物理課程與教學(xué)論13.14

中學(xué)物理教學(xué)論李奇云電話mail:

qiyunli2008@163.com第十三、十四章中學(xué)物理疑難問題與實驗研究問題的提出進(jìn)入21世紀(jì)以來，義務(wù)教育和高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺，它是指導(dǎo)物理課程教學(xué)的重要文件。課程標(biāo)準(zhǔn)中首次提出了“科學(xué)探究”這個術(shù)語，并且相當(dāng)?shù)貜娬{(diào)了它的重要性。標(biāo)準(zhǔn)實施以后，科學(xué)探究進(jìn)入課堂正在改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，給課堂帶來新的生機，但在廣大教師中也出現(xiàn)了許多困惑和困難。多少年來，物理教學(xué)中一直強調(diào)物理實驗，把實驗看作為物理的一個重要特點，那么物理實驗與科學(xué)探究又有什么樣的關(guān)系呢？物理實驗的特點可以概括為：目的性，能動性，過程性和理論指導(dǎo)性。1.物理實驗可以簡化和純化研究過程；2.物理實驗可以強化研究條件；3.物理實驗可以加速或延緩物理過程；4.物理實驗可以再現(xiàn)和重復(fù)物理過程。物理實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，揭示新的矛盾，為探索新的規(guī)律和開拓新的領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)；檢驗理論（假說）的正確性及其適用范圍；測定物理常數(shù)，研究物理規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系；開拓物理學(xué)應(yīng)用的新領(lǐng)域。實驗在物理教學(xué)中的地位實驗是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)；實驗是物理教學(xué)的重要內(nèi)容；實驗是物理教學(xué)的重要方法。物理實驗對學(xué)生發(fā)展的作用實驗有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；實驗?zāi)軇?chuàng)設(shè)有效獲取和掌握知識的學(xué)習(xí)環(huán)境；實驗是培養(yǎng)各種能力和訓(xùn)練科學(xué)方法的有效途徑；實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的道德素養(yǎng)和科學(xué)作風(fēng)。物理教學(xué)中實驗的分類課堂演示實驗；學(xué)生分組實驗；課堂邊學(xué)邊實驗；課外實驗作業(yè)與課題研究。繼承中的發(fā)展多少年來，不少物理教育工作者和第一線的物理教師致力于物理實驗及教學(xué)的研究，積累了許多寶貴的經(jīng)驗和成果，新課程的實驗需要在這些基礎(chǔ)上創(chuàng)新。

上世紀(jì)后期中學(xué)物理實驗的變化關(guān)注激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣網(wǎng)外高壓電閃，網(wǎng)內(nèi)安然無恙瓦碎蛋全上世紀(jì)后期中學(xué)物理實驗的變化加強實驗的探索性，如：研究加速度與力的關(guān)系，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系；描繪小燈泡的伏安特性；練習(xí)使用多用電表，探索黑箱中的電路元件；上世紀(jì)后期中學(xué)物理實驗的變化關(guān)注實驗的設(shè)計思想，如：用單擺法測定重力加速度；用油膜法估測分子的大?。粶y定玻璃的折射率；用雙縫干涉測光的波長。上世紀(jì)后期中學(xué)物理實驗的變化加強技術(shù)設(shè)計性的實驗，如：練習(xí)使用示波器；傳感器的簡單應(yīng)用；研究玩具電動機的能量變化加強隨堂性的物理實驗，如：研究磁場對電流的作用研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象?？捶ㄎ覀儜?yīng)當(dāng)歷史地看待課程理念的變化，看待我們曾經(jīng)做過的研究工作，將繼承與創(chuàng)新統(tǒng)一起來。新的課程標(biāo)準(zhǔn)從科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)的高度論述了加強科學(xué)探究的意義及其培養(yǎng)科學(xué)探究意識和能力的內(nèi)涵，使我們對加強物理實驗教學(xué)有更深的理解和明確的方向?？捶訌娢锢韺嶒炇俏覈锢斫虒W(xué)的歷來主張。物理實驗體現(xiàn)了自然科學(xué)的重要特點，是物理科學(xué)探究的重要思想和方法，物理實驗的素養(yǎng)（觀念、思想方法、技能方面）是科學(xué)素養(yǎng)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)和組成部分，因此加強科學(xué)探究，特別在高中物理課程中，關(guān)鍵是要加強物理實驗。抓好了物理實驗教學(xué)，基本上就使加強科學(xué)探究落到實處?？捶▽Υ锢韺嶒灥膽B(tài)度是真正實施物理新課程的試金石。如果在物理新課程的實施中忽視了物理實驗，那就意味著倒退。新的課程要求重視物理實驗，還要深刻理解和體現(xiàn)探究的本質(zhì)特征和物理思想，努力避免形式化的東西。新課程的實驗創(chuàng)新隨著新課程的實施，實驗的研究和創(chuàng)新主要反映在如下方面：一是實驗內(nèi)容的創(chuàng)新；二是實驗手段的創(chuàng)新；三是實驗教學(xué)方法的創(chuàng)新。實驗創(chuàng)新中提出的三大問題1。內(nèi)容的拓展與基礎(chǔ)性實驗應(yīng)有什么關(guān)系？2?，F(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用與常規(guī)及低成本教具的應(yīng)用應(yīng)有什么關(guān)系？3。探究式教學(xué)與接受式教學(xué)應(yīng)有什么關(guān)系？一、充分重視激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部驅(qū)動力提高學(xué)生問題意識和發(fā)現(xiàn)問題的能力看了如下的實驗，你有什么感受有一支蠟燭固定在碗底，碗里有水，水面在蠟燭上端面的下方。點燃蠟燭以后，可能會出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？請你猜一猜？看了如下的實驗，你有什么感受當(dāng)蠟燭燃燒到上端面與水面相齊后，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？實驗以后，你有什么感受？你能解釋你看到的現(xiàn)象嗎？看了下面的實驗，你有什么感受？聲波具有能量。聲波能把酒杯震碎，你相信嗎？聲波在什么條件下能把酒杯震碎？靜電散花請觀察：描述你看到的現(xiàn)象。你能提出什么樣的問題？哪些問題你還不能回答？靜電散花為什么要摩擦塑料膜？把金屬盤放到塑料膜板上時，你看到了什么現(xiàn)象？金屬盤放在塑料膜板上后，為什么板上的紙屑不飛起來？靜電散花把金屬盤下的塑料膜板移開后，盤上的紙屑為什么就飛起來了？能從電荷相互作用的角度來解釋你看到的現(xiàn)象嗎？能從電勢變化和電場變化的角度來解釋你看到的現(xiàn)象嗎？

——靜電飛花為什么紙屑會飛起來？靜電飛花的解釋現(xiàn)實的反思孩子們多么希望有一種能滿足他們好奇心的創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)平臺，然而，我們現(xiàn)在給孩子們的卻是讓他們好奇心逐漸磨滅的令人窒息的學(xué)習(xí)環(huán)境。我們期待新課程給孩子們帶來希望，還孩子們幸福成長的童年。

二、在“形成假說”上下功夫只要自然科學(xué)還在思維著，它的發(fā)展形式就是假說——恩格斯以猜想和假設(shè)（假說）為探究的紐帶不同層次的猜想和假設(shè)：猜一猜：隨機猜想。發(fā)散性的猜想：搜集一切可能有關(guān)的因素。推斷型猜想：以一定的經(jīng)驗事實和已有的理論為基礎(chǔ)，經(jīng)過邏輯推理，做出一定判斷。創(chuàng)造型的猜想：以表象為基元，通過聯(lián)想、想象，運用直覺和靈感等非邏輯思維，并與邏輯思維結(jié)合，做出一定的猜想和假設(shè)。案例一、探究求合力的方法怎樣為學(xué)生猜想提供鋪墊？案例：探究求合力的方法（人教版）由圖甲和圖乙使橡皮筋伸長到同樣的位置，說明力F等于F1和F2的合力。再說明實驗的目的：我們需要研究的是：合力F與分力F1、F2有什么關(guān)系？

案例：探究求合力的方法（人教版）探究時要注意下面幾個問題。1.幾個力的方向是沿著拉線方向的，因此要把拉線的方向描在木板的白紙上。2.幾個力的大小由所掛砝碼決定，用力的圖示法在紙上畫出表示幾個力的箭頭。3.怎樣表述合力的大小、方向與分力的大小、方向的關(guān)系？建議用虛線把合力的箭頭端分別與兩個分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示。4.得出你的結(jié)論后，改變F1和F2的大小和方向，重做上述實驗，看看結(jié)論是否相同。對該案例的評價教材改變了驗證平行四邊形法則的模式，采用了探究求合力的方法——由實驗歸納得到平行四邊形法則。教材改變了“教學(xué)生做實驗”的傳統(tǒng)寫法，給學(xué)生較多獨立思考的空間，但又不失用靈活的形式給學(xué)生必要的提示和指導(dǎo)。問題：是否是把“驗證”變?yōu)椤皻w納”就是探究？猜想和假設(shè)是科學(xué)探究的關(guān)鍵要素，它與胡猜亂想有什么區(qū)別？科學(xué)的猜想和假設(shè)需要經(jīng)驗或（和）一定的理論依據(jù)，經(jīng)過一定的邏輯思維或想象推理，才能形成一定的假設(shè)。實驗的技術(shù)方案需要綜合考慮探究的可行性、誤差影響、技能訓(xùn)練等因素，力求選擇優(yōu)化的方案。對該案例的評價讓學(xué)生做出平行四邊形的猜想，有些困難。學(xué)生既缺少經(jīng)驗，也沒有可供思考的理論依據(jù)。作為學(xué)生實驗，力的大小只能以一個砝碼為單位躍變式的選擇，力的方向通過改變滑輪位置來改變，實際操作比較困難。對該方案的修改建議一、教師演示：用3、4個砝碼牽引橡皮筋，求兩分力成直角時的合力——（右圖）。二、學(xué)生猜想：合力和分力可能有什么關(guān)系？三、學(xué)生實驗：用兩個彈簧測力計拉伸橡皮筋，驗證你的猜想。驗證你的猜想改變后的方案的特點演示實驗，教師操作且只演示一種特殊情況，實驗難度降低，通過它說明力的合成的概念；演示實驗只給出了一種特殊情況下的信息，它為學(xué)生提供猜想的依據(jù)，而不是實驗的結(jié)論；選用一種有較大嘗試空間且操作難度較小的實驗方案，讓學(xué)生動手，驗證自己提出的猜想。案例二、電阻定律的探究

選取個別化的典型進(jìn)行推理——提出具有普遍意義的猜想和假設(shè)案例：電阻定律的探究初中：電流——電壓——電阻——歐姆定律。實驗：猜想影響電阻大小的因素；用控制變量方法；用電流強度比較；要求：定性的結(jié)果。初中實驗：探究影響電阻大小的因素：A怎樣在初中實驗的基礎(chǔ)上深化？初中提出猜想的層次：經(jīng)驗型，發(fā)散型。高中：僅僅是定量分析歸納結(jié)論嗎？怎樣體現(xiàn)整體探究的思想？如何在猜想和形成假設(shè)上下功夫？如何體現(xiàn)“假設(shè)需要實驗檢驗”的思想？（一）形成猜想和假設(shè)1.有n個相同材料、相同長度和截面積的電阻絲串聯(lián)在電路中，設(shè)每一段電阻絲的電阻為r，長度為l，根據(jù)串聯(lián)電路的特點：R=nr，又因為總長度L=nl，由此可知：（一）形成猜想和假設(shè)2.有n條電阻絲并聯(lián)在一起，每條電阻絲的截面積為s1，長度和材料均相同，根據(jù)并聯(lián)電路的特點：同時可知，（二）設(shè)計實驗，驗證假設(shè)假設(shè)是在兩種特殊情況下得來的，是否具有普遍意義，需要實驗的驗證。怎樣設(shè)計實驗？需要驗證的假設(shè)：R與L、S的定量關(guān)系；怎樣測量R：應(yīng)用部分電路歐姆定律。怎樣控制變量？技術(shù)方案1：在初中方案中改進(jìn)AV技術(shù)方案2V（三）處理數(shù)據(jù)，形成規(guī)律實驗測量，記錄數(shù)據(jù)；分析數(shù)據(jù)；形成規(guī)律：電阻定律闡明公式的物理意義。案例三、探究影響滑動摩擦力的因素質(zhì)疑——綜合分析——選擇和評價可控變量探究影響滑動摩擦力的因素初中物理中的內(nèi)容及要求：發(fā)散性地猜想：滑動摩擦力的大小可能與哪些因素有關(guān)？教材給出某些猜想?？刂谱兞浚M(jìn)行實驗：勻速拉動木塊，讀出測力計的讀數(shù)。分析實驗數(shù)據(jù)，得出定性的結(jié)論。如何在初中的基礎(chǔ)上深化？借用初中實驗得到的數(shù)據(jù)完全可以直接歸納出滑動摩擦力與壓力成正比的結(jié)論。然后得出表達(dá)式，引入并闡明動摩擦因數(shù)的概念。是否僅此而已？在形成“猜想與假設(shè)”上下功夫討論：在提出猜想和假設(shè)的過程中，我們是怎樣思考的？為什么我們會提出滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)？——經(jīng)驗。為什么會提出與壓力有關(guān)？——經(jīng)驗。請大膽質(zhì)疑：1.我想：滑動摩擦力發(fā)生于有相對運動的兩物體接觸面間的一種作用力，壓力作用效果與壓強有關(guān)，能否認(rèn)為滑動摩擦力的大小與壓強有關(guān)？2.我認(rèn)為：滑動摩擦力的大小應(yīng)當(dāng)與接觸面積大小有關(guān)，例如滑冰運動員鞋底裝上冰刀后摩擦力減小了，為什么初中說與接觸面積大小無關(guān)呢？一種思考過程從個別到一般的思考：經(jīng)驗告訴我們，可能說明：壓強越大，滑動摩擦力越大。不能說明：滑動摩擦力與面積有關(guān)。一種思考過程經(jīng)驗還告訴我們，壓強相同，但滑動摩擦力大小不同。說明：不能由壓強來決定滑動摩擦力的大小。由兩例可以說明：壓力越大，滑動摩擦力越大。方法點撥當(dāng)我們做出某種猜想時，可以提出可能與許多因素有關(guān)，這些因素彼此間應(yīng)當(dāng)是相互獨立的，例如，我們提出滑動摩擦力與壓強和面積有關(guān)，壓強與面積不是獨立變量，而壓力和面積就是獨立的變量。又如，閉合電路的路端電壓與哪些因素有關(guān)，可以提出：電流，內(nèi)電壓，電動勢，外電阻，內(nèi)電阻等，應(yīng)當(dāng)審視哪些之間是獨立的變量，哪些是自控的變量，從而提練出合理而可探究的猜想和假設(shè)。實驗檢驗假設(shè)滑動摩擦力的大小與接觸面間的壓力有關(guān)，并探究其關(guān)系。拉動托板測力計物塊滑輪三、各種技術(shù)手段與資源的整合與應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化的思想（一）DIS實驗系統(tǒng)的應(yīng)用DIS系統(tǒng)是傳感技術(shù)、計算機技術(shù)與真實實驗的結(jié)合。它有利于使學(xué)生了解現(xiàn)代實驗技術(shù)的思想方法；有利于解決教學(xué)中的難點實驗；有利于提供更多的探究實驗課題；有利于學(xué)生進(jìn)行某些探究實驗設(shè)計和探究技能的訓(xùn)練。有其優(yōu)勢，也有其不足，需要選擇能發(fā)揮其優(yōu)勢的實驗內(nèi)容和應(yīng)用合適的教學(xué)方法。案例一、用傳感器和計算機實驗驗證有關(guān)運動圖象的猜想數(shù)字化輔助實驗系統(tǒng)的應(yīng)用問題——思考——驗證假定你從靜止開始沿直線向前走去，走5m后再沿原路線倒退到出發(fā)點。請畫出定性的描述運動的位移圖象和速度圖象。畫好以后再觀察用小車做的模擬演示，用位移傳感器采集位移隨時間變化的數(shù)據(jù)，并由計算機給出圖象。看看它與你的猜想相似嗎？實驗裝置與你畫出的圖象相似嗎？案例二、下落雞蛋與承接面的碰撞研究數(shù)碼相機的應(yīng)用顯微攝像——布朗運動案例三、應(yīng)用液氮的幾個實驗實驗內(nèi)容的前沿化和綜合化傾向?qū)嶒瀮?nèi)容的前沿化選向物態(tài)變化伴隨內(nèi)能轉(zhuǎn)移，利用物態(tài)變化時的吸熱效應(yīng)可以開發(fā)致冷技術(shù)。致冷技術(shù)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如冷凍技術(shù)用于醫(yī)療和生命科學(xué)研究。短暫休眠的小金魚香焦也能當(dāng)釘錘用？物質(zhì)的性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能和性質(zhì)。案例五、酒杯發(fā)聲音調(diào)的探究提倡隨手取材應(yīng)用低成本教具“自制教具”會因技術(shù)發(fā)展而變化，但不會因現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展而消亡?！白灾平叹摺钡奶攸c：成本比較低廉，親切、吸引學(xué)生參與、給學(xué)生更多動手動腦機會，有利于滲透創(chuàng)造性的教育。體現(xiàn)教育現(xiàn)代化的思想精髓。案例：曲線運動的速度方向案例：氣體壓強微觀機制的模擬撞擊靶斜槽小珠指示針逆風(fēng)行舟常言道，乘長風(fēng)破萬里浪，順風(fēng)破浪。但你見過逆風(fēng)破浪，而不靠人力拼搏嗎？這似乎不可想象，但事