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关键词:多媒体;物理教学;高中
一、引言
随着科技的发展,教学的过程也不再因循守旧。将现代科技应用到传统教学过程,是对原有教学模式的改革,能够提高教学效率。包括高中物理在内,高中大多数学科在不同程度上都利用了多媒体教学技术,从而解决了困扰教育界的许多问题。在物理教学中,多媒体可以实现各种实验的演示,还能对预期实验结果进行模拟,并且分析实验数据,这一系列的优点,将物理过程与物理原理以更为有效和直观的方法展现给高中生。
二、应用案例———多媒体教学
《法拉第电磁感应定律》人教版物理教材选修3-2中的第四章第4节中,“法拉第电磁感应定律”是电磁学最为基础和重要的内容,它巧妙地将电、磁间的相感应联系起来,在物理学中同“牛顿三大运动定律”一样重要。因此,让学生能够充分地掌握这节课的内容对于今后电磁学的学习至关重要。但是电磁感应非常抽象,又是一个动态变化过程,仅仅依靠图片和文字讲解无法使学生有效掌握相关知识。多媒体课件的应用,形象而又准确地将电磁感应定律展现给学生,能够收到比较好的教学效果。本节多媒体课程教学是在学生已经了解了一些电磁感应基础理论知识的前提下展开的,这节课要让学生全面掌握电磁感应规律,通过教师的组织和帮助,在多媒体课件的辅助下让学生主动参与,自己去发现问题,寻找方法解决问题,最终理解知识。第一步是教师将PPT上的电路图播放给学生,如图1所示:让学生观察两个电路存在的不同,通过对比了解感应出的电流产生的条件,寻找感应电动势同磁通量之间的关系。再进行相应的理论讲解,引出感应电动势的变化同磁通量的变化快慢之间关系的问题。以动画的形式演示给学生,使学生有直观的感受,如图2所示。观察完现象后,让学生分成小组展开探讨,试着对所发现的问题进行解答。让学生知道电流表发生偏转是由于感应电流的产生,即产生了感应电动势,电流表发生偏转的幅度与感应电动势大小对应。以及,插入线圈的速度越快就能使指针产生越明显的变化,就能产生越大的感应电动势。最后在教师的帮助下得出以下结论,并将结论使用多媒体展示给学生。让高中生利用观察到的实验现象展开思考,在小组讨论中,寻找出E和Δφ之间的关系,再使用类比的方法展开猜想。最后进行总结,得出结论。课后布置例题:在如图所示的闭合电路中,导体ab在匀强磁场B中,ab长度已知,以匀速切割磁感线,求感应电动势。通过多媒体教学,能够化抽象为形象,使学生学习艰涩难懂的物理知识过程中充满乐趣,能够提高课堂效率。
三、应用案例———《核裂变》多媒体教学
教学过程中可以先给学生利用多媒体播放《核裂变过程》的视频,让学生能够“看”到反应发生的过程。让学生结合核裂变的动画和比结合能的图片,思考有什么特点的原子核可以发生裂变反应。然后通过课堂讨论,总结核裂变的特点,如图3所示。然后以视频的方式讲述中国物理学家钱三强与何泽慧对三分裂和四分裂现象的研究过程。这样能将高中物理涉及的最难的量子力学部分的核裂变课程讲得非常生动,让学生产生学习的兴趣。视频播放后,老师开始讲解比结合能的理论知识,使用比结合能来引出重核裂变的反应过程,既复习了前一节知识又串联起来本次课程。
四、总结
多媒体技术在高中物理教学中广泛使用是教育与现代科技的完美结合,能够有效改善以往枯燥乏味的物理课堂学习活动,使物理教学方式更为多样化,能够给学生的学习带来许多乐趣,使学生的学习变被动为主动。
参考文献:
[1]沙文霞.多媒体技术在高中物理教学中的应用研究[J].无线互联科技,2015,(21):98-99.
遗憾的是关于“生命课堂”的研究多出现在文科教学中,特别是小学阶段的语文教学中。高中物理课堂教学的关键词是“问题”、“探究”,概括课堂特点的依旧是“高效”、“思考”、“验证”、“总结”这类缺乏活力的“冰冷”词汇。物理课堂的“生命价值”在哪里,问题探究过程的“生命力”如何激发?笔者有一些粗浅的思考。下面以人教版《物理·选修3-2》“法拉第电磁感应定律”一节典型课为案例,谈谈对“生命课堂”视角下优化问题探究过程的认识。
一、教学分析
1.教材分析
法拉第电磁感应定律是电磁感应的基本规律,也是影响时代变迁的重要物理规律。另一方面,本节知识是前面三节知识(电磁感应现象,感应电流的条件、方向,感应电动势大小)的延续和发展,也是学生计算与电磁感应有关问题的依据。
2.学情分析
学生清楚磁通量以及磁通量变化的概念,已经学习了“磁生电”的关键在于磁通量的变化;根据楞次定律能判断线圈在磁场中转动的电流方向。学生做过“导体切割磁感线”和“磁铁插入、拔出线圈”产生感应电流的实验,具有基本的实验操作能力。
但是,本节教材对法拉第电磁感应定律几乎是直接给出,照本宣科很难引起学生的学习兴趣。教学中不发掘认知目标之间的联系,不研究学生心理诉求和思维冲突的脉络,探究的活力荡然无存。
思考:在教材分析中,我们总是从物理学角度判断该部分内容很重要,从“考”的动机上“确定”该内容的“核心”要素;总是线性地思考学生已经掌握了什么,应该具有什么能力。“生命课堂”视角下教师对教材定位时要多一些立足于学生的自问,学生对“定律”类的问题是否感兴趣,对“电磁感应”现象有何种层次的理解(是记忆定律文字还是有哲学思考)和对“问题与探究”有怎样的期待等等。
二、教学目标
1.知识与技能
(1)学生知道产生感应电动势的那部分导体相当于电源,知道感应电动势的大小与磁通量变化快慢有关。
(2)学生能区别磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率等概念。
(3)学生能理解法拉第电磁感应定律,掌握其表达式。
2.过程与方法
(1)学生在教师的引导下,经历完整的、较为严密的规律探究过程。
(2)学生在问题解决过程中体会合作探究的实施方法。
3.情感态度与价值观
(1)学生在规律探究的逐步完善中感受发现的喜悦。
(2)学生在规律探究的各个环节,特别是猜想、实验、结论中领悟科学探究的严谨。
思考:尊重是“生命课堂”的保障,教学目标中的行为主体应该是学生,设置的探究目标必须是课堂上学生能够实现。情感是“生命课堂”的纽带,问题探究全过程中必须做好充分的问题空间预设,必须多一些富有亲和力的问题解决方法的引导,必须在平等对话的氛围中积极构建愉悦的探究场。超越是“生命课堂”的张力,探究过程就是要以尽可能激发学生潜能为教育目标,让学生体验以物理知识充实生命经历的感悟。
三、教学过程
1.问题情境引入
180年前,法拉第研究这个不起眼的线圈(投影法拉第照片及其所用线圈),开启了电气化的时代。我们把目光聚焦在这个有些破旧的板上(呈现自制发光地板,如图1)。它不是普通的木板,是一块可以发电的地板。图1自制发光地板看这盏与地板相连的发光二极管(踩压地板,二极管闪亮),你们看到了什么?(学生回答:发光)笔者在这微弱的闪光中还看到了方兴未艾的节能环保时代。设想在过道、马路都装上发电地板,会是怎样的情境?遗憾的是,这块发电地板产生的电能不够,希望和大家一起走近能让它更亮的原理——法拉第电磁感应定律。
思考:问题情境的生命价值在于激发学生的问题意识,彰显探究的意义和激活学习的兴趣。联系课堂的发展方向,问题情境也可以是整个课堂的背景,甚至是课堂探究的主线。问题探究过程围绕问题情境开始、发展、深化。
2.科学猜想的诞生
(1)猜想的启发
首先看看它是怎么发电的?(打开盒子)引导学生观察,依次找到磁铁、多匝线圈,回归如图2所示基本实验装置。产生感应电流对应的电动势为感应电动势,产生感应电动势的部分相当于电源。
若要灯更亮,即要对应的感应电动势增大,那么就要思考感应电动势与哪些因素有关?
(2)猜想的引导
立足于思考,注意需要的器材。磁铁——产生磁场,描述磁场的物理量是磁感应强度;线圈,描述线圈的有匝数、面积。(预设:猜想与磁感应强度B,线圈面积S,磁通量Φ,线圈匝数N有关)
立足于行动,在学生面前都有基本实验装置图2中的器材,可以动手实验。在实验中提炼感应电动势E与哪些因素有关。(预设:速度、磁通量的变化、磁通量变化的大小或者快慢)
(3)猜想的分析
是否猜想后就付诸实验,还是需要先通过理性分析剔除不成熟的“想象”?回想法拉第发现“磁生电”的历程。为什么他发现了“磁生电”?在“产生”的原因上他和别人有什么根本的不同?(预设:变化的磁场、磁通量的变化、磁是“动的”等说法)是“动态”的磁才能产生感应电动势,影响感应电动势大小的因素最有可能的是“动态的量”。
(4)猜想的表述
感应电动势E与磁通量的变化有关。引导学生从哪些维度可以描述变化情况;从哪些角度描述速度变化(速度变化的大小、方向和快慢)。预设:磁通量变化的大小ΔΦ,磁通量变化的快慢
思考:猜想不是任学生“天马行空”般地胡思乱想,也不是强行灌输“目标猜想”。如同生命的发展历程,猜想也应该有一个从懵懂逐步走向成熟的过程。教师需要有充分的预设,高屋建瓴地引领学生猜想的方向;教师需要有多种形式的引导,剔除学生“猜想”的非科学因素。在师生的互动中探索学生向往的神秘“猜想”。
3.实验探究的步步深入
(1)学生在自主实验中确定E与的定性关系
E与磁通量的变化有怎样的关系?
实验方案:
ΔΦ大,变化快,E________。
ΔΦ大,变化慢,E________。
ΔΦ小,变化快,E________。
ΔΦ小,变化慢,E________。
实验操作:磁铁从底部(图2)拿到离线圈较远,看成磁通量变化大;磁铁从底部拿到线圈口,看成磁通量变化小。根据学生的认知程度,教师可先演示变化量的大小和变化快慢的控制方法,然后让学生模仿。
方案1:Δt一定,改变ΔΦ,改变B。预设方案如图3所示。一根磁铁与两根磁铁以相同的速度插入两个与电流表相连的相同线圈,两组学生相互合作,观察电流表的指针偏转情况。
方案2:ΔΦ一定,改变t。参照圆周运动有关知识,根据学生的认知程度,预设方案如图4所示。变频器带动磁铁转动,以不同的转速通过线圈,观察电流表示数情况。
实验操作:师生合作,完成方案1中的实验。实验中观察到当磁铁插拔的过程中,两个G表的示数大约是2倍关系。实验中遇到的问题是G表摆动很快,学生不容易对比观察。
实验改进引导:如何能更清楚地分析数据。(预设:采用摄像或者照相的方式)
利用相机拍摄G表的变化过程,当堂分帧播放视频。实验结果如图5所示,两个G表的偏转量成2倍关系,说明二者感应电动势E成2倍关系。
总之,感应电动势E近乎与磁通量的变化率成正比。
思考:实验探究是整个探究过程中最具浓墨重彩的一笔,但也最容易走向两个极端,即彻头彻尾地牵着学生鼻子走或者放任学生。前者,课堂看起来非常流畅,但学生能力上是“停滞”的;后者,课堂气氛活跃,但学习是低效的甚至是无效的,思维上是“死”的。唯有针对学生“动手”、“动脑”上的难点恰如其分地动态引导,才能真正让探究激发持久的活力。“生命课堂”的探究魅力就表现在这“跌宕起伏”的“动态生成”之中。
4.探究成果谨慎的总结
思考:在总结探究成果环节时,经常听到类似“我们一起发现了××规律”的话,严重削弱了学生对“真理”应有的敬畏之情。总结中要尽可能肯定学生的成绩,但是不能建立在对科学探究艰辛曲折漠视的基础上。
一、探究式课堂
探究性教学所面临的首要问题就是科学性,这样的教学方式应符合科学的发展规律,所使用的方法和资源应具有科学探究的基本特征,将对重点内容的探究作为科学探究的关键。活动中,教师的组织作用和学生的自主研究这两个方面的程度可不同。在教学中,教师应通过积极的引导,帮助学生建立一个完整的科学概念。在增强学生的认知和推理能力时,教师则应该让学生“开放性”探究,教师在教学中的不同作用取决于教材的需要和要求。
如在电磁感应现象这一探究性教学的设计中,教师首先应该引出磁通量这一概念,再引导学生进行实验,探究是什么因素导致了回路的磁通量的变化,最后进行总结、归纳。探究这一实验时,我们先回忆电磁感应现象的发展史,这或许能启示我们。通过回顾,我们很容易发现科学家的探究活动是经过提出问题、收集证据、回答问题、评价解释、得出答案的一系列过程。我们探究性学习的过程,也基本上是和科学家们探究的过程一样。原因就在于,科学的学习在本质上是一种探究性学习。一系列这样的做法,能有效地引导学生清晰而深刻地体会到科学概念和科学方法。根据教师在课堂上的作用,探究式学习一般有两类:一是“指导型”探究,二为“开放性”探究。所以,根据教学内容的不同,教师就可以设计出不同的研究性学习方案。在回忆电磁感应现象的发展史时,我们可以看到,自1821年发现问题到1831年搜集到证据的漫长过程中,寻求磁生电是科学家们探究的核心,即如何才能证明磁能生电?因此,如何获取能用来解释问题并且是科学的证据是探究性学习的关键因素。据此,教师在设计本节的探究性学习时,首先要注意科学性,即整个设计要尊重电磁感应的发展历史。教师或者学生提出磁生电后,要进行实验探究,发现产生感应的电流,再引入磁通量,不断实验,逐步得出想要的结论。若先引入磁通量,再实验探究验证得出结论,这便成了表面的探究,违背了客观事实,不符合学生探究性学习所具备的过程,并不能起到应有的效果。另外,教学设计要具备科学探究的基本特点,教学的重点也要放在寻求证据这一关键的要素上。教师在设计教学时最好能让每组同学都有器材,这样学生探究感应电流的产生时才能更顺利,学生的创造性思维也就充分发挥了出来。小组探究,使得学生自由地把线圈、磁铁、电键、变阻器等任意改变位置,观察时也会更用心,不按照老师预先设计的去做。在这一过程中,教师要少指导,给学生留有更多的自主探究时间。在有些过程中,教师可多指导,如在学生获得感应电流产生的五种情况后,教师要不断启发学生,引导学生分析磁场强弱的变化或电流和回路面积的关系,并综合相应的物理学史实,引进磁通量这一新的物理名词(解释与评价),在教师的指导下学生便可以归纳出电磁感应现象(交流和总结)。学生自主探究并定义一个物理量,显然是不现实的,这一部分内容必须要和老师的“指导性”探究相结合。两者相结合的科学探究,使得学生在亲身体验的同时,也提高了自己的思维能力。
二、合作式课堂
小组之间的合作学习又被称为“团队合作学习”或者“分享性学习”。它是这样的一种课堂学习方式,即将学生按一定方式或要求组成几个小组,在小组内分工合作,共同探讨教师或小组设定的学习任务。合作式课堂要求学习者善于整合,达成共识,在反思中有所提高。新课标下的课堂教学要求教学能具有宽松、和谐民主的氛围,成员之间能互相尊重、互相理解、互相学习与合作。合作学习给学生带来了自由思考的时间和自主解决问题的空间,每一次的讨论,都需要方法策略上的梳理、归纳、总结。在这一过程中,我们要抛弃错误和有偏差的地方,逐渐形成共识,提高不同层面的学生的能力。例如,学习“惯性”的概念这一课时,学生只是停留在感性认识的基础上,还需要教师进一步分析。这样,教师就可提问:“快速奔跑的玩具汽车和静止不动的大货车,哪个惯性大?”提出这样的问题之后,部分学生认为静止的大货车惯性大,部分认为运动的玩具汽车惯性大。有了分歧我们该怎么办?这时,教师就应该放手让学生去探究,在激烈的争论中,学生可以逐步理解概念的本质,达成这样的共识:决定惯性的因素只有物体质量,速度和大小是不影响物体的惯性的。这样,学生就能更好地把握惯性这一新的概念。
三、互动式课堂
“互动教学”是新课程的一种价值取向,它是以一种观念或思想而存在的。在教学实践中,作为一种新的教学行为方式。“互动教学”被定义为:在教学过程中,通过师生之间的沟通与合作,使师生之间分享不同的知识、思考和丰富的经验,借此来丰富课堂教学,激发学生的学习兴趣,实现教学相长,促进师生之间的共同发展。因此,互动式课堂是一种主体性课堂教学。从形式上看,学生和教师、学生与学生、学生与小组、教师与小组是以互动的形式存在的。从内容上来看,有方法、情感、思维、认知、知识等多方面的互动,摆脱了以前单调、乏味的程式化教育。
关键词:能力;素质教育;自主学习;科学思维;实验与探究
中图分类号:G633,7
文献标识码:A
文章编号:1003-6148(2012)2(S)-0007-5
1引言
当今时代,有人称之为“知识爆炸时代”、“技术密集型时代”、“电脑网络时代”等等,更有说服力的要算德国学者哈根・拜因豪尔和恩斯特・施玛克的提法:“教育时代”。他们认为:“教育是替一个未知的世界培养未知的儿童(《学会生存》)”。形象地讲教育是今天播什么种,明天开什么花结什么果的工作,从这个意义上说谁掌握了面向21世纪的教育,谁就能在21世纪的国际竞争中处于战略主动地位。
然而,长期传统的应试教育出现了不少“一长四短”的学生:“一长”指善长应付考试;“四短”指动手能力差、知识面狭窄、独立思考能力差、自主学习能力差。例如有学者对重庆市中学教师的探究式教学观念及其实施现状进行了调查研究表明:①“讲解法”依然是教师大多数时间所采用的教学方法。②教师认为在探究的各个环节中,“发现并明确提出要探究的问题”、“得出结论、解释和建构物理模型”是最需要教师指导的两个环节。为此人民教育出版社的任长松先生提出了探究式学习的18条原则。同时高中新课程素质教育的提出也为在“升学――应试”怪圈中徘徊的中国基础教育,找到了一条改革的新思路和突破口。索质教育中的一个重要组成部分――“发展智力、培养能力”也就成为当代教育理论中一个颇为活跃的话题。在中学物理教学中,这个问题尤为重要。这是因为,一方面,由于现代物理迅猛发展,物理知识高速扩充和不断更新,要求学生不但在中学阶段要有较高的学习能力,而且在步出校门之后。还要有独立获取新知识的能力;另一方面,由于物理学的“实验――模型――实验”的辩证研究方法,以及由简到繁、由表及里的严谨科学体系,使得物理学本身包含着极其丰富的培养能力的因素。
2高中物理学科能力的概念和内涵
在心理学上,学生的能力通常分为一般能力和特殊能力两大类。一般能力是在许多活动中都表现出来的能力,如观察力、注意力、记忆力、想象力、思维能力等。特殊能力是在某种专业活动中表现出来的能力。如实验能力、自学能力、运用数学方法解决问题的能力等。一般能力和特殊能力是相互促进的,一般能力愈发展。则为培养特殊能力创造了更有利的条件:而在发展特殊能力的同时,也促进了一般能力的发展。对学生来说,要真正掌握好某门学科。除了要求有一般的能力外,还要求具备和发展这门学科所必需的某些特殊的能力。
能力是在人的活动中、在实践的过程中发展起来的,一个具有优秀素质的人,如果不接受教育。不去从事活动,那他的能力也不会得到发展。这也许是我国古代天才儿童仲永成人之后却变作庸人的原因之一。那么。就某个学科的学习来说。什么是学科能力?学生的学科能力究竟朝着什么方向发展?我国著名心理学家林崇德教授指出:“学科能力是学生的智力、能力与特定学科的有机结合,是学生智力、能力在特定学科中的具体体现。”针对高中物理学科,《全日制普通高级中学物理教学大纲(试验修订版)》提出:“培养学生的观察和实验能力。科学思维能力。分析问题和解决问题的能力”。2003年教育部制订的《普通高中物理课程标准(实验)》提出:“学习科学探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯,能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”。同时还指出:“要重视发展学生‘抽象与概括、分析与综合、推理与判断’等科学思维能力”。为了制定我国物理高考命题依据《物理高考大纲》,全国高考物理学科委员会征求了有关专家的意见,分析了物理课程在整个中学课程中的地位,在比较各学科的特点及其对学生素质和能力发展主要贡献的基础上。根据物理学科的特点和需要,从中学物理教学和高考命题的实践经验出发,提出了五个方面的能力要求:理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力以及实验与探究能力,并通过描述性的说明,界定了每一种能力的具体含义。
但是。新课程物理学科高考考查的能力除了这五个方面的能力要求外,笔者认为还应增加对自主学习能力的要求,因为自主学习能力既是学生个体发展的需要,也是学生应对现代社会和未来发展的需要。高中物理的自主学习能力具体要求包括三方面:一是能按教材中所提供的材料和要求,收集、整理、分析资料,自主进行科学探究,获取新知识,并解决相关的物理问题;二是能关注、了解对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的物理学新进展以及物理学发展史上的重要事件;三是能从所提供的新材料中获取有关的物理学信息,并运用这些信息,结合已有的知识解决新情境中的物理学问题。
上述教学大纲、课程标准与考试大纲中,有关中学物理学科能力的提法与侧重虽然有些不同,但都能较好地体现物理学科的基本特点与学生发展的有机统一。
3高中物理学科能力培养的实践和探讨
就当前高中物理教学的实际来看,在一般能力中要特别注意思维能力的培养。而在特殊能力中则应着重培养实验能力。下面结合高中物理教学实践,对学生思维和探究能力的培养作几点探讨。
3,1培养学生的科学思维能力
思维是从事物的感性认识上升到理性认识的加工整理过程。没有思维就不可能产生认识上的质的飞跃,也就不可能完成对客观世界的完整认识。麦克斯韦方程就是思维突破的光辉范例。可以说思维能力是智力的核心,其具体要求为:“要通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的应用等,培养学生抽象和概括、分析和综合、推理和判断等思维能力以及科学的语言文字表达能力。”学生思维能力一般是从具体到抽象、从不完善到完善、从形式逻辑到辩证逻辑,逐步发展提高的。因此,在教学中要遵循学生思维发展的这些特点,采取有效措施促进学生思维能力的发展。
①课堂教学结构要优化设计
在教学中,要努力创造条件,优化课堂教学结构,采用启发式教学。启发式教学的高中物理课堂教学过程通常是这样:先让学生通过眼、耳、口、手、脑等多种器官参加活动以获取丰富的感性材料,为思维准备良好的基础,同时遵循从已知到未知,从直观到抽象,由浅人深、由表及里的教学原则,提出一些富有启发性的、有一定难度的,但又是学生力所能及的问题进行设疑引学,然后再引导学生分析推理,辨疑解难,使认识上升到理性阶段。这时,教师的示范讲解也是很重要的,教师可通过典型问题的分析。引导学生掌握分析问题的途径、方法和步骤,从而培养学生思维的逻辑性、严密性和灵活性。在学生理性认
识建立以后,接下来要做释疑反馈这项工作,即要引导学生把知识用于实践,以提高分析和解决问题的能力。这时,要选择一些有利于启发思维的题目让学生训练,题目的类型要多样化,如描述、论证、实验、推理、讨论等等。上述教学过程可通过图1的启发式教学因素图得到反映:
启发式教学因素图中的设疑引学,即新课引入、激发学习兴趣这个教学环节我们要尤其重视设计。因为能力和爱好往往是彼此吻合,一起发展的。如果一个学生对某门学科或某项活动形成了强烈的、稳定的爱好,一般来说,在这个学生身上必然具有与那门学科或活动有关的能力。因此,学生的一种强烈的爱好,可以作为正在形成某种能力的标志。
为了激发学生对物理的兴趣爱好。教师可采用讲述历史典故,提出引起悬念的问题或演示一些发人深思的实验等方式来充实教学内容。例如,讲万有引力时可介绍预见海王星的史实;讲电磁波谱时可介绍伦琴发现X射线的故事等等。此外,还应该组织各种有趣的课外活动、智力比赛、读书会等,以扩大眼界,培养兴趣。
②引导学生经常总结解题方法
解题方法是对平时解题经验的一种归纳、提高,这种经常性的方法总结可极大地提高学生分析和解决问题的能力,培养他们的创造意识,训练科学思维的广阔性、深刻性和逻辑性。
以“电磁感应力电综合问题”的复习为例。
在复习《电磁感应》一章时,电磁感应综合问题(与力、电综合)是本章核心内容,也是一个难点。教师可引导学生总结如下解题方法:
(i)动态分析求电磁感应现象中收尾速度v分析思路(如图2所示)。
稳定时:加速度a=0ImgsinO=BlL儿(常丽受力分析平面图或侧视图)(力学方程)I=RE=BL(Hυ)
(ii)求电磁感应现象中产生的电能E电方法:
a,E电=Q热=βRt(要求纯电阻电路,且l、R恒定。但正弦式交流电例外,其电热由有效值求)
bE电=E(f)=FScosA[(要求F安恒定,即恒力作功)
c,当感应电流变化时,由能量转化和守恒定律求E电(使用范围最广)
再举例分析,如图3所示:若”恒定(即匀速),且轨道光滑:W(f)=W(f)安=E电,即P(f)=P电总
若υ恒定(即匀速),且轨道粗糙:W(f)=W(f)安+W(f)=E电+W(f)
若υ增大,且轨道粗糙:W(f)=W(f)安+W(f)+E(K)=E电+W(f)+EW(K)
电磁感应的力电综合问题一方面要考虑电磁学中的有关规律,如闭合电路欧姆定律、楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等,另一方面还要考虑力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律等(即动力学、动量和功能三大物理求解方法)。需要学生有较强的将电磁学与力学知识综合起来应用的科学思维能力,特别还要注意上述两种常见问题的分析:动态分析求电磁感应现象中收尾速度v以及求电磁感应现象中产生的电能E电,教师引导学生总结解题方法,对学生渗透和培养物理问题动态分析的思维方法和功能转换的物理思想,使学生遇到此类问题容易建立起正确的物理模型,形成一个大致的求解方向。从而提高学生的抽象与概括、分析与综合、推理与判断等科学思维能力。
3.2培养学生的实验与探究能力
物理学是一门以实验为基础的自然科学,物理学的概念和规律必须通过实验才能形成和建立,物理学的理论假设也必须通过实验来验证。实验是研究物理学及其它自然科学的一种基本方法。学物理而不做实验只能是纸上谈兵。因此,实验与探究能力是高中物理学科能力中最重要的能力之一,其具体可包括实验观察能力、实验操作能力、实验数据处理能力以及设计简单实验的能力等。近年来,全国高考物理试题中对实验的考查要求较高,创新实验将是今后高考物理实验命题的热点,在平时教学中要特别注意培养学生的实验与探究能力。
①精心创设实验问题情境,培养实验分析能力要精心创设好实验的问题情境,实验问题要由浅人深,环环相扣。
以“功的原理”的实验探究为例。
平时生产生活中大量使用简单机械,如滑轮、杠杆,目的是什么?为了省力,省位移,还是省功?如图4所示,做好课本中的利用滑轮组提升重物的实验是学生认识这一问题的突破口。我们可以在课堂上做分组实验,在问题的引导下进行探究,可以用列表法分析问题。
结合表1创设以下问题:
问题1:比较D1与D2,D3与D4容易得出使用机械能省力但不能同时省位移。
问题2:比较D5与D6,发现使用机械不能省功,反而费功,引发学生思考这是为什么?
问题3:引发学生合理猜想,对于机械来说,一般情况下,动力功应等于有用功加上额外功,故费功。
上述实验要达到让学生理解机械功的原理,进而认识使用机械的目的。在这一教学过程中,教师通过问题的创设引导学生进行数据的比较,揭示事物的本质规律,这正是科学探究所强调的培养学生发现问题并分析论证的能力。
②注重实验规律建构过程,培养实验探究能力
科学家科学探究的方法一般是“提出假设――数学推理――实验验证――合理外推”。一个相对复杂的探究实验,可设置分解成若干个小问题,注意这些小问题要在教师的引导下,探究完成一个之后再分析下一个,有步骤地进行,而不应把问题全抛出来,甚至只是提供器材让学生去探究。物理教学中应注意渗透科学研究方法,同时也应进行学法指导。
以“安培力方向”的实验探究为例。
“磁场对电流的作用力”在教材中起到承上启下的作用。安培力大小与方向的探究是本节的重点,如何正确地运用左手定则以及掌握电流表的工作原理是本节的难点。
首先,学生分组活动:会动的铝箔“天桥”。将一铝箔条折成天桥形状,用胶纸粘牢两端,使蹄形磁铁横跨过“天桥”。通过这个简单而神奇的小实验,引导学生亲自操作并观察到奇妙的现象:在磁场中铝箔弯曲。这很好地激发了学生的好奇心和求知欲。
其次,实验探究安培力的方向、电流方向、磁场方向三者之间的关系,探究步骤如图5所示。
问题1:能否确定安培力的方向、电流方向、磁场方向三者之间的关系呢?
问题2:既然找到了三者之间的关系,我们能否找到确定安培力方向的方法?
经过前人的大量研究,总结出一个简单的判断方法,就是左手定则。
本案例注重建构实验规律的认识过程,要求学生能正确分析问题的物理情境和物理条件,找出其中起重要作用的因素及有关条件。这对培养
学生的探究意识和探究能力,激发学生的好奇心和求知欲,逐步培养学生对物理的热爱和合作意识有重要意义。鉴于左手定则的重要性,教学中还须结合随堂练习使学生熟练掌握。教师还应当强调,安培力的方向总是既垂直于磁场方向,又垂直于电流方向,即安培力一定垂直于磁感线与电流所确定的平面,但磁场方向不一定总与电流方向垂直,教学中要注意纠正电流方向、磁场方向和安培力方向三者总是相互垂直的错误认识。另外,还需强调用左手定则确定l、R、F方向的关系时,l和B是因,F是果,无论所求的是哪个量的方向,这个因果关系是确定的。这对学过右手定则后解决综合问题,确定究竟应该用左手定则还是用右手定则,是很重要的。最后,教学中还应介绍电流表的基本结构和原理,目的在于使学生了解安培力是如何在电流表中得到应用的,以培养他们运用所学知识解决实际问题的意识和能力。
③大胆改进传统实验方案,培养实验创新能力
麦克斯韦曾经说过:实验的教育价值常常与仪器的复杂程度成反比。自制仪器常出故障,却有许多优越之处,其中最重要的一点是,学生们敢于拆卸它、修理它,因为它是学生自己制作的。经过改进的实验,常常新颖、创新性强、实验功能突出、实用性强,具有很好的推广价值。
以“安培力大小”的实验探究为例。
如图6所示。先利用电磁炮模型实验引入新课,引出安培力概念,再分组实验让学生切身感知安培力。为后面学生探究安培力大小时明确如何改变线圈中的电流大小、处在磁场中的导线长度和磁感应强度做了很好的铺垫,这样学生就能较顺利地回答出如何改变这三个影响因素,产生知识技能的合理迁移,从而为实验方案的顺利成型起到重要作用。
在图6的第三个环节中,对安培力大小进行定量实验探究的同时,可结合下列表2至表4实验数据的记录,引导学生分析与讨论,得出实验结论。
该教学设计最大的巧妙之处是关于探究安培力大小的实验设计,突破了定性研究的传统处理方式,利用弹簧秤受力的变化,让学生能定量地感知安培力大小。我们自制了一个重要的线圈,通过对弹簧秤初始状态调零消除线圈重力对研究过程的影响以使读数测量更直接,线圈上有抽头可以改变匝数(25、50、75匝),这不但可以很方便地改变线圈处在磁场中的有效长度,而且无需每次改变匝数时对弹簧秤调零,这个自制线圈的设计对实验成功起了关键作用。
在本案例教学中,通过自制教具、改进传统实验方案的实验探究,使学生进一步定量地了解磁场对电流的作用力大小跟电流的大小、导线在磁场中的长度以及磁场强弱的关系。在教学中应注意:①在探究安培力与哪些因素有关时,要让学生充分活动。要有意识地引导学生注意:B、£不变,l改变;在l、B不变时(存在着IB、L//B、l与B成任意角度三种可能),L改变;lL不变,B改变,三种情况时的实验条件,观察实验现象,归纳实验结果,培养他们的观察能力和由实验现象总结出物理规律的能力。②培养学生利用控制变量法总结归纳物理规律的能力,并让学生体会到控制变量法在科学研究中的作用。
4结束语
关于学生高中物理学科能力的培养和发展,在教学工作中,还需要注意以下几点:
1.正确理解加强“双基”和发展能力之间的关系。学生掌握知识技能和发展能力有着密切联系。知识和技能的掌握能促进能力的发展;同时,掌握知识和技能的快慢,也依赖于能力发展的程度。对物理知识进行概括归纳和重新构建的能力、灵活运用物理概念规律以及物理实验方法去解决实际物理问题的能力、包括建模能力在内的抽象思维能力和创新能力等等,都是学生在学习知识的同时,同步得到发展的。
2.能力有个别差异,发展能力并不意味着每个学生都要等同地发展某种同样的能力。实际上,每个学生的能力都是按照自己的需要和爱好以自己的方式发展的,有其优点和缺点,不能够也不应该以一个模式来要求学生的能力发展。
3.人的能力发展的早晚是各不相同的。有的学生早在童年时期就显露出一般能力中的某些特殊表现。但无论是对于能力表现早还是晚的学生,都要一视同仁,认真加强引导培养,使他们成长得更快、更好。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部,普通高中物理课程标准(实验)[s],北京:人民教育出版社,2003
一、创设情景,导入新课时激发学习兴趣
“良好的开端是成功的一半”,导入新课亦是一节课的重要环节。
苏霍姆林斯基说:“如果教师不想办法使学生产生情绪高昂和智力振奋的内心状态,就急于传授知识,那么这种知识只能使人产生冷漠的态度,而使不动感情的脑力劳动带来疲劳。”因为积极的思维活动是课堂教学成功的关系,所以教师在上课伊始就运用启发性教学来激发学生的思维活动,必能有效地引起学生对新知识新内容的求知欲望。
案例一:左手定则。
在导入阶段我演示了两个实验。
首先创设了磁铁能“吸住”通电铝片这样一个实验情景,通过投影展现,给了学生很大的冲击力,引起了学生的认知冲突,使学生产生了困惑,并激发了学生的学习兴趣。
引导学生观察真空玻璃管中显示的电流的方向在磁场作用下会发生变化这样一个实验,使学生认识到磁场对电流有作用力,并知道磁场力方向和电流方向、磁场方向有关。但又激起了学生的疑问:这三者的关系如何?并将这种疑问保存在自己的脑海中形成“谜团”,有兴趣去探究。
案例二:牛顿第二定律。
情景引入我分两部分。
首先让两个学生站在两个滑板车上互推。学生很快得出结论:“力是改变物体运动状态的原因。”然后展示两个视频:“神六”发射过程与骑自行车启动与减速过程,进一步使学生理解“力是改变物体运动状态的原因”。再提问:由运动学知道:速度是描述物体运动状态的物理量,速度改变就有加速度。加速度与哪些因素有关呢?使学生产生了困惑,并激发了学生的学习兴趣。
再做学生互推滑板车实验(选择一个质量大的男生和一个质量小的女生),学生的积极性一下子激发了,全班学生异口同声说出影响加速度的因素是:外力F、物体的质量m。
案例三:电磁感应现象。
情景引入:
首先提问:1820年奥斯特发现了电流的磁效应,许多物理学家都在逆向思考:既然电能生磁,磁能不能产生电?磁产生电流的条件是什么?
接着做DIS的演示实验:通过观察地球微弱磁通量变化时的感应电流的产生这一现象,学生激发了学习兴趣,并自发地探究产生感应电流的条件主题。
心理学研究表明,令学生耳目一新的“新异刺激”,可以有效地强化学生的感知态度,吸引学生的注意指向。
在新课导入的过程中只有使学生明确学习目的,才能把他们的内部动机充分调动起来,而兴趣是学习动机中的重要成分,是求知欲的起点。学生饱尝欢乐,心情舒畅,当然就会使学习兴趣不断发展,使认识逐渐深化,发挥学习的积极性和主动性。
二、探究知识,讲授新课时保持学习兴趣
兴趣是认识某种事物或爱好某种活动的倾向,这种倾向对感知、注意具有指向性,它可以使人不知不觉地去观察、研究某种事物。学习本身就是一项艰苦的脑力劳动。在学习过程中,学生既需要自身的努力,又需要对学习过程产生兴趣,即变“苦学”为“乐学”,“要我学”为“我要学”。教师如何实施呢?
案例一:左手定则。
用“左手定则”判断磁场力方向和电流方向、磁场方向这三者的关系,教师通过演示实验就能把问题讲清楚,但需要大量的练习进行训练,效率很低。
我让学生自己动手做实验。在前面学生已经有了极大的热情,想参与其中,这时我趁机把实验还给学生做,学生有很大的兴趣去探个究竟。而且在学生自主探究的实验中我用了色彩丰富、形象直观的方向指示器这个富有创造性的辅助教具,既让学生能兴趣盎然地积极参与,又降低了学生探究的难度。学生很快把磁场力方向和电流方向、磁场方向这三者的关系搞清楚了。我再组织学生相互交流,学生发现虽然每一组的方向指示器表面上看不同,但经过旋转后都是完全相同的,说明这三个方向一定有一个特殊的关系,这个关系是固定不变的。
案例二:牛顿第二定律。
进入授课环节,如果直接放手由学生做实验,学生会茫然不知所措,为使他们有兴趣进行探究,我设置了一个教师演示实验:
A.研究质量相同的小车所受不同大小的外力作用时,物体的加速度与作用力的定性关系。
B.研究用相同大小的外力作用在质量不同的小车时,物体的加速度与物体质量的定性关系。
学生明白了探究什么,而且很有兴趣研究。接着我介绍桌子上的实验器材和操作DIS实验的软件界面(供拓展用,以降低学生探究的难度),指出实验的研究对象是小车,并让学生思考如何给小车一个恒定的拉力、如何利用现有器材设计实验步骤。学生都能回答,并积极主动地做实验。而且实验结论都是由学生得出的。
案例三:电磁感应现象
我把课本上的教师演示实验改为学生实验。学生很有兴趣探究感应电流的产生条件。在两个学生实验的探究过程中,我加以点拨,学生小组合作,在讨论归纳中,学生自主完成电磁感应的两个实验,并自己总结了产生感应电流的条件。这个改动调动了学生积极性,让学生理解了产生感应电流的条件。
赞科夫认为:“不管你花费多少力气给学生解释掌握知识的意义,如果教学工作安排得不能激起学生对知识的渴求,那么这些解释仍然落空。”因此教师需要发挥主导作用,根据物理学科的特点,一些演示实验由学生自己动手做,让学生不断实践探究,体验到成功的欢乐,保持学习兴趣。
赞科夫还认为:“兴趣是开发智力的催化剂。”实践也证明,对学习没有浓厚的兴趣,学生就会产生厌学情绪。因此,在物理教学过程中,教师应注意去激发学生心灵深处的强烈的探索欲望,尽可能地增加情景教学,引导学生把“趣”转化为学习的动力资源,进而提高课堂教学效果。
三、应用练习,巩固新课时提高学习兴趣
为了保持较好的学习状态,除了注意练习的目的性、典型性、层次性和针对性以外,巩固练习是帮助学生掌握新知、形成技能、发展智力、培养能力的重要手段。心理实验表明:学生经过近30分钟的紧张学习之后,注意力已经过了最佳时期。此时,学生易疲劳,学习兴趣降低,学困生的表现尤为明显。此时如何激发学生的思维活动呢?
案例一:左手定则。
在练习的设计中我注意到刚才学生探究出的“左手定则”是立体的,一下子转到平面的,对学生有一定难度。所以我先选择了一道例题,并且和全体学生一起用手在黑板上作示范,降低了学生学习的难度,提高了学生的练习兴趣,在生生之间、师生之间互动的情况下完成了两道练习。
案例二:电磁感应现象。
在应用部分我设计了学生自主活动板块。事先发给每位学生一份判断感应电流的练习试题,学生通过个人思考,再由小组讨论,最后经小组之间的交流把判断感应电流的练习顺利完成。