第三专题教学设计(规律教学)

第二单元物理规律教学设计概述 1 物理规律反映物理现象及过程中各种因素之间的内在联系 它是人们通过观察 实验来考察现象 运用科学方法进行思维加工甚至创造性构想 使用科学概念进行表征的结果 2 任何物理规律都有其历史演进过程 了解这一过程 有助于我们认识人类与物理世界反复作用而获得规律认识的科学探究特征 进而为物理规律学习与教学提供有意义的指导 3 物理规律教学需要考虑促进学生全面发展的教育目的 并要遵从学习与发展的心理学原理 要让学习主体经历现象考察 问题研究 科学表征等科学探究过程 本单元内容 第一节 学生的前认知对学习物理规律有什么影响 第二节 如何设计物理规律教学过程 探讨物理规律教学过程设计的操作要点 第三节 物理规律教学案例评析与理论提高 给出了一个在本课程理论指导下的教学设计和实施案例 以及对案例的分析和专家点评 让我们先来看 气体的压强 体积和温度的关系 教学设计片段 视频材料3 2 1A 教师在与学生的交流对话中演示将鹌鹑蛋完整地从烧瓶里取出的实验 简要陈述前几节课的相关内容 导入本节课的主题 气体的压强 体积和温度的关系 进而启发提问 大家分组讨论一下 结合生活中的实例 来猜想一下 气体压强的大小 温度的高低 体积的大小这三者之间应该有怎样的关系呢 学生经过小组讨论后 基于生活中的不同现象 对此做出了不同的猜测 如认为温度增加导致压强增大 体积增加导致压强增大 体积减小导致压强增大等 之后 教师引导学生运用控制变量方法进行探究 本案例中 运用演示实验进行教学引入的设计是大家十分熟悉的 其作用不仅在于激发学生的学习兴趣 还在于引起学生的认知冲突 接下来的环节是引导学生基于生活现象对研究的问题进行猜想 我们看到 学生经过讨论对问题作了较为充分的思考 特别值得注意的是 在此基础上 学生的自由陈述真实地反映了他们头脑中的前认知 为教学的进一步展开创造了条件 这样的教学设计在传统的中学物理规律教学中并不常见 因为许多教师认为这样做太费时间 教学效率不高 自新课程改革以来 受探究教学设计的影响 一些教师也增加了类似的环节 但是不少教师留给学生进行实实在在的思考 表达的时间依然十分有限 以致原本有价值的教学环节变得有形无实 问题引导 为什么传统的物理规律教学设计常常会落入灌输的陈式 为什么人们在探究教学设计中常常会出现有其形而无其实的现象 一个重要的原因就是 作为教学设计者和实施者的教师更多地留心于物理规律形成的逻辑进程 而没有认真地关注学生头脑中所发生的事 显然 我们需要搞清这样的问题 学生在学习物理规律之前其头脑是否仅仅是一个准备盛放知识的容器 学生的前认知对物理规律学习有什么影响 进而还要搞清 如何发现学生的前认知 如何在此基础上引导学生建构科学认识 案例分析 牛顿第二定律 视频材料3 2一IB 教师 通过前面的学习 大家都了解到 自然界中的一切物体都有保持其运动状态不变的性质 惯性 总结出了惯性定律 后来我们也知道 外力可以改变物体的运动状态 也就是外力是使物体产生加速度的原因 教师对之前学过的内容作简要陈述 帮助学生回忆相关知识要点 意在为本节的探讨作好观念 认识上的准备 不过 陈述复习方式看起来简洁明快 直击主题 但它却不能帮助我们判断学生头脑中原认知的真实状态 教师表述一些观念 决不意味着学生可以自然而然地接受 理解 使用它们 教师 咱们上节课学过之后留了思考的问题 请大家回去思考 物体做变速运动的条件是什么 什么因素将影响物体做变速运动的状态 这些因素和物体的变速运动之间存在着怎样的定量关系 让同学们回去分成小组自由讨论 然后设计实验来验证自己的想法 那么 这节课就请各小组来说说各自讨论之后的想法 互相交流一下 然后由实验验证我们的想法 咱们按顺序 请第一组同学先说 教师介绍本节课的前期工作安排 包括研究的问题 组织方式 具体任务等 由此可见 本节物理规律教学设计采用了合作 探究的方式 这与传统方式有很大的不同 教师安排课前任务 使课堂教学延伸到课外 大大拓展了学生活动的时间与空间 可有效地促进学生运用前认知对身边物理现象进行考察 促使学生形成可与同学交流的观点 组织学生讨论 则使其表明观念 但是 未表明研究问题的提出过程 问题似乎不够集中 从后面的进程看 学生对第一个问题并未作详细讨论 这反映出教师在这个环节的设计上没有重视学生自己的想法 对生活中的现象进行考察 可以事先让学生来列举 教师协助筛选 使所考察的现象更适当 更广泛 同时又为学生所熟悉 喜欢 增强课题的个体意义 以实质性地促进学生的情境化学习 学生1 我们组认为 当物体所受合力不为零时 物体将做加速运动 而且物体的加速度与物体的大小有关 我们联想到伽利略在比萨斜塔上曾做过这么一个实验 把两个体积相同而密度不同的小球从同一高度自由下落 结果这两个小球同时落地 可以猜想这两小球在下落过程中加速度是相同的 而像子弹 飞机这些体积明显不同的物体 它 们 的加速度明显是不同的 所以 我们组认为 加速度与物体体积的大小有关 该生表露了头脑中明显不当的认识 对子弹 飞机加速运动的描述十分模糊 反映了其加速度概念尚不清晰 以致由此做出了错误的推断 不准确地描述莫须有的 比萨斜塔实验 这应该与其已有的 体积大小影响加速运动 这一认识有关 显然 学生对先前所学的重要概念没有清楚地理解 这种模糊的前认知影响了他对物理现象的感知与分析 导致生成不准确的认识 教师 他们总结出了 物体的变速运动情况 除了跟外力有关外 还和物体的形状有关 形状将影响它作变速运动的情况 那么 其他组对他们的观点持什么态度 咱们继续讨论 教师发现学生的不当认识 相异概念 并不急于纠正 而是交给其他同学分析 评价 使讨论流畅地展开 此处 教师将 体积 替换为 形状 有些唐突 应作必要的过渡说明 学生2 我们组认为 刚才同学说的形状 是 改变物体加速度的 原因 根本原因其实是空气阻力 因为子弹体积小 受空气阻力就小 大的东西体积大 空气阻力就大 实际上是阻力的关系 根本不是体积的关系 这段陈述表明学生还没有认识到空气阻力与物体速度的关系 虽然结论具有合理性 但学生这种简单的线性因果推理并不严密 这是学生形成不准确认识的一个重要原因 亦可见 前认知包含学生思维的成分 学生3 我做一些补充 先举个例子 比如 我们骑自行车 当人和车静止时 蹬得越快 提供的驱动力越大 我们走得就越快 加速就越快 这可以证明 加速度与牵引力大小有关 这段表述有几处不准确的地方 但却得出一个合理的猜想 教师应仔细品味 以发现学生头脑中所发生的错综复杂的事 并应通过质疑帮助他们改变不准确的认识和表述 不能置之不理 教师 问题复杂了 跟阻力有关系 形状影响阻力 还与驱动力 动力有关系 也会影响它做变速运动 教师作阶段性小结 有助于围绕主题展开讨论 也可表明教师对学生意见的重视 讨论进程中 学生需要感受到教师对他的见解的关注 进而积极参与讨论 学生4 刚才大家说与动力 阻力都有关系 都有一定的道理 但是我认为 阻力和动力合在一块儿应该更好 比如说一个受力平衡的车子 它受的阻力的大小等于它的动力的大小 它的加速度实际是零 所以我认为 加速度应该是与它的阻力与动力的合力有关系 在尚未学习力的独立作用原理时做出这一判断 表明学生已有认识 受合力为零的物体 加速度应该为零 很清晰 显然 先前学习所形成的正确观念对后续学习产生了积极影响 学生5 我觉得还和另外一个因素有关系 和物体的质量有关系 比如说 一个很常见的例T 我们等红灯时 当绿灯亮的时候 总是看到自行车先启动 先出发 而汽车总是落到后边 显然 汽车发动机的功率要比人强很多了 为什么自行车先启动 显然是和它的质量有关系的 这个关系就是 质量越大 加速度越小 质量越小 加速度越大 该学生陈述汽车 自行车启动事例及所作分析 表明其加速度概念较清晰 因此 他才能得出合理的推断 加速度概念的准确理解是学生认识影响物体加速度原因的重要前提 学生6 我也同意前面某几位同学的意见 我们学过牛顿第一定律 物体在所受合外力为零或不受外力时 它保持静止或做匀速直线运动 那我们想一想 如果物体所受合外力不为零的话 是不是还保持原来的状态呢 我想不会的 如果那样的话 这个牛顿定律就不起作用了 力应该是改变物体运动 状态 的原因 我也同意刚才同学所说的它跟物体的质量有关系 物体惯性的大小是由质量来衡量的 而惯性是物体运动状态改变的难易程度 既然质量决定这个 那我也觉得质量是物体运动状态改变的一个衡量的值 所以 我觉得物体运动状态的改变跟所受的合外力和它自身的质量有关系 该学生的这段陈述反映了他对牛顿第一定律和惯性概念的准确理解 这是他对新问题进行分析 猜想的基本前提 教师 小结学生猜想 安排学生验证各自的猜想 以及各组代表的汇报 评价 有了上面的陈述 对主题的讨论已基本清楚了 教师在此适时转入了下一环节 讨论持续6分钟多 基本达到预设效果 但由于是小组代表发言 讨论范围略小 点评 本案例中 教师在课堂上给学生创造了一个轻松 自由的学习情境 让学生将课前小组合作探究的成果 见解进行了充分的表达和交流 分析学生的陈述 我们可以明显地看出 由于生活观察的经验以及先前的学习 学生在学习新的物理规律之前头脑中已经存在许多相关的认识 如本案例中与牛顿第二定律相关的力 质量 惯性 惯性定律 运动 速度 加速度 以及所谓的 斜塔实验 等 尽管学生的这些认识 即使是经过课堂学习的 往往似对非对 但他们总是基于这些认识进行观察 思考 还常常掺杂着不严密的逻辑推理 得出合理的或不合理的结论 这种现象真实地反映了学生前认知的复杂性 反映了前认知对新的学习的深刻影响 对于案例中暴露出来的学生前认知方面的问题 有些已通过学生讨论予以澄清 但还有一些教师并没有作应有的回应 反映了教师对学生前认知的判断及相应的教学处理的不足 案例分析表明 学生的前认知既影响他们对现象的观察 也影响他们对所观察事实的分析和判断 从而对新的关系 新的规律的习得产生作用 事实上 学生的规律学习并不是对物理现象中客观存在的相互联系的简单复印 而是在观察的基础上 运用头脑中的前认知对现象进行考察分析 对涉及的因素及因素之间的关系做出解释性假设 对假设进行检验 评价 修正 进而确认因素之间关系的复杂过程 是观念与事实反复不断地进行交互作用的过程 或许每一个教师都可能意识到学生前认知的存在及其影响 但未必清楚它们具体是什么 具体作用是什么 不少教师只是凭借经验来判断影响新的学习的前认知 并认为简单的复习可以立竿见影地在学生头脑中形成预备知识 进而可以使学生随着教师的演示 讲授 顺利地进行现象观察和分析推理 得出物理量之间的关系 从而形成对新规律的认识 这显然不符合学生的实际认知过程 只是教师的一厢情愿 因而难以得到预想的教学效果 我们需要在规律教学过程中清晰地判断学生的前认知 然后运用 概念转变 教学策略 促进学生的 探究一建构 发展学生的科学认识 要有效地判断学生的前认知 教师必须给学生充分的行为表现机会 诸如讨论问题 分析现象 判断关系 做出假设等 可以让学生在课堂上讨论 陈述 解答问题 也可以在课前进行访谈 问卷调查等 第二节如何设计物理规律教学过程下面是一个新课程实施中的 光的反射 教学设计案例 教师 演示光的反射现象 定义 光的反射 并提出问题 光的反射遵循怎样的规律 再次演示光的反射现象 介绍有关术语 然后请学生做出猜想 学生 表述各种猜想 教师 组织学生讨论检测猜想的实验方案 重复演示实验 测出每次操作中入射角 反射角的大小 测值填入数据表格 归纳出 反射角等于入射角 教师 再次演示实验 寻求反射光线 法线 入射光线的位置关系 教师 引导学生总结光的反射规律 教师 通过演示实验探究光路可逆 漫反射 教师 总结本节内容 组织学生对探究过程进行反思 评价 自新课程实施以来 许多教师的物理规律教学过程设计力图借鉴教材中的组织方式 更多地依从科学探究七大要素 尝试探究式教学 相对于过去 这无疑是一个巨大进步 但是 我们也发现 不少设计模式化痕迹十分明显 在有些环节上存在重形式而轻内容的倾向 本案例基本展示了探究 光的反射规律 的七个要素 其中也有一定的学生活动 但是 我们也看到 问题的提出 实验检验 结论的归纳等重要环节主要还是由教师完成 学生的实质性参与很少 可以称其为被异化了的 科学探究 显然 物理规律教学过程不是简单地执行七个探究环节 实际上还有多种不同方式 如物理定理的教学过程设计 而是如何帮助学生在前认知基础上 发现和形成物理问题 自主展开探究活动 寻求问题的答案 改变原有的认知结构 从而真正实现新课程的三维目标 下面 我们分别分析初中和高中的物理规律教学案例 在此基础上总结出物理规律教学过程设计的要点 初中案例分析 光的反射 视频材料3 2 2A 第一阶段 教师 用多媒体展示一组图片 问 我们为什么能够看得见这些景物 学生 这些物体发光 教师 简要解释 展示第二组图片 问 这上面的景物发光吗 为什么能看得到它们 学生 不发光 由于光的反射 教师 简要解释 问 在我们这个世界里 发光的物体多 还是不发光的物体多 学生 不发光的物体多 教师 表述光的反射的重要性 并引出课题 研究光的反射 通过几个情境性问题 流畅地导入本节主题 用多媒体展示真实的常见物理现象 刨设物理情境 能引起学生的学习情趣 且方便 快捷 利用多媒体手段创设学习情境是情境认知与学习理论同现代教育技术相结合的成果 它具有广阔的发展前景 但是 我们必须重视物理教学中的物理情境的特点 力求情境的真实性 复杂性 可感性 要贴近学生生活 易于学生操作和观察 显然 多媒体刨设的物理情境 即使是真实过程 是不能被学生所实际操作的 它的优势仅在于展示课上难以实现的情境或操作 教师进而提出问题 你知不知道光是怎么反射的 学生 思考 但没能作出回答 教师初步提出与主题一致的问题 但是 由于没有安排学生课前的观察任务 所以未能组织学生讨论 教师直接提出了问题 这样就失去一次让学生暴露前认知的机会 教师 举例引导 问 如何把室外的太阳光引到室内 学生 在光传播的途中放一面镜子 把光反射到室内 为了聚焦问题 由一个生活例子巧妙过渡到平面镜反射现象 引导细致利于降低学习难度 但也可能掩饰学生前认知中的问题 教师 光到底怎么反射的 用多媒体展示光的反射的一个实景 并借此介绍相关概念 反射面 入射点 入射光线 反射光线 法线 入射角 反射角等 教师 出示一组光的反射图形 检查学生对以上概念的理解记忆 学生 完成练习 利用多媒体展示实景 标记和介绍问题研究所需要的几个概念 并对此进行练习和检测 单从知识学习角度讲 这一设计是比较简明的 如果课前布置观察任务 让学生图示所看到的光的反射图景 并标记其中的事物 概念对象 不仅可以使学生有更充分的时间来感知现象 发现问题 还可以让学生体验物理概念的命名过程 教师 过渡到探究环节 重放多媒体展示的光的反射现象片断 问 光在反射的过程中到底遵循怎样的规律 再次 明确 所要研究的问题 但这个问题没有涉及相关变量 因此 严格讲 不是一个恰当的科学问题 第二阶段 教师 引导学生对光的反射进行猜想 学生 小组讨论 教师 请学生上台借助模拟器材演示并说明其猜想 学生 演示 陈述 共5组 其中有两组回答不对题 学生猜想和讨论的教学设计符合新课程的科学探究模式 其中讨论的设计给学生提供思考问题 交流和表述见解的机会 利于了解学生的前认知 猜想过程是学生与物理情境反复作用的过程 对于较复杂的问题 猜想需要花费更长的时间 因此 最好与课前观察任务一同交给学生 教师 板书学生猜想 1 反射角等于入射角 2 反射光线与反射面的夹角等于入射光线与反射面的夹角 3 入射光线靠近法线时 反射光线也靠近法线 引导学生对光垂直入射时的反射进行简要探讨 将学生猜想板书出来 留作讨论和检验 这是必要的 对猜想1和猜想2 可以引导学生讨论其等价性 从而减少需要检验的猜想数目 这种对猜想的对比筛选 也是学生应体会的科学方法 教师 安排学生设计实验 检验猜想 请各小组领取自己所需实验器材 学生 讨论实验设计 选择所需器材 让学生设计实验 检验猜想 不仅遵循了科学探究模式 更是在引导学生进行探究一建构 学生猜想包含了定性 猜想3 和定量两个方面 猜想1 2 规律探究应依次进行定性与定量研究 教师 询问几个小组所要的实验器材 小结实验所需器材 引出观察光线的问题 与学生讨论解决方法 确定用烟雾法显示光线 介绍实验器材及实验方法 教师引导学生讨论解决实验难点 进而指明实验器材和实验方法 以保证学生随堂实验的顺利进行 只是课上实际留给学生的设计时闻很短 学生难以切实完成设计 学生 分组领取器材 并进行实验 记录数据 教师 让学生分组分析数据 陈述结论 学生 分别检验并肯定了三个猜想 安排学生实验 给学生与物理情境直接作用的机会 符合情境认知与学习的原则 促进了探究一建构 也突出了物理学科特点 但要注意 作为探究式规律教学设计 如果教师的引导过于细致 就可能使学生的探究性实验演变为 照方抓药 的机械模仿 教师 再次用多媒体演示实验 得出结论 陈述光的反射规律 用多媒体演示实验 系统回顾已完成的实验过程 这种处理也是可行的 此处可让学生陈述规律 检验其概念转变成效 并培养其使用科学概念表征规律的能力 教师 用多媒体展示示图 并引导学生探讨光的反射中的光路可逆 教师 由镜子反射光与砖或白纸反射光进行比较 结合多媒体图形展示 引导学生理解光的镜面反射和漫反射 光路可逆和漫反射是教材中光的反射规律的两项延伸内容 以相对简洁的过程处理是适当的 这里 相关现象可以让学生借助手头的器材进行亲自观察 以丰富其物理经验 促进其探究一建构的物理学习过程 教师 由光的反射 比喻人与人交往中的相互真诚 借助规律内容教育学生 也是可反思的一项内容 但是 没有探究过程反思 会影响学生对科学方法 科学本质的体会 第三阶段 教师 询问学生在外表面由玻璃装修的大楼近处的感觉 介绍光污染概念 对学生进行STS教育 值得肯定 布置作业 1 观察自行车尾灯 思考其作用及原理 2 将实验中的反射镜换成水或棱镜 有什么现象发生 两个作业具有适度的开放性 有益于培养学生的思维和学习习惯 第三阶段对重点内容的练习与检测过于简单 难以在课堂上判断学生实现概念转变 掌握核心知识的程度 点评 本案例中 整个物理规律教学过程分为三个阶段 第一阶段 利用多媒体手段展示常见物理现象 创设物理情境 促使学生形成与主题相关的焦点问题 但是 情境创设似乎有意要突出媒体技术的使用 未能以身边的真实景物作为实例 这对学生获得更直接 更鲜活的感受 形成内心认可的 而非教师陈述的 问题是不利的 第二阶段 对焦点问题进行定性探讨和定量研究 设计了多个学生探究环节 给学生创造了操作 思考 表达的情境和机会 有效地促进了学生的前认知与物理现象的相互作用 促进了学生的知识建构 也促进了学生的全面发展 这一点与前一个案例有极大的不同 不足之处是 没有对探究过程进行整体的反思 忽略了学生对科学方法 科学本质的认识 第三阶段 将新知识运用于生活实际 并布置了开放性练习 促使学生在新的情境中运用新知识 继续促进其知识建构 只是练习任务过于简单 难以反映和巩固学生的学习成果 高中案例分析 光的折射 视频材料3 2 2B 第一阶段 教师 用多媒体演示坦克观察孔 问观察孔内没安装玻璃时 坦克内人的观察范围 学生 作图分析 回答 教师 为什么孔内嵌入玻璃就可增大观察范围 用多媒体演示激光射在玻璃上发生的反射和折射现象实景 引导复习初中已学过的光的反射与折射规律 借助多媒体手段展示坦克观察孔 创设一个物理情境 既复习了相关知识 又导出了本节主题 过程自然 流畅 如果制作一个实物模拟的观察孔让学生亲自观察 更能使学生获得鲜活的体验 既利于学生运用前认知考察现象而形成内心问题 也利于激发学生的学习兴趣与习惯 教师 运用光的折射规律定性分析观察孔嵌入玻璃后观察角度变大的原因 然后提问 是否可能使观察外部的角度达到180 要使这个角度达到180 要求嵌入的玻璃的什么物理量 如质量 密度等 大一些 提出一个具体问题作为具体目标 对学生本节的知识学习具有一定的导向作用 但是 这个具体问题显然不能作为研究折射定律的科学问题 教师 通过对光的折射现象的进一步学习 就可以解答这些问题 导入本节主题 之后 应进一步聚焦研究折射定律的科学问题 第二阶段 教师 在光的折射中入射角变大时 折射角会怎么变 学生 变大 教师 用多媒体呈现折射光路图 问 折射角岛是入射角巩的增函数还是减函数 学生 增函数 先组织学生进行定性研究 符合规律研究的一般过程 但是 由于没有形成明确的科学问题 也就没能让学生先从整体上设计研究计划 教师直接提问 缺少必要的情境 且学生略显被动 教师 让学生猜想 1与 2 可能成为怎样的函数关系 学生猜想 进入定量研究 让学生如此猜想 能培养学生的想象力 然而 基于数学的猜想显然不如基于物理情境的猜想更能反映学生物理学习的前认知 教师 板书学生猜想 利用模拟课件 介绍实验装置及方法 引导学生讨论猜想 对之进行筛选 为学生顺利实验而介绍实验装置等 可以理解 对猜想进行筛选十分必要 但是 教师过多的讲解削弱了实验的探究性 不利于意义建构 教师 安排学生分组设计实验 并分组对筛选后的猜想分别进行检验 学生 设计和实施实验 分组检验不同猜想 使学生广泛参与实验 还可节约时间 教师 呈现各组实验数据表 并分别请各组同学报告实验方案及结论 学生 陈述实验及结论 给学生交流 表达机会 为其知识建构创造条件 也可调动学生积极性 培养其能力 但是 学生并未陈述实验方案 这与教师过多的讲解有关 教师 板书学生猜想 利用模拟课件 介绍实验装置及方法 引导学生讨论猜想 对之进行筛选 为学生顺利实验而介绍实验装置等 可以理解 对猜想进行筛选十分必要 但是 教师过多的讲解削弱了实验的探究性 不利于意义建构 教师 安排学生分组设计实验 并分组对筛选后的猜想分别进行检验 学生 设计和实施实验 分组检验不同猜想 使学生广泛参与实验 还可节约时间 教师 呈现各组实验数据表 并分别请各组同学报告实验方案及结论 学生 陈述实验及结论 给学生交流 表达机会 为其知识建构创造条件 也可调动学生积极性 培养其能力 但是 学生并未陈述实验方案 这与教师过多的讲解有关 教师 让每组用各自的数据检验是否sin 1 sin 2 学生 运算并肯定结论 对核心结论再作检验 突出了重点 教师 做阶段性总结陈述 并给出折射定律的初步表达式sin 1 sin 2 常数 对 常数 进行讨论 问 此 常数 与什么有关 由阶段性成果导出与介质相关的新问题 能降低学习难度 不过 这一设计也使学生失去了一次体验控制变量研究方法的机会 教师 用多媒体演示两束平行的光线分别射入水和玻璃的折射现象实景 并展示模拟图 引导分析 得出玻璃对光的偏折程度大于水对光的偏折程度 让学生讨论 定义一个描述介质的上述光学性质的物理量 学生 讨论 发表见解 教师 引导定义介质的折射率 强调其物理意义 呈现常见介质的折射率 真实情境与模拟情境结合 可加强学生对情境的感知 学生定义物理量是一个极好的设计 能使学生体验科学知识形成中的创造性 但是 学生没有亲自操作 对情境的感知是以接受为主的 不是深切感受的 这种非直接经验对概念转变的支持显然无法与直接经验的支持相比 教师 引导学生建立包含折射率的折射公式 教师 回述折射定律和折射率的内容 并介绍介质折射率n c v 教师 小结本节主要内容 明确科学探究所得到的科学认识 使学生获得认识成果 此处对n c v的介绍若在定义n之后 似乎更恰当些 另外 缺乏对整个探究过程的反思 若让学生了解 光的折射定律 的科学史资料 可使其体会科学家的研究过程与方法 第三阶段 教师 呈现多选练习题 讨论开始提出的增大坦克观察角度对嵌入观察孔玻璃的要求 计算给定相关参数时使观察角为180 的玻璃折射率 学生 完成练习 其中一名板书计算过程与结果 多选题和计算题练习可将新知识运用于新的情境 也能检测学生的学习结果 教师 评价学生练习 介绍 猫眼儿 现象及折射的其他应用 结束课程 使学生获得反馈 促进建构 将知识与生活 生产相联系 此处 应该让学生亲自探究生活中的物理现象 这要比简单提示更能使物理学习实质地融人生活 点评 在本案例规律教学过程的三个阶段中 第一阶段的设计注意了情境创设和问题形成 但存在两个问题 一是用多媒体展示取代本可实现的实际操作 学生将不能置身于直接的物理情境当中 会妨碍其运用前认知考察现象及形成问题 二是没有聚焦相应的科学问题 第二阶段的设计由定性探讨过渡到定量研究 并组织学生完成猜想 实验检验 交流表达等探究活动 较好地完成了 探究一建构 的学习过程 既体现了物理规律教学的特点 也体现了新课程教学设计的理念 不足的是 没有对探究过程的整体反思 削弱了科学方法与科学本质教育的功能 在这里 如何处理教师主导性和学生探究自主性的矛盾 还是一个有待深入研究的课题 第三阶段让学生将新知识应用于新的情境 解决实际问题 不仅有助于知识建构的精致化 也可以检测学生的学习结果 比较初 高中案例可以看出 初中的规律内容相对浅显 涉及的科学方法 包括数学方法 较为简单 且因学生的认知水平及物理经验所限 往往需要设计多个环节的学生活动 而高中的规律内容更抽象 科学方法运用也多 学生认知水平与物理经验均强于初中 所以学生活动的设计宜集中在几个核心环节上 总的来看 新课程实施中规律教学的显著特点是 强调让学生在真实的物理情境中 在前认知基础上与情境进行交互作用 形成问题 尝试假设 探究现象中的相关因素及因素间关系 建构新的理解 用新的认识处理新的情境问题 而不是由教师陈述和分析现象 推证规律 再将结论输入学生的头脑 然后练习解题 基于案例分析与反思 我们认为 物理规律教学过程设计不仅要体现新课程理念 运用多元化教学方式 还必须立足于物理规律自身特点 把握以下操作要点 1 在 创设情境和问题形成 阶段 物理情境应真实 可感 贴近学生生活 尽可能让学生有更多机会去操作 使之成为感受情境 形成问题的主体 提出的问题要聚焦于与物理规律主题一致的科学问题上 2 在 定性探讨与定量研究 阶段 要重视定性探讨 这是学生认识规律物理意义的关键环节 要为探究规律创设更典型的物理情境 灵活设计和安排学生的操作 观察 思考 推证 交流等活动 有力促进学生的 探究一建构 过程 要明确表述规律认识的成果 并可采用启发方式 给学生思考 表述 讨论的机会 应对研究过程进行反思 并尽可能结合物理学史做一些拓展 以加强物理科学方法 科学本质的教育 3 在 新知识应用于新情境 阶段 要让学生处理适当的新的情境问题 并给予及时反馈 以促进知识的进一步建构 并检测学习结果 确保学生获得科学认识 第三节物理规律教学案例评析与理论提高 问题引导 要做好物理规律的教学 既要求教师具有较高的理论修养 又要求教师具有较强的教学实践能力 物理规律所涉及的内容和表现形式是种类繁多的 物理规律的教学形式也应是灵活多样的 但是作为一类联系特殊教学内容的典型教学活动 总是有其内在的特征和可以把握的规律 许多教师对于物理规律教学的相关理论也有所了解 但是由于大部分理论的实践可操作性较差 同时由于有些教师缺乏将理论应用于实践和主动探索的意识 所以 现实的物理规律教学活动往往处于随意 无序的状态 教师如何将本课程的相关理论应用到规律教学设计中 并自主设计实施优质的规律教学过程呢 本节通过一个规律教学案例的评析来说明这一问题 案例分析 库仑定律 视频材料3 2 3 教师 在初中我们学过两个电荷之间的作用力的特点是 同性相斥 异性相吸 但这只是一个粗浅定性的规律 那么两个电荷之间的作用力到底和哪些因素有关 又和它们之间有着什么样的关系呢 这就是我们所要探究的问题 我们把两个电荷之间的作用力称为静电力 大家先思考第一个问题 两个电荷之间的作用力应该和哪些因素有关系呢 我们不妨回忆我们以前学过的力 有哪一种力和电荷之间的力有相似之处 比如说两个电荷之间的力需要接触吗 学生 不需要 教师 那我们学过的有哪一种力不需要接触 学生 万有引力 教师 万有引力是由于物体具有质量所产生的 万有引力的大小和物体的质量的乘积成正比 跟它们的距离的平方成反比 类似地 很自然地引起我们的一个猜想 静电力可能和物体的电荷量Q1 Q2及它们之间的距离r有关系 那么还有没有补充呢 学生 大小 形状 教师 还可能和它们的大小 形状有关系 研究力和这么多因素之间的关系 我们该用什么 方法 学生 控制变量法 上述教学过程可以归于物理规律教学过程中的创设情境 提出问题阶段 这一阶段的关键在于形成科学问题 但是刨设情境又是必不可少的内容 恰当的情境创设是科学问题顺利形成的保障 情境创设对教师提出了很高的要求 而情境刨设对于整个教学过程的意义和作用更多是隐含的而非外显的 这就造成了现实教学过程中教师对情境创设的有意回避 导致学生在问题提出环节能力发展的欠缺 本案例中 教师能够根据教学内容和学生的实际情况 恰当地选择了类比的方式创设了问题情境 简洁有效 这种比较成功的问题情境创设来源手对学生前认知的正确认识 对于电荷之间作用力 学生的前认知中包含正确 科学的成分 也就是说 学生的前认知对于本部分内容的学习有积极意义和科学价值 在这种情形下 教师采用简洁的 直指问题本质的类比法创设问题情境是可取的 当然 学生对于万有引力定律的深刻理解是本类比成功的关键 那么学生对于万有引力定律的学习情况就是这个情境创设的前提条件 而万有引力定律学习过程的情境刨设难度会更大 所以 在这个情境刨设过程中 还是应该提供更丰富和更贴近学生的生活情境 同时 我们还应该注意 在创设问题情境直至最后得出问题的过程中 教师没有给学生充分思考的机会 如果没有学生积极地思维参与过程 所谓的探究教学就只剩下了空洞的外壳 教师 现在看一个实验 有一个金属球 一个通草球 一个感应起电机 大家一会儿注意观察 当我摇动起电机以后 小球有什么变化 起电机的一个手柄靠近金属球 通草球用一个细绳悬挂在金属球附近 教师进行实验演示 我们看到细绳偏离了一个角度 比如我们先研究静电力和距离的关系 教师移动金属球 增大距离 偏角减小 减小距离 偏角增大 那么再思考 怎么研究力和电荷量的关系 我们可以拿另外一个金属球和这个金属球接触 发现随着接触 原来那个金属球的 电荷量在减少 偏角减少 我们把刚才这个实验再看一遍 电脑模拟刚才的试验 我们看到的现象是减小距离 偏角增大 表明静电力随之增大 增大电荷量 偏角增大 表明静电力随之增大 这个定性关系 距离增大 静电力减小 电荷量减小 静电力随之减小 这个阶段可以归于实施探究 促进建构的教学过程 教师并没有急于研究静电力和几个物理量之间的定量关系 而是通过实验让学生获得对于静电力的充分感性认识 在此基础上进行定性探讨 利用实验归纳出静电力与电荷量和电荷间距之间的定性关系 促进了学生对物理规律意义的深刻理解 符合学生学习物理规律的内在建构过程和认知特点 但是 教师在整个过程中几乎包办了学生的思考过程 这是不可取的 这里的定性探究过程实验设计思路比较清晰 实验操作比较简单 可以让学生独立自主地完成 既能锻炼学生的实验设计和操作能力 又能全面培养学生解决实际问题的综合素质 那么研究完定性关系之后 我们再来研究定量关系 我们不妨大胆地猜想假设一下 猜想假设也是我们物理中常用的办法 由距离增大 静电力减小 可能很自然地让我们猜想到力和距离是什么关系 学生 反比 教师 可能会猜想到力和距离成反比 那么它一定和距离的一次方成反比吗 也可能和r的二次方 三次方乃至咒次方成反比 电荷量减小 静电力减小 很自然地让我们想到力分别和Q1 Q2成正比 因为我们知道物理规律通常表述起来都比较简单 那么要验证我们的猜想应该用什么办法 在得到基本的定性关系之后 教师进一步引导学生进行定量关系的猜想 这仍然属于规律教学过程中的实施探究 促进建构的阶段 猜想是解决问题的前奏 科学的猜想能为问题解决指明方向 定量关系是本节课研究的重点也是难点 在进行实验研究之前引导学生进行猜想 促使学生思维与物理现象和定性研究结果相互作用 为突破难点打下基础 但是 为了追求教学的进度 教师没有给学生充分的思考空间 而是急于按照自己的教学设想要求学生回答问题 而且 学生的回答都是集体回答 这就使这一段教学过程流于形式 学生是按照教师的设计在回答问题 没有积极的思维过程 而且 教师的教学设计也显得有些牵强 在力与距离关系的猜想中 教师提示学生力有可能与距离或者是距离的几次方成反比 但是在处理力与电荷量的关系时 教师却以物理规律的表达力求简单为理由得出力应该与电荷量成简单正比的猜想 学生对于教师这种有明显逻辑矛盾的引导没有任何异议 也显示了当前教育中普遍存在的一个问题 那就是教师和教科书在学生的意识中具有绝对的权威地位 学生缺乏质疑精神 学生 实验 教师 两个正电荷他们之间有相互作用的斥力 多媒体演示库仑扭秤的基本结构 我们知道静电力一般不太明显 大家有没有什么办法把力的效果放大一些呢 我们可以仿照卡文迪许扭秤的办法 给小球加一个T形架 T形架上方用金属丝来悬挂 由于静电斥力作用 T形架会转过一定的角度 那么由于力臂不变 大家试着了解T形架转过的角度是不是正比于对应着静电力的大小 我们在上方有一个可以测量转过角度的旋钮 为了这个实验操作起来更加稳定和方便 我们在T形架外边加一个透明的带刻度的玻璃罩 这就形成当年著名的库仑扭秤 打开库仑扭秤 我们可以看到里面最主要的构件确实就是一个T形架 这是第一种方法 我们称为扭秤法 库仑是历史上第一个比较精确地定量研究两个电荷之间作用力规律的人 由于悬挂的游丝非常灵敏 操作这个实验的时间特别长 在课上不容易完成 那么有没有其他的办法呢 A B两个金属薄片 A用细绳固定在某一悬点上 当悬绳和斜面垂直时 大家看 A这是受哪几个力的作用呢 它应该受到重力 静电斥力和绳子的拉力 三个力的作用 由力学知识我们不难知道 重力沿斜面向下的分力和静电斥力F是什么关系 用多媒体演示仪器的构造 学生 相等 教师 如果F真的和r的二次方成反比的话 大家注意 金属箔的重力是一个定值 如果F和r的二次方成反比的话 我们就会得出sin 和r2的乘积是一个常数 也就是说这时sin 和r2是成反比的 即mgsin F 1 r2 即sin r2 常数 这是我去年由于设计这样一个方案 制作这样的仪器而获得的国家专利 这是专利授权书 学生鼓掌 这一段是整个教学过程中的亮点之一 教师利用极为简单的材料设计出了获得国家专利的实验器材 与库仑扭秤实验相比 该实验操作简单 准确度高 便于高中课堂演示和学生分组实验 同时 该实验仪器的设计思路是极好的物理科学方法教育素材 学生通过该实验不仅能够对库仑定律进行定量研究 而且对库仑定律的内涵会有更深刻的认识 教师对实验设计过程的处理也是恰当的 教师没有让学生进行实验设计 这种巧妙富有独创性的实验设计 要求学生在课堂上很短时问之内完成是不现实的 同时 教师在这个教学过程中不失时机地对学生进行情感 态度和价值观的教育 对学生有着极强的感染力 当然 教师在对实验仪器原理讲解的过程中应该更多的启发学生进行思考 共同完成对仪器设计原理的认识 那我们还有没有其他方法 通常我们测量物理的质量用什么 学生 天平 教师 天平一般有两个托盘 就是托盘天平 物理天平有两个支架 我们可以把其中的一个代之以静电斥力 用多媒体演示仪器构造 我在物理天平的基础之上进行了改造 实验之初应调节天平的平衡 当放上另外一个薄片之后 使两个薄片都同时带电 由于静电斥力的作用 天平失去平衡 这时我们需要调节游码的位置 我们看 跟不带电时相比 天平两边的力矩都发生了什么样的变化 左边多了一个静电斥力的力矩 我们把静电力F的力臂叫做L1 另外一个变化是游码移动了位置 右方变化的力矩就是游码的力矩 游码移动的距离我们称为L2 那么应该存在F L1 mg L2 由于L1是一个定值 游码的重力也是一个定值 如果静电力F和两薄片距离的平方成反比的话 那就应该存在着L2 r2 常数 换句话说 两个量应该成反比的关系 我们把第三种方法称为静电天平 教师又给出了一种进行定量实验的方法 这种方法属于前一种方法的变形 但是它体现了解决问题方法的灵活多样性 在前一个实验方案的基础上 应该引导学生思考并得出本实验的原理 而不应该全部由教师讲解 这样既降低了学习的效率也没有达到科学方法教育的目的 下面我们即将开始分组实验探究 采用方案一的同学 你们研究库仑扭秤的原理 课后交上一个小论文 可以参阅其他的资料或者用上网查询的办法 对于方案二和方案三 我给出一个实验参考的数据表格 下面同学根据自己的兴趣 自由选择实验项目 自由结组 大家开始实验探究 方案一 研究库仑扭秤的原理方案二 专利法方案三 静电天平学生离开自己的座位 分组开始动手实验 三种方案都有同学做 教师在旁巡视并指导 课堂有限的时间不能使所有同学都进行三组实验 分组分别进行实验探究的方法是比较合理有效的 实验记录数据的表格比较简单 可以放手让学生自行设计并记录实验数据 教师 好 我们的实验探究就到这里 现在大家汇报一下你们实验探究的结果 我们先请采用方案二 专利法 的同学 你们派个代表 教师 很好 请坐 那么大家对他们实验过程和结论有没有什么想法 大家分别采用了表格法和图像法处理了数据 这是很令人高兴的 学生交流了实验的数据和对数据处理的方法及最终得出的结论 利用不同的实验方法 经过实验得出了相同的结论 通过交流可以相互学习 最终形成对物理规律意义的集体建构 学生在交流过程中都提到对实验数据进行了筛选 教师应该就此问题展开讨论 学生为什么对数据进行筛选 筛选的依据和原则是什么 同时 我们注意到 学生没有涉及实验误差的相关问题 而是几乎给出了没有误差的结果 这是不可取的 教师应该就物理实验的误差问题进行相应的教育 教师对于学生的交流所给的反馈也是不够的 对每一组的反馈都简单地用 很好 来代替 达不到课堂评价所应具备的鼓励 引导等作用 教师 那么如果我们想研究力和电荷量的关系 有没有什么办法 在 静电天平 这个方法中 我们可以拿另外一个和它一模一样的薄片和它接触 接触一次 两次 三次 这样 原来的薄片的电荷量会变为原来的1 2 1 4 1 8 进而可以研究力和电荷量的关系 那么在 专利法 中 我们也可以用同样的办法研究力和电荷量的关系 大家刚才用的实验方法 全都研究的是斥力和距离的关系 如果想研究引力和距离的关系 用我们的实验装置行不行 在 专利法 中 我们可以把薄片B放到薄片A的另外一个方向 放到左边 在 静电天平 的方法中 我们也可以让两个薄片的位置互换 这样就可以研究静电引力和距离的关系 在学生进行了力与电荷间距关系的实验研究之后 教师引导学生迸一步思考如何利用实验装置进行力与电荷量之间关系的研究 以及异种电荷间斥力关系的研究 因为课堂时间是有限的 探究一建构的教学理念并不要求整堂课都要进行实验探究 教师对于上述三个关系的教学设计是合理的 既节省了时闻又达到了应有盼教学目的 教师自己叙述 讲解的方法是不可取的 这种没有学生参与思考的教学过程是典型的灌输式教育 不符合当代科学教育理论 那么方案一的同学 我们研究的是扭秤 我们课上不能用扭秤定量的研究这个问题 幸运的是库仑当年给我们留下了几组非常宝贵的数据 多媒体展示几组数据 由这几组数据 库仑结合其他实验的结果 得出了静电力和两个带电体间的距离的二次方成反比 那么大家看这个表格 他是如何得到这个平方反比的关系的呢 第二列为两球间的距离 比值近似为4 2 1 右边这一列是悬丝扭角 悬丝扭角正比例地对应了静电力的大小 这个比例近似是1 4 16 由这几组数据 再结合其他实验结果 库仑总结出了库仑定律 F Kq1q2 r2 展示库仑当年的实验数据 并由此得出库仑定律 这是对不易进行的库仑扭秤实验的一个巧妙的处理 这个处理在帮助教师完成教学过程的同时带来的弊端是不容忽视的 这种方式等于无条件的承认库仑定律的正确性 加深了学生对科学家和科学家给出的结论的盲目崇拜 不利于学生科学素养的提高 其实 在进行分组实验的过程中 教师可以通过让学生分组合作的方式对几个关系同时进行实验研究得出结论 这样整个教学过程将会更加优化 合理 这个定律的表述 真空中的两个静止点电荷之间相互作用的电力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 作用力的方向在它们的直线上 这个定律实际上分为三部分 第一部分中可以得出它的表达式F Kq1q2 r2 其中的k称为 静电力常量 精确测量值为9 0 109N m2 C2 那么前面叙述了两点 第一 真空 第二 点电荷 这是这个定律成立的条件 真空 是对环境的要求 那么 什么叫做 点电荷 呢 展示教具 这是我在 专利 这种办法中研究对象演变的过程 大家可以看到 这个过程中 物体的大小怎么样 越来越小 厚度越来越薄 最终实验的结果是随着带电体