物理教学顶层设计的思考.ppt

黄恕伯 2012.10.29,物理教学 顶层设计的思考,军训时，连队间举行行军比赛，看谁先到达目的地。某连举行战术研讨会，商议怎样提高比赛效果。,甲说：要加强技能训练，提高单位时间行走的路程。,乙说：要延长行军时间，用时间来换取空间。,丙说：路程等于速度乘时间。要在竞争中取胜，既要提高速度，也要比其它连队延长连续行军的时间。,连长认为丙有道理，于是就按丙的思路去做。全连一大早就起来，比干劲，拼体力，一路上十分辛苦。,中午大家吃饭时，连长拿着地图、登上高地，察看地形。突然无语了：路线错了，方向反了。,前言：一则笑话的启示,“方向和路线” 比 “速度和时间” 更重要！,相对于物理知识 “概念和规律” 等具体内容而言，物理教学的 “理念和策略” 是属于方向和路线的。它关系教学全局，起 “统领” 作用。物理教学的优化，首先是是 “理念和策略” 的优化，为此，应该从课程目标这一最顶层的主题来构思统领教学全局的基本策略。,行军如此，物理教学同样如此：一个不当的教学过程，力度越大、时间越长，其危害越严重。,前言：一则笑话的启示,1.顶层设计是三维目标的总体思考,2.过分地突出基础知识和基本技能已不合时宜,一、优化教学需要有顶层设计的思路,信息技术的发展使得知识答案的获得已不再是难事,技能的具体内容总是在与时俱进,如果使用电子天平，原来机械天平的操作技能训练便失去了意义。,1.顶层设计是三维目标的总体思考,一、优化教学需要有顶层设计的思路,3.课标的修订，要求在实施教学中进一步强化“过程”目标和“情感”目标。,2.过分地突出基础知识和基本技能已不合时宜,强化 “过程 ”目标和 “情感 ”目标是优化初中物理教学的总思路。,1.顶层设计是三维目标的总体思考,一、优化教学需要有顶层设计的思路,4.优化初中物理教学的具体途径,学习兴趣,实践意识,分析习惯,科学态度,方法能力,知识的缺漏随时可以补足；但兴趣的缺乏、意识的淡薄，能力的缺失、态度和习惯的错误，不是短时间能改善的，它很可能影响整个高中阶段，甚至于一辈子。,2.过分地突出基础知识和基本技能已不合时宜,3.课标的修订，要求在实施教学中进一步强化“过程”目标和“情感”目标。,二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标,1.通过教学措施落实“兴趣”目标,设计有趣的问题，让学生研究,增添联系自然、联系生活的教学内容,创设生动活泼的研究情境和学习氛围,布置有趣的学习任务,用“情理之中”的原理解释“意料之外”的现象,(1) 激发学生的学习兴趣,设计有趣的（意料之外）的研究问题,人类通向深海的道路十分崎岖和艰难，其原因之一，是深海的海水压力大得令人难以置信，人要潜入深海，是一个高科技难题。2011 年，我国自主研制的蛟龙号载人潜水器潜入了5 km级的深海中，敲开了这一神秘“龙宫”的大门。 深海5 km意味着什么？有人说，设想你在5 km深的蛟龙号潜水器中把一只脚伸到外面的水里，海水对你脚背的压力相当于1 000 个人叠起来踩在你的脚上！海水压力果真有这么大吗？,设计有趣的（意料之外）的研究问题,用“情理之中”的原理解释“意料之外”的现象,创设活泼的学习氛围，增强学生的学习乐趣,激发学生对自然界的好奇，让学生领略自然现象中的美妙与和谐，对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感。 课程标准“情感态度价值观”目标的要求,增添生动的教学内容，激发学生的求知欲,图9.1-2 骆驼有宽大的脚掌，不会深陷沙中,返回,用视频代替图片更能激发学生的学习热情,用视频代替图片更能激发学生的学习热情,惯性：太空搬运（牛顿第一定律）,视频：有趣的惯性,物体的相互作用,八年级上册教科书为什么要编入以上练习题？,布置有趣的学习任务，提高学生的学习兴趣,制作乐器,广 州 象 达 中 学,布置有趣的学习任务，提高学生的学习兴趣,二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标,1.通过教学措施落实“兴趣”目标,(1) 激发学生的学习兴趣,(2) 保持学生的学习兴趣,控制难度，让学生获得学习成功的愉悦感。,未必要天天刻板预习，丧失课堂的新鲜感,控制作业量，避免学生对作业的畏惧感。,二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标,1.通过教学措施落实“兴趣”目标,2.通过行政措施让教师重视“兴趣”目标,建议把“兴趣”列入对教师评价指标,有利于建立良好的师生关系,有利于转变课堂教学行为,有利于优化课堂教学内容,有利于控制教学难度,有利于控制学生的课业负担,1.养成分析问题的好习惯是物理教学的重要任务,对于物理问题的解决，是抽象地套用某个理论还是进行具体分析，这是一个重要的解题习惯。它是影响学生学习“后劲”的重大因素。,三、帮助学生养成良好的学习习惯,1.养成分析问题的好习惯是物理教学的重要任务,三、帮助学生养成良好的学习习惯,如图，当 K 由 2 改接为 1，使输电线以原来 2 倍的电压输送交流电时，输送电流（即电流表A 的读数）如何变化？,一道检测学生思维习惯的试题：,2012年高考理综试卷第21题：假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为,A. B. C. D.,但当前某些流行的做法并不是让学生理解和应用上述基本原理，而是让学生记住这一解题结论 ，某些教辅资料为了渲染这一解题结论的重要性，称该结论为 “黄金代换” 公式，并用这一“黄金” 公式直接套出某些死板题目的答案。这些 “经验” 在教辅中抄来抄去，泛滥成灾。,2012年高考理综试卷第21题：假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为,A. B. C. D.,本题让不求甚解、死套“黄金”公式的学生尝到了苦果，他们刻板地看到“黄金”公式中g是和R2成反比的，选择了选项D，导致了解答错误。然而，这些死记硬背的学生，在高考考生中却不是少数。,江西省高考数据统计（0答案选项未列入）：,选 D 人数之多，暴露了当前培养学生思维习惯方面存在的严重问题,把问题分成一些类型，让学生感悟和概括某一类问题的解题思路，有利于提高解决问题的能力。,但是，把方法当成知识来灌输，让学生死记一些解题套路来套出问题的答案，这就不是好的教学过程。,甚至于，把各种具体情境题目的解答也命名为“法”，让学生记住解答的最后公式在考试中套用。它不仅增加了学生不必要的课业负担，更严重的是对学生正确思维的形成有很大摧残作用。, 初中物理“方法”教学的一个调查记录的启示,三、帮助学生养成良好的学习习惯,1.养成分析问题的好习惯是物理教学的重要任务,例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。,例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。,例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。,这种要学生死记题目类型答案的教学方式，它不仅盲目加重学生的学习负担，并让学生产生对物理课“呆板、乏味”的误解，丧失对物理学的兴趣，致使学生发出“我讨厌欧姆！”的呼声。, 一段国外小学数学教学方法的启示,（以下照片摘自华东师大张华教授的演示稿）,19012007，诺贝尔物理、化学、生物或医学三大科技类奖总数469人，分属于26个国家，其中美国204人，占43.5%； 19682000，诺贝尔经济学奖总数46人，分属于12个国家，其中，美国：30人，占65；,也许有人问：这样教学，中考、高考行么？,高考物理考试大纲 分析综合能力 能够独立地对所遇的问题进行具体分析、研究， ；能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题， ；能够提出解决问题的方法，综合解决所遇到的问题。,该学生的解答过程，恰恰符合高考分析综合能力的要求。,从以上两个课例可以看到，不同教师在教学设计时，其课程目标的视角有很大的不同。,下面是同一知识点的同一个演示实验，都是为了说明单摆的机械能守恒规律，但两种演示方法体现了课程目标的差异。,返回,两个课例的知识目标是相同的，但在实现情感态度价值观目标方面的追求，存在着明显差异。,(1)养成正确审题的好习惯,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,审题的含义：从题目的陈述中正确辨析出题目所给的具体条件或具体要求的过程,审题的要领转化。其操作为：,把文字表述转化为物理情景,把物理情景转化为物理条件, 把物理条件转化为数学条件,审题难点的克服 :,审题难点自发地对物理情境的想像。,克服方法增强实践意识（强化体验性实验）,高中物理教科书中的体验性实验：,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,用“飞镖”来感受曲线运动物体速度的方向。,(1)养成正确审题的好习惯,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,高中物理教科书中的体验性实验：,(1)养成正确审题的好习惯,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,(1) 题目：如图，物体静止，各接触面之间是否有摩擦？,习题教学中的体验性实验：,(1)养成正确审题的好习惯,用手拉纸条，两本书都静止，A、B之间，B、C之间有静摩擦力吗？,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,(1) 题目：如图，物体静止，各接触面之间是否有摩擦？,习题教学中的体验性实验：,(1)养成正确审题的好习惯,(2) 人走路时，脚受到的静摩擦力方向如何？,人在行进中如果踩上一块瓜皮会怎样？用滑板试试。,有什么发现？,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,(1)养成正确审题的好习惯,(2)养成确立研究对象的分析习惯,(3)养成解题时分析物理量制约关系的习惯,2010年全国新课标高考题的解答,如图所示，在0 x a、o y a/2范围内有垂直于xy 平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为m、电荷量为 q 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在 xy 平面内，与 y 轴正方向的夹角分布在090范围内。己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a/2与a之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的,(1)速度的大小。 (2)速度方向与y 轴正方向夹角的正弦。,应该通过怎样的例题讲解来形成学生正确的分析习惯？,O处粒子源某时刻发射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范围内; 粒子半径在 a/2 与a 之间； 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 (1)速度大小； (2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。,若粒子和y轴夹角=0，运动半径 a/2，轨迹如右图半圆。,根据题意，要增大半径，同时要满足在磁场中运动时间是T/4，需要增大角,此时粒子在磁场中运动时间为T/2, 不符合题意。,分析一,分析二,O处粒子源某时刻发射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范围内; 粒子半径在 a/2 与a 之间； 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 (1)速度大小； (2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。,增大，且半径 OC2a/2，OC2A290，沿OA2弧运动的粒子在磁场中运动时间为T/4。,若保持半径OC2不变，略微减小，粒子轨迹将位于OA2弧上方。,C2,A2,A3,OA3的弦长大于OA2，OA3对应的弧长也大于OA2，沿OA3运动的时间将大于T/4，不满足题目条件。,由以上分析可知，最后离开磁场的粒子，其轨迹应该和磁场上边缘相切。,O处粒子源某时刻发射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范围内; 粒子半径在 a/2 与a 之间； 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 (1)速度大小； (2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。,沿ODA 弧运动的粒子为最后离开磁场的粒子，OCA90。,A,r,D,P,E,CDCP + PD,r r sin + a/2 ,OEOP + PE,a r cos + r sin ,因 sin2+ cos2 1 ,由解得,C,，有效解为,进一步可解得：,分析三,O处粒子源某时刻发射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范围内; 粒子半径在 a/2 与a 之间； 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 (1)速度大小； (2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。,分析一是建立在学生现有认知基础上的，它有利于学生对基本知识的应用，有利于从此迈开“具体分析”的步伐。,分析二是分析一的深入，把解题分析跟题目的要求联系起来，进行制约关系分析，逐步走向答案。,分析三，主要是形成解题方案后的数学分析。讲解例题，应重视类似于分析一和分析二的“物理分析”，只有类似分析三的分析，难以提高解题能力。,三、帮助学生养成良好的学习习惯,3.怎样帮助学生养成分析问题的好习惯,(1)养成正确审题的好习惯,(2)养成确立研究对象的分析习惯,(4)养成思考实验误差的分析习惯,(3)养成解题时分析物理量制约关系的习惯,返回,1.闭合电路欧姆定律实验数据和赛课现场记录,名师赛薛老师教学片段：“闭合电路内、外电压的和不变”,名师赛周老师教学片段：“闭合电路内、外电压的和不变”,薛老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,实际上是1.53,应该是2.05,再把薛老师表格的实验序号按外电压由大到小排列,1.53,2.05,薛老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,两表格的U总都明显随外电压减小而减小，但学生都说不变。,两表格电压读数都精确到了三位有效数字，但老师都认为不够精确，进一步精确实验，U总便会不变。,1.闭合电路欧姆定律实验数据和赛课现场记录,2. 实验数据分析（以周老师数据为例）,(2) 随着电路中的电流增大，U总（U总相对数据1的误差）也越大,(3) U总约等于U内的五分之一,(4) 如果把U内的五分之一补偿给内电压，U总数据就非常理想,综合以上判断：该实验可能有五分之一的内电压没有测量到,(1) 随着电路中的电流增大，U内越来越大，U内 也越来越大,3. 误差原因分析,探针和电极之间（深蓝色）这部分内电压没有测量到，本实验中它的电阻约等于两探针之间电阻的五分之一，因此它分担的电压也等于两探针之间电压的五分之一，漏测的这部分内电压随电流增大而增大，造成了实验的系统误差。,1.闭合电路欧姆定律实验数据和赛课现场记录,2. 实验数据分析（以周老师数据为例）,周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,未测到的电压约占内电压的3%,未测到的电压约占内电压的20%,1.闭合电路欧姆定律实验数据和赛课现场记录,4. 对教学设计的建议,编写一个练习题让学生理解产生误差的道理,2. 实验数据分析,3. 误差原因分析,练习：以上实验在电流为 0 时，测得外电压为 2.15 V；在获得数据 3 时，电路中电流为0.9A。由此计算测量内电压的两探针之间的电阻是多少？还有多少内电阻在探针外面？,解：两探针间的电阻为 （0.45/0.9），即0.5，内电阻为,，探针外的内阻为0.1,计算各个测量数据探针之外的内电压，如果把它补偿进所测量的内电压中，发现内、外电压之和是一个很精确的常数。,周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）,1.闭合电路欧姆定律实验数据和赛课现场记录,4. 对教学设计的建议（意图）,(2)重视科学探究的“评估”环节,(3)采用现实数据编写习题，体现问题的真实感,(4)通过真实数据的练习，体会物理规律的完美和神奇,(1)让学生经历一次根据测量偏差发现某一事实或规律的过程（体会“发现海王星”的愉悦）,2. 实验数据分析,3. 误差原因分析,四、教学联系生活、社会，增强学生实践意识,1.实践意识不仅是学生终身发展所必须的，也是教学现实中提高纸笔测验成绩所必须的。,教育部基础教育课程杂志要对2011年新课程高考试题进行“红黑榜”式点评，为此，中国物理教学专业委员会在学会网站上举行高考题中的“最佳题”和“欠佳题”评选活动，采用实名制投票的评选方式。,之后，又对2011