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问题化教学策略的案例研究 江苏省太仓高级中学王永元教授特级教师2009 8 15 18陕西西安wyy868为什么要物理教学问题化 物理教学中概念 规律等教学在高中物理教学中具有非常重要的地位 但长期以来在教学中存在着许多误区 1 对概念 规律等教学应达到的目的定位不明确 2 忽略概念 规律等建立的条件和背景 断头去尾 取其表面而略其本质 3 忽视概念 规律间的相互联系 把概念 规律孤立起来进行教学 这些做法的结果使学生对概念和规律只会死记硬背 不能正确理解和灵活运用 学生抽象 概括 分析问题的能力不能得到应有的发展 通过问题能有效引发学生思考 真正让学生参与到教学的过程中来 什么是问题化教学 1 关键在于创设新异情境 引发认知冲突 将学生置身于问题情境中 使其尝试寻找答案 这样以激 疑 为起点达到成 趣 的目标 可使学生在解决冲突中完善其认知结构 2 我们是教教材还是用教材教 什么是问题化教学 3 同化和顺应著名教育心理学家让 保罗 皮亚杰 JeanPaulPiaget 认为 新知识的学习无非是经历同化顺应过程 个体接触到新的知识 首先是以旧的认知结构 图式 对其进行解译与吸收 同化 将新问题纳入原有的认知结构之中 当原有的认知结构暂时不能解释容纳时 则内部系统就会及时对旧的认知结构进行调整 顺应 以便包容新知识 达到认知结构的新的平衡 这就是 同化顺应 理论在认识新知识和指导教学方面的基本内容 案例1 速度改变快慢的描述 加速度 教材首先有一个思考与讨论 具体教学流程 1 创设情景引入课题 为了描述物体的运动 我们已经学习了位移和速度等概念 为描述 物体位置改变的大小和方向 而引入了位移概念即 x x2 x1 为描述 物体位置改变的快慢 而引入了速度概念即v x t 可理解为位置的变化率 位移和速度都是矢量 既有大小又有方向 观看视频材料引入问题1 不同的交通工具在起动和停止过有什么不同 如何来描述 2 提出已有物理认知和相同或相近的生活观念 确立科学观念 引入问题2 说说物体位置变化的大小与位置变化的快慢的区别 提出已有认知 物理量的变化和变化率 生活情境1 人到中年会发胖 有些人发胖快有些人发胖慢 说说你的理解 教师明示 甲在两年内体重增加10kg 乙在一年内体重增加8kg 谁发胖快 生活情境2 根据上述体验 谈一谈从 出生到现在 的各阶段中你身高的变化及变化快慢 设计意图 感受生活中一些量的变化与变化快慢 为易错易混淆新概念的理解寻找相同或相近的 可以作为类比依托的 熟 使学生认识在原有基础上确立科学的观念 3 提出中心问题 探究 速度变化量 顺应新概念 引入问题3 变速直线运动的物体其速度发生变化 用什么概念描述物体速度变化的快慢 学生 加速度 追问 加速度 是 加 速度 还是 加速 度 处读时略略拖延 呢 学生各持己见 不必急于解决问题 先留下悬念 问题探究1 如何理解和计算速度的变化 1 汽车甲在平直公路上以36km h的速度匀速运动 换挡后速度增加到72km h 2 汽车乙在平直高速公路上行驶的速度为108km h 离开高速公路前需要减速 车后速度减为54km h 3 足球以8m s的速度飞来 运动员将其以8m s速度反向弹回 教材旁批 如何让学生正确理解 问题探究2 速度是矢量可用有向线段来表示 用投影展示上述问题中物体运动的各个位置 如图 试用有向线段表示出各位置的速度矢量并探究速度的变化 使学生形成 速度变化有方向 的初步体验 问题探究3 坐标轴可以表示物体位置及其变化 坐标轴可否用来表示速度呢 如图 用展示速度轴 PPT中设置 有向线段 出现时的动作为 阶梯状一向左下或向右下展开 学生可以清楚地观察速度变化及其方向 也可以取一橡皮筋 用手将其一端固定另一端伸长或缩短后再反向来展示 问题探究4 请同学们用 V的求解规则 进一步审视自己对上述问题探究1中三物体速度变化情况的思考 澄清学生的错误认识 形成 高级规则 1 汽车甲在平直公路上以36km h的速度匀速运动 换挡后速度增加到72km h 2 汽车乙在平直高速公路上行驶的速度为108km h 离开高速公路前需要减速 车后速度减为54km h 3 足球以8m s的速度飞来 运动员将其以8m s速度反向弹回 4 探究 速度变化快慢的描述 顺应 同化新概念 结合教材思考与讨论并呈现下列表格 计算表中物体的速度变化量以比较其变化快慢 问题探究5 1 轿车与列车谁的速度变化快 为什么 2 轿车起动与汽车刹车谁的速度变化快 为什么 3 汽车刹车与博尔特起跑谁的速度变化快 为什么 教师总结 物理学描述物体速度改变快慢时用 V t 并将其定义为 加速度 比值定义法 追问 用加速度概念计算上表中物体的加速度 并从加速度的角度来考察谁的速度变化最快 5 在V t图象中考察加速度及其意义 同化并强化新概念 问题探究6 如图表示两物体A B运动的V t图象 两物体A B哪个的加速度大 物体A的加速度为 物体B的加速度为 6 在生活中的应用 强化新概念 思考与讨论1 1 北京奥运会上 观众说短跑飞人博尔特起跑最快 裁判说博尔特跑得最快 说说这两种评价有何不同 2 加速性能好的汽车是加速度大还是速度大 我们说磁悬浮列车跑得快是加速度大还是速度大 3 物体的速度变化很大 其加速度就一定大吗 物体的加速度很大 其速度变化快吗 4 物体的速度变化很快 其加速度大吗 6 在生活中的应用 强化新概念 思考与讨论2 在一次事故中 小车以10m s的速度向一面墙撞过去 碰撞时间为0 1S 1 如果墙不牢固 则墙被撞倒后的一瞬间车仍以3m s向前冲去 求碰撞过程中车的加速度 2 如果墙很牢固 则车与它碰撞后的一瞬间以5m s的速度被反弹回来 求这一碰撞过程中车的加速度 三 教学反思 本节课的 问题化 教学模式以问题探究为主线 渗透科学探究方法 营造一个师生互动的和谐氛围 突出了学生的主体地位 教学设计具有可操作性 其问题的设计与引出体现了 低台阶 步步攀升 的原则 为充分利用学生的认知冲突以激活学生思维 所设计问题应具有一定的挑战性 为促进学习迁移以调动学生参与 特向学生提出各种各样的 新任务 在不同的情境中呈现 变式 还适当增补了一些有针对性的材料以丰富学习情境 拓展学习主题 通过知识的广泛应用纠正学生原有的错误认识和片面理解 在新问题的解决过程中优化学生的认知结构 发展学生的学习策略 本节课需要改进之处是要多给予学生提出问题的机会 以发展学生提出问题和反思的能力 案例2 摩擦力 摩擦力是高中三个基本性质力之一 只有学好摩擦力 才能练好高中物理学习的基本功 受力分析 而受力分析是整个高中物理的奠基石 因此学好摩擦力至关重要 但对于高一的学生而言 对摩擦力的几个问题的理解是一个难点 而解决这几个问题对学好摩擦力的关键 问题1 滑动摩擦力的方向一定和 相对运动 方向相反 和运动方向没有关系吗 确立科学观念 1 明确运动与 相对运动 相对运动 指的是相对于和它接触的物体的运动 而运动是相对地面而言的 2 举例分析 行驶的火车的水平桌面上有一个水杯 将水杯在桌面上向各个方向移动 学生分析运动方向与相对运动方向 并进一步分析出滑动摩擦力的方向一定和相对运动方向相反 但是与运动方向可以成任意夹角 3 实验探究 将物体放在斜面上 沿斜面向上拉物体 同时使斜面体向各个方向运动 问题2 滑动摩擦力的大小和什么因素有关 如何设计进行实验探究 顺应新概念 1 猜想 让同学们猜想滑动摩擦力的大小可能和哪些因素有关 估计学生可能猜想 与压力有关 与接触面材料 粗糙程度有关 与两物体接触的面积大小有关 与物体运动的速度大小有关 2 设计实验 让同学们设计一个实验验证猜想 所给器材有弹簧测力计 长木板 毛巾 木块 砝码 估计学生设计的实验如下 用弹簧秤拉着木块在长木板上匀速运动 根据平衡条件知道弹簧秤的示数等于滑动摩擦力的大小 问题2 滑动摩擦力的大小和什么因素有关 如何设计进行实验探究 3 修正实验 教师首先对学生的实验设计有理论根据 平衡条件 提出表扬 同时请同学们思考此实验可操作性如何 学生讨论得出 匀速运动不好控制 教师进一步引导 能否转换思路 例如让木块静止 但是却想办法让它受到滑动摩擦力 学生在教师的提示下讨论 通过老师的提示和学生的合作能够设计出实验 将弹簧秤一端固定 另一端拉着木块 木块放在长木板上 用手拉木块下方的长木板 当稳定时 小木块是静止的 但木块同样受到滑动摩擦力 而且大小等于弹簧秤示数 问题2 滑动摩擦力的大小和什么因素有关 如何设计进行实验探究 4 验证猜想 分小组动手操作实验 每个小组分别验证其中一个猜想 5 合作交流 小组组长对实验结论代表发言 互相交流意见 合作得出滑动摩擦力的大小只和正压力及接触面材料 粗糙程度有关 问题3 滑动摩擦力的大小和正压力的有怎样的定量关系 如何设计进行实验探究 1 设计实验 控制接触面情况不变 通过在木块上加放不同个数的砝码 改变正压力 探究规律 2 设计表格 记录数据 3 寻找规律 将各小组的数据进行汇总 输入表格 寻找规律 通过观察和计算得到 在接触面相同的情况下 滑动摩擦力和正压力成正比关系 4 得出结论 得出滑动摩擦力的计算公式 对同学们合作愉快 共同进步给予肯定 问题4 如何理解 相对运动趋势 和 最大静摩擦力 1 为什么实验中弹簧秤对木块施加拉力时 木块没有运动呢 2 请用准确的语言描述静摩擦力的产生条件 3 弹簧秤的示数增加到某一数值时 木块就开始运动了 在木块刚要运动时受到的静摩擦力有什么特点 问题5 如何理解静摩擦力的方向是和 相对运动趋势 方向相反 和运动方向有关系吗 如何判断物体相对运动趋势的方向呢 可以通过具体事例来分析 超市里 倾斜的斜面式电梯将货物从一楼运到二楼 学生能够从经验中得出静摩擦力的方向是沿斜面向上的 但是方法不是十分明确 老师对假设光滑法判断相对运动趋势的方向进行说明介绍 假设研究对象与被接触的物体之间光滑 若它们之间发生相对滑动 则其相对滑动方向便是原先的相对运动趋势方向 检验学生对假设光滑法的理解 设置问题 拿在手中的水杯处于静止 向上 向下 向左 向右 向各个方向匀速运动时 判断静摩擦力方向 学生思考后回答静摩擦力的方向都是竖直向上的 师生共同得出 静摩擦力的方向与物体运动的方向可以成任意夹角 且运动的物体可以受到静摩擦力 问题设计 问题1 滑动摩擦力的方向一定和 相对运动 方向相反 和运动方向没有关系吗 问题2 滑动摩擦力的大小和什么因素有关 如何设计进行实验探究 问题3 滑动摩擦力的大小和正压力的有怎样的定量关系 如何设计进行实验探究 问题4 如何理解 相对运动趋势 和 最大静摩擦力 问题5 如何理解静摩擦力的方向是和 相对运动趋势 方向相反 和运动方向有关系吗 案例3 自由落体运动 总体设计 自由落体运动作为匀变速直线运动的实例 对已有一定运动学知识的学生而言 具有较好的进行探究学习的基础 把本节内容设计成围绕几个核心问题的探究式学习 通过问题的探究让学生达到掌握知识 提高能力的目的 本节在教学上主要解决的核心问题是 1 所有物体的自由下落的运动都相同吗 2 自由下落物体是一种什么性质的运动 如何定量描述这种运动 3 对于实际运动 我们一般如何进行研究 1设计实验情景 提出探究问题 首先让学生以2人为1组进行 测测你的反应时间 的小实验 实验中学生的不同反应时间 不同的实验器材和未知运动性质等因素为进行探究提供了较好的前提条件 通过对小实验的讨论和现象分析提出以下3个问题 1 实验中不同棒自由下落的运动情况一样吗 2 棒自由下落的运动是初速为零的匀加速运动吗 3 如果棒做匀加速运动 则棒自由下落运动加速度a的值是多少 2设计以学生活动为主的问题探究 探究问题1 不同棒自由下落的运动情况一样吗 设计3个学生活动 1 在各小组间选择不同材料的棒如木棒 金属棒 塑料棒进行对比实验 2 研究1张纸与1枚硬币的落地时问 实验研究中设计1张平整的纸和捏成1团的纸进行比较 并演示牛顿管实验加深感悟 3 提供如比萨斜塔等扩展资料 让学生通过资料检索的方式进行探究 通过这样3个学生活动 引导学生得出 在忽略空气阻力的情况下 不同物体下落的运动是完全相同的 2设计以学生活动为主的问题探究 探究问题2 棒自由下落的运动是初速为零的匀加速运动吗 设计2个学生活动 1 用纸带进行实验研究 首先让学生以小组为单位利用打点计时器进行自由落体运动的纸带实验 选择几条较为理想的纸带在实物投影仪下共同进行测量 计算 分享实验成果 2 提供并介绍如频闪照片 落棍实验等实验资料让学生通过检索资料的方式得到有用信息进行探究 进而引导学生讨论判定匀变速运动的方法 把实验结论落实到判定 X是否相等上 通过这样2个学生活动 启迪学生得出 自由下落物体的运动是初速为零的匀加速运动 2设计以学生活动为主的问题探究 探究问题3 棒自由下落运动的加速度a的值是多少 在探究问题2的基础上利用 X aT2进行研究 并设计3个学生活动 1 利用实验中得到的纸带数据进行计算 得出a的值 2 提供频闪照片资料 利用照片上提供的资料进行计算 探究 并与由纸带计算得到的a值进行比较 得了重力加速度g的概念 3 介绍如滴水实验等测定重力加速度g值的方法及查阅各地g的数值 组织学生讨论g值存在偏差的原因 并提出后续的研究课题 g随纬度 高度变化的原因分析 通过这样3个学生活动得出关于g的结论 3 1创设问题情景 关注提出问题的过程 爱因斯坦说过 提出问题往往比解决问题更重要 同样的问题 提出的过程不同其效果不同 在本节中通过小实验的方式使学生在解决实际问题中 营造思维冲突的实验情景从而提出问题 这样以实验为背景提出的问题有明确的目标和任务 从而有效地激发了学生进行探究的欲望 教学中创设提出问题的情景非常重要 通常我们可以从实验 游戏 学习资料中寻找引发思维冲突的关键点 并以此来设计问题进行探究 常常会收到较好的教学效果 3 2设计简易实验 关注身边的教学资源 物理实验是培养学生科学素质的重要途径 物理实验不仅能激发学生学好物理的兴趣 同时也能有效培养学生对知识再次发现与探索的学习观念 激励学生的探索精神 使学生在实验操作和实验探究过程中获得知识 发展技能 培养能力特别是创新能力 而简易实验具有取材方便 直观明了等特点 在本节中许多实验器材都是学生身边现成的教学资源如木棒 金属棒 纸 硬币等 物理教学需要我们多做实验 做好实验 而探究学习更需要大量器材的分组实验 因此 设计简易实验 利用好身边的教学资源 是物理教学中有效开展探究学习的重要手段 3 3体验成功探究 关注积极情感的激发 情感是人们对客观事物是否符合个人的需要而产生的态度的体验 情感产生于人们对事物的认识过程 是一个人心理活动的表现 积极的情感会产生巨大的精神动力 从而激发人的潜能 达到提高效率 战胜困难的作用 本节中从提出问题的实验到分解成3个探究问题 就是帮助学生设置台阶分解难点 使每个学生都能自己独立地完成探究学习的过程 让每个学生在探究学习中得到成功的体验 并从成功体验中激发出积极的学习情感 我们在教学中应着力发现适合学生探究的问题 努力把复杂问题分解成几个简单问题 确保学生顺利完成探究的过程 使探究的过程成为学生才华展示的平台 成为积极情感有效激发的方式 使学生在知识和能力 态度与情感等方面都得到培育与发展 案例4 超重和失重现象物理学是一门以实验为主的自然科学 实验是培养学生科学素质的重要途径 下面以 超重和失重现象 的教学为例 阐述在课堂教学中以问题为探究出发点 以实验为探究突破口 有效地组织学生进行探究学习的一点尝试 1探究问题一 向上运动超重吗 学生在初次认识超重和失重概念时 通常会得出 向上运动 超重 向下运动 失重的错误观点 针对这个值得探究的问题 设计在超重失重情况下 探究运动方向与超重失重有无必然关系的实验 让学生在探究实验中认识超重失重的概念 自己发现规律 猜测与静止相比 压力 或拉力 变小或变大时物体的运动方向有无要求 向上运动 压力 或拉力 一定变大吗 向下运动 压力 或拉力 一定变小吗 探究1 用绳子悬挂一重物 绳的拉力为F 重力为G 当出现 1 F G 2 FG时 重物对应做什么运动 探究问题二 失重超重时压力真的变了吗 显示压力的变化是说明超重失重现象最直接的实验 本实验使用简易的装置产生对比度较为强烈的实验结果 帮助学生建立超重失重的概念 案例 失重中压力的变化实验 实验 探究问题三 完全失重时还会有浮力吗 学生在了解超重和失重现象后 对于浮力 浸没在液体中的物体上下表面的压力差 会产生新的思考 特别是在完全失重情况下 压力应为零 该情况下浮力还存在吗 针对学生的疑问 设计该探究实验 让学生在实验探究中加深对规律的理解 学会应用规律的分析和解决问题 探究问题四 如何将纸条从书里拉出 学生在掌握失重和超重规律后 让学生应用规律解决实际问题 这对学生进一步巩固知识是非常重要的 案例 失重中压力的变化实验 案例5简单的逻辑电路 联系生活引入课题 问题1 您见过这样一盏神奇的灯吗 我们在楼道里需要一盏特殊的灯 白天它不亮 没有人走过时它不亮 只有在晚上且有人走路发出声音时才会亮 条件1 晚上没有光线时条件2 有声音时两个条件都满足时我们的灯才会亮 问题2 我们生活中常常见的数码相机 数字电视等都与数字信号有关 你能说说什么是数字信号 模拟信号随时间做连续变化 其大小 电压或电流 具有各种可能的值 数字信号变化不连续 典型情况下 其大小只有H L两个值 代表数字1 0 模拟信号 数字信号 数字信号的优点可以用计算机处理 信息的传输和存储密度大 抗干扰能力强 数字电路处理数字信号的电路 数字电路的特点结构 较简单 对元件的精度要求不高 允许环境温度和电源电压有较大的变化 易于集成 分析方法 逻辑关系 而非比例放大关系 功能 逻辑推演和判断 运算 信息存储等 这张图体现的逻辑关系如何让学生来体验 问题3 在一个暗盒内有一个电源 二个开关和一个灯泡 你能通过简单的操作确定暗盒内的电路吗 如何让学生正确理解晶体二极管 与 门电路的工作原理 二极管组成的与门 与门真值表 负载RV 15k 二极管型号 1N4001或1N4148 功能测试电路 可用示教板演示 晶体管 与 门电路工作原理 晶体管 与 门电路工作原理 与 门符号 如何让学生正确理解晶体二极管 或 门电路的工作原理 二极管组成的或门 或门真值表 二极管型号 1N4001或1N4148 功能测试电路 可用示教板演示 负载RV 15k 晶体管 或 门电路工作原理 问题4 逻辑关系一般有怎样的表达方式 真值表波形图 断 断 熄 断 通 通 通 通 断 熄 熄 亮 真值表 思考 开关A和B与灯泡的亮暗之间存在怎样的逻辑关系 断 断 熄 断 通 通 通 通 断 亮 亮 亮 思考 开关A和B与灯泡的亮暗之间存在怎样的逻辑关系 思考 有没有这样一种电路 开关断开时灯亮 开关闭合时灯不亮 学生活动 A B两路信号分别作为 与 门的输入信号 那么请画出输出Y的信号 0 1 0 0 0 1 0 Y A B两路信号分别作为