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顺手牵羊

2020-05-26曾宝俊

湖北教育·科学课 2020年2期
关键词:费曼温度计科学

曾宝俊

“顺手牵羊”源于兵家韬略《三十六计》中的第十二计,原文为:“微隙在所必乘,微利在所必得,少阴少阳。”意思是:即使敌方出现的漏洞是十分微小的,我们也必须去利用;即使我方能够得到的优势是微不足道的,也必须不失时机地争取它;放弃了那些看似不起眼的一个个小优势,也就失去了成就大事业的机会。

“顺手牵羊”是个比喻,指意外获得某种便宜,或毫不费力地获得某种平常要花大气力才能获得的东西。本文所说的“顺手牵羊”是一种思想方法,是指利用各种机会获取知识和信息,随时捕捉思维的火花;在完成主要任务时,顺带得到一些“副产品”,顺便解决以前遗留的问题;从其他学科的研究结论、研究方法中得到启示,推动科学课教学的进一步研究。

科学教育其实渗透在生活和课堂的每个角落,很多时候“顺手牵羊”“顺水推舟”,能够收到较好的教育效果。

很多大学问家、科学家都是善于“顺手牵羊”的好手。

物理学家伽利略17岁时进入比萨大学学习医学,他从小就爱思考、好提问。有一天他无意识地走进比萨大教堂,坐在一张长凳上,好奇地环视教堂的一切。突然,大厅中央的吊灯被几个房屋修理工碰得摆动起来。他被眼前的现象吸引住了,站了起来,两眼盯着吊灯,右手按住自己脉搏,用跳动的脉搏来计算吊灯摆动的时间。他惊奇地发现,灯开始摆动幅度大,后来摆动的幅度小,但每次摆动的时间都是相同的。这个发现使伽利略激动不已,他收集各种必要的材料,做成各种各样长短不一、重量不一的摆,然后不停地观察、记录、计算,终于得出自己的结论:摆动的周期与摆长有关,与重量和摆幅无关。他的发现改变了当时公认的最具权威的亚里士多德的结论,那时他刚满20岁。这是一个典型的“顺手牵羊”的成果。

已故的美国科学奇才费曼曾回忆他父亲如何随机教导他观察事物的过程。

父亲周末会带他到林间散步,给他讲解树林里的各种生物,看到小鸟,就教他观察小鸟在做些什么;看到树叶,叶片就是他的教材。总之,他们随机看到的各种事物和现象,都能成为父亲教导他的素材。

有一次,父亲看到一只小鸟在梳理羽毛,于是“顺手牵羊”,要求费曼想想鸟儿为什么要啄羽毛。

费曼说:“也许鸟儿飞行时把羽毛弄乱了。”

父亲说:“好,若是这样,它刚飞过之后会啄得勤些,停留在地面一段时间后便不怎么啄了——你听得懂我的意思吗?”

费曼说:“懂了。”

后来他仔细观察,发现鸟儿在落地时并未啄得勤些。费曼的假设错了,父亲告诉他:“因为虱子在咬它。鸟的羽毛会分泌蛋白质,虱子就是靠吃这种蛋白质的薄片维生的。”

父亲进一步解释说:“虱子的足部还有一种蜡质,一种更小的虱子就吃这个,它们吃下去后,消化不完全,排出一种糖类,细菌就靠这个滋长。”

最后他说:“所以你知道啦!哪里有食物来源,哪里就有某种形态的生物赖以维生。”

费曼的父亲采用的策略就是“顺手牵羊”,让费曼接受随机教学,这是一种随缘的思考、学习和心智成长。费曼在科学上能有卓越的成就不是没有原因的。

现在,许多父母对子女的教育都很关心,但观念往往出现偏差,不少父母教给孩子的往往是目标和欲望。许多父母为孩子买一整套伟人传记,比如《德川家康》之类的,希望他们向伟人看齐,却很少在生活中“顺手牵羊”地随机教给孩子正确的观念、思考方法和为人处世的道理。伟人的典范是遥远的,促进心智成长的随机教学才是切实有效的。

这是笔者亲历的一个案例。

星期天,家里改善伙食,有鸡汤、鱼,还有炒菜。饭后女儿擦桌子,突然尖叫起来:“爸爸,你看我擦过的桌子还冒烟呢!”

哦,原来是一阵白色的水汽从桌上腾起。这种现象中隐藏着一个科学道理——桌面的水蒸发,变成水蒸气,水蒸气遇冷又凝结成小水滴,这就是白气——女儿所说的“烟”。

“那不是烟,是水汽。”我纠正了女儿的描述,然后问:“你能解释这个现象吗?”女儿一笑,摇摇头。

当然,她的观察还没有那么细致。小孩子常常发现生活中一些特别的现象,这些现象常常引发他们的好奇,但很多时候,他们的好奇会随着时间和事件的推移而消失,就像一颗偶尔划过天空的流星,并不会引起一个普通人长久的观察,而同样的现象一旦被一个天文爱好者看到,就可能引发一次持久的观察。要想让孩子从一个普通的观察者转变成一个专业的观察者,需要引导。

我问:“这是水汽,你再看一看,是整个桌子都在冒水汽吗?”

“不是!”

桌上“冒烟”的地方是刚才放鸡汤的地方,其他地方没有水汽。女儿显然没有发现这个现象,我的发问让她发现了这个现象,合理的发问可以促使孩子细致地观察。

我追問:“你对这种现象不觉得奇怪吗?你发现了什么问题吗?”

“为什么就一小块地方冒水汽,而其他地方没有呢?”

“是啊?为什么呢?”

这时候我就不能解答了,需要她去思考、去猜想。胡适先生有一句名言:大胆地假设,小心地求证!这时候小孩子可以展开他们的想象,结合自己的生活经验去猜测。果然,女儿说:“我知道了,刚才这里放的是鸡汤,这里是热的!”

热,这是生活场景的重现,是推论,而不是证据。

“是吗?这里热吗?”我继续问。

女儿伸手摸了一下,语调显然提高了许多:“热的!”她在为自己刚才的猜测得到验证而骄傲。实际接触让她明白了冒起白气的地方是热的,但科学论证的逻辑常识告诉我,那里热并不能证明那里会有水汽产生!于是,我问:“为什么其他地方不冒热气呢?”

“其他地方是冷的!”依然没有论证,只是推论。

刚才女儿的“大胆地假设”已经有了,可是“小心地求证”还没有。我需要和女儿一起来证明“那个地方冒白气”是因为“那个地方热”。

于是,我让她观察一段时间,看过一会儿,冒白气的地方和不冒白气的地方有什么不同?

过了一会儿,冒白气的地方水渍已经全干了,留下了一个圆圆的印记,而其他地方抹布留下来的水渍依然存在。

“这个现象又说明什么?”我问。

“冒白气的地方水蒸发得快,不冒白气的地方水蒸发得慢。”

“影响水蒸发快慢的原因是什么呢?鸡汤?抹布?还是水?”这是一个科学问题,也是一个核心问题。

女儿仔细思考后说:“是鸡汤把热量传递到桌上,传递到的地方温度高,温度高的地方水蒸发快,温度低的地方水蒸发慢。”

好!已经接近核心概念了!现在需要的是反证:如果冷的地方也变热了,会不会水蒸发也变快?于是,我们在其他地方放上盛鸡汤的平底锅,不一会儿,凡是放过锅的地方都冒了热气。

女儿终于明白了蒸发和温度的关系。

我接着给女儿设计了一个实验:在一个热水袋里灌满热水,贴上一块湿餐巾纸,测量餐巾纸变干的时间。然后,观察同样一张纸,在冷的热水袋上多长时间会干,这样可以帮助她对蒸发快慢的概念理解得更透彻。

女儿听了我的实验设计,立刻动起手来……

科学教师在课堂上如何实施“顺手牵羊”的教学策略呢?

很重要的一点是,教师要善于在日常生活中寻找丰富的教学素材。科学实验是许多科学教学的重要环节,具有引导学生进行科学探究、培养学生科学精神和科学方法的功能。20世纪70年代,我国著名的物理教育家、苏州大学教授朱正元就基于当时的中学办学条件,提出了“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”的教育思想,要求广大中学教师想方设法地把实验开展起来,让学生动起手来。他的这一思想在现在仍有很强的现实意义。

随手取材实验是指使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验,是中小学科学实验教学的重要组成部分。这样的实验成本虽低,但智慧、价值不低,不仅能激发学生学习科学的积极性,培养他们的科学精神、科学态度、科学文化素质,而且在培养他们探究能力、创新能力等方面也有着非凡的功效。我们应当鼓励、引导学生利用身边的材料,随手勤做科学实验,经历探究的过程,发现和解决问题。

科学源于生活、服务于社会,我们要积极引导学生探究身边的科学。例如,在农村建房的现场可以观察:建材的选购、房屋的地基、房屋的设计、如何砌墙、墙体如何保持竖直、沙料运输方式等,这些都跟物理、化学等知识有着密切的联系,只要去探究就会有发现。

又如,我们的厨房里就有一些与热有关的现象:

用炉火加热锅底,锅底要置于火苗的外焰,因为外焰温度高。

锅铲的手柄处常用塑料、木头等材料,因为它们是热的不良导体,在使用过程中烫不到手。

往玻璃杯中倒入沸水,为防止玻璃杯破裂要进行预热,因为杯子内壁和外壁受热膨胀的程度不同。

要喝凉开水可以将少量开水倒入大碗内,这样凉得快些,因为表面积大,水蒸发快、降温快。

往保温瓶灌开水时,为了保温,不要灌得太满,因为不满时,瓶口有一层空气,空气是热的不良导体,能更好地防止热量散失。

用油来炸食物而不用水,是因为油的沸点高,食物更容易熟。

再如,从力学角度看:

用筷子夹菜,用到了费力杠杆能够省距离的知识。

菜刀的刀口磨得很薄,是通过减小受力面积来增大压强。

炊具的手柄处有花纹,是为了增大摩擦力。

泼水时,是利用水的惯性将水倒出。

用蛋轻敲碗的边沿,鸡蛋破了,说明了力的作用是相互的和碗的硬度大。

人们在不知不觉中使用和应用着科学知识。对于这些科学素材,我们平常要做有心人,多发现、多观察、多学习、多思考,使之变成学生科学探究的好材料。

一碗米、一盆水、一点小苏打,生活中的一些简单材料,通过“顺手牵羊”,可以做出很多科学小实验。比如,找3个馒头和3个干净的塑料袋,放在蒸锅里蒸30分钟以上(一定要多放一些水,否则会烧干锅的)。蒸完后,尽快用手在其中馒头A上按一下,然后认真洗一下手,迅速在馒头B上按一下,馒头C不做其他处理。然后将3个馒头分别用塑料袋封好,一起放到温暖湿润的地方。过一段时间,观察3个馒头发生了什么样的变化,这就是一个简单易做的有关霉菌的实验。

建构主义学习理论认为,人的发展不是一个完全外塑的结果,而是一个在认识实践中主动建构的过程。创设合理的问题情境,对于激发学生的科学探究兴趣,形成积极的学习动机,沟通他们新旧科学知识之间的联系,聚焦当前所要探究的问题,顺利进行探究式学习等,都有着十分重要的意义。科学教师如果能根据教学内容就地取材,创设情境,就能促进学生的积极思维,激发他们的探究欲望。

例如,《大氣压力》一课,一般会用实验室里的子母管、马德堡半球、注射器等仪器来证明大气压的存在,且大气压很大。这样做,效果肯定不错。不过,我有一次“顺手牵羊”,用生活中随手可得的大可乐瓶和一把锥子做了一个实验,效果奇好。

课前我要求学生带大可乐瓶和一把锥子,在上课前把可乐瓶灌满水。上课时,要求学生拿出灌满水的可乐瓶,我提出问题:“用锥子在盖子拧紧且在灌满水的可乐瓶底部钻个空,会出现什么现象?”学生一片沉默,因为他们觉得我的问题太简单。

达到了制造悬念的目的后,我就让学生动手做,提醒他们注意手尽量别挤压到瓶体,拿瓶子的同学最好手拿在瓶盖处,结果出乎他们的意料。

于是,师生一起分析现象,学生因此掌握了新知识。接着,我又利用在可乐瓶的侧面打孔的实验,引导学生认识“大气压的方向”等。这样随手就地取材,创设问题情境,不仅能够激发学生学习的兴趣,引导他们提出问题,激发求知欲,为他们以后的学习做铺垫,而且能够培养他们的实验技能,唤醒他们的认知系统,拓展他们的思维。设计此类小实验最好以学生能随手得到的物品为器材,让每个学生都能动手做实验。

有时候,教师“顺手牵羊”随手取材,基于生活原型,引出挑战性问题,引导学生开展科学探究活动,可以培养学生的抽象思维。有的科学概念很抽象,学生比较难理解,这时运用适当的学生实验,对突破教学难点有特殊的作用。如《杠杆》一课的教学,学生往往很难真正理解一些变形杠杆的支点、阻力点和用力点,无法判断杠杆是否省力,教师通过视频演示和纯粹的传授也难以加深学生的理解。为了突破这个教学难点,我在课前“顺手牵羊”,搜集了一些生活中的筷子、钳子、剪刀、镊子、指甲刀、开瓶器、钓鱼竿、铁锹等,教学时让学生在做中学,在动手中认识不同杠杆的支点、阻力点和用力点。同时引导学生运用学到的科学概念,分析自己带来的杠杆模型,较好地区分了省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。通过这样的教学,学生体会到了杠杆在现实生活中的广泛应用,并通过观察分析不同的杠杆,体会到杠杆的科学内涵,以及科学源于生活、用于生活。可见,使科学问题生活化,能有效地激发学生的学习兴趣,调动他们学习的自主性。

“顺手牵羊”的教学策略不必拘于一定的形式,有时可能只是我们随手可得的一件物品,或是我们人体的一部分,甚至是教师和学生的一个动作,这些都能起到很好的辅助作用。

如学生在判断“踢出去的足球在空中的受力情况”时,往往会认为足球还受到一个向前的力。为了突破这个难点,我随手把粉笔向空中一扔,同时设问:“手还能碰到空中的粉笔吗?”从而使学生体会到足球在空中不受向前的“踢力”,是惯性使得它向前运动。

再如,《测量力的大小》一课,需要用弹簧秤测量一些物体的重力大小,教师就不必在课前准备需要测量的物体,可以让学生测量身边的物体重力,这样做,取材方便,学生兴趣高,操作过程简便,实验现象明显、形象直观,还能引发他们思考,使他們的科学探究向深层次发展。可见,好的实验是科学教学的法宝,做好实验是教活、学通科学的正确方法和有效途径,教师、学生应充分利用手边的资源,设计一些简便易行、效果显著的实验来提高教学效益。

运用“顺手牵羊”策略需要教师具备一定的教学机智。教学机智是教师在教育教学过程中的一种特殊的定向能力,是指教师能根据学生新的,特别是意外的情况,迅速而正确地作出判断,随机应变地及时采取恰当而有效的教育措施。运用教学机智,有助于教师解决科学课堂上动态生成性的问题。

在一次课堂教学中,一名女生不小心把温度计弄坏了,有学生说:“老师说过的,弄坏温度计要赔的。”还有一些同学在一旁不停地提醒我,好像只有赔偿了才公平。女孩的头低得更下了,悻悻地说:“赔就赔!”我经过调查得知,原来是两个学生在记录气温时没有协调好才发生了这个小插曲。我语重心长地说:“现在温度计已经摔坏了,我们从这件事想到些什么呢?”于是,大家你一言我一语地谈到了合作的重要性、动手前要考虑周到、对同学的失误要宽容……看到学生关注的重点已不在那支坏的温度计上了,我意味深长地说:“其实,每一件事都不是绝对的。今天这位同学摔坏了温度计,从这件事上你们知道了做事的态度,知道了怎样待人,这对我们未必不是一件好事。若是开动脑筋,我们还可以从这支坏的温度计上挖掘更多的积极因素呢!”

见学生惊讶地看着我,一脸困惑,我接着说:“以前我们认识温度计的时候,你们不是对里面的东西很感兴趣吗?”学生思维的闸门一下子打开了。

“我们可以看看里面红色的液体到底是什么?”

“做温度计的材料究竟是什么?”

于是,破碎的温度计恰如被解剖的物体,清晰地展示在学生面前,学生有的摸、有的闻、有的看,忙得不亦乐乎,以前只是“纸上谈兵”式地认识温度计的内部构造,现在可以更直观地观察和认识了。

总而言之,在大科学观的视野中,随处都是教育资源,“顺手牵羊”需要教师有一颗“七窍玲珑心”。“顺手牵羊”不是伸“手”就行的事,也不是一“牵”而就的事,还要有必要的条件:顺其自然是其一,有机必乘是其二,运用到位是其三。

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