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电学调整可行性及实施意见  

2013-02-02 06:53:16|  分类: 初中物理教材教法 |  标签: |举报 |字号 订阅

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电学调整可行性及实施意见



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电学调整可行性及实施意见



电学调整可行性及实施意见
北京课程教材研究所 苗元秀

  摘要:考虑到初中学生的思维认知特点,结合课程标准的理念,人教版初中物理教科书将电学内容提前到九年级学习。这种调整有利于发展学生对科学的兴趣,能够落实科学探究、从生活走向物理等课程理念。由于能力的培养以知识为载体,电学内容提前要求采用电学中的素材进行相应能力的初期训练。试卷对比分析的结果表明,提前学习电学内容在实际教学中能够取得较好的效果。

 

  关键词:初中电学;科学探究;能力培养;从生活走向物理

 

  纵观我国初中物理教科书的历史发现,在课标教科书出版之前的50年间,我国初中物理教科书的内容虽几经变迁,内容顺序的安排也有过变化,但是始终把力学内容放在前面(初中二年级,相当于八年级),电学内容放在后面(初中三年级,相当于九年级)。这样的编排顺序使教师习惯了按照力学在前、电学在后的顺序进行教学设计,也使很多教师认为,学习电学内容必须以力学的概念、规律作为基础。因此,当看到人教社2001年版的《义务教育课程标准实验教科书 ? 物理》将电学内容放在八年级、力学内容放在九年级[1]时,有些教师就对这种调整不认可。在实际教学中也有教师感到,把电学内容提前放在八年级,在教学安排和教学方法方面有些困难。下面是比较典型的两个问题。

 

  (1)教学安排方面:在缺乏力学知识铺垫并缺乏某些运算能力训练的情况下,如何要求八年级学生理解欧姆定律并进行有关计算?

 

  (2)教学方法方面:对于电流表和电压表的使用,事先不告诉学生使用方法,而是让学生边操作边摸索,课堂教学如何进行?

 

  本文针对教学中的这些问题,首先说明人教版教科书的这种安排为落实课标理念提供了新的平台,其次提出了教学安排中的实施建议,最后以试卷对比分析的结果说明电学放在八年级是一种较好的安排。

 

  一、为落实课标理念提供平台

 

  过去初中物理内容顺序的安排主要受学科体系的制约,依据的是知识之间的逻辑关系。实际上,初中物理课程涉及的是初步的物理知识,而初中学生的思维具有直观、形象的特点,他们有一定的抽象思维能力,但不是很强。初中物理课程改革的精神之一是 “改变学科本位的观念” [2],不过分强调物理学概念之间的逻辑关系,这使得教科书结构的安排有了更大的灵活性。

 

  在基础教育界对科学探究普遍认同的大背景下,为了落实课程标准提倡的科学探究的理念,考虑到声、光、热、电的知识比运动、力的知识更能吸引学生,也更便于循序渐进地安排探究活动,因此把这些内容安排在八年级学习。另外,初中学生的思维仍以形象思维为主,初中物理应该进一步加强实验教学,而初中电学实验所用器材相对简单、操作容易成功,这些特点又决定了电学先于力学学习的优越性。

 

  1.发展学生对科学的兴趣

 

  在今天的现实生活中,电的应用已经非常普遍,各种电器和简单的电学知识早已走出实验室和学者的书斋,渗透到日常生活的方方面面。由于这些生活经验,学生向往电器和电的知识,希望了解有关的原理,电学的内容很容易引起兴趣。而电学的实验又比较多,这也是能够激发学生兴趣的教学内容。通过这些实验能够比较容易地将学生从生活中得到的电学知识引导到电学基本概念和基本规律的学习,使他们提升认识,更好地理解生活中的电。

 

  但是按照过去的内容顺序,学生八年级刚刚开始学习物理时遇到的就是测量,与生活相距较远,多数学生感到枯燥;不久在密度的学习中,出现了较复杂的数学计算,一部分学生开始掉队;其后在浮力的学习中又有更多的难题……到了九年级,无论电学的内容多么有趣,再想吸引大多数学生也不很容易了。

 

  电路规律的内容比密度等内容又简单又有趣,也能分散力学部分的某些难点。例如,从数学的角度看,密度概念和欧姆定律这两个初中重要的计算难点都是通过两个量的乘除来得到第三个量,如果有了欧姆定律的基础,密度部分的计算就算不上太困难,这就便于加强学生对科学的兴趣和对自然的热爱。所以,把电学内容放到八年级,发展学生对科学的兴趣是原因之一。

 

  2.电学实验容易成功,有利于进行科学探究

 

  课程标准强调科学探究的重要性。在过去的物理教学中,学生实验几乎全部是验证性实验,不足以充分发挥它的教育功能。现在的新课标初中物理教科书尽量以科学探究的方式呈现实验,实验形式、实验方法也更加多样化。[3]物理教学中的科学探究,不但是一种学习的方法,它本身也是学习的内容。既然是学习的内容,就应该与知识的学习一样,遵循“先易后难、循序渐进”的原则。

 

  与力学部分的实验探究相比,初中电学部分的探究活动规模较小,对于操作技巧的要求较低,所用器材主要是电源、用电器和电表,相对固定,数据的采集也比较准确,因此成功率比力学实验高,更容易满足学生探究的欲望,增加探究的信心。这是新课标教科书把电学内容提前的一个重要原因。

 

  例如,“探究串、并联电路中电流的规律”是一个典型的探究活动,它的“猜想与假设”无非是电路中几个点的电流哪处大、哪处小,可以很明确地表达出来;实验设计的难度也不大,一般都能想到用电流表进行测量,然后进行比较。相比之下,力学部分探究活动的因素就比较复杂。例如“探究:比较定滑轮和动滑轮的特点”中,实验器材中的滑轮、弹簧测力计,无论精确度、可靠性,都要比电灯、电表差;实验中可能出现的问题也多些;探究的结论涉及是否省力、省距离,以及使用定滑轮和动滑轮的场合等,比较复杂。此外,力学实验的成功率比电学低,如果实验中出现问题学生往往无所适从。因此,从循序渐进地学习科学探究的角度考虑,将电学部分放到八年级,力学部分放到九年级有一定的优越性。

 

  3.以探究的方式学习仪器的使用方法

 

  科学探究是一种学习方法,也是学习的内容,更是一种精神。[4]这种精神不仅用于探索自然规律,也适用于整个学习过程,包括仪器的使用。出于这样的认识,新教材关于电表使用的教学也是按探究的方式展开的。物理教育界对于以探究的方式进行实验教学已经取得共识,但是,在实验仪器使用方法的教学中是否可以增加探索性,还有争议。过去认为,仪器的使用只适宜采用“灌输”的方式进行教学,学生即使不明白其中的道理,也要记住这些规则。

 

  然而,教材的编者认为,器材的使用方法虽然不是自然规律,但都是有道理的,学生可以而且应该通过自己的探索来学习。事实上,家庭中许多新设备,如电视机、计算机、手机等,往往是孩子先于家长掌握其使用方法。另外,科学技术不断发展,现在没有的东西,可能明天就会普及,因此学生在未来的生活、工作中肯定会遇到许多新的器材,需要摸索其使用方法的场合很多。在物理课堂中,教师的一个重要任务是培养学生探索仪器设备使用方法的能力。这是一种适应社会现代化生活的能力。要使学生在不断的探索中开阔视野,从积累的经验和教训中得到锻炼,从而适应由科技进步带来的现代化学习和生活。

 

  基于这些考虑,人教版新课标初中物理教科书在涉及教学仪器使用的内容上,提倡学生以边思考边操作的探索性方式学习,不再像以前由教师灌输仪器的使用规则,学生死记硬背。教学证明这种方法是可行的,而且有利于调动学生学习的积极性。

 

  新课标教科书注意引导学生阅读仪器的使用说明书,根据其中的指导来使用仪器。例如,对于电流表的使用,教科书有针对性地提出使用规则方面的几个强制性的要求(限于保护人身和器材的安全),要学生遵循,并逐条讨论违反这些要求会出现的问题;对于电压表的使用,则在此基础上给出一种型号电压表的使用说明书,让学生根据说明书讨论电压表的使用方法。

 

  4.充分利用学生的生活经验,体现“从生活走向物理”的理念

 

  电与现代日常生活紧密相联,充分利用学生的生活经验和已有知识,有利于电压、电功率等较抽象概念的教学。初中学生的思维特点是仍以形象思维为主。如果完全按照物理学科本身的逻辑顺序来展开教学内容,不利于学生接受。新课标教材从学生兴趣、认知规律和探究的方便性出发进行教学,不过分强调学科自身的逻辑关系,力求体现“从生活走向物理”的课程理念。

 

  在初中物理的教学内容中,欧姆定律处于核心地位,而电压是理解欧姆定律的一个基本概念,历来是初中物理教学的重点,关于电压的教学也是多年来议论最多的话题之一。新课标教科书的编者认为,在当今的电气化时代,各种用电器已经普及,学生由于亲身接触以及各种媒体的作用,在生活中已经对电压有了初步的感性认识。在与初中生的交谈中可以发现,多数学生知道“高压输电线有危险,要远离”“墙上插销里电压高,不能用手摸”“电池的电压低,没有危险”……有的还能说出“220伏”之类的话。这种认识虽然肤浅,但与科学概念是基本一致的。既然课程标准在概念的严密性要求上比过去降低了,这就为充分利用学生的生活经验,贯彻“从生活走向物理”的理念创造了条件。因此新教科书充分利用学生的生活经验,并通过实验进一步增加学生的感性认识;在这些基础上给出电压的概念,而不出现严格的定义。教学实践也表明,直接利用已有的生活经验,八年级学生学习电压概念时没有任何困难。

 

  新课标教科书充分利用学生生活经验来学习的电学概念还有电功率。过去总是先在力学中学习功,再利用比值定义的方法给出功率的概念。这个思路注重物理概念的逻辑关系,有其可取之处。然而,初中学生在课堂之外几乎不可能对功的概念有任何体验,更不知道“焦耳”这个专用名词,但现在的学生已经接触过很多用电器,对于电功率也有了一些感性认识。几乎所有学生在学习物理之前都听说过“瓦”这个术语,还知道25瓦的灯泡比15瓦的亮、500瓦的吹风机比300瓦的“力量大”。这说明学生头脑中已经有了电功率的朴素概念,因此教科书紧紧地抓住它,把它上升为准确的科学概念。

 

  可见,对于电学中的这两个重要概念,电压和电功率,沿着“从生活走向物理”这条路,可以避免过于学术化的学习,从而减小学生学习的困难。根据第一线教师的反映,用教科书给出的思路进行教学,比过去更简洁、更顺畅。

 

  二、通过电学素材提高学生能力

 

  由于以前的初中物理教科书一直都把力学内容安排在八年级,而后才学习电学,教师在力学的教学中先铺垫一些必要的方法和技能,使其后的电学学习能够顺畅地进行。现在把电学内容提前放在八年级,有关的能力训练也要相应调整。

 

  如果习惯了原来教科书先力学后电学的顺序,会感觉到按照新的顺序教学会遇到以下两个具体的障碍。

 

  (1)三个物理量的乘除运算。按照原来的顺序,在八年级刚刚开始学习物理的时候首先会接触速度,通过速度的学习,学生对于两个物理量相除(或相乘)得到第三个量的运算已经相当熟悉,于是到了九年级学习欧姆定律的时候,三个物理量的乘除运算已经不再构成障碍。但是新课标教科书把电学放在前面,学习欧姆定律的时候学生还没有接触速度的科学定义,这种公式变形技能的缺失成了理解和运用欧姆定律的一个障碍。

 

  (2)用比值定义物理量。按照原来的顺序,在八年级引入密度的概念,这时学生就会接触用比值定义物理量的方法,到了九年级,学生理解用比值定义的电功率概念就没有很大困难了。但是新课标教科书把密度放在了九年级,学习电功率之前不会接触用比值定义的物理量,怎么能让他们理解电功率的概念呢?什么时候进行这么重要的能力训练呢?

 

  其实,上面的两个问题,完全可以从另外一个角度考虑。新课标教科书把电学移到力学之前,那么原来在力学部分进行的方法、能力的训练,完全可以植入电学的教学过程。应该从整个初中物理学习的角度来统筹这些方法、能力的训练。

 

  学生在数学课中已经做过很多关于三个量的乘除运算的练习,但在物理课上,使用那些明确代表某些物理量的字母进行同样的运算,的确需要一定的训练,初学物理总要解决这个问题。用比值定义物理量的问题也是这样。

 

  按照以前的学习顺序,由于学生在小学就接触过速度的概念,因此着重用速度的定义式练习三个物理量的乘除运算,而在学习密度时重点介绍用比值定义物理量的方法。这样在八年级用力学部分的不同知识载体将难点分开,有利于学生接受,并为以后学习欧姆定律、电功率打下基础。

 

  按照新的教学顺序,先学电学,学生在八年级第一次接触到三个物理量的乘除运算是在学习欧姆定律的时候,第一次接触用比值定义物理量是在学习电功率的概念的时候。如果仍然指望学生像往年那样已经熟悉这两种技能,教学中自然会遇到障碍。解决的方法很简单,那就是改变两种技能训练的载体,分别用欧姆定律和电功率进行三个物理量运算和用比值定义物理量的训练。这样,当学生到九年级学习力学遇到速度、密度的概念时,遇到三个物理量的乘除计算和用比值定义物理量时就不会有困难了。

 

  不仅知识的学习需要循序渐进,能力的培养提高也是这样。把能力的培养融入知识学习的过程中,有利于实现循序渐进地提高学生能力的目的,而所用的载体,即知识素材,可以不同。为了使学生在学习欧姆定律的过程中逐步掌握这种能力,教学中应该采取措施,细化能力培养目标、降低每一节课的知识难度、增加能力训练的内容。

 

  在新课标教科书中,虽然欧姆定律一节课文的文字量与其他节差别不大,但在实际教学中不宜把这一节的全部内容放在一堂课中完成。这是因为物理教学除了要完成知识的教学任务外,还必须完成以知识为载体的能力培养。具体到欧姆定律这节课,就是要进行三个物理量乘除运算能力的培养。因此,实际教学中把这些内容放在两三个课时中比较恰当,这样有利于根据细化后的能力培养目标,适当增加能力训练方面的例题和习题,达到提高学生能力的目的。在具体安排时,第一节可以让学生只利用欧姆定律的原形解决问题,第二节再让他们应用变形后的公式,然后试着将电阻串并联的规律与欧姆定律综合起来应用等。这样,各节课例题、作业题的难度是逐渐增加的,有利于逐步搭建知识和能力的台阶,使学生的能力稳步提高。

 

  三、试卷对比分析的结果

 

  我们关注的是初中物理学完之后的最终教学效果,因此,必须在初中毕业的时候考查学生的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这几方面的成长是否受到教学顺序变化的影响。为此我们进行了一次小规模的测试。限于评价手段的局限性,在这个测试中进行对比的主要是知识的掌握情况。

 

  2005年秋季,北京市包括西城区和朝阳区在内的几个区开始使用人教版《义务教育课程标准实验教科书?物理》。其中,西城区改变了教科书的顺序,仍在八年级学习力学内容,九年级再来学习电学内容,而朝阳区则完全按照新课标教科书的顺序安排教学。两个区所用教科书相同,只是教学顺序不同,这为研究电学内容位置的调整是否影响学生的学习效果提供了机会。到2007年5月初,两个区的学生都已经复习了全部初中物理,进入模拟考试阶段时,我们抽取了北京市西城区实验中学的一个班和朝阳区八十中学的同等水平的一个班做样本,进行试卷分析。所用的试卷是西城区的一模试卷,西城区的学生在全区的模拟考试中做了这份试卷,而朝阳区的学生在随堂考试中做了同样的试卷。

 

  分析时我们列出了试卷中电学部分的所有试题的考点(表1),即所涉及的电学知识和能力,统计样本中每道试题的错误率(表2. 图2),并将错误率进行对比,然后分析错误率产生差异的原因(表3)。

 

表1  北京市西城区一模试卷中电学部分所有试题的考点


题型

题号

知识点

考查的能力

单选

2

导体绝缘体

记忆、识别

8

电磁感应现象

记忆、识别

9

安全用电常识

记忆、识别

12

串联电路中的电压、电流关系

识别电路;应用知识解决问题

14

运用欧姆定律解决问题

识别电路;应用知识解决问题

多选

16

运用电功率的公式解决问题

应用知识解决问题

填空

22

串联电路和并联电路中的电阻关系

应用知识解决问题

23

运用电功率的公式解决问题

应用知识解决问题

作图实验

29

用右手定则确定通电螺线管磁极或电流方向

应用知识解决问题

31

连接简单的串、并联电路

实验操作

34

读电能表的示数

记忆

37

欧姆定律

实验探究

38

电磁铁的工作原理及应用

识别电路

42

运用电功率的公式解决问题

应用知识解决问题

43

运用欧姆定律解决问题

应用知识解决问题

计算

47

运用电功率的公式解决问题

应用知识解决问题


 

表2  八十中学、实验中学电学试题错误率


题号

2

8

9

12

14

16

22

23

29

31

34

37

38

42

43

47

实验中学

7.50%

7.50%

42.50%

10%

35%

37.50%

0%

44.40%

5.60%

77.40%

0%

18.90%

22.20%

36.80%

36.10%

58.90%

八十中学

0%

6.7%

20.0%

6.7%

30.0%

18.9%

3.3%

23.3%

0%

50.0%

3.3%

43.3%

31.7%

55.0%

12.5%

53.3%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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图2


 

表3  错误率差异的原因分析


题号

考试水平

考查类型

 

错误率(%)对比

可能的原因

八十中学

实验中学

2

A

识记

知识类

0.0

7.5

1.电学放在八年级学习,知识型试题较具有优势。

2.八年级开设力学,学生习惯了力学的学习方式,对电学的学习需要适应。

3.不排除个别成题一部分学生考前做过。

4.考试环境对成绩存在影响。(实验中学第一时间考试,八十中学为课上测验)

8

A

识记

6.7

7.5

9

A+

联系实际识记

20.0

42.5

12

A+

联系实际识记

6.7

10.0

14

B

综合分析电路、应用所学知识解决问题

30.0

35.0

16

B

综合分析电路、应用所学知识解决问题

18.9

37.5

22

B

简单计算

3.3

0.0

23

C

综合分析电路、应用所学知识解决问题

23.3

44.4

47

C

电学综合能力

53.3

58.9

29

D

识记

实验类

0.0

5.6

1.实验器材对错误率有影响(31题涉及单刀双掷开关。八十中学实验室提供的日常实验开关即为单刀双掷开关,学生对此较熟悉)。

2.男、女生对电路图能力上的差异(八十中学抽测班级男、女比例为19:11)。

31

D

连接电路实验技能

50.0

77.0

34

D

读表值

0.0

0.0

37

B

分析数据探究

43.3

18.9

38

B

电路识别、分析

31.7

22.2

42

C

电学综合能力

55.0

36.8

43

B

应用所学知识解决问题

12.5

36.1


 

  根据统计的结果,即使排除考试环境(实验中学为升学模拟考试,八十中学为随堂考试)等因素的影响,也可以看出八十中学的学生的整体情况略好于实验中学。也就是说,按照教科书的编排顺序,先学电学内容后学力学内容,学生学习知识的效果略好于传统的教学顺序。

 

  尽管从学习知识的角度来看,两者的差异不大,但按这样的顺序学习还有更重要的收获:学生在学习中增加了对于物理学的兴趣,体会了生活经验在科学学习中的作用,循序渐进地经历了科学探究的过程……总之,这样的学习更有利于三维课程目标的落实。

 

  综上,电学内容具有感性素材丰富、与生活联系紧密等特点,将它放在八年级学习,更有利于发展学生对科学的兴趣,落实新课标提倡的科学探究、从生活走向物理等课程理念。初中物理教学中,能力的培养是循序渐进的,并融于知识的学习过程中,它所用的知识素材须随教学内容顺序的调整而改变。当电学内容放在八年级时,应该采用电学中的素材进行相应能力的初期训练。同时,从教学效果上看,把电学放在八年级学习,学生对科学探究的热情和学习效果好于以前,对知识的学习效果略好于以前。这说明,无论从教育理念还是教学效果上看,提前学习电学内容都是一种较好的安排。

 

  致谢:感谢伍晓颖老师和骆玉香老师协助作者在北京市朝阳区八十中学进行了文中所用的测试。

 

  参考文献:

 

  [1]课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书物理[M]. 北京:人民教育出版社,2001.

 

  [2]中华人民共和国教育部. 全日制义务教育物理课程标准(实验稿)[M].北京:北京师范大学出版社,2001: 2.

 

  [3]杜敏.科学探究与物理实验[M]. //人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心. 义务教育课程标准实验教科书(人教版)物理(八~九年级)教师培训手册. 北京:人民教育出版社,2006. 28-32.

 

  [4]张大昌.我对科学探究的认识[J]. 中小学教学研究, 2007(2): 4-6.



 

 

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