有感而發(fā)的《探究UIR的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)

被教育俘獲的李電子

前因 和這節(jié)課的淵源，由于去年聽了麓山此節(jié)同課異構(gòu)，很驚嘆!哇！(贊美的話不再多說)但其中最核心的沖突就是“1節(jié)課同時(shí)探究R和U.I2個(gè)關(guān)系太趕了!教參上也設(shè)計(jì)的是2節(jié)課，如何在一節(jié)課同時(shí)得出？”主流采用的方法有：法一：“先后分析在R一定時(shí)，I與U的關(guān)系；在U一定時(shí)，I與R的關(guān)系，班級分為2大組，各組分別做一個(gè)，最后總結(jié)得總結(jié)論”法二：只探究“在R一定時(shí)，I與U的關(guān)系”，剩余的留作作業(yè)思考。(但明顯實(shí)驗(yàn)類的課題，單思考是很難想出來的，還是要做實(shí)驗(yàn)。可是留成作業(yè)，學(xué)生在沒器材沒想法的情況下基本就不會自己實(shí)驗(yàn)了）(在這里初三年級物理組在馮雪瑩老師的組織下設(shè)置了物理角，提供儀器讓學(xué)生自行探究) 一些亂七八糟的速記聽課筆記(我是比較隨興所至的，確實(shí)不工整，放出來不是為了證明有多認(rèn)真之類的，只是為了之后回顧時(shí)有跡可循) 今年9－10月，同時(shí)參加了賽課和集體備課大賽，熱鬧易懂的現(xiàn)象課VS嚴(yán)謹(jǐn)?shù)珮銓?shí)甚至有些枯燥的實(shí)驗(yàn)課，碰撞下又生出了一些體會。(此處不贅述了)兩種完全不同的課型同備，越備越不會了??于是決定聽遍一師一優(yōu)課上15－20年所有的部級優(yōu)課，就不信還沒靈感。結(jié)果勉強(qiáng)聽完一個(gè)題，覺得“更不會了”。好不容易整了一個(gè)聽課網(wǎng)的賬號，決定要在一年內(nèi)聽100節(jié)課以回本??作死的聽，機(jī)緣巧合刷到了一個(gè)2000年出頭的舊視頻，講的也是I.U.R三者的關(guān)系。一看!天吶!真的是天才般的設(shè)想!為什么我想不到! 這位名師仍然采用分小組實(shí)驗(yàn)的思想，但是讓不同小組用不同的電阻，最后得到一個(gè)如圖所示的數(shù)據(jù)表，先分析豎行，就是在R一定時(shí)，I與U的關(guān)系再直接轉(zhuǎn)換分析橫行，就是在U一定時(shí)，I與R的關(guān)系，結(jié)論一下就出來了!而且很容易接受認(rèn)同! 時(shí)代已經(jīng)進(jìn)步了十多年，結(jié)合集體備課大賽采用在線表格收集數(shù)據(jù)的方法，我決定現(xiàn)場將某小組的展示在屏幕上，之后直接用Excel在線畫表格出來。 最核心的沖突解決了，對課堂最最初步構(gòu)想有了，又?jǐn)R置了一段時(shí)間。 突然，在整完了奮戰(zhàn)了2個(gè)星期的雙減作業(yè)優(yōu)化案例后，竟又膽大的對名師的課生出了一些評論。 綠色的部分為：第一次聽課時(shí)的評點(diǎn)覺得“實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么做”這個(gè)問題太大了，還不如問有哪些步驟。可是后來一看，覺得哪些步驟，這個(gè)指向性也不明確吧！學(xué)生當(dāng)然可以先挑儀器，再明確方法，也可以先畫電路圖。還是該框定，如何用？如何控制，當(dāng)然，也不能直接這樣就把問題拋出，還是得引。 深紅色部分為理思路時(shí)新的評點(diǎn)不如直接改成，控制誰？改變誰？觀察誰？如何控制？如何改變？如何觀察？還需哪些儀器，自己畫出實(shí)驗(yàn)圖 還記得去年聽課時(shí)教研員對此節(jié)課評課的核心是：要注重引導(dǎo)，無論何時(shí)，新課都要作為零起點(diǎn)的教學(xué)，一定是通過做實(shí)驗(yàn)才獲得結(jié)論。我比較了幾位老師的課，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)分為兩大類，一類是直接設(shè)問，“I.R.U間存在什么關(guān)系”，上過預(yù)科的學(xué)生可能會直接答出結(jié)論，缺少了過程。這里我覺得可以設(shè)置問題串，直接將問題串打在PPT上，框定有遞進(jìn)層次的問題。(1)(從來源，先框定2個(gè)量）U.I間有何關(guān)系；R.I間有何關(guān)系(2)(從大小，增減的定性探討）若導(dǎo)體兩端U增加，則通過它的I將？若導(dǎo)體兩端R增加，則通過它的I將？(3)(定量討論）若導(dǎo)體兩端U增加2倍，則通過它的I將？若導(dǎo)體兩端R增加2倍，則通過它的I將？過渡：沒有具體的數(shù)值是不能得出具體結(jié)論的，我們需要通過實(shí)驗(yàn)才能探討出I與U.R到底存在怎樣具體的關(guān)系第二類是設(shè)置實(shí)際情景，聽了麓山的優(yōu)秀同課異構(gòu)活動后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在已經(jīng)有能直接粘在黑板上的大儀器了，演示起來非常方便直觀。基于此，可以直接問“有何種方法能使小燈泡更亮？”讓學(xué)生上來操作，通過實(shí)際情景下的操作分析I如何變？分析總結(jié)如：(1)生答：去掉定值電阻師結(jié)：去定值電阻即R減小，此時(shí)I增大(2)生答：增加電池?cái)?shù)量師結(jié)：增加電池?cái)?shù)量即U增大，I增大。總括：我們發(fā)現(xiàn)U.R都影響著I。U.I.R間到底存在什么具體的數(shù)值關(guān)系呢？請大家猜一猜，如果U變?yōu)?U,I將變?yōu)槎嗌倌兀縍變?yōu)?R,I又將變?yōu)槎嗌倌兀?停頓)把答案偷偷收在心里噢，一會去驗(yàn)證。其實(shí)我傾向于第二類。更直觀，問題框架不用框定，指向性都很明確。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 科學(xué)猜想部分結(jié)束了，接下來是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，包括明確做法，挑選器材兩部分。我決定直接問，(1）要探究I與U的關(guān)系，要控制誰？(R)改變誰？(U)觀察誰？(I)(回答此問即明確了控制變量，自變量，因變量)(2)如何控制R？如何改變U？如何觀察I？(此問即明確主要器材與核心做法)或者直接讓學(xué)生填寫下表，更清晰明確。(3)除此之外，還缺哪些儀器，請自行找尋，并畫出電路圖。(至此，器材挑完了) 對數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計(jì) 課堂上，讓學(xué)生設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格，大多數(shù)學(xué)生直接打開書，用書上的表格。 我反問：這樣得出的I.U規(guī)律，只在R=10Ω時(shí)成立嗎？生：都成立師：但是我不相信，因?yàn)橹唤o了R=10Ω時(shí)的數(shù)據(jù)。 陽雋豪同學(xué)在知道了實(shí)驗(yàn)室有5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻后，初設(shè)計(jì)的表格(反映是相當(dāng)一部分學(xué)生的設(shè)計(jì)) 師：啊！這一個(gè)定值電阻才1組數(shù)據(jù)啊，我覺得不能找出規(guī)律吧。生：我們覺得可以!師：要萬一是二次函數(shù)呢？3個(gè)系數(shù)一組數(shù)據(jù)就能定出來？陽雋豪：這有3組數(shù)據(jù)啊！師：可是不同的電阻的函數(shù)相同嗎？我覺得未必這么巧合嗎!難道就不能一個(gè)定值電阻擁有一個(gè)獨(dú)立的函數(shù)，來描述它的U.I關(guān)系嗎？生：那多做幾組吧。蔣序明在原有的基礎(chǔ)上優(yōu)化成了如下的的表格，但遭到了同學(xué)的反對!因?yàn)樽x起來太麻煩了!還要跳行讀數(shù) 最后，陽雋豪又修改了表格，將一組U.I作為一組，一次讀兩行。大家覺得差不多了。但是，挑剔的李老師又提出了質(zhì)疑，還是覺得很麻煩，突然不記得是讀到哪組哪兩行了怎么辦。(其實(shí)這里有問題，初中生想到這里已經(jīng)很好了，應(yīng)該先夸贊一番，再提出更好的設(shè)計(jì)) 最后，我向大家介紹了三欄斜線表，如下圖，每一豎列就是當(dāng)R為對應(yīng)定值時(shí)，對應(yīng)U.I的數(shù)值。 終于可以開始做實(shí)驗(yàn)了，大家在下一節(jié)課前往實(shí)驗(yàn)室。由于實(shí)驗(yàn)中細(xì)碎的小問題太多了，不再贅述。 對數(shù)據(jù)的直接分析 備課自己搗鼓了一陣，做出了這樣的關(guān)系表，但是時(shí)間花的不少，最后決定傳統(tǒng)分析一組，電腦繪圖一組就算完。 先選取了倍數(shù)關(guān)系較容易找的雷璽組數(shù)據(jù) 此時(shí)可以明顯看出，電壓從1V變到2V時(shí)，電流也*2；電壓從1V變到3V時(shí)，電流也*3。總結(jié)出：在R=10Ω時(shí)，I與U成正比。并讓學(xué)生嘗試算比例常數(shù)k，發(fā)現(xiàn)是0.1，即(1/R).? 過渡：已知在R=10Ω時(shí)，I與U成正比，比例常數(shù)為1/R,那么在5Ω時(shí)，是否還有此結(jié)論呢？選取了尹梓墨組不好的數(shù)據(jù)(因?yàn)樗麣夂艉舻恼f指針全在兩刻度線中間，一點(diǎn)都不好讀) 此時(shí)，結(jié)論不太好直接看出，于是借助另一種方法，作圖法。 對數(shù)據(jù)作圖的分析 先投屏一些學(xué)生的作圖，討論<ol><li>是否過原點(diǎn)？</li></ol> 2.連線是否要包含所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)？(同樣條件下做出幾乎相同的數(shù)據(jù)，為什么一個(gè)是直線一個(gè)是曲線？) 3.作圖如何布局更美觀清晰？ 之后用Excel演示作圖過程 得到也成正比的結(jié)論后，此時(shí)的k值是否也等于此時(shí)的1/R呢？學(xué)生先嘗試了一下計(jì)算，發(fā)現(xiàn)并不好算，再用Excel中的顯示公式功能，直接將k值顯示，發(fā)現(xiàn)近似也成立。 終于可以總結(jié)，在電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體兩端電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。比例系數(shù)k為1/R. 探究U一定時(shí)，I與R的關(guān)系 先進(jìn)行詢問，此時(shí)是否要重新做實(shí)驗(yàn)。范思哲說不用，看橫行，就是U一定時(shí)，I隨R變化的關(guān)系。于是直接分析橫行。 可惜數(shù)據(jù)不太好，看不出明顯的倍數(shù)關(guān)系。又臨近下課，還是沒有作圖，也沒用Excel演示講解將R換為1/R，化曲為直的絕妙思想。(其實(shí)在備課時(shí)就已經(jīng)討論過，學(xué)生也許理解不了換元，但我還是覺得值得一講，但時(shí)間已經(jīng)幫忙安排) 反思1–臨場表現(xiàn) 和以往的那種熱鬧的課相比，這節(jié)沒有一點(diǎn)酷炫的地方，可能對學(xué)生來說，整堂都是邏輯分析，設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)計(jì)算找規(guī)律，唯一的實(shí)驗(yàn)還只是挪劃片記幾個(gè)數(shù)據(jù)，連看下小燈泡都亮度都沒有!太無聊了，只想睡覺。但是我很喜歡這堂課，我覺得設(shè)計(jì)也有一些暗扣前，延伸后，是我自己思考出來的(雖然，可能這個(gè)學(xué)期還沒結(jié)束，再看，就會覺得“全都不行”)但是，總是值得記錄和鼓勵(lì)。可惜，正式上課時(shí)，又看上去又一副“半死不活”的樣子，沒啥活力，一副看破了紅塵的樣子，完全沒有表達(dá)出那種歡喜的對物理的渴望。而且時(shí)間也沒把控好，整了2節(jié)課。也許，還是適合研究多一些，表演天賦還差點(diǎn)，以后還需在此上狠下功夫。記得原來，還是讀大學(xué)的時(shí)候，一位對我影響很深遠(yuǎn)的老師對我說，你要有激情!特別是提問句“那，這是為什么呢？？？”你一定要表現(xiàn)得出比所有人都渴求!你要帶動學(xué)生的情緒!如果連你也演不出那種欣喜，好奇的感覺，語句中透露著敷衍的話，就根本沒有人想探究了!然后你要開心的“讓我們一起來探究一下吧”，讓一切都建立在值得期待的基礎(chǔ)上。 反思2.對信息技術(shù)的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)室只有一個(gè)教室有投影儀，經(jīng)常只能排到無投影儀的教室。我總是覺得這樣上不了，倒不是不知道內(nèi)容是什么？流程我還是很清楚，但總是擔(dān)心，不打出來提問，學(xué)生不知道現(xiàn)在到哪一步了，板書呢，又太慢。(當(dāng)然，口述確實(shí)不如文字顯示指示性明確，但也有自身的原因，細(xì)細(xì)碎碎的小問題太多了，啰啰嗦嗦一堆，沒問出關(guān)鍵核心的問題，并且自己的表述并不那么簡潔，通常幾個(gè)大定語一加，做成長句又不斷句。)(所以這次決定只明確核心問題，其他的一些操作上的注意點(diǎn)，全讓學(xué)生自己先做，做不出數(shù)據(jù)再指導(dǎo))每次都要把實(shí)驗(yàn)儀器拿到教室里來，乒乒乓乓的一大堆。在為了完成集體備課大賽硬湊出了5個(gè)信息點(diǎn)之后，自己累得夠嗆，有些心力憔悴的意思，終于開始疑惑，甚至，有些懷念傳統(tǒng)課堂，并反思(在常規(guī)課堂，而非公開課表演課)我真的需要那么多技術(shù)演示嗎？ 如之前電流的流向，我真的需要用flash做出動圖嗎？制作麻煩不說，一閃而過，真的看得清？用粉筆標(biāo)記流向難道不更清晰？又比如這次的數(shù)據(jù)，可以對R一定時(shí)的，I.U作圖。傳統(tǒng)下，會根據(jù)實(shí)驗(yàn)室器材的參數(shù)直接設(shè)立數(shù)據(jù)，一個(gè)個(gè)出現(xiàn)在PPT上描點(diǎn)。要高級一些的話，就現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)，再采用Excel圖表，現(xiàn)場給學(xué)生用散點(diǎn)圖做，之后加趨勢線。分列不同情況，最后又快速又美觀的得出結(jié)論。一切顯得高級極了!可是!學(xué)生自己會做了嗎？可能設(shè)置坐標(biāo)，和描點(diǎn)都還不會，更不要說數(shù)據(jù)處理了(如20年物理中考題)(果然，今天在8班上課，全軍覆沒，所有人都錯(cuò)誤認(rèn)為“必須讓所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過線!)讓學(xué)生自己在方格紙上畫一畫，雖然傳統(tǒng)、緩慢，甚至可以稱為老派，但確實(shí)很有必要。如果只能二選一，我覺得應(yīng)該選手繪，而不是高大上的機(jī)繪。之后，探究U一定時(shí)，I與R的關(guān)系，由于是反比例函數(shù)為曲線，不如正比函數(shù)圖像呈直線好確立，需要換元，把x軸由R變?yōu)?/R。如果教師演示，又一閃而過了。學(xué)生也許都不明白換元的意義。還是得手繪，手繪后發(fā)現(xiàn)不行，這樣不能輕易得出成反比結(jié)論。再轉(zhuǎn)換判定是否為直線，發(fā)之后現(xiàn)非整數(shù)值不好取點(diǎn)了，最后才用信息技術(shù)輔助。此處也許才真正明白為了作圖方便，選擇自變量為整數(shù)，與換元繪圖的必要 回想去年教初二，整個(gè)初二，只阿基米德原理的時(shí)候沒用ppt，(習(xí)題課都做了PPT)因?yàn)榘⒒椎略砩婕暗酵茖?dǎo)，我一嫌打公式麻煩，要用專門的公式編輯器，二是覺得要設(shè)一些字母，如果只打出上邊長為a，學(xué)生也許都不知道哪段是a，如果要加動畫效果標(biāo)記加粗，又麻煩，且動畫一多，只能按設(shè)定好的一步步走，還死板。大學(xué)有兩個(gè)教授，一個(gè)用PPT，還會在旁邊很貼心的加說明哪個(gè)推到哪的依據(jù)是什么，但我很暈。我很喜歡另一個(gè)老師，從頭到尾，一只粉筆從大黑板的左邊推到右邊，他甚至不說很多，只說“對誰誰誰積分”“求導(dǎo)”，怎么做，用哪個(gè)求導(dǎo)積分公式也不說，就寫下來，但是目光始終跟隨他的粉筆，一步步寫下來就知道在做什么，怎么做了，竟額外清晰 結(jié)語 這節(jié)課是初中生第一次接觸最完整的探究體系(我覺得)，備了之后好像自己也構(gòu)建了一套完整的探究體系一樣。上次覺得有重塑認(rèn)知的感覺，還是在數(shù)學(xué)建模的時(shí)候，當(dāng)時(shí)做出的方程，手解一層后，就不能再繼續(xù)，沒有形式解，也許有數(shù)值解，但要經(jīng)過軟件的計(jì)算才能找到不確定具體個(gè)數(shù)的數(shù)值解。可惜最后沒有模擬出，也沒找到數(shù)值解。 就如這次，教什么？怎么教？教無定法，教學(xué)的形式從來沒有確定的形式解。不同的條件，就會變換不同的解。雖然那時(shí)沒解出那些偏微分方程，年月一久連看都看不懂了；這次的課也很普通(幸好只是常規(guī)課)但是我相信對于課程設(shè)計(jì)一定有數(shù)值解，還有漫漫幾十年，且探索。希望有一天，能找到最適配當(dāng)下的數(shù)值解。即使不能，也往趨近于正解的方向上奔跑。 最后對“實(shí)驗(yàn)”這件事的一點(diǎn)感想 猶記兩年前，對著空蕩蕩的實(shí)驗(yàn)室，心中說到：最后一次實(shí)驗(yàn)也認(rèn)真的完成了，有始有終，再見。當(dāng)時(shí)我覺得應(yīng)該再也不用分析數(shù)據(jù)了!但是很快就又用到Excel了，還用它給學(xué)生作圖。有些培養(yǎng)的東西，也許當(dāng)下用不上，但是我覺得是在為終身發(fā)展奠基。(希望不單是“覺得”)簡單的實(shí)驗(yàn)，做的時(shí)候無比尊重虔誠，就好像這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨淖兪澜缫粯印?好像能探究出新的改變世界的定理一樣)。當(dāng)然我們都知道不會，甚至可以說：never!可是，世界是由個(gè)體組成的，一個(gè)人有了新的認(rèn)知，今日的世界難道還和昨日的相同嗎？從這個(gè)意義上來說，也許是改變了的。 很久以前，第一次參觀凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)室，看了這對操作手套前看了很久。