谈高中物理的有效教学.ppt

谈高中物理的有效教学,浙江省教育厅教研室 梁旭,一、关于高中物理教学,教师经常要思考的问题 做什么? (匀速圆周运动课后与老师的交流)学什么? 怎样做? 怎样学? 做得怎样? 学的怎样?,(问题解决需要什么?),两屏幕荧光屏互相垂直放置，在两屏内分别垂直于两屏交线的直线为x和y轴，交点O为原点，如图所示。在y0，00，xa的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均为B。在O点出有一小孔，一束质量为m、带电量为q（q0）的粒子沿x轴经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在0a的区域中运动的时间之比为25，在磁场中运动的总时间为7T/12，其中T为该粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的周期。试求两个荧光屏上亮线的范围（不计重力的影响）。,回答一:需要知识。带电粒子在磁场中运动的有关公式(显然还不能解决问题) 回答二:需要能力。审题能力,分析能力(受力分析,运动分析),综合能力 问题:能力如何培养? 通过老师示范,通过学生练习. 问题:如何示范,怎样练习? 回答三:需要知识层面的知识(模型,在磁场中运动的有关公式) 需要方法层面的知识:确定圆心,求半径,画轨迹,寻找几何关系的程序和操作方法; 需要策略方面的知识:众多粒子如何转化为一个粒子的运动(临界法,动态分析法的具体操作) 需要数学方面的知识(对称隐含的关系),需要审题方面的知识.,如图，AO是橡皮绳，BO为不能伸长的细绳，A、B点固定在木板上，木板竖直。绳 OC 穿过定滑轮（摩擦不计），其下端悬吊一个砝码。此时 O 点到达一定位置。问：如果任意改变定滑轮的位置，是否还可以找到不在OC 直线上的另一处，也能使结点 O 到达原来的地方？,案例:问题解决所需要的知识分析,AO是橡皮绳，BO为不能伸长的细绳。绳OC穿过定滑轮，其下端悬吊一个砝码。此时O点到达一定位置。问：如果任意改变定滑轮的位置，是否还可以找到不在OC直线上的另一处，也能使结点O到达原来的地方？(如果不是凭感觉,而是“用物理头脑”解决，思维过程）,合力的大小方向不变,一个分力的方向不变,另一分力的大小不变,另一分力的方向可变,是否还有另一个解,怎样求解?,把表述转化为物理条件（实际问题转化为用物理术语表达的问题准确化，清晰化）：,把物理条件转化为数学条件（物理问题转化为数学问题）：,平行四边形对角线 的长度、位置一定,平行四边形一边和 对角线的夹角一定,平行四边形另一边 的长度一定,平行四边形另一边 和对角线夹角可变,是否还可以作出 另一个平行四边形,思考：如果学生不能求解这一问题，是能力不够，还是这么多的转化（需要有清晰的知识命题）中存在缺陷？,2.高中物理教学做什么?(目标问题),认知结构中相似知识的区分性,（2005年浙江会考21题（难度系数0.50）起重机以恒定功率P，将原来放在地面上质量为m的货物提升H高度，这时物体速度达到v，在这个过程中 A. 货物上升的平均速度是 B. 起重机对货物做功 C. 重力做功的平均功率是 D. 合外力对物体做功,学生典型的错误有两个，一是选A选项，错误原因是认为物体的提升过程是一个匀变速运动。另一是选C选项，没有区分平均功率与瞬时功率。,例（2006年浙江会考第6题，难度系数047）在大型游乐场里，小王乘坐如图所示匀速转动的“摩天轮”，正在向最高点运动，对此过程，下列说法正确的是 A. 小王的重力势能保持不变 B. 小王的动能保持不变 C. 小王的机械能守恒 D. 小王的机械能减少,学生典型的错误是选C选项，认为当“摩天轮”匀速转动时，小王的机械能守恒。这说明在学生的认知结构中，对于机械能与动能的区别，或者是机械能守恒的典型情景还不是很明确。,例（2007年浙江会考26题，难度系数056）地球上赤道表面处的重力加速度为g，赤道上空同步卫星的向心加速度为a，这两个加速度的大小关系是g a（填“”、“”或“=”） 对于上例，大部分学生对于重力加速度与向心加速度之间的联系基本没有建立起来，只能猜测答案。,认知结构的丰富性知识之间的联系,对教学的启示：在新课教学时，知识之间常常是隔离的，这就需要在复习阶段通过对知识进行整理，加强知识之间的联系，例如地球表面的重力加速度与随地球一起运动物体的向心加速度之间的联系与区别，随地球一起运动物体的向心加速度与在地球表面绕地球运行物体的向心加速度之间的联系与区别，在地球表面绕地球运行物体的向心加速度与在高空绕地球运行物体的向心加速度之间的联系与区别等。,例（2007年浙江会考13题，难度系数0.40）如图所示，质量相同的甲、乙两人所用绳子相同，甲拉住绳子悬在空中处于静止状态；乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了则 A绳子对甲的拉力小于甲的重力 B绳子对甲的拉力大于甲对绳子的拉力 C乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定小于乙的重力 D乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定大于乙的重力,认知结构的丰富性方法、策略层面的知识,学生典型的错误是选C，从方法层面上看是学生没有发现“相同绳子”、“相同质量的人”所隐含的条件绳子可以承受的力大于人的重力；从解决问题的策略层面看，学生缺少寻找两个情景内在联系的策略。,测定电阻（包括电源内阻、电表内阻）,一伏一安 一伏一伏 一安一安 一安一箱 一伏一箱 一伏一定 一安一定,这么多方法的本质是什么？,问题：一个量程为5V的电压表，内阻大约是几千欧，如何比较精确地测定其内阻？ 可选择器材： 多量程电流表一个，量程有1A，100mA，10mA，1mA； 电阻箱一个，最大电阻9999，最小改变量1； 滑动变阻器一个，最大阻值50，额定电流1.5A； 蓄电池一个，电动势6V； 开关，导线若干。,伏安法 问题：伏特表和安培表能串联接入电路吗？伏特表能读出自身两端的电压吗？ 电路设计关键:电表模型的提升关注知识结构的老师经常要思考的问题 关于电表的知识结构 初中水平模型:电表是测量工具(理想化模型内阻为零或无穷大） 高中新课水平模型：电表是测量工具（真实模型考虑内阻） 高中复习课水平模型：电表是聪明的电阻（能显示自身的电流或电压）,从知识结构角度思考: 实验原理:部分电路欧姆定律拓展到闭合电路欧姆定律(初中水平到高中水平) 电表:从理想电表(初中)实际电表（考虑表内电阻，高中新课水平）电表是一个能够显示电流（或电压）的电阻（能够破除连接上的定势，使电路设计更灵活）,结论教学就是构建好的知识结构,好的知识结构就是能力(学生就是凭好的知识结构解决问题) 为什么大学生做不出小学数学竞赛题?(能用能力解释吗?) 为什么对电阻的本质把握后设计思路打开了? 优秀者之间的差异是细节的差异(知识结构完备性上的差异) 好的物理知识结构不仅有显性的知识网络,丰富的具体例子,还有解决问题的方法(对应的条件)、策略、技巧(仅有教材中中能看到的概念和规律是不够的) 好的物理知识结构层次清晰、细节丰富,新课教学的目的是夯实(印象深刻,理解透彻)知识结构的主体框架. 单元复习重点关注局部知识结构建构的完善程度, 综合复习关注与知识综合时新产生的知识(联系与区别,如何寻找关系等) 教师新课教学的水平决定了知识结构主体部分的稳固(印象深刻,理解透彻), 教师习题课教学水平及学生做题的水平既决定了知识结构的巩固,又决定了知识结构的丰富. 教师的知识结构决定了所给题目的结构性(是否在结构指导下具有完备性) 教师在讲题时的水平(总结,拓展)是引导学生建构知识结构的关键. 3、怎样形成好的知识结构 （1）将内容系统化、网络化,(是否完备？缺少方法与策略层面,需要结合具体例子进行提炼),案例:机械能守恒(动量守恒)定律应用时的“时机把握”策略 （2）丰富与细化知识结构,认识错误的价值。 在错误中找缺陷:不比名次,比离满分还差多少关注本质 在教师的指导下找出出错的原因知识结构上的问题。 有人认为:不会做题肯定不是知识的欠缺,其实就是知识的欠缺. “答题”之后要“讲题”提练解决问题有用的知识,（3）答题习惯也是知识结构(需要平时积累) 案例：有的学生解题是从头到尾只有方程，没有必要的文字说明，方程中使用的符号表示什么不指出；有的考生则相反，文字表达太长，像写作文，关键方程没有列出。 不从常规方法入手，而是为图简便而用一些特殊、奇怪的方法，使用一些不是习惯的符号来表达一些特定的物理量。 喜欢写出一个综合式，或是连等式，而评分原则是“综合式找错”，即只要发现综合式中有一处错，全部过程都不能得分。,附：规范表达的要求,1.简洁文字说明与方程式相结合 说明隐含条件 说明研究对象和研究过程 对题中没有的符号意思加以说明 说明所列方程的依据 对矢量方向及正负号说明 2.尽量用常规方法，使用通用符号（大众化的好处） 3.分步列式，不要用综合或连等式 按照从部分到综合的思路立式，按照过程顺序立式 4.对复杂的数值计算题，先符号运算，再代入数值进行计算 5.答案中不能含有中间量和未知量,问题与思考 1.复习阶段不做题行吗? 2.复习阶段只做题行吗? 3.单元复习与综合复习的目标相同吗? 4.单元复习与综合复习所讲与所做的题目相同吗? 5.例题选择有要求吗?(典型性,隐含可提练的方法与条件) 6.例题讲解仅仅是讲求解过程吗?,二.怎样做?(完善知识结构的方法),1、观点 练习是必要的，仅仅做题是不够的，关键是教师对解决问题所需要的“隐性”知识的提练 要学生建立好的知识结构的前提是教师具有好的知识结构 成熟的教师是拥有家珍的教师，成熟教师的教学应该有如数家珍的境界,习题教学是教学的重要部分 习题教学不是为了做题 不同阶段的习题教学目标完全不同 初级的习题教学目标是为了巩固概念和规律 高级的习题教学是问题教学,教学目标是为了提取对以后解决问题有用的方法和策略 解决问题有用的方法和策略提取以后,还需要通过对应的练习进行巩固,2.不同教学阶段习题设计（知识建构）的目的,不少老师反思：教学效率不高(只关心对错,或仍停留在解题过程(规律运用),没有提取与综合能力提升相关有知识) 。,有序性是高效教学的前提，只有分步侧重才能达到能力的“全面”和“深化”。,3.习题教学的效率,只讲不练（教师对学生的作业不检查，不批发，不讲评引发）的教学是最低效的教学（学生建构的知识结构不完善，不精细）， 只练不讲（教师发题，只检查答案对错）的教学也是低效的教学， 精讲多练的教学有利于建立良好的知识结构。 （需要解决讲什么？怎么练）,例1:如图所示，一个质量为m的小球被长度为L的轻绳悬挂于O点，开始处于静止状态。现在小球在水平恒力F作用下，从P点开始运动，经过一段时间到达绳子与竖直线成的Q位置。关于在这一过程中力F所做功，有如下两种求解方法： 方法一：设这一过程中力F所做功为WF，根据动能定理，列出： WF -mgL(1-cos)=0 由解得：WF= mgL(1-cos)。 方法二：根据做功变式公式W=F lF， 这一过程lF=Lsin， 从而求得这一过程中力F所做功为W=F Lsin。 针对上述两种求法，请你分析评价它们的对错。 分析与解这是一道分析评价题，主要考查同学能否正确运用所学知识和解题方法分析评价两种不同的解法。 对于解法一，如果小球到达Q点时速度不为零，即小球在这一过程中,案例丰富学生的知识结构（增加方法、策略性知识）,动能变化量不为零，则是错误的，实际上力F所做功要比mgL(1-cos)大；若小球到达Q点时速度为零，则解法一正确。 对于解法二，由于力F是恒力，根据恒力功的公式，不管物体到达Q点速度如何，力F所做功应为W=FLsin，因而解法二是正确的。 总结提高（1）求解某个恒力功时，既可以运用恒力功公式，也可以运用动能定理，然而在运用动能定理时，必须明确两个状态物体运动的速度。 （2）问题拓展1。若【例】中力F为变力，小球在力F作用下缓慢地运动到达Q点，则在这一过程中力F所做功必须运用动能定理求解，WF= mgL(1-cos)，解法一正确。 （3）问题拓展2。若【例】中F=mg，试求：小球上升的最大高度。 对于拓展问题2，请同学们自已探究解答。（注：正确答案分别为：最大高度hm=L。）。,例2:如图所示，光滑斜面固定在水平面上，倾角为=30，斜面高度h=5m。现在斜面底端A有一小球以v0=12m/s的初速度沿着斜面向上运动。试求：（1）小球能否到达斜面顶端？（2）若能，则小球到达斜面顶端的速度为多大？(g=10m/s2) 分析与解对于这个问题，由于 小球受到恒力作用，因而可以运用 如下两种方法求解： 方法一：由牛顿第二定律可知， 小球运动的加速度为a=gsin30=5m/s2。 小球向上做初速度为12m/s、加速度为5m/s2的匀减速度运动。假若小球能到达B点，则根据运动学公式，列出： vB2=v02-2aL 由结合L=10m，解得：vB=2m/s。vB0，表明小球能到达斜面顶端。,方法二：由于小球在斜面上运动时只受重力做功，因而机械能守恒，令A点为参考平面，根据机械能守恒定律列出： 由解得：vB=2m/s，因而小球能到达斜面顶端。 总结提高（1）当物体受到恒力作用，且满足机械能守恒条件时，既可以运用牛顿第二定律结合匀变速运动知识求解，又可以运用机械能守恒定律求解。由于机械能守恒定律只考虑二个状态，简化了解题过程。 （2）当物体受到变力作用时，运用牛顿第二定律结合运动学知识解题比较困难，这时只要满足机械能守恒条件，可以运用机械能守恒定律求解问题，这是机械能守恒定律在解答物理问题中的又一优点。,（3）拓展问题。如图所示是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，电车进站时要上坡，出站时要下坡，如果坡高h=2m，电车到a点时速度是25.2 kmh，此后便切断电动机的电源，如果不考虑电车所受的摩擦力，则： (1)电车到a点电源切断后，能不能冲上站台? (2)如果能冲上去，那么它到达b点时的速度是多大? (g取10 ms2) 提示对于这个实际这个问题，由于小车受到变力作用，在高中不能运用牛顿第二定律进行求解，但可以运用机械能守恒定律求解这个问题。请同学们自己运用机械能守恒定律解答这个拓展问题。 （答案为：小车能冲上站台，到达b点时速度为vb=3m/s）。 需要改进与完善之处表述如何准确与精练（便于学生记忆与提取）,问题1：质量为m，电量为q的带正电粒子以v0的速度射入垂直磁感强度为B的匀强磁场中， 若不计粒子的重力，问带电粒子将作什么运动？为什么？,带电粒子运动的半径和周期是多少？,在题组(变式)练后中提取与训练“程序性知识” 案例：带电粒子在磁场中运动,问题2：速度为零、质量为m 、电量为q的正离子经过电压U加速，进入磁感应强度为B的匀强磁场，到达记录它的照相底片上的P点。若测得P点到入口处S1的距离为x，试求离子的质量。,问题3：质量为m、带电荷量为q的粒子（重力不计），以初速度v垂直于磁场方向，沿与边界成 30角的方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中。,画出粒子运动的轨迹。 求正负粒子在磁场中运动的时间之比。,问题4：若此带电粒子的质量m=1.710-27kg，电荷量q=1.610-19C，以速度v=3.2106m/s，沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁感应强度B=0.17T，磁场的宽度L=10cm，求: (1) 偏转角。 (2) 出磁场时偏离入射 方向的距离d。,问题5：在半径为R的圆内有的匀强磁场，一个电子从A点沿AO方向垂直射入磁场。离开磁场时电子获得60的偏角，试求电子的速度和在磁场中运动的时间。,问题6：电子以某一速度进入两个宽度均为d的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向如图，磁场区域右侧有一个荧光屏。,若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，试在图上定性地画出电子运动的轨迹。,思考:电子打到荧光屏上的位置坐标x和电子的速度的函数关系。,问题7：在一个圆形区域内，方向相反的匀强磁场分布在半圆形区域、中，A2A4与A1A3的夹角为60,一电子从A1处沿与A1A3成30的方向射入磁场，并以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入区，最后从A4处射出磁场，求区域、的磁感应强度之比。,小结： 知识:半径与周期公式 方法:过程分析,圆心、轨迹确定,半径求解的具体办法。 策略:多粒子与单粒子的转化,多过程与单过程的综合，单个速度与多速度的转化。 题组(变式)教学的好处:起点低,效率高,构建知识组团,传授程序性知识. 难点:教师要有组题的能力,要有明确的想讲给学生听的方法与策略 思考：学生听了这节课是否就掌握了程序性知识？,三、实施新课程与有效教学,背景:1课时更加紧张 2探究活动增加 部分教师将探究与知识理解与掌握对立起来,大多数教师认同新课程理念，但实际做起来放不开手脚 方法与途径：认识充分展开过程对于认知结构主体框架构建时的作用，优化教学过程，提高教学效率。,实施有效教学的原则和做法,为构建学生良好的认知结构而教！ (1)每堂课要有明确的目标：为什么要上这堂课？这堂课让学生的认知结构发生了哪些变化？（丰富了？稳定了？明确了？）哪些内容学生必须记住 （2）不同的知识结构（类型）应该用不同的教学方法。教学有法与教无定法的辩证统一 从不会讲很会讲精讲 精讲重点关注的是什么？,物理模型教学 案例 ： “平抛运动”,教学过程： （1）充分感知现象，在此基础上进行大致分类。 第一步是观看飞机投弹的录像，观察水平管子中射出水流的运动，观察桌面上滚下的小球的运动，观察水平抛出的纸飞机的运动。(既有正例,又有反例) 第二步是区分类别，将值得一起研究的运动归为一类。 （2）求同寻异。对归在一起的几种运动进行分析，既找不同点，又寻相同点。例如不同点为：运动速度不同，物体大小和质量不同，下落高度不同，所受重力不同，所受空气阻力不同等，相同点均为曲线运动，轨迹相似，初速度均水平。（渗透了多角度分析的思想方法） （3）运用理想化方法，忽略次要因素，重新认识相同点。例如，前述几种运动中空气阻力是次要因素，将其忽略。,（4）寻找模型本质上的共同点。忽略空气阻力以后，从运动和力这一层面我们可以找到初速度方向水平，只受重力作用，加速度均为g这些相同点，从功与能角度，我们可以找到在运动过程中只有重力做功，机械能守恒这些相同点。 （5）综合表象。平抛运动与自由落体，平抛运动与水平匀速运动，频闪照片等。最后舍弃具体细节特征,概括形成反映平抛运动这一运动模型本质特征的表象。例如，虽然物体有大有小，重力有大有小，但重力加速度不变，虽然初速度有大有小，下落高度不同，这些可以影响轨迹的长短和形状，但运动的性质仍然相同。 （6）研究模型遵循的规律。平抛运动的速度公式，位移公式等。 （7）运用模型解决实际问题。,知识结构的建构过程(知识命题的提取过程) 开始阶段： 平抛运动初速度方向水平； 平抛运动为曲线运动； 理想化后： 平抛运动只受重力作用； 平抛运动加速度为g； 平抛运动只有重力做功，机械能守恒； 综合表象后： 平抛运动在竖直方向作自由落体运动； 平抛运动在水平方向作匀速直线运动； 研究模型遵循的规律后： 平抛运动物体的下落时间只由高度决定； 物体运动的轨迹为抛物线。,表象建立的过程,案例：超重与失重,教学的两大关键：教什么？怎么教？ 对认知结构建构阶段的分析： 1.新课的目的认知结构主体框架的建构 2.单元（模块）复习目的认知结构的拓展。航天器发射及近地与高空飞行器中的超重、失重现象，与模块中其它知识的综合。 3.综合复习目的认知结构综合应用。将超重的运动学特点与受力特点联系，多过程、多个物体之间的联系。 新课教学流程设计初步完成“超重与失重” 知识结构的建构,新课时思考的角度与提取的知识命题,思考：能力是什么？ 回答:体现在知识结构的完备、清晰、稳定上。 知识命题能否直接传授？（导致不清晰缺少情景，不稳定影印不深刻） 知识需要在学生有体验、感受、理解的基础上进行提取。（现象观察，实验探究，模型建立，问题解决）,思考：下列3题你会放在何种场合使用？可提取怎样的知识命题？,站在升降机里的人的质量是50kg，当升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，人处于超重还是失重状态？如果人站在升降机里的体重计上，体重计的示数是多大？,站在升降机里的人的质量是50kg，当升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，人处于超重还是失重状态？如果人站在升降机里的体重计上，体重计的示数是多大？,新课阶段。 提取：超重与失重现象的本质可通过牛顿第二定律把握。（将超重与失重现象纳入牛顿第二定律运用体系）,在人造卫星中，下列哪种仪器不能用 A天平 B弹簧秤 C水银温度计 D停表,在人造卫星中，下列哪种仪器不能用 A天平 B弹簧秤 C水银温度计 D停表,单元复习阶段（知识的横向联系） 提取：仪器能否使用的判断依据是看其工作原理是否受到超、失重影响。,一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲到静止的过程中，指针示