让学生重演物理知识的发生过程(北京2010[1][1].08).ppt

浙江省义乌中学 吴加澍 （2010.08.07 北京） 【生物重演律】 胚胎发育 物种进化历程 的重演 种细胞种细胞 成熟体成熟体 德国生物学家海克尔（1866年）： 【教学重演律】 教学过程 人类认识历程 的重演 从“生物重演律”到“教学重演律” “个体发生就是种系发生的短暂而迅速的重演” 未 知 真 知 进一步研究发现，“重演律”具有普遍意义，它不仅适用 于生物学，还可以推广至其它领域，包括精神领域。 学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意 义上的重演； 科 学 家 知识原生产 学 生 的 知识再生产 相似性 从“生物重演律”到“教学重演律” 波利亚： 教学发生学原理教学发生学原理 “在教一个科学的分支(或一个理论、一个概念)时,我 们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子, 当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅 是重蹈关键性步子。” 学生学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的 历史顺序。 理论与实践表明： 让学生重演物理知识的发生过程，是指学生在教师的 引导下，去揭示并感受物理知识发生的原因、物理知识 形成的经过、以及物理知识发展的方向。 让学生重演物理知识的发生过程，可以使学习成为学 生“亚研究”“再创造”的过程，这将有助于 1.激发学生学习兴趣，促进学习主动有效； 2.揭示知识本原意义，优化学生认知结构； 3.拓展物理教育功能，全面落实三维目标。 *物理知识“生长三部曲”： 发生 形成 发展 （应运而生）（应运而生） （水到渠成）（水到渠成） （拓展延伸）（拓展延伸） 从“生物重演律”到“教学重演律” 充分还原稀释 让学生体验 的形成过程 坚持延迟判断 让学生探寻 的发现过程 渗透思想方法 让学生参与 的设计过程 注重过程分析 让学生亲历 的解决过程 “重演知识发生过程”的教学实施 物理概念物理概念 物理规律物理规律 物理实验物理实验 物理问题物理问题 创设情景抽象加工巩固深化 (具体 抽象 具体) 感知材料 形成表象 分析比较 抽象概括 变式迁移 完善结构 “重演知识发生过程”的教学实施 充分还原稀释 让学生体验物理概念物理概念的形成过程 终极PK：汽车，摩托车，战斗机，谁更快？ 创设情景 引入课题 “加速度”的教学 终极PK：汽车，摩托车，战斗机，谁更快？ 创设情景 引入课题 运动快 速度速度位置变化快 起动快速度变化快 1s末2s末3s末4s末5s末0 飞机 汽车 摩托车 0 2.5 5.1 7.5 10 12.5 0 4.0 7.9 12 15.1 20 0 5.0 10 14.9 20 25 ？ “加速度”的教学 快 实验观察 比较分析 学生发现: 构建概念: 如何描述运动速度变化的快慢？ 联想类比 概括定义 “加速度” “加速度” “加速度” 类 比 速度变化快慢与V和t相关。 创设情景 引入课题 “加速度”的教学 坚持延迟判断 让学生探寻物理规律物理规律的发现过程 *延迟判断给学生留有足够的思维时空,使他们对 物理结论的判断,产生于经历必要的认知过程之后。 “重演知识发生过程”的教学实施 提出问题 猜想假设 应用延伸 推理 论证 实验 检验 总结规律 实验 观察 分析 归纳 老教材： 布鲁纳“发现学习”理论： （ ） 形 成 物理表象 *一般学习程序 *物理学习程序 直接经验 图象经验 抽象经验 实验观察 物理图象 物理抽象 （ ） 感 知 物理现象（ ） 建 构 物理知识 t v a v0- =vtav0= “匀变速直线运动速度与时间的关系” 只有数学推演 缺乏物理图景 “匀变速直线运动速度与时间的关系” 老教材： t v a v0- = 新教材： 实验探究小车的运动作出速度-时间图象 得出速度时间关系 ( )v tav0 = 总结小车运动特点 (匀变速直线运动) vta v0 = “重演知识发生过程”的教学实施 渗透思想方法 让学生参与物理实验物理实验的设计过程 目的目的原理原理方案方案实施实施结论结论原理原理 实验“三问”: *这个实验应该怎样做？ *这个实验为什么这样做？ *这个实验还可以怎样做？ 知其然 知其所以然 知其所尽然 动手动脑动心 “重演知识发生过程”的教学实施 注重过程分析 让学生亲历物理问题物理问题的解决过程 检验讨论 审明题意 确定对象 分析过程 建立模型 选用规律 布列方程 求解作答 实际问题数学问题物理问题问题结果 “三重原则”： 过程重于结果 模型重于题型 思路重于套路 “重演知识发生过程”的教学策略 “两条铁律” “三序合一” “一项原则” 面对原始问题面对原始问题 彰显学科特色彰显学科特色 优化教学结构优化教学结构 从一道题目说起 学过动力学知识后,要求学生通过实地测量并估算： 自行车在行进时所受阻力的大小？ 让学生改做下题： 质量为m的物块，在水平地面上以一定初速开始滑行 ,它因受恒定阻力的作用而最终停止.已知滑行的位移是 X,经过的时间是t.试求物块所受阻力的大小？ 反思 学生缺的不是物理知识，他们缺的是实践意识和解决 实际问题的能力。 原因 无源之水 无本之木 面对原始问题 学生究竟缺什么？ 我们的物理教学远离了物理学的源头。 学生束手无策 求解轻而易举 “很多学生在物理学习中形成一种 印象，以为物理学就是一些演算。演 算是物理学的一部分，但不是最重要 的部分，物理学最重要的部分是与现 象有关的。绝大部分物理学是从现象 中来的，现象是物理学的根源现象是物理学的根源。” 杨振宁： “要面对最原始的问题，站在问题开始的地方，而 不要淹没在文献的海洋里。” 从中间教起 两种教学起点： 从开头教起 教的是结论，学到的是技巧 教的是思维，收获的是智慧 面对原始问题 【例1】伏安法测电阻 电路 连接 误差 分析 适用 情况 A V Rx A V Rx 由于V表的分流作用 I测I真 ，R测R真 由于A表的分压作用 U测U真 ，R测R真 外接法内接法 RV RXRA RX 这种以定论的形式呈现学习内容的教学，看似逻辑 清晰、快捷高效，但它不是以物理现象与事实为背景， 远离了学生的直接经验，并且也缺乏认知的挑战性。 面对原始问题 A V Rx 改进 完善 (甲) (乙) 定值电阻值甲测量值乙测量值 101014 10K10K5.5K A Rx V Rx V A 【例1】伏安法测电阻 提出问题： 设计方案： 测量数据： 分析讨论： 交流总结： 测量结果 相同吗？ 为什么相差 如此悬殊？ 面对原始问题 电路 连接 误差 分析 适用 情况 A V A V 由于V表的分流作用 I测I真 ，R测R真 由于A表的分压作用 U测U真 ，R测R真 外接法内接法 RV RXRA RX 学习内容以问 题形式来呈现 【例2】一幅照片中的摩擦力问题 1. 砖块被顶在墙壁上为什么 不会滑落？ 2.2.当战士顶砖块的力增大时当战士顶砖块的力增大时， 摩擦力大小会变化吗？摩擦力大小会变化吗？ 3.为使砖块不滑落,头顶的压 力至少多大？计算这个问题还 需知道哪些条件? 结合本节课（摩擦力） 所学知识，你能够提出并 解决哪些相关的问题？ 4.砖块之间的摩擦力大小相等 吗？怎样计算不同接触面之间 的摩擦力？ 面对原始问题 面对原始问题 “基本的物理规律的得到是粗化 的过程。” （郝柏林） 著名数学家拉格朗日: “一种数学理论应当能向在大街 上遇到的第一个人解释清楚。” “我们的学生每遇到问题时，总是一开始就埋头于用系 统的理论工具，按部就班地作详尽的定量计算，而且常 为某些计算细节所困惑” （赵凯华） 学生物理学习现状： 物理学家研究思路： 定性 半定量 定量 教学实践表明，让学生面对并解决原始的物理问题， 将有助于加深对基本物理思想、观念的理解与感受。 大道至简大道至简 探究小车速度随时间变化的规律 凡课程都是有边界的。如果没有了边界，也就失去了 这门课程独立存在的意义。 课程的边界，往往体现在学科的特色上。 物理学科的特色 事实证据 理性思维 物 理 （以实验为基础） （以思维为中心） 物理教学的 两条铁律 课程的边界 彰显学科特色 这两者是一切科学的基础，也是物理学科的魅力所在 。 发挥学科特色，展现学科魅力，是激发学生学习物理 积极性的根本之举。 彰显学科特色 让学生重演物理知识的发生过程，同样离不开观察实验实验 和理性思维思维这两只脚。 著名物理学家密立根： “科学是在用理论和实验这两只脚前 进的。有时是这只脚先迈出一步，有时 是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠 两只脚：先建立理论然后做实验，或者 是先在实验中得出了新的关系，然后再 迈出理论这只脚并推动实验前进，如此 不断交替进行。” 情景情景问题问题探究探究结论结论 以情景 引问题 以问题 导探究 以探究 促真知 彰显学科特色 以实验为基础以实验为基础 创设教学情景 【例】“电场线”的引入 （义乌中学 骆文洲） 彰显学科特色 以实验为基础以实验为基础 创设教学情景 【例】“电场线”的引入 （义乌中学 骆文洲） 1.设置情景： 2.实验观察： 3.思考质疑： 4.提出课题：怎样形象直观地描述电场的分布规律 ？ “头发”为什么会竖起来 ？ 它们受到了电场力的作用 高压放电;人体带电 “头发”为什么竖得很有规律 ？ 它间接地反映出电场分布具有一定的规律性 验电器指针张开;学生“怒发冲冠” 物理问题不等于“现象现象+ +问号问号” 物理问题产生于“观察观察+ +质疑质疑” ？ 知识陷阱 ？ 知识台阶 彰显学科特色 以实验为基础以实验为基础 引发认知冲突 彰显学科特色 以实验为基础以实验为基础 丰富物理表象 【例】电流表的改装 G _ + GGG G G G G R 【例】探究电磁感应的产生条件 磁通量磁通量 不变！不变！ 实验观察分析论证归纳结论 *小结 B不变,S变化； S不变,B变化. *质疑 如果B、S都变 化呢？ *启示 电磁感应的产 生与B、S变化 有关,但并非只 由它们各自的 变化而决定. 由于BS ， 因此可以用磁通量来 描述电磁感应产生的 条件 彰显学科特色 揭示知识关键 【例】“多普勒效应” （义乌中学 陈军） 彰显学科特色 化解学习难点 难点 波源运动时波形的空间分布 突破多种媒体协同互补、有效整合 观察现象分析原理拓展新知 （实验演示 ） （动画分析 ） （视频播放 ） 实验演示实验演示: : “听得到”的多普勒现象“看得见”的多普勒现象 难点 波源运动时波形的空间分布 突破多种媒体协同互补、有效整合 观察现象分析原理拓展新知 （实验演示 ） （动画分析 ） （视频播放 ） 动画分析动画分析: : 【例】“多普勒效应” （义乌中学 陈军） 彰显学科特色 化解学习难点 在动态过程 中理解原理 难点 波源运动时波形的空间分布 突破多种媒体协同互补、有效整合 观察现象分析原理拓展新知 （实验演示 ） （动画分析 ） （视频播放 ） 视频播放视频播放: : 【例】“多普勒效应” （义乌中学 陈军） 彰显学科特色 化解学习难点 知识拓展 击波现象 （马赫波） 教 师 的 思维活动 学 生 的 思维活动 自学 上课 备课 物理学家的 思维活动 物理教学中的三种思维活动： 反馈 揭示物理学家的思维过程 还原稚化教师的思维过程 充分暴露学生的思维过程 物理教学要做到 彰显学科特色 以思维为中心以思维为中心 教 师 的 思维活动 学 生 的 思维活动 自学 上课 备课 物理学家的 思维活动 物理教学中的三种思维活动： 反馈 揭示物理学家的思维过程 物理教学要做到 以思维为中心以思维为中心 物理学家的思维活动也是一种宝贵的教学资源。 它不仅有助于学生加深对物理知识的本质的理解， 而且也为培养他们的科学思维方式，提供了极好的 素材和范例。 彰显学科特色 1.绝大多数 没有偏转 2.少数粒子 较大偏转 3.极少数被 反向弹回 （实验观察分析推理联想类比构建模型） 原子内部 十分“空旷” 原子内部有 “核”存在 作用力很大（ 电量集中 质 量集中） 类 比 （ 行星模型） 李远哲因研究化学反应的微观动态机制而获得诺贝尔 奖。他说：“我所从事的工作，类似在黑暗的动物园里 设法探测一个笼子中有哪些动物。办法是往笼子里面扔 些东西，” 黑箱推理 原子核式结构模型的发现 原子的 核式结构 例如扔进一只香蕉，如果里面有大象，大象就会连皮带肉吃了香蕉 ，不会有剩余的东西扔出来；如果里面有猴子，猴子会剥开皮吃了 香蕉肉，然後把皮扔出來。我就根据里面有没有东西扔出來，扔出 來的是什么东西，去猜测笼子里有些什么动物 彰显学科特色 教 师 的 思维活动 学 生 的 思维活动 自学 上课 备课 物理学家的 思维活动 物理教学中的三种思维活动： 反馈 揭示物理学家的思维过程 还原稚化教师的思维过程 物理教学要做到 彰显学科特色 以思维为中心以思维为中心 *还原 展现教师的思维过程 *稚化 回归学生的思维起点 师生思维 同频共振 教 师 的 思维活动 学 生 的 思维活动 自学 上课 备课 物理学家的 思维活动 物理教学中的三种思维活动： 反馈 揭示物理学家的思维过程 还原稚化教师的思维过程 物理教学要做到 彰显学科特色 以思维为中心以思维为中心 引导学生思维的最好办法是教师与学生一起思考， 而不是代替学生思考，或者比学生更聪明地思考。 巧娘拙女 老师越“聪明”,学生就会越笨。 大智 若愚 教 师 的 思维活动 学 生 的 思维活动 自学 上课 备课 物理学家的 思维活动 物理教学中的三种思维活动： 反馈 揭示物理学家的思维过程 还原稚化教师的思维过程 物理教学要做到 彰显学科特色 以思维为中心以思维为中心 充分暴露学生的思维过程 这是教学活动中最重要、最本质的过程。思想应该在 学生的头脑里产生出来,教师只是学生的“思想助产婆”。 【例1】分析行驶的汽车的受力情况 牵引力 支持力 摩擦力 重力 地面 压力 大气 压力 浮力 空气 阻力 驾驶员 压力 地面 压力 “ “ 受力分析受力分析 ”