优化教学设计 引导思维发展

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教学设计是根据教学目的和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的过程.而物理学又是一门以思维为中心的科学，教师作为教学活动的设计者和组织者，如何通过优化教学设计，引导学生思维一步步发展？本文根据一节优质课的实录整理，扼要介绍“油膜法测分子直径”的教学过程，然后结合自己教学实践谈一些粗浅看法.

1 教学过程

1.1 创设情境、激发探究

展示扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排列图.（右图1，放大3亿倍）

教师：扫描隧道显微镜放大了3亿倍，所以分子（原子）是很小很小的.

我们在研究分子（原子）的时候，往往把它看成一个小球，假设它是正方体等等也可以的.我们这里只是粗测，这些不同的假设得到结果的数量级都是一样的.大家想不想用我们身边普通的实验器材亲自动手估测分子的直径？

评述：教师利用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排列图，不仅让学生了解了分子很小的事实，也调动了学生亲自探究的欲望.

1.2 类比实验、引导思维

问题：分子直径那么小，怎么测量呢？

我们先降低难度，你们桌上的烧杯里有一些小米，你们有办法测出它的直径吗？

（1）学生通过充分的讨论提出了许多办法.如：

A.直接用刻度尺测量 B.测量多粒小米总长度取平均值 C.测出多粒小米体积，求平均值，算直径

教师引导学生剖析由于分子太小无法直接测量，个数也无法数出，上述三种方法均不适用于测分子直径.

（2）有没有适用的方法呢？

教师把一定量小米倒入小烧杯，请学生观察有四层.然后倒入一个大烧杯，只有一层了.这样，小米的厚度就是直径了.（如图2）先测出小米体积V，然后让小米紧密铺成一层，测出面积S，则直径d=V/S.

（3）这种方法适用于测分子直径吗？

由于避开了直接测量分子直径和数出分子个数，这种方法是可以迁移到测分子直径.

但这种方法的关键首先要分子平铺，所以应该选择液体.另外，更关键是要铺成单分子层，我们找到了一种叫“油酸”的液体，因为它的一端有很强吸水性，滴到水面，就会形成单分子层（如图3，有色一端吸水性很强）.因为，水槽面积不够大，为了尽量让它形成单分子层（这样形成的油膜叫单分子油膜），油酸量取得少点，取一滴.

（4）一滴体积怎么测？

一个学生提出从带刻度的针筒中滴出一滴，读出体积的初末刻度.

显然此法不可行，教师建议多滴几滴，比如0.1 mL，数出对应滴数n，V =0.1 mL/n.

评述：教师巧妙的利用了小米类比 ，先是剖析否定了学生的一些不合适的想法，在学生陷入困境时用实验成功地引导了学生思维的发展，自然地把方法迁移到了测量分子直径上，也顺畅引出了选用“油酸”的缘由以及一滴油酸体积怎么测的问题？假设没有“小米”实验的形象类比诱导，学生的思维发展就不可能如此顺畅.

1.3 初步探究、遭遇障碍

将油酸以液滴的形式从滴管中落到水面，请同学们通过屏幕观察.（如图4）

师：那位同学伸长脖子，可惜什么也没看到，为什么？

生：因为油酸和水都是无色的.

怎么显示油膜呢？学生提出了许多解决方案，如下：

（1）先将水染色，再滴油.

（2）利用光在水中和油酸中传播速度不同，用光照方法区分水与油酸.

（3）在水面撒痱子粉，油酸滴到痱子粉上面把痱子粉撑开.

（4）在水面撒头发的碎屑，油酸滴到碎屑中.

教师肯定学生认真、辛勤的劳动后，点评上述方案并比较，选定（3），并提醒撒痱子粉不能过薄（易破）、过厚（不能充分撑开），而且要均匀，因此痱子粉杯口覆盖纱布.教师操作，现象如图5.

评述：教师不是直接理论分析得出结论，而是用实验事实让学生直观感受.把解决困难的任务交给学生完成，给足时间和空间，适度引导评析选定最佳方案，始终把学生置于探索者的位置，突出了学习者的主体地位.

1.4 深入探究、再遇障碍

师：看到油膜了吗？ 生：看到了.

师：是单分子油膜吗？ 生：好大哦.

师：对.好大！以至于都碰到边了（如图5），这样就会使分子叠起来了，不是单分子层了.我们已经用很少的油酸了，只有一滴，怎么样进一步减少呢？

有一位学生说稀释，教师追问：用什么稀释？ 生：水. 师反问：油会溶于水吗？ 生：用酒精.

师：很好.油酸易溶于酒精，按照体积比1∶300配成油酸酒精溶液（此比例实验效果较好）.随着酒精溶于水、挥发，能够使油酸展开近似形成单分子层.V=（0.1 mL/n）×1/400

评述：教师运用实验的强烈视觉冲突，诱导学生得出非单分子层的结论，然后顺理成章的进一步思索解决方案，提出了稀释.

1.5 油膜的面积怎么测量？

引导学生观察油膜形状（图6）.形状不规则，怎么测量面积呢？

有学生提出用一个差不多的圆形面积替代.因为是估测，教师在肯定其合理性后提出，如果有一个透明的坐标纸覆盖在上面（如图7），每小格面积均为1 cm2，你会估算出它面积吗？怎么算？

学生：数格子数.

教师：对于边界的不足一个的怎么处理呢？因为是估测，不足半格舍去，超过半格算一格.

评述：教师在肯定学生回答后，巧妙盖上一个透明方格纸，创设了直观的情境，有效地诱导了学生思维发展.

1.6 总结实验、理清步骤

在课的开始，大家心里在忐忑，分子那么小，怎么测啊？现在大家应该都有底了吧，请同学总结下步骤吧.在学生回答后，教师每一步都概括成两个字，数滴-撒粉-滴油-描线-数格-计算.

学生操作，完成下表，教师巡视指导，评述实验结果.

表1

0.1 mL油酸酒精溶液对应滴数1滴油酸酒精溶液的体积（mL）1滴油酸酒精溶液中纯油酸体积（mL）油膜面积（cm2）分子直径（cm）

评述：教师在学生回答后，都用两个字概括，清晰了思路，十分便于记忆.

1.7 总结收获、拓展思维

收获：体会了用宏观手段估测微观量方法.

问题：我们这节课其实只是测量了液体分子的直径，固体、气体怎么测量呢？这个作为回家作业，大家也可以上网搜素，我们下次课交流.

2 如何有效引导学生思维发展？

从上面的教学设计可以看出，本节课教师通过创造性的处理教材，努力策划教学情境诱导学生思维的步步发展，始终将学生置于探索者的位置.学生在观察、思考、自主解决问题过程中，对新知识的构建，是从身到心的体验和感受，学习过程中出现许多心灵碰撞与感悟，这种学习显得更深刻、更灵活.那么，如何有效引导学生的思维发展呢？

2.1 巧设疑问，以疑引思

学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进.本节课的教学中，教师几乎处处设疑，正是这些疑问激发了学生不断地思考对策，最终，成功地解决了问题.现行高中物理教材有一定的通俗性和可读性，对概念和原理既有理论性阐述，又有图表、案例和实验分析，乍看起来，无疑可寻.这就要求教师去做“无疑者，须教有疑”的工作――巧设疑问，去促使学生积极思考.下面介绍常用的两种方法.

2.1.1 以“旧”设疑

学生在学习新知识前都有一些前概念，利用好这些前概念，是激发学生思维的好方法.因此，教师要善于运用联想规律，在讲未知知识时进行设疑，推动学生在已有的基础上更上一层楼.如高一物理《必修一》“位移”概念的教学.学生初中已经学习过“路程”的概念，为什么又要引入“位移”，感到迷惑？教师可以从这个问题切入教学，引发学生积极思维，加深对知识的理解.

2.1.2 以“奇”设疑

“奇”能以强大的刺激力作用于人的感官，引起大脑神经细胞的强烈兴奋.有奇必有思，故教师要善于用奇，以奇引疑，以奇促思.如电源内阻的认识？学生以前接触的都是理想电源，往往形成思维定势，为了纠正学生的这一想法，务必要给他们强烈的思维冲突，然后才能形成正确认识.

设计实验：教师按图连接电路图，闭合开关，要求学生观察实验现象.

学生发现：闭合开关个数越多，灯泡越暗，一脸的困惑.

2.2 创设情境，适度引导

学生思维发展是有条件的，教师要创设情境，适度引导，不能放手不管或包办.只有适度引导，把握分寸，才能化被动为主动，思维进一步朝正确方向发展.

2.2.1 创设生活情境

创设生活化情境有利于揭示事物的矛盾或引起学生主体内心的冲突，打破学生已有的认知结构的平衡状态，从而唤起思维，激发内动力，使学生进入问题者的角色，真正卷入学习活动中，达到掌握知识，训练创新思维的目的.如对已经有路程概念，为什么又要引入位移？教师可以展示下列两个情景：（1）一个人在树林里迷路了，他向左走100米和向右走100米，路程相同吗？效果相同吗？（2）两个人分别从上海坐车、坐飞机到北京，显然路程是不同的，路程相同吗？效果相同吗？

2.2.2 创设实验情境

物理学习如离开了观察和实验，就成了无源之水，无本之木，纸上谈兵.正所谓“千言万语说不清，实验一做就分明.”本节课中就大量采用了这种手段诱导了学生思维发展，突破了难点.如在测分子直径原理的突破时用了小米，在油膜显影、稀释等问题都不是由教师直接提出，而是用实验演示让学生感受其必要性，自然也诱发了他们积极思考对策.

2.3 延迟判断，留足时空

据美国创造心理学家奥斯本提出的延迟评价的原理，教师留给学生一定的思考时间、让学生充分发表自己的见解，提出多种方法，可以发展学生的发散思维，促进思维水平的升华.心理学研究表明：新颖独特的设想多数出现在思维过程的后半期，在学生思维刚启动过程中，过早的评价，往往会成为思维展开和深入的抑制因素.

教师要创造和谐民主的心理氛围，提供心理安全环境，尊重学生独特的感受，让学生有充分自由表达思想的空间.在学生提出的新创意不完善甚至有错误时，允许学生出错、再出错，教师要把握好“延迟判断”的尺度.在这种情况下达成的共识，会更激励他们不断地再创造、再发现.

综上所述，引是条件，思是目的，它们辩证统一，是主体与主导的最佳结合，也是教学取得成功的最重要保证.善思则得，善诱则通.诱是外因，思是内因，只有把诱调到思的频率上，才能发生谐振，大幅度地提高教学效率.变教为诱，变学为思，以诱达思，促进发展.这样，教师的每个教学设计，考虑并非仅仅是自己怎样教，而首先应考虑学生怎样学，不是以教为中心去设计教学过程，而是以学为主体去组织教学进程.既把学为主体变为实施教学的基本点，又使教为主导成为实现学生为主体的根本保证，以便最优化的发挥教与学的整体功能.