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(wèn)題與實(shí)驗(yàn)研究問(wèn)題的提出進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，義務(wù)教育和高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，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(gè)術(shù)語(yǔ)，并且相當(dāng)?shù)貜?qiáng)調(diào)了它的重要性。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)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(lái)新的生機(jī)，但在廣大教師中也出現(xiàn)了許多困惑和困難。多少年來(lái)，物理教學(xué)中一直強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)看作為物理的一個(gè)重要特點(diǎn)，那么物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)探究又有什么樣的關(guān)系呢？物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)可以概括為：目的性，能動(dòng)性，過(guò)程性和理論指導(dǎo)性。1.物理實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)化和純化研究過(guò)程；2.物理實(shí)驗(yàn)可以強(qiáng)化研究條件；3.物理實(shí)驗(yàn)可以加速或延緩物理過(guò)程；4.物理實(shí)驗(yàn)可以再現(xiàn)和重復(fù)物理過(guò)程。物理實(shí)驗(yàn)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(yàn)理論（假說(shuō)）的正確性及其適用范圍；測(cè)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(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要方法。物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生發(fā)展的作用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)軇?chuàng)設(shè)有效獲取和掌握知識(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境；實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)各種能力和訓(xùn)練科學(xué)方法的有效途徑；實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的分類課堂演示實(shí)驗(yàn)；學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；課堂邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)；課外實(shí)驗(yàn)作業(yè)與課題研究。繼承中的發(fā)展多少年來(lái)，不少物理教育工作者和第一線的物理教師致力于物理實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的研究，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和成果，新課程的實(shí)驗(yàn)需要在這些基礎(chǔ)上創(chuàng)新。

上世紀(jì)后期中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(wú)恙瓦碎蛋全上世紀(jì)后期中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的變化加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的變化關(guān)注實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想，如：用單擺法測(cè)定重力加速度；用油膜法估測(cè)分子的大小；測(cè)定玻璃的折射率；用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)。上世紀(jì)后期中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的變化加強(qiáng)技術(shù)設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，如：練習(xí)使用示波器；傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用；研究玩具電動(dòng)機(jī)的能量變化加強(qiáng)隨堂性的物理實(shí)驗(yàn)，如：研究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象。看法我們應(yīng)當(dāng)歷史地看待課程理念的變化，看待我們?cè)?jīng)做過(guò)的研究工作，將繼承與創(chuàng)新統(tǒng)一起來(lái)。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(qiáng)科學(xué)探究的意義及其培養(yǎng)科學(xué)探究意識(shí)和能力的內(nèi)涵，使我們對(duì)加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有更深的理解和明確的方向?？捶訌?qiáng)物理實(shí)驗(yàn)是我國(guó)物理教學(xué)的歷來(lái)主張。物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了自然科學(xué)的重要特點(diǎn)，是物理科學(xué)探究的重要思想和方法，物理實(shí)驗(yàn)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(qiáng)科學(xué)探究，特別在高中物理課程中，關(guān)鍵是要加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)。抓好了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，基本上就使加強(qiáng)科學(xué)探究落到實(shí)處?？捶▽?duì)待物理實(shí)驗(yàn)的態(tài)度是真正實(shí)施物理新課程的試金石。如果在物理新課程的實(shí)施中忽視了物理實(shí)驗(yàn)，那就意味著倒退。新的課程要求重視物理實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新隨著新課程的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)的研究和創(chuàng)新主要反映在如下方面：一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新；二是實(shí)驗(yàn)手段的創(chuàng)新；三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中提出的三大問(wèn)題1。內(nèi)容的拓展與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)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(dòng)力提高學(xué)生問(wèn)題意識(shí)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力看了如下的實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)燃蠟燭以后，可能會(huì)出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？請(qǐng)你猜一猜？看了如下的實(shí)驗(yàn)，你有什么感受當(dāng)蠟燭燃燒到上端面與水面相齊后，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(qǐng)觀察：描述你看到的現(xiàn)象。你能提出什么樣的問(wèn)題？哪些問(wèn)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(shí)，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(lái)？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(lái)了？能從電荷相互作用的角度來(lái)解釋你看到的現(xiàn)象嗎？能從電勢(shì)變化和電場(chǎng)變化的角度來(lái)解釋你看到的現(xiàn)象嗎？

——靜電飛花為什么紙屑會(huì)飛起來(lái)？靜電飛花的解釋現(xiàn)實(shí)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(tái)，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(lái)希望，還孩子們幸福成長(zhǎng)的童年。

二、在“形成假說(shuō)”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(shuō)——恩格斯以猜想和假設(shè)（假說(shuō)）為探究的紐帶不同層次的猜想和假設(shè)：猜一猜：隨機(jī)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(yàn)事實(shí)和已有的理論為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)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(guò)聯(lián)想、想象，運(yùn)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(zhǎng)到同樣的位置，說(shuō)明力F等于F1和F2的合力。再說(shuō)明實(shí)驗(yàn)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(shí)要注意下面幾個(gè)問(wèn)題。1.幾個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)，看看結(jié)論是否相同。對(duì)該案例的評(píng)價(jià)教材改變了驗(yàn)證平行四邊形法則的模式，采用了探究求合力的方法——由實(shí)驗(yàn)歸納得到平行四邊形法則。教材改變了“教學(xué)生做實(shí)驗(yàn)”的傳統(tǒng)寫法，給學(xué)生較多獨(dú)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(wèn)題：是否是把“驗(yàn)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(yàn)或（和）一定的理論依據(jù)，經(jīng)過(guò)一定的邏輯思維或想象推理，才能形成一定的假設(shè)。實(shí)驗(yàn)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(duì)該案例的評(píng)價(jià)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(yàn)，也沒有可供思考的理論依據(jù)。作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，力的大小只能以一個(gè)砝碼為單位躍變式的選擇，力的方向通過(guò)改變滑輪位置來(lái)改變，實(shí)際操作比較困難。對(duì)該方案的修改建議一、教師演示：用3、4個(gè)砝碼牽引橡皮筋，求兩分力成直角時(shí)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(shí)驗(yàn)：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉伸橡皮筋，驗(yàn)證你的猜想。驗(yàn)證你的猜想改變后的方案的特點(diǎn)演示實(shí)驗(yàn)，教師操作且只演示一種特殊情況，實(shí)驗(yàn)難度降低，通過(guò)它說(shuō)明力的合成的概念；演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的結(jié)論；選用一種有較大嘗試空間且操作難度較小的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生動(dòng)手，驗(yàn)證自己提出的猜想。案例二、電阻定律的探究

選取個(gè)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——?dú)W姆定律。實(shí)驗(yàn)：猜想影響電阻大小的因素；用控制變量方法；用電流強(qiáng)度比較；要求：定性的結(jié)果。初中實(shí)驗(yàn)：探究影響電阻大小的因素：A怎樣在初中實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上深化？初中提出猜想的層次：經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)”的思想？（一）形成猜想和假設(shè)1.有n個(gè)相同材料、相同長(zhǎng)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(zhǎng)度為l，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)：R=nr，又因?yàn)榭傞L(zhǎng)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(zhǎng)度和材料均相同，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)：同時(shí)可知，（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)假設(shè)是在兩種特殊情況下得來(lái)的，是否具有普遍意義，需要實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？需要驗(yàn)證的假設(shè)：R與L、S的定量關(guān)系；怎樣測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)摩擦力的因素質(zhì)疑——綜合分析——選擇和評(píng)價(jià)可控變量探究影響滑動(dòng)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(dòng)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?，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：勻速拉動(dòng)木塊，讀出測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。分析實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)完全可以直接歸納出滑動(dòng)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(dòng)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(guò)程中，我們是怎樣思考的？為什么我們會(huì)提出滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)？——經(jīng)驗(yàn)。為什么會(huì)提出與壓力有關(guān)？——經(jīng)驗(yàn)。請(qǐng)大膽質(zhì)疑：1.我想：滑動(dòng)摩擦力發(fā)生于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體接觸面間的一種作用力，壓力作用效果與壓強(qiáng)有關(guān)，能否認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力的大小與壓強(qiáng)有關(guān)？2.我認(rèn)為：滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)員鞋底裝上冰刀后摩擦力減小了，為什么初中說(shuō)與接觸面積大小無(wú)關(guān)呢？一種思考過(guò)程從個(gè)別到一般的思考：經(jīng)驗(yàn)告訴我們，可能說(shuō)明：壓強(qiáng)越大，滑動(dòng)摩擦力越大。不能說(shuō)明：滑動(dòng)摩擦力與面積有關(guān)。一種思考過(guò)程經(jīng)驗(yàn)還告訴我們，壓強(qiáng)相同，但滑動(dòng)摩擦力大小不同。說(shuō)明：不能由壓強(qiáng)來(lái)決定滑動(dòng)摩擦力的大小。由兩例可以說(shuō)明：壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。方法點(diǎn)撥當(dāng)我們做出某種猜想時(shí)，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(dú)立的，例如，我們提出滑動(dòng)摩擦力與壓強(qiáng)和面積有關(guān)，壓強(qiáng)與面積不是獨(dú)立變量，而壓力和面積就是獨(dú)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(dòng)勢(shì)，外電阻，內(nèi)電阻等，應(yīng)當(dāng)審視哪些之間是獨(dú)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(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)假設(shè)滑動(dòng)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(dòng)托板測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用DIS系統(tǒng)是傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。它有利于使學(xué)生了解現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的思想方法；有利于解決教學(xué)中的難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)；有利于提供更多的探究實(shí)驗(yàn)課題；有利于學(xué)生進(jìn)行某些探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究技能的訓(xùn)練。有其優(yōu)勢(shì)，也有其不足，需要選擇能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和應(yīng)用合適的教學(xué)方法。案例一、用傳感器和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有關(guān)運(yùn)動(dòng)圖象的猜想數(shù)字化輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題——思考——驗(yàn)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(diǎn)。請(qǐng)畫出定性的描述運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)給出圖象?？纯此c你的猜想相似嗎？實(shí)驗(yàn)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(jī)的應(yīng)用顯微攝像——布朗運(yùn)動(dòng)案例三、應(yīng)用液氮的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前沿化和綜合化傾向?qū)嶒?yàn)內(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(shí)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(huì)因技術(shù)發(fā)展而變化，但不會(huì)因現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展而消亡?！白灾平叹摺钡奶攸c(diǎn)：成本比較低廉，親切、吸引學(xué)生參與、給學(xué)生更多動(dòng)手動(dòng)腦機(jī)會(huì)，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(yùn)動(dòng)的速度方向案例：氣體壓強(qiáng)微觀機(jī)制的模擬撞擊靶斜槽小珠指示針逆風(fēng)行舟常言道，乘長(zhǎng)風(fēng)破萬(wàn)里浪，順風(fēng)破浪。但你見過(guò)逆風(fēng)破浪，而不靠人力拼搏嗎？這似乎不可想象，但事