探究教學(xué)法教學(xué)課件以透鏡成像公式推導(dǎo)為例.ppt

1、探究教學(xué)法教案以透鏡成像公式推導(dǎo)為例,國立基隆女中張仁壽 95年4月20日,什麼是科學(xué)探究,科學(xué)探究是一種系統(tǒng)的調(diào)查研究活動。 目的:在於發(fā)現(xiàn)並描述物體和事物之間的關(guān)係。 特點:是採用有秩序的和可重複的過程；簡化調(diào)查研究物件的規(guī)模和形式；運用邏輯框架作解釋和預(yù)測。 探究的操作活動包括:觀察、提問、實驗、比較、推理、概括、表達、運用及其他活動,以透鏡成像公式推導(dǎo)為例,推導(dǎo)公式 / （：物距，：像距，：焦距,一般常用教法,在教學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不少教師只是按照課本的順序，以凸透鏡成實像為例，從透鏡成像的光路圖出發(fā)，利用光路圖中的兩對相似三角形對應(yīng)邊成比例的關(guān)係，推導(dǎo)得到公式/（：物距，：像距，：焦距）

2、，然後介紹符號法則，將公式推廣到凸透鏡成虛像及凹透鏡成像的情形中,優(yōu)缺點,這種教法看上去能夠較快地完成教學(xué)任務(wù)，但是顯得十分生硬。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是盲目地跟著老師走，不但思維得不到充分的訓(xùn)練，連推理的基本思想都很難做到真正的理解,傳統(tǒng)及創(chuàng)新教學(xué)之間的辯論,教師的角色 臺上的智者（sage on the stage） 或 一旁的嚮導(dǎo)（guide by the side） 只有學(xué)習(xí)確實發(fā)生時，教育才算真正出現(xiàn),學(xué)生的疑問,推導(dǎo)透鏡成像公式，(1)你怎麼知道從成像光路圖入手？ (2)你又是怎樣想到可用相似三角形的對應(yīng)邊成比例的關(guān)係來求解？ (3)圖中有那麼的三角形，你怎麼知道這兩對相似三角形？ (

3、4)你怎麼知道找兩對相似三角形，而不是只尋找一對或三對相似三角形？ (5)由凸透鏡成實像的特例推導(dǎo)得出的關(guān)係式/推展到凸透鏡成虛像的情形及凹透鏡成像的情形，依據(jù)何在,學(xué) 問,要學(xué)就要問 以學(xué)生為中心的教學(xué) 知識是建構(gòu)出來的而非被動接受 心靈模型之轉(zhuǎn)變是非常緩慢的 提問是非常重要的 關(guān)切是非常重要的,探究(inquiry,inquiry字源 in or inward (在 之中） quaerere (質(zhì)詢、尋找） 求索知識或訊息特別是求真活動； 是搜尋研究調(diào)查檢驗的活動；是提 問和質(zhì)疑的活動。 牛津英語字典,研究與探究,研究：用科學(xué)方法探求事物的本質(zhì)和規(guī)律。嚴謹、穩(wěn)重、學(xué)術(shù)氣較濃 探究：深入探討

4、、反覆研究。 有生氣、更有動感、符合青少年學(xué)生的身心特點,探究學(xué)習(xí)的基本要素,提出問題,猜想與假設(shè),制定計畫設(shè)計實驗,實驗與收集證據(jù),分析與論證,交流合作,評估,師）設(shè)置情境（生）發(fā)現(xiàn)問題,師生）討論問題在教師引導(dǎo)下通過猜想產(chǎn)生假設(shè),師生）評價假設(shè) 驗證假設(shè),師生）解釋結(jié)論 應(yīng)用知識,生）收集信息,指導(dǎo)型探究教學(xué)模式,教學(xué)手法態(tài)度,問答 對話,課程設(shè)計原則,問題解決的理論指出，提出問題是解決問題的基礎(chǔ)，解決問題的實質(zhì)就是一個不斷地提出問題的過程。每一堂課都有一個核心的問題，解決核心問題的實質(zhì)就是圍繞核心問題，提出一系列存在著遞進關(guān)係的子問題。 根據(jù)這一觀點，我們確定了透鏡成像課題教學(xué)的設(shè)計思想

5、強化問題意識，強化目標意識，注重科學(xué)思想和科學(xué)方法，注重探究的過程。利用系統(tǒng)的問題將課堂教學(xué)組織起來，將教學(xué)過程設(shè)計成不斷地提出問題和解決問題的過程,教學(xué)過程,教學(xué)的核心問題 如何推導(dǎo)一個公式來反映物距、像距和焦距三個量之間的簡單關(guān)係,核心問題分解成子問題問題,根據(jù)透鏡成像的實驗現(xiàn)象，像距的大小不但跟焦距的大小有關(guān)，也跟物距的大小有關(guān)。那麼，是否可以用一個簡單的公式來反映物距、像距和焦距三個量之間的關(guān)係呢？我們堅信這一關(guān)係式的存在。但是，我們從哪裡入手去推導(dǎo)這個關(guān)係式呢,教師引導(dǎo),對這個問題，可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)目標與手段相一致的原則提出如下方案我們的目標是確定三個幾何量之間的關(guān)係，我們已知的是透鏡

6、成像作圖法，而透鏡成像光路圖給出的正是一個幾何圖形。利用已知的透鏡成像光路圖，也許可以推出三個量之間的關(guān)係式，並使學(xué)生明確，這只是一個猜測性的方案，是否可行，還有待進一步的推理論證,畫出凸透鏡成像光路圖 提出第2個子問題,問題,如何從如圖一所示的光路圖中尋找有關(guān)的關(guān)係呢,引導(dǎo)學(xué)生提出方案,圖一中存在著許多相似三角形，根據(jù)相似三角形對應(yīng)邊成比例，也許可以推出這個公式。同樣讓學(xué)生明確這也是一個猜測性的方案，在進一步推理論証之前，也不能肯定這一方案是否可行，接著提出第3個子問題,問題,如圖一所示，圖中有許多三角形，應(yīng)當找哪些三角形呢,引導(dǎo)學(xué)生提出方案,解決問題3，應(yīng)當根據(jù)目標與手段相一致的原則，引導(dǎo)

7、學(xué)生提出解決的方案我們的目標是建立、三個量之間的關(guān)係，所以，應(yīng)當尋找包含有、 三個量的三角形。如果我們一下子難以直接建立三個量之間的關(guān)係，我們可以先建立其中兩個量之間的幾何關(guān)係。當學(xué)生根據(jù)圖一所示的光路圖中找出，建立了等式後，提出第4個子問題,問題,我們要確定三個量的關(guān)係中，等式中只出現(xiàn)兩個。 而等式中又出現(xiàn)了、這兩個我們所不需要的量，怎麼辦,問題,應(yīng)當再建立一個等式。 順著學(xué)生的思路，提出第5個子問題。 你希望建立的新的等式中，有哪些量出現(xiàn)？為此你應(yīng)當再尋找哪一對相似三角形,學(xué)生回答,新的等式應(yīng)當出現(xiàn)焦距，如果同時也出現(xiàn) 則可能由兩個等式得到、三個量的關(guān)係， 而消去和這兩個量。 當學(xué)生在此思

8、路指導(dǎo)下，選擇相似三角形，建立等式 提出第6個子問題,問題,我們由凸透鏡成像的特例推得公式 /。 這個公式對凸透鏡成虛像的情形是否也適用呢？你希望它能適用嗎,畫出凸透鏡成虛像光路圖,學(xué)生回答,我們希望這個公式對凸透鏡成虛像的情形也能適用。 讓學(xué)生參照如圖二所示的光路圖進行推導(dǎo)，就可以從圖2得到公式 / 然後提出第7個子問題,問題,由凸透鏡成實像和成虛像的兩種情形，分別推得公式 / 和 /， 這兩個公式很接近，但又不完全相同。這兩個公式能統(tǒng)一嗎,教師引導(dǎo),科學(xué)是要追求統(tǒng)一的，因為科學(xué)堅信自然界是和諧的。 統(tǒng)一也使得科學(xué)能夠用更為簡潔的語言來描述世界。 啟發(fā)學(xué)生要將事物統(tǒng)一起來，就要比較事物之間的

9、相同點和差異點，並力求消除差異，提出第8個子問題,問題,兩個公式的差異只在于/項之前的正、負號。要將兩個公式統(tǒng)一起來，應(yīng)當對符號做怎樣的處理？你處理過其他物理量正、負號類似的問題嗎,學(xué)生回答,在學(xué)習(xí)變速(等加速度)運動時，我們學(xué)過，當物體做等減速運動時，它的速度和位移公式分別為 Vt = Vo S = Vo（1/2）2（式中取絕對值） 如果規(guī)定做等減速運動的物體，其加速度取負值，則上述公式即轉(zhuǎn)化為 Vt = Vo S = Vo（1/2）2 這樣，等減速運動的公式與等加速運動的公式就統(tǒng)一起來了,學(xué)生回答,參照這種做法，如果我們規(guī)定，物體經(jīng)凸透鏡成虛像時，像距取負值，那麼，凸透鏡成虛像時的成像公式

10、也就轉(zhuǎn)化為 /。 這樣，凸透鏡成實像與成虛像兩種情況就可以運用統(tǒng)一的公式了接著提出第9個子問題,問題,我們已經(jīng)得到了凸透鏡成像的有關(guān)公式，這個公式對凹透鏡成像的情形也適用嗎？如果讓你根據(jù)凹透鏡成像的光路圖進行推導(dǎo)，你能猜測出推導(dǎo)的結(jié)果嗎,學(xué)生回答,凸透鏡成虛像時，推得的成像是 /， 式中的負號表明像是虛像。 凹透鏡成像與凸透鏡成實像有兩點不同，一是成的像是虛像；二是透鏡是凹的由此可以猜測到凹透鏡成像的公式應(yīng)是 /， 提出第10個子問題,問題,你所猜得的結(jié)果是正確的，為了使凹透鏡成像與凸透鏡成像的情形能夠統(tǒng)一用一個公式，應(yīng)當進行怎樣的技術(shù)處理,學(xué)生回答,對凹透鏡成像，只要規(guī)定虛像的取負值，凹透鏡

11、的焦距取負值，則凹透鏡成像的公式也就轉(zhuǎn)化為 /。 肯定了學(xué)生的猜想後，教師對推導(dǎo)過程進行總結(jié),總結(jié),推理要有明確的目標意識。我們所有的行為都是受目標強烈的控制。當對問題的不甚明朗時，需要根據(jù)問題的特點，進行大膽的科學(xué)性猜測。但猜測的正確性需要理論的証明和實踐的檢驗。 猜測的重要方法之一是類比，因此，在從解決的問題中難以直接看清問題的結(jié)果時，應(yīng)當進行廣泛的聯(lián)想，利用相似的問題，問題相似的處理方法，來啟發(fā)自己的思維，進行合理的類比,總結(jié),解決問題通常不是一蹴可幾的，有時需要走一步，思考一步，再走一步?？茖W(xué)是追求統(tǒng)一的，世界的統(tǒng)一性通常表現(xiàn)為不同的情形可以用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)語言整合起來。追求統(tǒng)一性與追求簡單性是一致的，我們相信自然界具有內(nèi)在的統(tǒng)一性，是科學(xué)研究應(yīng)有的基本信念,後記,科學(xué)探究只是教學(xué)所要考慮的維度之一，我們不能忽視其他重大影響因素如學(xué)生和社會發(fā)展要求，而完全由此出發(fā)來設(shè)計和開展探究教學(xué)。從歷史來看，探究教學(xué)在杜威的宣導(dǎo)下曾過於偏向?qū)W生的需要和興趣，使課堂上的探究遠離科學(xué)家的探究，使學(xué)校科學(xué)淪為生活科學(xué)。20 世紀中期美國的課程改革運動所宣導(dǎo)的探究教學(xué)又過於偏向科學(xué)探究，遠離學(xué)生的生活，以致過深過難，演變成枯燥乏味的智力遊戲，使一般學(xué)生喪失學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣,後記,我