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普通高中新課程標準實驗教科書物理(必修1)第四章第二節——《探究加速度與力、質量的關系》的實驗方案,教科書提供了兩個參考方案:(一)用懸吊重物的方法同時拉光滑水平面上的兩個小車,用刻度尺測量兩個小車在相同時間里通過的位移,其位移之比等于它們的加速度之比;(二)用懸吊重物的方法拉傾斜面上的一個小車,用打點計時器直接測量加速度。筆者教學時的實驗方案是這樣設計的:將兩個光電門安裝在距離為s的水平氣墊導軌上,讓滑塊在恒定水平拉力作用下從其中一個光電門處由靜止出發向另一個光電門方向做勻加速直線運動,用數字毫秒計時器測出滑塊在兩個光電門之間運動的時間t,再根據s=■at■即可算出滑塊的加速度;滑塊的質量用天平稱量;滑塊所受外力的大小在誤差范圍內近似等于拖動滑塊的“小重物”重力的大?。l件是“小重物”的質量要比滑塊的質量小很多)。
其具體操作分為三步:
一、控制物體(滑塊)的質量不變(M=0.60kg),探究加速度與力的關系的實驗數據記錄如下表:
1.作出與F的函數圖像;
2.學生歸納實驗結論:在物體質量一定時,物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比。
二、控制物體(滑塊)所受的外力不變(F=0.10N),探究加速度與質量的關系的實驗數據記錄如下表:
1.作出相應的函數圖像;
2.學生歸納實驗結論:在物體受到的作用力一定時,物體加速度的大小跟它的質量成反比。
三、由學生根據一、二的結論歸納得出物體加速度與力、質量的關系:物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質量成反比。
實驗方案反思:
教材提供的方案(一)中的“光滑水平面上”是一種理想化的模型,本實驗方案用水平氣墊導軌等效替代光滑水平面,是對學生進行科學技術革新,創造條件把實際問題模型化的一次科學觀、模型觀的思想教育。
該實驗方案的系統誤差主要源于實驗條件的控制。控制條件一:氣墊導軌的水平調節;控制條件二:“小重物”的質量要比滑塊的質量小很多(一般要求滑塊的質量比“小重物”的質量至少大十倍以上)。
那么,怎樣的教學形式才能達到新課程標準的要求呢?經研究發現,在物理實驗教學中運用開放式教學可以有效促進學生自主學習,讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考,是一種有效的教學手段。
一
所謂開放式教學,是指以知識教學為載體,把關注人的發展作為首要目標,通過創造一個有利于學生生動活潑、自主的教學環境,提供給學生充分發展的空間,從而促使學生在積極主動的探索過程中,各方面素質都得到全面發展??梢哉f開放式教學不僅是一種教學方法、教學模式,而且是一種教學理念,它的核心是以學生的發展為本,與高中物理新課程標準中理念完全吻合。下面以一節課外實驗課為例,探究怎么才能有效地把開放式教學引入物理實驗教學中。
案例:人教版高中物理教科書必修1中,在講完第四章《牛頓運動定律》后,我給學生布置了以下課外探究實驗:“測量物體加速度”的開放式課外分組實驗作業,要求從生活環境中自主選定研究對象、設計實施方案、測量物體加速度。以小組為單位,進行課下探究、實驗、求解過程。此活動伴隨運動學、動力學的學習延續了近一個月,在成果匯報課上學生的實驗原理靈活多樣,實驗的情景豐富多彩,以下是學生小組的活動過程:
小組1:小組選擇的研究對象是汽車啟動時的加速度,尋則理由是現在汽車從靜止加速到100km/h所需時間是汽車的重要參數,研究汽車啟動時加速度有一定的意義。小組共用兩種不同的方案來研究:
方案1:測量汽車加速時加速度,可以研究與汽車內相對靜止的物體的加速度。小車內用細線懸掛一重物,汽車啟動后懸線不再豎直,與豎直方向有一夾角A。如圖:(1)、(2)。
車與物體有共同加速度,對物體受力如圖(3),由力學知識有F=ma=mgtanθ,則a=gtanθ,只需測量θ即可求得加速度。
方案2:照相機連拍功能:s-s=aT誤差,通過相機連拍功能,可獲取連續相等時間內的汽車照片,通過照片對比可獲得相應的位移,通過公式求得的加速度。
小組2:測量跑步加速度:規定位移s=10m,通過公式s=at,用秒表測量出時間,測量三次,求平均加速度。
小組3:測量水中小球加速度:運用s=at,用秒表測量出物體在水中下落時間,刻度尺測量下落高度,即可算得加速度。
小組4:根據2as=v-v公式,運用數字實驗室中光電門測量斜面上滾下的物體經過光電門的瞬時速度v、v,刻度尺測量兩光電門間距離,算得加速度。
小組5:求電梯升降的加速度……
在整個過程中我只在課上提出要求,具體怎么實施測量加速度并沒有給出具體的布置,學生正是在這種相對開放的作業中發揮出了潛在的設計能力、動手能力,設計實驗,同時把課上所學知識運用到了生活中,并解決了實際問題,而學生也有很強的成功感。在成果匯報課上,我讓學生間互相評價,“婆說婆有理,公說公有理”,激發出知識的火花。
二
以上案例說明將靜止不變的“封閉式”教學改變為動態的“開放式”教學,可使教學模式、教學方法變“靜”為動,在動態中不斷改進與完善。因此開放式教學應該是全方位、多角度的。
(一)教育內容的開放
科學與真理來自生活,走向發展,教育內容本身就具有開放的屬性。刻意追求體系的嚴密與穩定,追求課程要求與教學內容的統一,實質上是以靜態的、封閉的形式來對應動態的、開放的內容,與客觀課程相背離,同時構成一道道有形無形的桎梏。培育創新素質,亟需打破教育內容的封閉。知識無法窮盡,學習內容有取有舍,不能追求完整。新知與日俱增,我們應建立教育內容的更新機制,及進進行調整補充,還應引導教師關注前沿,面向未知。同時,要給予教師面向實際、自選內容、按需施教、靈活施教的余地,改變“一綱一本管幾億”的一統式僵硬格局。
(二)教學過程的開放
要打破以問題為起點,以結論為終點的封閉式過程。創新的教育價值觀認為,教學的根本目的不是教會學生解答、掌握結論,而是使學生在控究和解決問題的過程中鍛煉思維,發展能力,激發沖動,從而主動尋求和發現新的問題。開放式教學就是依認識規律理順“過程”與“結論”的關系,恢復“過程”的應有地位。在開放的格局中,注入式、教條式沒有市場,而啟發、討論、探究、實驗、質疑、爭論、搜集信息、自主學習等才是教學的基本形式,開放性的思維方式正是從中得到訓練與強化的。
(三)教育空間的開放
打破囿于學校、囿于教室的教育空間概念,課堂應向社會延伸,向影視報刊等傳媒延伸,向電子網絡延伸。這種空間的開放既是培育創新素質的需要,又是現代科技發展牽動教育的必然走向。教育空間的開放有益于培養開闊的視野、縱橫綜合的思維和恢宏博大的胸襟。
(四)思維訓練的開放
首先,向“全腦”開放。在重視左腦的言語邏輯思維的基礎上,特別加強右腦空間思維、形象思維的訓練,重視形象與抽象、直覺與分析、想象與思考的結合。為此,在學生頻繁動筆動腦之時教師要指導他們重視觀察、體驗想象、動手和動感情。其次,加強開放性的發散思維訓練。課堂的提問,作業和考試的編制應特別重視推出開放性問題。如具有不確定性、非惟一結論的問題,條件不很清晰、不很完備、需要搜尋和補充的問題,現實性強、容易調動研究熱情的問題,鼓勵獨創、有廣闊發揮空間的問題等。解決一個個開放性問題,實質上就是一次次創新演練。
在“開放式教學”理念的指引下我非常注重學生能力的培養,每天都為有講課欲望的學生改“教案”指導“教學”,已經培養出了一批又一批的“小老師”,他們完全可以在沒有我的課堂中按進度教學。即使在課堂中也絕對是學生說的多,我查缺補漏,把大部分時間和空間還給學生。
1 科學制定教學目標
1.1 什么教學目標
教學目標是教師在上課前對學生學習成果的一種預期,是教學的出發點,同時也是歸宿,制定教學目標的意義在于指引課堂教學活動,對學生的學習心理和行為具有調節、刺激作用,教學目標質量直接關系到整個課堂教學的成敗.
1.2 當前教學目標制定存在的問題
(1)行為主體存在較嚴重的錯位現象,教學目標基于學生現有發展水平而設計的,學生最終通過學習可能達到的潛在發展水平,行為主體必須是學生.
(2)教學目標存在不具體的現象,在目標的設計上所涉及到的行為動詞出現了模糊和籠統等問題,導致實踐上操作的不方便.
(3)在安排好教學目標后,重點教學目標沒有列出,所有的目標被同等對待,教學目標缺乏重點,必然導致教學時間的分配出現不合理,學生無法預知哪個知識重要,整節課聽起開索然無味,最終的結果是諸多知識在學生大腦中亂串,沉淀下來的知識和經驗寥寥無幾.
1.3 基于任務設置教學目標的策略
(1)細化教學目標
新課程指出學生是教學的主體,教學目標必須面向全體學生,將教材中的知識內容和物理思想方法細化到具體的任務,并細化要求.拿人教版《必修1》第三章第3節的“摩擦力”為例,筆者在教學過程中,基于課程標準的要求,從可操作性出發,細化教學目標列表(表1)如下,實踐經驗表明,通過細化教學目標,能確保在教學過程中做到知識點無遺漏,學生的學習起點變得容易把握.
(2)逐步分解并呈現重、難點目標
重、難點知識目標,要放在學教案的中心位置,而且重、難點知識需要足夠多的感性材料進行對比,在感性認知基礎上進行分析才能實現目標的有效達成.
例如,人教版《必修1》“超重與失重”這一知識點的內容,為了有效突破教學難點,筆者在學教案的設計上分成了3個方面活動內容,引導學生逐步地探究實現知識的有效內化.
活動1(填表比較):指出下列(表2)4種勻變速直線運動的速度、加速度、合外力的方向
設計意圖:上述表格的設計,學生通過自主分析填寫表格,很自然地分析和對比可以發現加速度的方向與速度方向無關,聯系到加速度的定義得到其方向應該速度變化的方向相同,同時從表格中加速度方向始終與合外力的方向相同,進一步深化理解牛頓第二定律的矢量性.此外,如果要將表格中的4個運動進行分類,可以根據速度的方向進行劃分,也可以根據加速度的方向進行劃分,為超重、失重本質的研究奠定了基礎.
活動2(習題計算):電梯中有一臺秤,在臺秤上放一質量為m的重物,運用牛頓第二定律計算下列4中情形臺秤的示數,與將示數與物體重力的大小進行比較.
①電梯以加速度a加速下降;②電梯以加速度a減速上升;③電梯以加速度a加速上升;④電梯以加速度a減速下降.
設計意圖:讓學生通過習題自己感知壓力(示重)大于重力、壓力(示重)小于重力兩種客觀存在的現象,在活動2分析的基礎上,超重現象、失重現象的概念呼之欲出.
活動3(思考討論):物體的重力是否受運動狀態的影響?超重、失重現象的本質是什么?
設計意圖:幫助學生有效復認對重力的認識,同時通過思考與討論實現對超重、失重現象本質的理解.
2 科學設置情境激發學生探究興趣、生成任務
目標設置是在上課前,好的目標如果學生缺失了學習興趣也等于零,那么如何設置課堂教學情境呢?
2.1 基于生活經驗和實驗現象進行情境的創設
筆者在和學生一起學習《必修1》“力的合成”時,首先,讓兩個學生上來提水桶,隨著兩個學生提水桶的角度逐漸變化感知手對水桶的拉力大小再不斷發生變化,而作用效果始終是將水桶和水提起懸于空中,繼而從現象中得出結論:合力不僅僅與分力的大小有關,還與兩分力的夾角有關?并非是簡單的代數和.那么,如何進行實驗探究呢?兩分力的夾角反映了什么物理量呢?這些具體的任務也就自然生成了,學生的思維得以放開,實驗設計有了認識基礎.
2.2 基于物理學史進行情境的創設
例如,筆者在和學生一起學習《選修3-2》“電磁感應”第一節“劃時代的發現”時,筆者將整個物理學史和學生進行了簡單的回顧,借助物理學史創設情境,引導學生更全面的、細微的觀察科學發現過程,引導學生從思想上意識到只有思維更縝密才能實現規律的發現,孤立、片面、粗略的觀察往往只能留下遺憾,學生以史為鑒,提高觀察意識和能力.同時,學生也十分好奇:“為什么電磁感應現象如此難以發現,要產生感應電流要有什么條件呢?”探究任務自然生成,學習活動有了指向性.
2.3 基于先進的教學媒體技術進行情境的創設
物理知識的學習注重理性思維,不過理性認識的深化需要大量的感性材料進行鋪墊,除了上面說的生活現象和實驗以外,有些物理概念距離學生的生活經驗比較遠,而且也不容易進行實驗探究,那此時如何給學生提供感性材料呢?
筆者認為,對于距離學生的生活經驗較遠,且不容易進行實驗探究的知識點,我們可以借助于多媒體技術進行模擬實驗,或是運用圖片給學生進行展示.
例如,筆者和學生一起學習《選修3-5》“重核裂變現象”時,為了提高教學的效果,我做了flas,通過圖文、聲音給學生出現了重核裂變的過程,從學生專注的眼神中,我看出了學生很感興趣,也透露出對科學探究的渴望,我們有理由相信這樣的教學效果要比枯燥地教授知識要好,感性材料的刺激,給學生留下深刻的印象.
2.4 制造認知沖突,激發學生探究興趣
實踐經驗表明,超出學生原有預期的情境往往能夠調動學生積極的學習情緒.
關鍵詞:高一新生 物理學習 學習困難 學習心理 成因
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼: C 文章編號:1672-1578(2013)09-0146-01
1 高一學生物理學習困難的原因
1.1教材因素
初中物理課程往往與現實生活有著緊密的聯系,物理現象也較為簡單。而高中物理教材中,較多語言敘述較為嚴謹、簡練,敘述方式較為抽象、概括、理論性較強描述方式較多,經常配予圖像、公式、示意圖等,內容相對枯燥無味。在學習時,它對學生的思維能力和方式的要求大大地提高和加寬了,給學生學習物理帶來極大的影響。
1.2“數學工具”因素
在數學知識要求上,初中物理往往只局限于代入公式直接運算,算法也是較簡單的加減乘除。而高中物理計算涉及矢量、三角函數、極限等有關運算,學生學習時更不易理解,而且考慮問題也更容易遺漏要點。如在力、速度、加速度的一些矢量運算中,學生往往只考慮到大小,而忽略了它們的方向,而且對于為何要用矢量進行計算,也是似懂非懂。高中物理二維三維空間的建立極其重要,這也給學生的學習帶來了困難。
1.3.學生自身因素
從學生的發展來看,高中階段,特別是高一階段,一般是思維發展的轉折期,即思維開始由經驗型(形象思維)向理論型(抽象思維)發展,但抽象思維并不完善。而高一物理特點有:概念、規律的理解難度增大,同時引入理想化模型,使物理問題更趨抽象概括,這些理想化過程、理想化實驗,抽象的思維方法需占主要地位。并且,在學習方法上,由于高中物理知識量多、難度大,教材各部分之間的聯系緊密,步步深入,因此要求學生的學習方法隨著教材和教學要求的變化而變化。單純的“聽”、死記硬背的“記”、機械的“練”,已不能適應高一物理的學習。很多同學,有時雖然能將文字讀懂,甚至能背誦,但是并不理解其含義,從而產生理解教材的困難。
1.4教學因素
在物理知識的傳授上,一些教師總擺脫不了一種模式:每一個物理概念和規律都要反復解釋,每一種題型都要再三講解,對有些容易出錯的地方還要經常提醒,應該做什么,應該怎樣做都交代得一清二楚,學生只要會照搬照套就行,這也給學生獨立思考問題帶來了阻礙。加之,題海戰術,爭取每個知識點都能搞得透,弄得懂,不分彼此,不分輕重。這就讓學生的學處于被動狀態,從而也增加了物理學習的難度。
2 高一學生物理學習不良的心理特點
2.1恐懼盲目心理
有些同學在初中基礎較好,成績較好,而且認為初中物理并不難學,一進高中,期望值過高,決心在高中大干一場。可是一段時間下來,卻發現困難重重:概念容易混淆,如瞬時速度、平均速度、平均速率和速率,加速度與速度、減速中的加速度與加速度中的加速度都較容易混為一團。公式繁多,如速度與加速度之間的對應關系式,這些知識對于初中的知識基礎來說卻都無法派上用場。同時相當多的學生在學習過程中,學習方法只會死記硬背,做題時就生搬硬套,以致他們常忽略題中所包含的一些條件,有的甚至做題牛頭不對馬嘴。因此,許多同學一開始便覺得學習物理困難,當主觀愿望與客觀現實之間發生了矛盾,所遇到的學習困難長期得不到解決,就對物理產生恐懼心理。
2.2厭煩心理
有些同學表現為上課聽得懂,但課后題目卻不會做,當他們在短時間內若找不到對策時,就會心情郁悶,從而對物理學習產生厭煩情緒。這也正是高一學生在這個年齡段表現出來的意志力不夠的成長階段。一旦產生這種情緒,所有一切有關物理的學習便都轉為被動。在這種情緒的帶動下,學生形成成績下降,動力不足的惡性循環,繼而厭煩情緒加重。這些學生通常表現為上課無精打采,不專心,無所事事。容易產生這種心理的通常是那些平常性格較活躍的學生。
2.3自我滿足心理
有些學生在掌握了部分知識或在幾次甚至一次測試中獲得較好的成績后,產生了“學得還可以”的滿足心理,這樣就放松了學習。這是許多學生在初中時一貫的學習作風,因為初中教材相對簡單,容易理解,常有些學生在短短的幾十天時間內讓成績起伏不定。還有些同學在文理還未分班時,總認為自己對物理稍微了解即可,相信經過以后的努力可以彌補過來。有這種心理的同學,情緒大多數容易沖動,自制力差,稍有成績便沾沾自喜,對知識的掌握常常一知半解,考試、作業中經常出現的遺漏和粗心大意的錯誤。
2.4依賴心理
在實際學習過程別是在當前有些學校為了提高升學率,常給老師施加壓力,導致教師講風過盛,講課追求知識盡可能全面,甚至多重復幾遍。這使得許多學生慣于老師把問題的答案按步驟全盤托出,遇到學習中的困難也總是依賴于別人給予解決,碰到較復雜的運算不愿動筆。有這種心理的學生,在學習物理時常常反映出依賴直觀、套用公式等習慣的思維方式,碰到問題并不多加思考,稍微有相對提高層次的問題就放棄不管了。
3 關注學生學習的困難,幫助學生克服不良學習心理
扮演好課堂中師友的雙重角色,在一定程度消除學生的恐懼、虛榮和逆反心理。首先要做到一視同仁;其次扮演好朋友的角色,以促進學生與老師之間在學習和生活上的溝通。
加強教學內容的生動化、感情化,消除學生的厭煩心理。在教材上多花功夫,精心設計教案,爭取做到知識要點清晰明朗,以提高學生的學習興趣。同時加強物理情境生活化,在課堂中適當引入現實中一些例子或有趣的物理現象,讓學生感受到物理與現實生活的緊密聯系,幫助學生建立起學好高一物理的信心。
一、通過演示實驗創設物理教學情境
演示實驗是物理教學中的必要環節,如何在實驗中創設情境激發學生求知欲望,是我在教學過程中思考的問題。在講授物理新課標選修3-2《探究電磁感應的產生條件》課時,為了激發學生的興趣,我設計了這樣的實驗:先讓一名學生把兩節干電池,一個開關,還有一個能夠發光的二極管這三樣器材連接起來,看一下二極管的發光情況。我提示學生們為什么本節課利用發光二極管:發光二極管的功率小,當通過很小電流的時候發光二極管就能夠發光。然后我又拿來一個1600匝線圈讓學生思考:當發光二極管與線圈相連的時候能否發光?學生們都說不能。我又增加了一個條形強磁鐵,并讓學生思考,如何讓二極管發光。學生猜想說:把磁鐵放入線圈中發光二極管可能發光。為了驗證學生的猜想,我慢慢往線圈中放入磁鐵,二極管沒有發光。正當學生們心灰意冷的時候,我突然把條形強磁鐵猛然拔出,這時發光二極管閃爍了一下,學生們驚訝、興奮地喊著:“二極管發光了!”這時我順理成章地告訴學生們,在磁鐵拔出線圈的過程中產生了電流,從而引出了課題,激發了學生的求知欲望。
物理新課標必修一《彈力》的“問題與練習”中,讓學生做一個顯示玻璃瓶微小形變的課后小實驗:找一個大玻璃瓶裝滿水,滴入幾滴紅墨水,瓶口用中間插有細管的瓶塞塞上,用手按壓玻璃瓶,細管中的水面就上升;松開手,水面又降回原處,這說明玻璃瓶受到按壓時發生形變。我給學生們演示這個實驗時,先使用了課本中所示的圓柱形玻璃瓶,得出結論后,我又使用了橢圓柱形墨水瓶來代替圓柱形玻璃瓶,當用手按壓墨水瓶突出的兩側時,細管中的水面不是上升,反而下降,這種現象與用圓柱形玻璃瓶的實驗結果恰好相反,出乎了學生的意料,這時更加吸引了學生的注意力,激發了他們的學習興趣。接著,我又用手按壓墨水瓶扁的兩側,這回實驗結果和用圓柱形玻璃瓶得出的結論一樣。這個實驗排除了少數學生認為是由于人手的溫度引起水熱脹而產生了水面上升的可能,同時也使他們看到了圓形物體的容積比橢圓形物體大。而且從不同的角度加深了學生對“彈性形變”的理解,進一步激發了學生的求知欲望。
二、聯系生活實際創設物理教學情境
在物理課堂教學中,用日常生活中的事例作為切入點,能較大程度地激發學生的學習興趣。例如在講授必修一的《牛頓第三定律》時,我請一位身體強壯的甲同學和一位身體瘦小的乙同學進行拔河比賽。由于身材上的較大差別,結果是顯而易見的,于是我順勢提出了甲拉乙的拉力和乙拉甲的拉力誰大的問題。絕大部分學生認為身材強壯的甲同學拉力大,我沒有發表意見,只是改變了比賽規則,讓身體強壯的甲同學站在滑板車上和乙同學再次進行比賽,結果乙同學勝了,學生們一下子被這兩個矛盾的結果迷惑了,開始熱烈地討論起來,課堂的氣氛相當活躍。這時我告訴他們:力的作用是相互的,甲對乙的拉力等于乙對甲的拉力,從而從容地引出了《牛頓第三定律》。
又如,在講授必修一《牛頓運動定律》中的超重和失重時,我讓同學們回憶我們上樓時坐電梯的情景:電梯上升過程中,啟動時,我們明顯感覺到腳下有向上托的力,說明電梯啟動時的支持力大于重力,加速度向上,是超重現象;電梯停止時,感覺到腳下的支持力減小,說明電梯停止時支持力小于重力,加速度向下,是失重現象。電梯下降過程中,啟動時,感覺到腳下的支持力減小,說明電梯這時支持力小于重力,加速度向下,是失重;電梯停止時,感覺到腳下有向上托的力,說明電梯這時支持力大于重力,加速度向上,是超重。可見,在物理教學過程中聯系生活實際,能吸引學生的注意力,激發他們的學習興趣,取得良好的教學效果。
三、利用多媒體課件創設物理教學情境