陸澤璇 林樂(lè)鑫

(1. 深圳市玉龍學(xué)校,廣東 深圳 518131; 2. 深圳市高級(jí)中學(xué),廣東 深圳 518040)

1 引言

1977年,聯(lián)邦德國(guó)斯圖加特大學(xué)物理學(xué)教授哈肯提出了協(xié)同學(xué)理論．協(xié)同學(xué)采用序參量描述一個(gè)系統(tǒng)的有序度,刻畫系統(tǒng)從無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)變．一個(gè)系統(tǒng)有許多參量,而主宰著系統(tǒng)的演變過(guò)程,決定系統(tǒng)向有序轉(zhuǎn)變的參量即該系統(tǒng)的“序參量”．協(xié)同學(xué)在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用,特別在腦、行為和認(rèn)知方面,協(xié)同學(xué)和其他線性科學(xué)一樣研究的是大腦的相(系統(tǒng)不同的內(nèi)部組合狀態(tài))和相變(相之間的轉(zhuǎn)變),而作為教學(xué)系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)——學(xué)習(xí)系統(tǒng)(學(xué)生),其核心即人的大腦．所以基于協(xié)同學(xué)理論,邢紅軍教授等提出一種新的教學(xué)過(guò)程理論:教學(xué)過(guò)程是一個(gè)學(xué)生、教師、教材和環(huán)境相互協(xié)同的過(guò)程,是學(xué)生在教師引導(dǎo)下完成對(duì)教學(xué)內(nèi)容掌握的同時(shí)其認(rèn)知系統(tǒng)從被組織向自組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程．

所謂的被組織,是指“該組織只有在外界干預(yù)下才能進(jìn)行演化”,教學(xué)過(guò)程的自組織是指“在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生的知識(shí)、技能和方法等參量之間進(jìn)行相互協(xié)同和競(jìng)爭(zhēng),當(dāng)學(xué)生的大腦進(jìn)入從無(wú)序到有序的臨界值時(shí),導(dǎo)致只有少數(shù)參量支配學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知從無(wú)序變?yōu)橛行?達(dá)到‘教是為了不教的目的’．”[1]然而我國(guó)的真實(shí)課堂,往往以教師為主導(dǎo),學(xué)生長(zhǎng)期處于被組織狀態(tài),教師缺乏把學(xué)生引領(lǐng)到自組織轉(zhuǎn)變臨界區(qū)域的教學(xué)意識(shí)與教學(xué)行為,致使學(xué)生缺乏思維達(dá)到一定閾值后“豁然開朗”的突變感受與體驗(yàn),進(jìn)入自組織階段．因此,本文嘗試將自組織轉(zhuǎn)變理論應(yīng)用到物理教學(xué)過(guò)程中,旨在提高學(xué)生課堂的參與度,轉(zhuǎn)變學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力．

2 自組織轉(zhuǎn)變理論應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程從被組織到自組織的轉(zhuǎn)變,需要滿足以下條件:

(1) 教學(xué)過(guò)程需要開放:教學(xué)的開放主要要有真實(shí)的交流,這種交流是學(xué)生自己產(chǎn)生問(wèn)題,不是教師提出問(wèn)題．下面以“探究電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為例．

常規(guī)設(shè)計(jì):教師引導(dǎo)學(xué)生一步步搭建電路圖.

師:探究電流與導(dǎo)體兩端電壓關(guān)系,需要采用什么方法?(生:控制變量法)

師:控制什么一定?(生:電阻)所以電路圖中要有一個(gè)定值電阻,如圖1．

師:實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有哪些?(生:電壓和電流)

師:分別用什么儀器測(cè)量?(生:電壓表和電流表),所以電路圖中還需要串聯(lián)一個(gè)電流表、并在電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表,如圖2.

師:用該電路圖只能測(cè)出一組電壓和電流值,如何改進(jìn)?(生:串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器),如圖3.

圖1 設(shè)計(jì)1 圖2 設(shè)計(jì)2 圖3 設(shè)計(jì)3

上述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是在教師的引導(dǎo)下一步步搭建起來(lái),采用了師生問(wèn)答的形式,層次清晰,環(huán)環(huán)相扣,學(xué)生不需要“跳一跳”,答案一目了然．相對(duì)而言,該教學(xué)過(guò)程過(guò)于封閉,師生的交流相對(duì)無(wú)效,學(xué)生并沒(méi)有問(wèn)題,師生之間并沒(méi)有交流和討論,所以筆者認(rèn)為該環(huán)節(jié)可以如下設(shè)計(jì),以增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的開放性．

開放設(shè)計(jì):學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖.

師:要探究電流與導(dǎo)體兩端電壓關(guān)系,需要設(shè)計(jì)電路圖,請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠懻?設(shè)計(jì)電路．

生:分組設(shè)計(jì)．可能出現(xiàn)的電路圖如下．

師:巡視并挑選出合適的電路圖投影．根據(jù)以上設(shè)計(jì)電路圖,教師可以提出以下問(wèn)題供學(xué)生討論思考．

提問(wèn)1:圖4的設(shè)計(jì)有什么不足?

提問(wèn)2:圖5為什么要用燈泡?有沒(méi)有必要?

提問(wèn)3:圖6中滑動(dòng)變阻器的作用是什么?

圖4 設(shè)計(jì)4

圖5 設(shè)計(jì)5

圖6 設(shè)計(jì)6

圖7 設(shè)計(jì)7

提問(wèn)4:除了接入滑動(dòng)變阻器還有什么辦法可以改變導(dǎo)體兩端電壓?

提問(wèn)5:圖6和圖7兩種方案哪種更好?

上述設(shè)計(jì)將學(xué)生設(shè)計(jì)圖中產(chǎn)生的問(wèn)題重新拋給學(xué)生,讓學(xué)生相互討論,能實(shí)現(xiàn)師生、生生之間的真實(shí)交流,實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的開放．

(2) 教學(xué)過(guò)程必須遠(yuǎn)離平衡態(tài):根據(jù)自組織理論,非平衡是有序之源．布魯納認(rèn)為:“為了促進(jìn)學(xué)生的思維狀態(tài)處于非平衡狀態(tài),教師必須努力啟發(fā)他們自由靈活地思考問(wèn)題”．下面以“探究電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的教學(xué)為例．

常規(guī)設(shè)計(jì):教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前采用多媒體或者問(wèn)答形式闡明實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)．

師:同學(xué)們,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要注意以下幾個(gè)事項(xiàng)．

(1) 連接電路是,開關(guān)應(yīng)該處于斷開狀態(tài);

(2) 電表量程的選擇;

(3) 電表正負(fù)接線的連接:正進(jìn)負(fù)出;

(4) 滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路;

(5) 閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸片應(yīng)置于最大電阻處．

根據(jù)教師的提示,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),實(shí)驗(yàn)方向單一,有序,很難產(chǎn)生自組織結(jié)構(gòu),學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷“試錯(cuò)”的過(guò)程,其批判精神也難以得到培養(yǎng)．

非平衡態(tài)設(shè)計(jì):實(shí)驗(yàn)中除非涉及到學(xué)生的人身安全,否則讓學(xué)生自己在探究過(guò)程經(jīng)歷“試錯(cuò)”．例如:注意事項(xiàng)2的設(shè)計(jì)

師:同學(xué)們,下面請(qǐng)同學(xué)們利用桌面提供的器材(電流表、電壓表、3節(jié)干電池、滑動(dòng)變阻器、定值電阻(R=5 Ω、R=10 Ω、R=20 Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、塑料薄片),根據(jù)設(shè)計(jì)電路圖連接電路,實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)．

生:學(xué)生實(shí)驗(yàn)．

師:(教師巡堂,由于器材提供的電源是4.5 V,個(gè)別小組會(huì)選擇電壓表量程0-15 V)同學(xué)們,老師發(fā)現(xiàn),很多小組在量程的選擇方面,很有安全意識(shí),都選擇了大量程0-15 V,但是電表指針偏轉(zhuǎn)角度較小,讀數(shù)精確度不夠,怎么辦呢?

生:學(xué)生討論．

上述設(shè)計(jì)教師的干預(yù)能夠打破學(xué)生原有的認(rèn)知狀態(tài),使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程遠(yuǎn)離平衡態(tài),而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)討論中,會(huì)發(fā)生更深刻的“競(jìng)爭(zhēng)”,進(jìn)而發(fā)生新的“協(xié)同”,使原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到變革和充實(shí)．而在知識(shí)層面上,學(xué)生對(duì)為什么要連接滑動(dòng)變阻器會(huì)有更深的認(rèn)識(shí),同時(shí),也就解決了注意事項(xiàng)4和注意事項(xiàng)5．注意事項(xiàng)3留給學(xué)生“試錯(cuò)”,其印象會(huì)更為深刻．該設(shè)計(jì)讓學(xué)生保持一定的懷疑態(tài)度進(jìn)行探究,看似無(wú)序的教學(xué)過(guò)程實(shí)質(zhì)會(huì)達(dá)到新的平衡,促進(jìn)教學(xué)過(guò)程的真正有序化．

(3) 促進(jìn)教學(xué)過(guò)程非線性相互作用的發(fā)展:根據(jù)協(xié)同學(xué)理論,只有系統(tǒng)內(nèi)各要素存在非線性相互作用,才能形成自組織結(jié)構(gòu)．而直覺(jué)思維作為一種非線性思維,為了促進(jìn)教學(xué)過(guò)程的自組織轉(zhuǎn)變,必須重視發(fā)展學(xué)生的直覺(jué)思維．[1]下面以“探究電流與電壓的關(guān)系” 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為例．

常規(guī)設(shè)計(jì):給各組學(xué)生提供阻值為10 Ω的電阻,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),求解電壓與電流的比值,證明電流與電壓的線性關(guān)系．

師:同學(xué)們,電流與電壓可能存在什么關(guān)系呢?

生:正比．

師:若是正比,電壓與電流的比值有什么特點(diǎn)?

生:不變．

師:下面同學(xué)連接電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),完成數(shù)據(jù)表1并驗(yàn)證猜想．

表1

生:學(xué)生實(shí)驗(yàn)并記錄分析數(shù)據(jù),驗(yàn)證猜想,得出結(jié)論．

上述教學(xué)經(jīng)歷“猜想——實(shí)驗(yàn)——分析——結(jié)論”的完整探究過(guò)程,條理清晰,邏輯嚴(yán)密,學(xué)生通過(guò)計(jì)算電流與電壓的比值即可驗(yàn)證猜想．然而真實(shí)課堂中,可能只有部分小組能得到較為理想的數(shù)據(jù),加之時(shí)間有限,教師往往只選擇1-2小組進(jìn)行展示,部分教師甚至擔(dān)心學(xué)生數(shù)據(jù)不夠“精確”,會(huì)在課前準(zhǔn)備一組“完美”數(shù)據(jù),以此得出結(jié)論,長(zhǎng)期進(jìn)行類似的數(shù)據(jù)處理方式訓(xùn)練,不但會(huì)讓學(xué)生的思維局限,無(wú)法很好地培養(yǎng)學(xué)生的直覺(jué)思維和洞察力,也不能及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)不理想的小組進(jìn)行反饋和處理,降低學(xué)生的探究熱情．

非線性設(shè)計(jì):提供不同阻值的電阻(5 Ω,10 Ω,15 Ω),巧妙整合全班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)圖像直觀說(shuō)明電壓與電流的線性關(guān)系．

師:同學(xué)們,下面開始實(shí)驗(yàn),測(cè)出數(shù)據(jù)后,將透明膠片放在坐標(biāo)紙上,描點(diǎn)在塑料膠片上,只描點(diǎn),不連線(相同阻值的小組發(fā)放相同顏色的描點(diǎn)筆)．

生:學(xué)生實(shí)驗(yàn)并描點(diǎn)．

圖8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

師:(收集膠片并投影)好,下面我把我們班的塑料膠片疊放在一起,如圖8,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)什么?

生:阻值相同的幾組同學(xué)的數(shù)據(jù)大致在同一直線上,不同阻值的在不同的直線上．

師:好,現(xiàn)在我用水性筆連線,說(shuō)明什么問(wèn)題?

生:電阻一定時(shí),電流與電壓成正比．

該設(shè)計(jì)在結(jié)果尚不明確的情況下,對(duì)全班的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整體感知,而且不受時(shí)間限制,直接迅速地找到結(jié)論,這種數(shù)據(jù)處理方式正是對(duì)學(xué)生直覺(jué)思維的培養(yǎng),能有效促進(jìn)教學(xué)過(guò)程從被組織向自組織轉(zhuǎn)變．

(4) 通過(guò)隨機(jī)漲落促進(jìn)教學(xué)過(guò)程:漲落是指系統(tǒng)的某個(gè)變量對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)平均值的偏離．漲落導(dǎo)致有序．[1]所以教師在教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)造民主的課堂氛圍,鼓勵(lì)學(xué)生交流,深化各種想法．下面以“探究電流與電壓的關(guān)系” 實(shí)驗(yàn)結(jié)論的表述為例．

常規(guī)設(shè)計(jì):根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),教師直接給出準(zhǔn)確結(jié)論同時(shí)強(qiáng)調(diào)結(jié)論表述的注意事項(xiàng)．

師:同學(xué)們,由實(shí)驗(yàn)我們可以得到:在電阻一定時(shí),通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓存在什么關(guān)系?

生:成正比．

師:這里要注意兩點(diǎn)描述:一是“電阻一定”;二是“導(dǎo)體兩端的電壓”．

由教師強(qiáng)調(diào)易錯(cuò)點(diǎn),學(xué)生印象不深,仍舊處于一個(gè)被組織的狀態(tài),長(zhǎng)期以往學(xué)生不善于提出新的想法．

隨機(jī)漲落設(shè)計(jì):呈現(xiàn)學(xué)生表述的常規(guī)錯(cuò)誤,鼓勵(lì)學(xué)生爭(zhēng)論并得出正確結(jié)論表達(dá)．

師:通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們可以得到I與U成正比(板書),這樣書寫規(guī)范嗎?請(qǐng)各小組思考討論并完善．

生:交流討論．

師:下面請(qǐng)同學(xué)們來(lái)修正?

生:應(yīng)該是同一電阻,電流與電壓成正比．

師:有沒(méi)有不同意見(jiàn)?電流與電源電壓成正比嗎?

生:電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比．

師:請(qǐng)同學(xué)們完整表達(dá)該實(shí)驗(yàn)結(jié)論．

生:在電阻一定時(shí),通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比．

該過(guò)程教師采用一個(gè)問(wèn)題,將學(xué)生帶離平衡態(tài),繼而通過(guò)對(duì)話,辯論,在思維的交流中引導(dǎo)學(xué)生深化對(duì)電流與電壓的理解,最終形成有序的結(jié)構(gòu)．

3 結(jié)束語(yǔ)

在自組織階段中,學(xué)生作為主體,起決定性作用,然而,教學(xué)過(guò)程的自組織轉(zhuǎn)變是教師、學(xué)生、環(huán)境等因素的多項(xiàng)協(xié)同結(jié)果,所以,教師的引導(dǎo)也是教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)變的重要因素．在被組織階段,教師起主導(dǎo)作用,其作用是將學(xué)生引領(lǐng)到從被組織到自組織轉(zhuǎn)變的“臨界區(qū)域”直至序參量的出現(xiàn),沒(méi)有被組織階段,就不可能有自組織階段．本文“探究電流與電壓的關(guān)系”每個(gè)環(huán)節(jié)的自組織轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)中,都離不開教師的“教”,通過(guò)教師的“教”,輔助找出教學(xué)系統(tǒng)演化過(guò)程中的序參量——方法,學(xué)生通過(guò)分析、綜合、判斷等思維方式,討論、實(shí)驗(yàn)等行為方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的自組織轉(zhuǎn)變．簡(jiǎn)而言之,在教學(xué)中,要充分發(fā)揮師生雙方的積極作用,形成教育合力,但在這個(gè)過(guò)程中,教師的角色要從“講深”向“點(diǎn)睛”的引導(dǎo)轉(zhuǎn)變,從而促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的根本轉(zhuǎn)變．