中,我們之所以選紙屑而棄石頭,是因?yàn)楣拿娴恼駝?dòng)能夠帶動(dòng)紙屑的跳動(dòng);在顯示光的傳播路徑的實(shí)驗(yàn)中,之所以選煙霧而棄玻璃,是因?yàn)檫x用煙霧比選用玻璃更加適合于本實(shí)驗(yàn)。所以,要想成功運(yùn)用轉(zhuǎn)換法,我們研究的對(duì)象必須能夠?qū)λx用的物體產(chǎn)生相應(yīng)的作用,反之,我們就可以通過(guò)觀察選用物體發(fā)生的明顯現(xiàn)象去推理出研究對(duì)象的相關(guān)規(guī)律。
    這一步,教師應(yīng)詳細(xì)地與學(xué)生一起分析、總結(jié)、歸納,然后得出轉(zhuǎn)換法的思想:在研究對(duì)象不可見(jiàn)或不易見(jiàn)的情況下,選用研究對(duì)象能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生作用的物體,通過(guò)觀察物體發(fā)生的現(xiàn)象,去推理研究對(duì)象的相關(guān)規(guī)律。同時(shí)還應(yīng)該讓學(xué)生明確,成功運(yùn)用轉(zhuǎn)換法的關(guān)鍵是選用研究對(duì)象能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生作用且能觀察到顯著現(xiàn)象的物體。
    四、試牛刀,嘗試“轉(zhuǎn)換法”的初步運(yùn)用
    在以上教學(xué)的基礎(chǔ)上,是該讓學(xué)生小試牛刀的時(shí)候了。在第四章第一節(jié)“溫度計(jì)”的教學(xué)中,正提供給學(xué)生一個(gè)嘗試應(yīng)用“轉(zhuǎn)換法”的機(jī)會(huì)。
    本節(jié)內(nèi)容分析:溫度計(jì)對(duì)于學(xué)生而言,并不陌生。但溫度計(jì)為何如此構(gòu)造、其工作原理又是什么,學(xué)生并不知道。所以如何為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)“發(fā)明”溫度計(jì)的教學(xué)情境,從而讓學(xué)生在該節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中體驗(yàn)物理科學(xué)方法的運(yùn)用則成為本節(jié)課教學(xué)的關(guān)鍵。基于此理念,本書(shū)內(nèi)容教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)如下:
    在得出“溫度”的概念后,師生進(jìn)行了如下對(duì)話:
    師:我們?nèi)绾未_定一個(gè)物體的溫度呢?
    生:利用溫度計(jì)。
    師:對(duì)于溫度計(jì),同學(xué)們?cè)谏钪薪?jīng)常接觸,并不陌生,它的構(gòu)造并不十分復(fù)雜不過(guò),同學(xué)們可曾想過(guò),這樣一個(gè)構(gòu)造簡(jiǎn)單但又很有使用價(jià)值的溫度計(jì)是如何發(fā)明的呢?
    此問(wèn)題的提出,能夠有效激起學(xué)生的探究欲望。
    師:讓我們回到那個(gè)溫度計(jì)還沒(méi)有出現(xiàn)的年代,去重溫一下溫度計(jì)的發(fā)明過(guò)程。在溫度計(jì)發(fā)明之前,你們想一想,溫度可是一個(gè)看不見(jiàn)、摸不著的物理量,如何測(cè)量呢?
    此時(shí)學(xué)生已經(jīng)能夠很快地反應(yīng)出運(yùn)用轉(zhuǎn)換法了。
    師:要用轉(zhuǎn)換法,我們必須知道什么?
    在師生一起回憶轉(zhuǎn)換法思想后,得出解決問(wèn)題的關(guān)鍵:必須知道溫度的變化能夠?qū)δ男┪矬w產(chǎn)生什么樣的作用。
    師:在那個(gè)年代,人們?cè)谏a(chǎn)生活中發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)象,下面我通過(guò)實(shí)驗(yàn)將這些現(xiàn)象呈現(xiàn)給大家。
    【演示】固體、液體、氣體的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)。
    師生共同歸納,得出結(jié)論:固體、液體、氣體具有“熱脹冷縮”的性質(zhì)。
    師生再共同分析,得到“發(fā)明”溫度計(jì)的思路:根據(jù)溫度變化可以使物體體積發(fā)生變化這一現(xiàn)象,利用物體熱脹冷縮這一性質(zhì),或許可以“發(fā)明”出測(cè)量溫度的儀器。
    師:當(dāng)初人們?cè)谟^察到這些現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,想辦法設(shè)計(jì)出了測(cè)量溫度的儀器。現(xiàn)在,請(qǐng)同學(xué)們也來(lái)當(dāng)個(gè)發(fā)明家,發(fā)明一只能夠測(cè)量溫度的儀器。
    本設(shè)計(jì)的意圖是在學(xué)生理解轉(zhuǎn)換法原理的基礎(chǔ)上,運(yùn)用該法去“發(fā)明”溫度計(jì)。根據(jù)筆者的實(shí)踐,在這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)中,輔以教師的引導(dǎo),學(xué)生不僅僅能夠設(shè)計(jì)出液體溫度計(jì),有人甚至能夠想到利用固體、氣體熱脹冷縮的性質(zhì),提出設(shè)計(jì)固體或氣體溫度計(jì)的思路,盡管顯得很稚嫩,但學(xué)生卻可在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)初步的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力。
    通過(guò)以上循序漸進(jìn)的教學(xué),學(xué)生可對(duì)轉(zhuǎn)換法有一定的掌握,這為學(xué)生學(xué)習(xí)后面的相關(guān)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。
    物理學(xué)中科學(xué)研究方法甚多,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育方式也不只一種。本文是筆者嘗試用顯性的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育的一點(diǎn)總結(jié),而現(xiàn)行新教材中大多數(shù)采用的則是隱性方式。鑒于物理科學(xué)方法在物理教學(xué)中舉足輕重的地位,對(duì)學(xué)生以什么樣的教學(xué)方式、遵循什么樣的步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法的教育,是值得每一位物理教師認(rèn)真思考的問(wèn)題。