按科学的本质开展实验教学.ppt

1、按科学的本质,浙江省义乌中学 吴加澍,(杭师大 2013.12.16),开展实验教学,树立正确的科学本质观,科学究竟是什么,*科学是一种社会建制,*科学是一种知识体系,*科学是一种思维方式,（求真、严谨、民主、平等）,*科学是一种价值取向,（组织形式、价值准则和行为规范）,(关于自然、社会与思维的知识体系),（客观观察、可重复、可证伪）,对科学本质的理解，是认识科学的核心！,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士

2、多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验

3、,月球上的实验,现代版“比萨斜塔”实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,朱棣文,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,现代版“比萨斜塔”实验,探索还在进行,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验

4、,现代版“比萨斜塔”实验,探索还在进行,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,科学是讲求实证的,科学是符合逻辑的,科学是有待发展的,以实证为判别尺度,以逻辑为论辩武器,以怀疑为审视起点,树立正确的科学本质观,科学是开放的系统。科学知识具有相对稳定性并不断发展，它不是绝对真理，也不能解决所有问题。可验证性是科学与伪科学的重要区别，科学尊重事实对科学理论的检验。,我国“科学课程标准”指出，科学本质包括,自然界是有规律的，科学是认识自然最有效的途径。科学知识对自然现象具有解释和预见功能。科学技术是第一生产力。,科学是以多样统一的自然界为研究对象的探究活动。科学探究不仅涉及逻辑推理和实验活动，

5、同时还是充满创造型思维的过程。科学是包括科学家在内的全社会的事业。,科学活动应当促进社会的进步，并将受到科学道德和社会一般道德的双重约束。,科学本质是什么,树立正确的科学本质观,科学事业的本质 科学是一种复杂的社会活动, 科学分成专门领域并在不同情况下进行研究, 科学必须考虑伦理的原则, 科学家既作为专家又作为公民参与公众事务。,对于科学本质，人们常从“科学知识”、“科学探究”以及“科学事业”三个维度进行阐述,科学知识的本质 世界是可认识的, 科学知识是可变的, 科学并不能解决所 有问题;,科学探究的本质 科学讲究证据, 科学是逻辑和想象的结合体, 科学具有解释和预测的功能, 科学试图确定和避

6、免偏见, 科学反对权威;,引自面向全体美国人的科学,科学本质是什么,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,【问题1】地球是圆的还是方的? 所有的学生都给出了正确答案: 圆的。,日、韩的中学生回答:“很多生活现象可以证明地球是圆的。如”而大多数中国学生却回答:“老师告诉我的”、“书上说的”、“电视上演的”等等。,对此，中国学生的回答更是让人吃惊: “不知道”、“考试用”、“没有用”,【问题2】你怎么知道地球是圆的而不是方的?,【问题3】你认为知道地球是圆的有何意义?,中科院曾对中、日、韩三国的中学生进行科学素养的调查， 其中的地理题包含三个小问题：,科学本质是科学素养的核心内涵。如何提升学生对科

7、学本质的理解已成为国际科学教育关注的焦点话题。,树立正确的科学本质观,科学本质与三维目标,*学习终身发展必备的物理基础知识和技能，了解这些知识与技能在生活、生产中的应用，关注科学技术的现状及发展趋势。 *学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 *发展好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣，有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，有振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感。 *了解科学与技术、经济和社会的互动作用，认识人与自然、社会的关系，有可持续发展意识和全球观念。,高中物理课程标准指出,树立正确的科学本质观,科学本质与三维目标,

8、三维目标全面体现了科学的本质，它是物理教育价值的自然回归；,树立正确的科学本质观，按照科学的本质开展物理教学，这是落实三维目标的关键所在。,科学本质主要体现在“科学知识”、“科学探究”和 “科学价值”三个层面上; 而物理教育的目标是通过物理课程的“知识与技能 ”、“过程与方法 ”、“情感态度与价值观”等方面的学习, 提高学生的科学素养, 促进学生的发展。,结论：,科学本质的内涵与物理课程的目标完全吻合！,比较：,体现科学本质的实验教学,科学源于好奇：激发学生的求知欲,科学贵在探究：拓展实验的探索性,科学追求真实：增强实验证据意识,科学倚重思维：彰显物理学科特色,科学有待发展：融合物理学史教学,

9、世界各国科学教育界普遍认为：理解科学的本质是提高学生科学素养的核心，而对学生进行科学本质教育的主阵地之一便是实验教学。,科学教育必须遵循科学形成与发展的规律，让学生能够学真正的、有用的科学。因此，按科学的本质开展物理实验教学,就显得格外重要。,体现科学本质的物理实验教学，应该是,丁肇中:“好奇心是科学研究的原动力。” （上海交通大学的讲演）,他认为：好奇心是成功的关键，兴趣是产生好奇心的前提。,实践表明，物理实验是激发学习兴趣和求知欲的最有效的手段。,例如 展现新奇现象，吸引学生喜爱物理； 巧做物理实验，引导学生学好物理； 设置认知陷阱，激发学生学习动机； ,展现新奇现象，吸引学生喜爱物理,巧

10、做物理实验，引导学生学好物理,* 实验“三做”,真做、多做、巧做,*“巧做”要求 ,选材低成本;,设计高智慧;,教学深探究。,【例1】内能变化与做功的关系,*学生实验：,双手将一根橡皮筋迅速拉伸，同时将它紧贴在自己的额头上，感觉有点热；,*课本实验：,再让橡皮筋迅速缩短，并让它与自己的额头接触，感觉有点凉。,“演示实验使用的材料越简单,学生越熟悉,就越想彻底地获得所验证的结果，实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比。” 麦克斯韦,巧做物理实验，引导学生学好物理,* 实验“三做”,真做、多做、巧做,*“巧做”要求 ,选材低成本;,设计高智慧;,教学深探究。,【例2】受迫振动和共振,*实验:手持纸

11、条前后晃动，使之作受迫振动。,*观察:手动频率与纸条振动频率有何关系？,*实验:调整手动频率，使纸条A的振幅最大； 再依次使纸条B或C的振幅达到最大。,*比较:当振幅最大时，手动频率与纸条自由 振动时的频率（固有频率）有何关系？,*总结:产生共振现象的条件,【例】“光的全反射”课题引入,教法1,教法2 ,* 演示实验：逐渐增大入射角,* 教师指出：这就是光的全反射现象。,* 学生思考：一束光线从玻璃（n=3）射入空气，已知入射角为60，问：折射角是多少？,解1：由 sin60/sin =3 得 =30 解2：由 sin/sin60 = 3 得 sin =1.5,* 观察实验：光从玻璃以60射入

12、空气，没有折射光线！,* 提出课题：,前者只是客观地呈现了物理现象，后者则能引起认知冲突，激发学习动机，因而教学效果更好。,设置认知陷阱，激发学生学习动机,真做实验,【例】电荷间相互作用 库仑定律,多媒体技术能够以假乱真，但是不应该以假代真； 过去黑板上做实验不对，现在屏幕上做实验同样不对。,*这样的做法可取吗？,真实性,真做实验,真实性,(德国物理教师做弹性碰撞实验),抽象的经 验,观察的经 验,直接的 经 验,学习间接经验，应尽可能从直接经验入手，逐步走向抽象，防止从概念到概念的“言语主义”。,戴尔“经验之塔”,教学媒体的选用次序：,实验观察,真做实验,真实性,真做实验,真实性,【讨论】怎

13、样提高静电实验的成功率？,静电特点：量少压高,实验关键：增加绝缘,最容易漏电的部位在哪里？,金属壳与指针之间？,金属壳与塑料塞之间！,*例如：静电计（验电器）,真做实验,【例】电荷间相互作用 库仑定律,真实性,尼龙丝,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例1】白光的色散与复合,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例2】磁现象的电本质,感应圈,B=KI/r=410-9 T,BB地=10-5 T,设I=1mA d=5cm,估算:,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例3】变化的电场产生磁场,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例4】绘制声波干涉图样（一位教师的设计方案）,*问题1：,*问题

14、2：,设:声波频率f=560HZ 波长0.6m 则d=/2=0.3m ,众多反射波的叠加,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例5】用音叉演示声波的干涉,【例6】用收音机演示静电屏蔽,启示：物理教师应具备扎实的实验基础知识,【例1】电能的输送,教法1,*实验演示：,*解释原理：,直接输电 灯泡发光暗淡,高压输电 灯泡正常发光,科学贵在探究：拓展实验的探索性,“作为探究的科学”是科学的本质特征。拓展物理实验的探索性，有利于学生正确领悟科学的真谛，提升他们的科学素养。,*观察：讲台上的小灯泡A接入学生电源后正常发光。,*思考：怎样使教室最后排的小灯泡B发光？,*观察：用一卷细径导线将小灯泡B接入

15、学生电源，亮度很暗。,*思考：为什么远处的灯泡发光暗淡？你有什么解决的方案？,*观察：换一卷较粗的导线将灯泡接入学生电源，亮度增加。,*思考：怎样才能减少导线中的电流，又保持输送功率不变？,*观察：依次接入升压变压器和降压变压器，灯泡B正常发光。,【例1】电能的输送,教法2,“作为探究的科学”是科学的本质特征。拓展物理实验的探索性，有利于学生正确领悟科学的真谛，提升他们的科学素养。,【例2】“光电效应”实验,课本的演示方法,*分析：,一般紫外线频率为10151017 HZ,锌板极限频率约为81014 HZ,据此估算，锌板的电势在100 v102v范围内，不足以使静电计指针张开。,实验为何难以成

16、功？,实验为何难以成功？,常用的演示方法,预带负电法,附加电场法,电容辅助法,方法:是失去“多余电子”的现象？是否空气电离作用？,方法:为什么要附加电场？是光电效应的必要条件吗？,方法:为什么要另加一块极板？,【例2】“光电效应”实验,课本的演示方法,这些方法有何不足？,实验为何难以成功？,常用的演示方法,【例2】“光电效应”实验,课本的演示方法,这些方法有何不足？,这种单一化的操作，一步到位的教学，不利于学生对物理现象及本质的理解，也难以激发学习的积极性。,我们应按科学的本质开展实验教学，尽可能为学生提供一种探究的情景，充分运用实验变式，引导他们通过不同的角 度和方法，去认识物理世界的真实面

17、貌。,物理实验应力求做到： 撇开次要因素，排除干扰因素，突出本质因素，使所要研究的物理现象以更为简化和纯化的形态显露出来。,弊端,对策,实验为何难以成功？,常用的演示方法,【例2】“光电效应”实验,课本的演示方法,这些方法有何不足？,改进的演示方法,紫外线照射 带负电锌板,因空气电离？,为何不张开？,说明了什么？,【例3】探究感生电流的产生条件,实验观察,B不变,S变化时有感生电流；,S不变,B变化时有感生电流。,BS，所以可用磁通量来描述感生电流产生的条件。,*如果问学生：若 B、S同时都变化，会产生感生电流吗？,学生一致认定：会！,只是体现了B、S与知识之间的相关性， 未突出用变化作为产生

18、条件的必要性！,可见这样归纳并没有触及问题的核心,*对策：拓展实验，揭示关键,【例3】探究感生电流的产生条件,*实验：使回路的B和S同时变化， 观察有无感受电流产生。,*启示：B、S的变化并非是产生 感应电流的本质条件。,*探究：为什么回路中B和S都变 化，却没有感生电流产呢？,科学的发展就是不断提出假设，不断经受反驳的过 程。不能被否证的理论是伪科学。,因此，在物理教学中我们不仅要做证实性的实验，有时还要做证伪性的实验。,科学的可证伪性,科学的本质观告诉人们：,*归纳：从磁通量变化的角度， 解释其它的实验现象,科学依重思维：彰显物理学科特色,事实证据,理性思维,物,理,（以实验为基础）,（以

19、思维为中心）,物理教学的两条铁律,物理学科的特色,学生问：什么是物理？ 通俗的说，“眼中有物，心中有理”。,物理的学科特色，也正是科学本质的生动体现。,物理实验教学，同样离不开 实验观察和理性思维 这两只脚。,密立根： “科学是在用理论和实验这两只脚 前进的。有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一 步，但是前进要靠两只脚”,（1）防止两种偏向,1.“重物轻理”,2.“轻物重理”,问题1：恒力F 沿AC方向拉环D，当两环平衡时，细线上张力等于多少？,问题2：当B点沿竖直墙面缓慢下移时，悬线AC和BC的拉力将如何变化？,几点教学的建议,（2）改变演示策略,几点教学的建议,【例】如图，当磁铁匀速向下通过水平线圈时，感应电流是怎样变化的？,又问：若磁铁匀速向上通过水平线圈时，感应电流是怎样变化的？,科学发生: 是始于问题，还是始于观察？,学生主体: 是具有前概念的个体，还是“白板、容器”？,x,（3）观察思维同步,几点教学的建议,【例】静电感应,1.移近带电棒，箔片为何会张 开？导体两端各带何种电？,2.移走带电棒，箔片为何又重 新闭合？,3.不通过接触的方法，能使导 体始终带上电吗？,4.不采用分割的方法，能使导 体始终带上电吗？,5.如果手碰触的是导体另一端， 它的带电情况会变化吗？,科学有待发展：融合物理学史教学,从科学史的发展可以看出，学生有很