科学探究与学习方式的转变

1、高中物理新课程倡导的教学方式高中物理新课程倡导的教学方式科学探究与高中物理实验科学探究与高中物理实验新课程对学生学习方式的要求n普通高中物理课程标准（实验）在课程的基本理念中指出：n“在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化。高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。” 新课程对学生学习方式的要求n（1）注重和促进学生的自主、探究和合作学习；n（2）把握科学探究的基本特征，渗透探究的思想和方法；n（3）切实加强物理实验，培养实践的意识和创新能力；n（4）

2、提倡教学方式的多样化。学生学习方式的几个维度学生学习方式的几个维度n教师与学生：n学生自主教师指导；n学生与学生：n合作学习独立学习；n探究与接受：n探究学习接受学习 教师指导 学 生 自 主学习 独立学习 合作学习 探究式学习 接受学习 图 3-1-1 学生学习方式的几个维度学生学习方式的几个维度n任何学习方式都包含上述维度，只不过任何学习方式都包含上述维度，只不过偏向于两极的程度不同而已。偏向于两极的程度不同而已。n就宏观而言，应当选择三维空间中合适就宏观而言，应当选择三维空间中合适的平衡点；的平衡点；n就微观而言，应当综合考虑影响学习方就微观而言，应当综合考虑影响学习方式的多种因素，选择

3、不同的学习方式，式的多种因素，选择不同的学习方式，以达到优化组合的效果。以达到优化组合的效果。学习方式的转变学习方式的转变n陈旧的学习方式忽视人的主动性、能动陈旧的学习方式忽视人的主动性、能动性和独立性，；忽视了应当体现科学过性和独立性，；忽视了应当体现科学过程的本质特征；忽视了学习作为一种特程的本质特征；忽视了学习作为一种特定社会活动的基本特征：人的相互作用。定社会活动的基本特征：人的相互作用。n转变学习方式是指导转变单一的、他主转变学习方式是指导转变单一的、他主的、被动的以及机械灌输的学习方式。的、被动的以及机械灌输的学习方式。n学习科学，如果只是学习科学的结论，而忽视了对科学探究过程的理

4、解和体验，那就不能很好地理解科学的本质。n因此，对科学本质的理解是我们强调科学探究式学习的一个重要的依据。 科学探究有促进学生发展的内在价值科学探究有促进学生发展的内在价值n过程的感受和体验是不可替代的。过程的感受和体验是不可替代的。n科学教育的许多目标，离开了过程的感受和体验是难以科学教育的许多目标，离开了过程的感受和体验是难以实现的，或者是难以向更高的层次发展。实现的，或者是难以向更高的层次发展。n探究过程极其生动活泼，有利于培养学生的兴趣和动机。探究过程极其生动活泼，有利于培养学生的兴趣和动机。n探究过程中有许多意想不到的现象和问题，需要观察、探究过程中有许多意想不到的现象和问题，需要观

5、察、实验、动手、动脑等，有利于培养学生的多重智能，特实验、动手、动脑等，有利于培养学生的多重智能，特别是创新意识和能力。别是创新意识和能力。n经历探究过程，有利于学生理解科学和发展良好品德。经历探究过程，有利于学生理解科学和发展良好品德。液氮下的液氮下的“冬眠冬眠”香蕉可以当铁锤用声波可以振碎酒杯，你相信吗？探究需要与其他多种方式结合探究需要与其他多种方式结合n探究式学习不是惟一的学习方式，也不探究式学习不是惟一的学习方式，也不是任何情况下最好的学习方式。是任何情况下最好的学习方式。n不可能也不必要事事探究，特别是直接不可能也不必要事事探究，特别是直接获取证据的探究活动。获取证据的探究活动。n

6、要使学生学会间接学习。要使学生学会间接学习。n关注使探究与接受学习有机结合起来。关注使探究与接受学习有机结合起来。理论探究案例：万有引力定律理论探究案例：万有引力定律n定性的思考：可能定性的思考：可能与与M、m有关，可能有关，可能与与r 2成反比。成反比。n定量推导：定量推导：n从从 ，似乎太阳对行星的引似乎太阳对行星的引力与力与r r的一次方成正比，而不是与的一次方成正比，而不是与r r的二的二次方成反比。对此，你有什么看法？次方成反比。对此，你有什么看法？2224TmrmrF理论探究：万有引力定律n行星运动的行星运动的 或或T T可能与可能与r r有关。有关。n开普勒定律，给出了开普勒定律

7、，给出了T T 2 2与与r r的函数关系。的函数关系。 n你能由此推导出引力的平方反比规律吗？krT32科学探究的方式是多种多样的科学探究的方式是多种多样的n探究没有僵化的规程，虽然有一些基本探究没有僵化的规程，虽然有一些基本的过程要素：问题；事实证据；解释；的过程要素：问题；事实证据；解释；评价；交流。评价；交流。n以问题情境为动力；以问题情境为动力；n以科学方法为工具；以科学方法为工具；n以探究思维为灵魂；以探究思维为灵魂；n实验是科学探究中最重要的观念和思想实验是科学探究中最重要的观念和思想方法方法n没有实验的物理理论是空洞的，没有理论的实验是盲目的。正是实验家使理论家保持老老实实的态

8、度。n 帕格尔斯，物理学家n实验可以推翻理论，而理论永远无法推翻实验。n 丁肇中，物理学家高中物理新课程中实验教学的建议从探究的视角设计实验n例：自由落体规律的探究n让一个粉笔头从静止落下，请描述你感觉到的现象。n让羽毛和粉笔头等高同时落下，观察并推测可能发现的规律。n把一张纸逐步对折与粉笔头等高同时下落，观察并推测可能的规律。例：自由落体规律的探究n演示抽气玻璃管中羽毛与钱币的下落。n观察月球上的落体运动（图片）n观察并分析自由落体的闪光照片。n实验：用打点计时器验证自由落体运动的规律，测重力加速度。例：平抛物体运动规律的探究n背景引入：直升飞机空投救援物资。n观察：水平抛出小橡皮，水平射出

9、的水流，描述你看到的现象和你认识这种运动的特点。n讨论：怎样来研究这种复杂的运动？做出某种猜测，说明提出猜测的理由。n平抛竖落等时性的实验。它能说明什么？还不能说明什么？例：平抛物体运动规律的探究n实验：平抛运动的描迹和分析。n观察并分析平抛运动的闪光照片。n推导平抛运动的轨迹方程。创设联系实验的情景案例：速度加速度n法拉利赛车F2003-GA最大速度可达369km/h，而飓风战斗机2000最大速度可达2450km/h。 n赛车的最大速度远小于飓风战斗机，但它却能在起步阶段胜出，怎样来描述两者的不同特点呢？n舒马赫驾驶的法拉利赛车在距离最短的600米比赛中稍稍胜出 图 起步阶段法拉利赛车占优势

10、。应用现代技术的问题演示演示 用传感器和计算机实验验证有关运用传感器和计算机实验验证有关运动图象的猜想动图象的猜想n假定你从静止开始沿直线向前走去，走5m后再沿原路线倒退到出发点。请画出定性的描述运动的位移图象和速度图象。n画好以后再观察用小车做的模拟演示，用位移传感器采集位移随时间变化的数据，并由计算机给出图象。看看它与你的猜想相似吗？实验装置与你画出的图象相似吗？演示：牛顿第三定律n两人手拉着手，相互对拉。n当甲把乙拉向自己一边时，我们常说“甲的力气大”，是否意味着甲拉乙的力大于乙拉甲的力呢？n让我们用两个测力传感器与计算机系统相连，显示出两个力的图象。看一看，当力变化时，这一对力的大小是

11、否相等？甲把乙拉过来时，两力大小相等吗？ 计算机显示两力相互作用的图象 关注小型简易实验案例：曲线运动的速度方向案例：力的分解案例：滑动摩擦力实验课题研究水果电池案例：汽车刹车距离的模拟探究n许多汽车事故并非刹车失灵造成的，而是刹车距离不够短造成的。n当司机发现前方有一障碍物时，他迅速启动制动器，但从观察发现到操作制动器需要一段反应时间，制动器制动后，车子在阻力作用下减速，直到速度为零。n如果刹车距离大于发现时障碍物离车的距离，事故就会发生。假定不计反应时间，刹车距离和哪些因素有关，以及是什么样的关系？案例：汽车刹车距离的模拟探究n（1）小组讨论：n 猜想：汽车从刹车到静止的距离可能与哪些因素

12、有关？n 如果有多个因素，如何检验是否与其中的某一个因素有关？n 用什么样的实验装置进行实验？如何控制变量？n 需要测量哪些物理量？怎样测量？怎样记录？n 分工：操作控制；测量；记录；处理数据（每研究一个变量，分工进行一次交换）。 案例：汽车刹车距离的模拟探究n（2）分组实验：安装，操作控制，测量，记录。n（3）分组：处理数据，描绘图像，讨论结果。n（4）交流，评价，理论推导与解释。n（5）应用：实施交通安全法相关条款的意义和建议。 “汽车刹车距离的摸拟探究汽车刹车距离的摸拟探究”实验的数据实验的数据处理与理论分析：处理与理论分析： 图 3-3-3 s-v 图像 s-v2图像 实验的理论分析n

13、理论分析1：设汽车刹车时的速度为v ，刹车后做匀减速直线运动，加速度为an由匀变速直线运动规律可得，在加速度一定时，刹车距离与速度的平方成正比。n理论分析2：如果刹车后汽车受到的滑动摩擦力不同，加速度也不同，应用牛顿第二定律公式可得，如果刹车时速度相同，刹车距离与滑动摩擦因数成反比。实验的理论分析n理论分析3：在制动过程中，阻力对汽车做负功，使汽车动能减少最终到零，应用动能定理，可得出推论，由此可以解释实验的结果。 案例：案例：力减小时物体的速度也减小吗？力减小时物体的速度也减小吗？ n生活中，我们常有一种经验认识：力越大速度越大，力越小速度就越小，n例如，运动员把垒球抛出去时，力越大，抛出的速度就越大；踢球的力越大，飞出的足球速度也越大。这种观点正确吗？n如果一个物体受力做加速直线运动，当牵引力持续减小时，物体的速度将会怎样变化？请设计一个实验来证实你的想法。 案例：案例：力减小时物体的速度也减小吗？力减小时物体的速度也减小吗？n可供选择的器材：轨道，小车，打点计时器，钩码，线，橡皮筋，钥匙链条等。n（1）你的想法是：如果牵引力持续减小，物体的速度将 。n（2）