物理課程與教學論21PPT課件

1、第二章第二章 物理科學與中學物理教學物理科學與中學物理教學 基礎教育中物理教育的總體目標基礎教育中物理教育的總體目標：提高全體提高全體學生的科學素養(yǎng)學生的科學素養(yǎng) 物理課程標準未來的物理教師應未來的物理教師應了解科學素養(yǎng)的內(nèi)涵和提了解科學素養(yǎng)的內(nèi)涵和提高全體學生科學素養(yǎng)的途徑高全體學生科學素養(yǎng)的途徑第1頁/共30頁 Q 什么是物理學？ 物理學是研究自然界物質(zhì)的基本結構及其相互作用物理學是研究自然界物質(zhì)的基本結構及其相互作用和基本運動規(guī)律的科學和基本運動規(guī)律的科學，是自然科學各學科的重要，是自然科學各學科的重要基礎?；A。 三個發(fā)展階段：古代物理學發(fā)展時期；經(jīng)典物理學三個發(fā)展階段：古代物理學發(fā)展

2、時期；經(jīng)典物理學時期；現(xiàn)代物理學時期時期；現(xiàn)代物理學時期第一節(jié)第一節(jié) 物理科學概述物理科學概述第2頁/共30頁 主要集中在中國、古希臘、阿拉伯等國家和地區(qū) 中國：中國： 對對“物質(zhì)起源物質(zhì)起源”進行過深入的探討進行過深入的探討道論、氣論、陰陽論、道論、氣論、陰陽論、五行論，五行論，“以道為源，以陰陽為宗，以元氣為體，以五行為用以道為源，以陰陽為宗，以元氣為體，以五行為用” 墨家對墨家對“時空時空”概念作出較為科學的論述（概念作出較為科學的論述（P25） 中國古代在中國古代在力、熱、聲、光力、熱、聲、光等方面取得了巨大的成就：等方面取得了巨大的成就： 墨經(jīng)墨經(jīng)記載了世界上最早的力的定義記載了世界

3、上最早的力的定義“力，刑之所以奮也力，刑之所以奮也”；小孔成像小孔成像；指南針、火藥、印刷術指南針、火藥、印刷術 這些充分體現(xiàn)了中國古代勞動人民的聰明才智，并這些充分體現(xiàn)了中國古代勞動人民的聰明才智，并對人類文明的發(fā)展起到了巨大的推動作用對人類文明的發(fā)展起到了巨大的推動作用。一、物理學發(fā)展的歷史脈絡一、物理學發(fā)展的歷史脈絡1 1、古代物理學時期、古代物理學時期第3頁/共30頁 古希臘、阿拉伯等國家和地區(qū)古希臘、阿拉伯等國家和地區(qū) 亞里士多德的亞里士多德的物理學物理學：力是維持物體運動的原因力是維持物體運動的原因 阿基米德的杠桿原理阿基米德的杠桿原理1 1、古代物理學時期、古代物理學時期 古希臘

4、人在光、聲、熱、電古希臘人在光、聲、熱、電和磁方面有杰出的成就和磁方面有杰出的成就 希隆用希隆用光程最短的原則證明光程最短的原則證明了光的反射定律了光的反射定律 泰勒斯知道摩擦起電泰勒斯知道摩擦起電 蘇格拉底知道蘇格拉底知道磁化現(xiàn)象磁化現(xiàn)象 阿拉伯人在光學和靜力學方面取得了一些成就阿拉伯人在光學和靜力學方面取得了一些成就第4頁/共30頁 自16世紀伽利略研究地面上的運動開始 伽利略伽利略：（1564156416421642）意大利科學家，實驗物理學的開拓意大利科學家，實驗物理學的開拓者（創(chuàng)始人）者（創(chuàng)始人） 伽利略在批評亞里士多德的觀點中發(fā)展壯大伽利略在批評亞里士多德的觀點中發(fā)展壯大論運動論運

5、動 “兩個鐵球同時落地兩個鐵球同時落地” 著名的斜面實驗著名的斜面實驗2 2、經(jīng)典物理學時期、經(jīng)典物理學時期1638年出版出版關于兩關于兩門新科學的對話門新科學的對話 對材料強度的研究對材料強度的研究 對運動的研究對運動的研究第5頁/共30頁 牛頓牛頓：（16421727）英國）英國科學科學家，家，17世紀最偉大的科學巨匠，建世紀最偉大的科學巨匠，建立了經(jīng)典力學，立了經(jīng)典力學，完成了物理學發(fā)展完成了物理學發(fā)展史上的第一次大綜合史上的第一次大綜合 自然哲學的數(shù)學原理自然哲學的數(shù)學原理 萬有引力定律，將天體的運動與萬有引力定律，將天體的運動與地面上物體在重力作用下的運動歸地面上物體在重力作用下的運

6、動歸結為統(tǒng)一的力的作用結為統(tǒng)一的力的作用人類認識人類認識史上一個重大的飛躍史上一個重大的飛躍 牛頓三大力學定律牛頓三大力學定律 光的色散、光的干涉和衍射、牛光的色散、光的干涉和衍射、牛頓環(huán)頓環(huán)2 2、經(jīng)典物理學時期、經(jīng)典物理學時期第6頁/共30頁 19世紀，世紀，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立，的確立，物理學發(fā)展史上第物理學發(fā)展史上第二次偉大的綜合二次偉大的綜合伽利略、惠更斯、托馬斯伽利略、惠更斯、托馬斯楊、邁爾、赫爾楊、邁爾、赫爾姆霍茲、焦耳姆霍茲、焦耳，永動機不可能實現(xiàn)永動機不可能實現(xiàn) 19世紀世紀60年代建立的年代建立的經(jīng)典電磁學經(jīng)典電磁學物理學發(fā)展史上第三次物理學發(fā)展史上第

7、三次偉大綜合，導致了場物理學的誕生偉大綜合，導致了場物理學的誕生伏打電池、奧斯特、安培、伏打電池、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋法拉第、麥克斯韋2 2、經(jīng)典物理學時期、經(jīng)典物理學時期Maxwell第7頁/共30頁 19世紀末出現(xiàn)經(jīng)典物理學無法解釋的漂浮在物理學世紀末出現(xiàn)經(jīng)典物理學無法解釋的漂浮在物理學天空的天空的“兩朵烏云兩朵烏云” 3 3、現(xiàn)代物理學時期、現(xiàn)代物理學時期1900，開爾文勛爵：，開爾文勛爵： 物理學的大廈已經(jīng)建成，未來的物理學家只需物理學的大廈已經(jīng)建成，未來的物理學家只需要做些修修補補的工作就行了。但是，明朗的天空還要做些修修補補的工作就行了。但是，明朗的天空還有兩朵烏云有兩朵

8、烏云第一朵烏云：黑體輻射 量子力學第二朵烏云：邁克爾遜實驗 相對論19001905第8頁/共30頁二二 、物理學研究方法的演變、物理學研究方法的演變1、古代時期古代時期 主要靠人的感官直接觀察自然界，用猜想去解釋自然界主要靠人的感官直接觀察自然界，用猜想去解釋自然界 亞里士多德的邏輯方法亞里士多德的邏輯方法“歸納歸納演繹演繹” 阿基米德的實驗方法阿基米德的實驗方法數(shù)學演繹與實驗相結合數(shù)學演繹與實驗相結合2、經(jīng)典時代經(jīng)典時代 注重實驗，并對經(jīng)驗進行有機整合注重實驗，并對經(jīng)驗進行有機整合 伽利略的伽利略的受控實驗法受控實驗法把實驗、數(shù)學、思維有機結合起來把實驗、數(shù)學、思維有機結合起來 培根認為獲取

9、知識的主要方法是觀察和實驗培根認為獲取知識的主要方法是觀察和實驗歸納法歸納法 牛頓的牛頓的理想實驗法、假說法理想實驗法、假說法3、現(xiàn)代時期現(xiàn)代時期 在科學發(fā)現(xiàn)的方法上發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，以在科學發(fā)現(xiàn)的方法上發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，以探索性演繹法探索性演繹法（“假說假說演繹演繹”）取代了經(jīng)驗歸納法。取代了經(jīng)驗歸納法。第9頁/共30頁三 、物理學、技術與社會 物理學與技術的關系是辯證統(tǒng)一的關系物理學與技術的關系是辯證統(tǒng)一的關系 物理學與技術的物理學與技術的目的和任務不同目的和任務不同：物理學解決自然界：物理學解決自然界 “是什是什么么”、“為什么為什么”的問題；技術解決自然界的問題；技術解決自然界 “做什

10、么做什么”、“怎怎么做么做”的問題的問題 物理學與技術物理學與技術研究的內(nèi)容不同研究的內(nèi)容不同：物理學研究的是人類未知的領：物理學研究的是人類未知的領域，基礎性研究；技術研究的是出現(xiàn)的實際問題，應用性研究域，基礎性研究；技術研究的是出現(xiàn)的實際問題，應用性研究 物理學與技術物理學與技術成果的表現(xiàn)形式不同成果的表現(xiàn)形式不同：物理學成果表現(xiàn)為發(fā)現(xiàn)新：物理學成果表現(xiàn)為發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、揭示新規(guī)律、構建新理論；技術成果表現(xiàn)為新工具、新工現(xiàn)象、揭示新規(guī)律、構建新理論；技術成果表現(xiàn)為新工具、新工藝、新方法分發(fā)明藝、新方法分發(fā)明 科學技術與社會是互動的關系科學技術與社會是互動的關系 人類社會發(fā)展史上的三次工業(yè)革命人

11、類社會發(fā)展史上的三次工業(yè)革命 科學技術是第一生產(chǎn)力，科學技術是一把科學技術是第一生產(chǎn)力，科學技術是一把“雙刃劍雙刃劍” 必須重視和加強必須重視和加強“物理學、技術與社會關系物理學、技術與社會關系”的教育的教育第10頁/共30頁四 、科學對社會精神文明的貢獻 科學研究需要文化精神的參與科學研究需要文化精神的參與：團隊合作精神、獻身科學研：團隊合作精神、獻身科學研究的精神、實事求是的精神究的精神、實事求是的精神 科學家在科學研究中表現(xiàn)出的某些高尚卓越的氣質(zhì)、風格、科學家在科學研究中表現(xiàn)出的某些高尚卓越的氣質(zhì)、風格、意志、態(tài)度和修養(yǎng)（意志、態(tài)度和修養(yǎng)（獨特的人格魅力獨特的人格魅力） 科學精神是科學素

12、養(yǎng)的一個重要表現(xiàn)科學精神是科學素養(yǎng)的一個重要表現(xiàn)“情感、態(tài)度、情感、態(tài)度、價值觀價值觀”（物理課程標準物理課程標準） 科學精神可以深化或外化為一般的人類文化精神科學精神可以深化或外化為一般的人類文化精神理性精神理性精神 物理學理論的形成伴隨正確研究方法的運用，滲透著科學研物理學理論的形成伴隨正確研究方法的運用，滲透著科學研究中獨特的科學精神，其理論成果與技術相互促進推動人類社究中獨特的科學精神，其理論成果與技術相互促進推動人類社會物質(zhì)文明的發(fā)展，而會物質(zhì)文明的發(fā)展，而科學精神又極大地豐富了人類社會的精科學精神又極大地豐富了人類社會的精神文明神文明物理教育中的三維目標物理教育中的三維目標第11頁

13、/共30頁問題： 你怎么理解素質(zhì)、素質(zhì)教育？你怎么理解素質(zhì)、素質(zhì)教育？ 你怎么理解科學素養(yǎng)？科學素養(yǎng)主要包括哪些要素？你怎么理解科學素養(yǎng)？科學素養(yǎng)主要包括哪些要素？ 你知道當前我國公民的基本科學素養(yǎng)水平嗎？你知道當前我國公民的基本科學素養(yǎng)水平嗎？ 如何通過物理教學提高學生的科學素養(yǎng)？如何通過物理教學提高學生的科學素養(yǎng)？第二節(jié)第二節(jié) 科學素養(yǎng)與中學物理教育科學素養(yǎng)與中學物理教育第12頁/共30頁思維習慣（消極思維習慣（消極 積極）積極）自我形象自我形象 自信心自信心心態(tài)心態(tài) 內(nèi)驅(qū)力內(nèi)驅(qū)力技能技能思考模式思考模式自我概念自我概念信念系統(tǒng)信念系統(tǒng)規(guī)則意識規(guī)則意識價值觀價值觀理想信念理想信念核心素質(zhì)核

14、心素質(zhì)責任意識責任意識道德品質(zhì)道德品質(zhì)知識知識行為習慣行為習慣成就一個人成就一個人摧毀一個人摧毀一個人 關鍵關鍵影響一個人影響一個人 易忽視易忽視高度重視高度重視潛移默化潛移默化人的素質(zhì)冰山人的素質(zhì)冰山圖圖海平面海平面第13頁/共30頁 1983年，年，國際科學素養(yǎng)發(fā)展中心主任國際科學素養(yǎng)發(fā)展中心主任Miller在在科學科學素養(yǎng)：概念和經(jīng)驗的回顧素養(yǎng)：概念和經(jīng)驗的回顧一文提出科學素養(yǎng)的三個一文提出科學素養(yǎng)的三個維度維度（三維模型）（三維模型）: 對科學技術術語和概念（對科學技術術語和概念（科學知識科學知識）達到基本了解）達到基本了解 對科學的研究過程和方法（對科學的研究過程和方法（科學本質(zhì)科學

15、本質(zhì)）達到基本了解）達到基本了解 對科學的社會影響達到基本了解對科學的社會影響達到基本了解第14頁/共30頁2061計劃計劃: Science for All Americans (AAAS，1989) 熟悉自然世界并認識它的多樣性和統(tǒng)一性熟悉自然世界并認識它的多樣性和統(tǒng)一性 理解科學概念和原理理解科學概念和原理 懂得科學、數(shù)學和技術的一些相互依賴方式懂得科學、數(shù)學和技術的一些相互依賴方式 認識到科學、數(shù)學和技術是人類的事業(yè)及其局限性認識到科學、數(shù)學和技術是人類的事業(yè)及其局限性 形成科學的思維方式形成科學的思維方式 運用科學知識和科學思維方法解決個人和社會問題運用科學知識和科學思維方法解決個人

16、和社會問題第15頁/共30頁OECD（1999） The capacity to use scientific knowledge, to identify questions and to draw evidence-based conclusions in order to understand and help make decisions about the natural world and the changes made to it through human activity .經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（1999年年）認為：（）認為：（科科學素養(yǎng)是指）學素養(yǎng)是指）

17、能夠運用科學知識，識別問題能夠運用科學知識，識別問題并根據(jù)證據(jù)得出結論，從而理解自然界和人并根據(jù)證據(jù)得出結論，從而理解自然界和人類活動對自然界的改變，以及作出相應的決類活動對自然界的改變，以及作出相應的決策的內(nèi)稟特質(zhì)和能力策的內(nèi)稟特質(zhì)和能力。第16頁/共30頁科學素養(yǎng)的主要內(nèi)涵科學素養(yǎng)的主要內(nèi)涵1. 對部分科學內(nèi)容（對部分科學內(nèi)容（science content）的理解）的理解，包括事實、定律、概念和理論，這是公認的關包括事實、定律、概念和理論，這是公認的關于自然界的科學知識。于自然界的科學知識。 2. 對科學探究方式的理解對科學探究方式的理解（scientific approach to e

18、nquiry）。例如，理解科學方法及其限度）。例如，理解科學方法及其限度和威力和威力3. 對科學作為一項社會事業(yè)的理解對科學作為一項社會事業(yè)的理解（science as a social enterprise）。簡短地說，就是理解）。簡短地說，就是理解“社會中的科學社會中的科學”（science in society）和）和“作作為社群的科學為社群的科學”（science as society）第17頁/共30頁科學素養(yǎng)的水平科學素養(yǎng)的水平（ By bee，1997） 科學文盲（科學文盲（science illiteracy） 語詞科學素養(yǎng)（語詞科學素養(yǎng)（nominal scientific

19、literacy ） 功能性科學素養(yǎng)（功能性科學素養(yǎng)（functional scientific literacy ） 概念和程序性科學素養(yǎng)（概念和程序性科學素養(yǎng)（conceptual and procedural scientific literacy ） 多維的科學素養(yǎng)（多維的科學素養(yǎng)（multidimensional scientific literacy)第18頁/共30頁課程標準課程標準對科學素養(yǎng)的界定對科學素養(yǎng)的界定 科學素養(yǎng)主要指必要的科學知識、科學科學素養(yǎng)主要指必要的科學知識、科學的思維方式、對科學的理解、科學的態(tài)度與的思維方式、對科學的理解、科學的態(tài)度與價值觀，以及運用科學知

20、識和方法解決問題價值觀，以及運用科學知識和方法解決問題的意識和能力的意識和能力。科學素養(yǎng)的形成是長期的，科學素養(yǎng)的形成是長期的，早期的科學教育將對一個人的科學素養(yǎng)的形早期的科學教育將對一個人的科學素養(yǎng)的形成具有決定性的作用。成具有決定性的作用。 科學素養(yǎng)包括科學素養(yǎng)包括科學知識與技能科學知識與技能、科學過程與方法科學過程與方法、科學的本質(zhì)科學的本質(zhì)、科學的態(tài)度與價值觀科學的態(tài)度與價值觀以及以及科學技術與社科學技術與社會會等幾個維度等幾個維度第19頁/共30頁 物理科學素養(yǎng)是科學素養(yǎng)在物理學科領域的具體體物理科學素養(yǎng)是科學素養(yǎng)在物理學科領域的具體體現(xiàn)，主要包括現(xiàn)，主要包括物理知識與技能物理知識與

21、技能、物理方法物理方法、物理能力物理能力、物理思想物理思想、物理科學品質(zhì)物理科學品質(zhì)。 物理知識物理知識包括物理基本概念、規(guī)律和物理理論。包括物理基本概念、規(guī)律和物理理論。 物理技能物理技能是解決具體物理問題的經(jīng)驗性操作活動或心智活動是解決具體物理問題的經(jīng)驗性操作活動或心智活動方式，技能是能力形成的基礎。方式，技能是能力形成的基礎。 物理方法物理方法是在經(jīng)驗的基礎上抽象概括而形成的，是人們在認是在經(jīng)驗的基礎上抽象概括而形成的，是人們在認識物理世界的過程中形成的具有普遍適用性的活動方式。識物理世界的過程中形成的具有普遍適用性的活動方式。 物理能力物理能力是順利解決物理問題的個體心理特征，其基本要

22、所是順利解決物理問題的個體心理特征，其基本要所是物理知識與物理技能。是物理知識與物理技能。 物理科學品質(zhì)物理科學品質(zhì)包括科學精神、科學態(tài)度和科學倫理道德。包括科學精神、科學態(tài)度和科學倫理道德。物理科學素養(yǎng)物理科學素養(yǎng)第20頁/共30頁 由于種種原因，我國公眾的基本科學素養(yǎng)水平還很低，1996年僅為0.2，2001年為1.44%，2003年為1.98%，2005年為1.60%，2007年為2.25%，2010年為3.27%。雖然我國公眾科學素養(yǎng)在穩(wěn)步提高，但與發(fā)達國家相比仍有很大差距（美國在2000年達到17% ），目前我國公民的基本科學素養(yǎng)水平相當于日本（1991年3%）、加拿大（1989年4

23、%）和歐盟（1992年5%）等主要發(fā)達國家和地區(qū)20世紀80年代末、90年代初的水平。我國公眾的科學素養(yǎng)狀況簡介我國公眾的科學素養(yǎng)狀況簡介第21頁/共30頁我國公眾科學素養(yǎng)水平急我國公眾科學素養(yǎng)水平急需得到有效的提高！需得到有效的提高！這個重任由誰承擔？這個重任由誰承擔？第22頁/共30頁提高科學素養(yǎng)的途徑提高科學素養(yǎng)的途徑1. 重新定位科學（包括物理）教育目標重新定位科學（包括物理）教育目標 一是要面全體學生，使他們在中小學能接受基本的一是要面全體學生，使他們在中小學能接受基本的科學素養(yǎng)教育；科學素養(yǎng)教育； 二是堅持全面的科學教育，使學生在科學知識、科二是堅持全面的科學教育，使學生在科學知識

24、、科學精神、科學方法等方面得到全面的教育學精神、科學方法等方面得到全面的教育 2. 調(diào)整課程結構：由單一到多元調(diào)整課程結構：由單一到多元 要有效的提高學生的科學素養(yǎng)，必須打破單一的要有效的提高學生的科學素養(yǎng)，必須打破單一的課程結構，突破課程內(nèi)容只重知識的傾向，構建以必課程結構，突破課程內(nèi)容只重知識的傾向，構建以必修課為主，選修課、活動課為輔的課程結構。修課為主，選修課、活動課為輔的課程結構。 第23頁/共30頁3. 改革課程內(nèi)容：由學科知識向綜合知識改革課程內(nèi)容：由學科知識向綜合知識第一，第一，科學的全面性和廣泛性科學的全面性和廣泛性?？茖W知識的普及既要?？茖W知識的普及既要注意穩(wěn)定的知識，又要

25、注重新興的知識，要反映當代注意穩(wěn)定的知識，又要注重新興的知識，要反映當代科學技術發(fā)展的性質(zhì)、水平和最新動向，科學技術發(fā)展的性質(zhì)、水平和最新動向，也要尋求不同領域的科學知識融會貫通和完美結合。也要尋求不同領域的科學知識融會貫通和完美結合。第二，第二，從強調(diào)科學知識本身轉(zhuǎn)向科學知識的產(chǎn)生和發(fā)從強調(diào)科學知識本身轉(zhuǎn)向科學知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程展過程，讓學生掌握科學思維和科學研究的方法以及，讓學生掌握科學思維和科學研究的方法以及蘊含與科學知識中更深層次的科學精華。蘊含與科學知識中更深層次的科學精華。第三，第三，從純粹的書本理論知識轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯詮姷模c市從純粹的書本理論知識轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯詮姷?，與市場需求、祖國需要

26、和人類未來息息相關的科學知識場需求、祖國需要和人類未來息息相關的科學知識。提高科學素養(yǎng)的途徑提高科學素養(yǎng)的途徑第24頁/共30頁4. 改革教學方式改革教學方式（1）改變過去以講授知識細節(jié)為主的教學方式，重）改變過去以講授知識細節(jié)為主的教學方式，重視兒童的思維能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，實施多樣化視兒童的思維能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，實施多樣化的教學。的教學。 實驗教學法實驗教學法 探究研討法探究研討法 研究性學習研究性學習 問題解決法問題解決法 （2）運用科學教育研究成果指導課堂教學）運用科學教育研究成果指導課堂教學提高科學素養(yǎng)的途徑提高科學素養(yǎng)的途徑第25頁/共30頁5. 改革教學評價改革教學評價評價目的：改變過去過分強調(diào)評價的甄別功能的評價目的：改變過去過分強調(diào)評價的甄別功能的狀況，強化評價在促進學生的發(fā)展方面的功能狀況，強化評價在促進學生的發(fā)展方面的功能評價內(nèi)容：改變過去只關注學生對知識的接受或評價內(nèi)容：改變過去只關注學生對知識的接受或認知能力的評價的做法，全面評價學生多元智力認知能力的評價的做法，全面評價學生多元智力和能力的發(fā)展，包括學生在情感態(tài)度價值觀方面和能力的發(fā)展，包括學生在情感態(tài)度價值觀方面的進步的進步評