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普通高中新课程标准实验教科书物理(必修1)第四章第二节——《探究加速度与力、质量的关系》的实验方案,教科书提供了两个参考方案:(一)用悬吊重物的方法同时拉光滑水平面上的两个小车,用刻度尺测量两个小车在相同时间里通过的位移,其位移之比等于它们的加速度之比;(二)用悬吊重物的方法拉倾斜面上的一个小车,用打点计时器直接测量加速度。笔者教学时的实验方案是这样设计的:将两个光电门安装在距离为s的水平气垫导轨上,让滑块在恒定水平拉力作用下从其中一个光电门处由静止出发向另一个光电门方向做匀加速直线运动,用数字毫秒计时器测出滑块在两个光电门之间运动的时间t,再根据s=■at■即可算出滑块的加速度;滑块的质量用天平称量;滑块所受外力的大小在误差范围内近似等于拖动滑块的“小重物”重力的大小(条件是“小重物”的质量要比滑块的质量小很多)。
其具体操作分为三步:
一、控制物体(滑块)的质量不变(M=0.60kg),探究加速度与力的关系的实验数据记录如下表:
1.作出与F的函数图像;
2.学生归纳实验结论:在物体质量一定时,物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比。
二、控制物体(滑块)所受的外力不变(F=0.10N),探究加速度与质量的关系的实验数据记录如下表:
1.作出相应的函数图像;
2.学生归纳实验结论:在物体受到的作用力一定时,物体加速度的大小跟它的质量成反比。
三、由学生根据一、二的结论归纳得出物体加速度与力、质量的关系:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比。
实验方案反思:
教材提供的方案(一)中的“光滑水平面上”是一种理想化的模型,本实验方案用水平气垫导轨等效替代光滑水平面,是对学生进行科学技术革新,创造条件把实际问题模型化的一次科学观、模型观的思想教育。
该实验方案的系统误差主要源于实验条件的控制。控制条件一:气垫导轨的水平调节;控制条件二:“小重物”的质量要比滑块的质量小很多(一般要求滑块的质量比“小重物”的质量至少大十倍以上)。
那么,怎样的教学形式才能达到新课程标准的要求呢?经研究发现,在物理实验教学中运用开放式教学可以有效促进学生自主学习,让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考,是一种有效的教学手段。
一
所谓开放式教学,是指以知识教学为载体,把关注人的发展作为首要目标,通过创造一个有利于学生生动活泼、自主的教学环境,提供给学生充分发展的空间,从而促使学生在积极主动的探索过程中,各方面素质都得到全面发展。可以说开放式教学不仅是一种教学方法、教学模式,而且是一种教学理念,它的核心是以学生的发展为本,与高中物理新课程标准中理念完全吻合。下面以一节课外实验课为例,探究怎么才能有效地把开放式教学引入物理实验教学中。
案例:人教版高中物理教科书必修1中,在讲完第四章《牛顿运动定律》后,我给学生布置了以下课外探究实验:“测量物体加速度”的开放式课外分组实验作业,要求从生活环境中自主选定研究对象、设计实施方案、测量物体加速度。以小组为单位,进行课下探究、实验、求解过程。此活动伴随运动学、动力学的学习延续了近一个月,在成果汇报课上学生的实验原理灵活多样,实验的情景丰富多彩,以下是学生小组的活动过程:
小组1:小组选择的研究对象是汽车启动时的加速度,寻则理由是现在汽车从静止加速到100km/h所需时间是汽车的重要参数,研究汽车启动时加速度有一定的意义。小组共用两种不同的方案来研究:
方案1:测量汽车加速时加速度,可以研究与汽车内相对静止的物体的加速度。小车内用细线悬挂一重物,汽车启动后悬线不再竖直,与竖直方向有一夹角A。如图:(1)、(2)。
车与物体有共同加速度,对物体受力如图(3),由力学知识有F=ma=mgtanθ,则a=gtanθ,只需测量θ即可求得加速度。
方案2:照相机连拍功能:s-s=aT误差,通过相机连拍功能,可获取连续相等时间内的汽车照片,通过照片对比可获得相应的位移,通过公式求得的加速度。
小组2:测量跑步加速度:规定位移s=10m,通过公式s=at,用秒表测量出时间,测量三次,求平均加速度。
小组3:测量水中小球加速度:运用s=at,用秒表测量出物体在水中下落时间,刻度尺测量下落高度,即可算得加速度。
小组4:根据2as=v-v公式,运用数字实验室中光电门测量斜面上滚下的物体经过光电门的瞬时速度v、v,刻度尺测量两光电门间距离,算得加速度。
小组5:求电梯升降的加速度……
在整个过程中我只在课上提出要求,具体怎么实施测量加速度并没有给出具体的布置,学生正是在这种相对开放的作业中发挥出了潜在的设计能力、动手能力,设计实验,同时把课上所学知识运用到了生活中,并解决了实际问题,而学生也有很强的成功感。在成果汇报课上,我让学生间互相评价,“婆说婆有理,公说公有理”,激发出知识的火花。
二
以上案例说明将静止不变的“封闭式”教学改变为动态的“开放式”教学,可使教学模式、教学方法变“静”为动,在动态中不断改进与完善。因此开放式教学应该是全方位、多角度的。
(一)教育内容的开放
科学与真理来自生活,走向发展,教育内容本身就具有开放的属性。刻意追求体系的严密与稳定,追求课程要求与教学内容的统一,实质上是以静态的、封闭的形式来对应动态的、开放的内容,与客观课程相背离,同时构成一道道有形无形的桎梏。培育创新素质,亟需打破教育内容的封闭。知识无法穷尽,学习内容有取有舍,不能追求完整。新知与日俱增,我们应建立教育内容的更新机制,及进进行调整补充,还应引导教师关注前沿,面向未知。同时,要给予教师面向实际、自选内容、按需施教、灵活施教的余地,改变“一纲一本管几亿”的一统式僵硬格局。
(二)教学过程的开放
要打破以问题为起点,以结论为终点的封闭式过程。创新的教育价值观认为,教学的根本目的不是教会学生解答、掌握结论,而是使学生在控究和解决问题的过程中锻炼思维,发展能力,激发冲动,从而主动寻求和发现新的问题。开放式教学就是依认识规律理顺“过程”与“结论”的关系,恢复“过程”的应有地位。在开放的格局中,注入式、教条式没有市场,而启发、讨论、探究、实验、质疑、争论、搜集信息、自主学习等才是教学的基本形式,开放性的思维方式正是从中得到训练与强化的。
(三)教育空间的开放
打破囿于学校、囿于教室的教育空间概念,课堂应向社会延伸,向影视报刊等传媒延伸,向电子网络延伸。这种空间的开放既是培育创新素质的需要,又是现代科技发展牵动教育的必然走向。教育空间的开放有益于培养开阔的视野、纵横综合的思维和恢宏博大的胸襟。
(四)思维训练的开放
首先,向“全脑”开放。在重视左脑的言语逻辑思维的基础上,特别加强右脑空间思维、形象思维的训练,重视形象与抽象、直觉与分析、想象与思考的结合。为此,在学生频繁动笔动脑之时教师要指导他们重视观察、体验想象、动手和动感情。其次,加强开放性的发散思维训练。课堂的提问,作业和考试的编制应特别重视推出开放性问题。如具有不确定性、非惟一结论的问题,条件不很清晰、不很完备、需要搜寻和补充的问题,现实性强、容易调动研究热情的问题,鼓励独创、有广阔发挥空间的问题等。解决一个个开放性问题,实质上就是一次次创新演练。
在“开放式教学”理念的指引下我非常注重学生能力的培养,每天都为有讲课欲望的学生改“教案”指导“教学”,已经培养出了一批又一批的“小老师”,他们完全可以在没有我的课堂中按进度教学。即使在课堂中也绝对是学生说的多,我查缺补漏,把大部分时间和空间还给学生。
1 科学制定教学目标
1.1 什么教学目标
教学目标是教师在上课前对学生学习成果的一种预期,是教学的出发点,同时也是归宿,制定教学目标的意义在于指引课堂教学活动,对学生的学习心理和行为具有调节、刺激作用,教学目标质量直接关系到整个课堂教学的成败.
1.2 当前教学目标制定存在的问题
(1)行为主体存在较严重的错位现象,教学目标基于学生现有发展水平而设计的,学生最终通过学习可能达到的潜在发展水平,行为主体必须是学生.
(2)教学目标存在不具体的现象,在目标的设计上所涉及到的行为动词出现了模糊和笼统等问题,导致实践上操作的不方便.
(3)在安排好教学目标后,重点教学目标没有列出,所有的目标被同等对待,教学目标缺乏重点,必然导致教学时间的分配出现不合理,学生无法预知哪个知识重要,整节课听起开索然无味,最终的结果是诸多知识在学生大脑中乱串,沉淀下来的知识和经验寥寥无几.
1.3 基于任务设置教学目标的策略
(1)细化教学目标
新课程指出学生是教学的主体,教学目标必须面向全体学生,将教材中的知识内容和物理思想方法细化到具体的任务,并细化要求.拿人教版《必修1》第三章第3节的“摩擦力”为例,笔者在教学过程中,基于课程标准的要求,从可操作性出发,细化教学目标列表(表1)如下,实践经验表明,通过细化教学目标,能确保在教学过程中做到知识点无遗漏,学生的学习起点变得容易把握.
(2)逐步分解并呈现重、难点目标
重、难点知识目标,要放在学教案的中心位置,而且重、难点知识需要足够多的感性材料进行对比,在感性认知基础上进行分析才能实现目标的有效达成.
例如,人教版《必修1》“超重与失重”这一知识点的内容,为了有效突破教学难点,笔者在学教案的设计上分成了3个方面活动内容,引导学生逐步地探究实现知识的有效内化.
活动1(填表比较):指出下列(表2)4种匀变速直线运动的速度、加速度、合外力的方向
设计意图:上述表格的设计,学生通过自主分析填写表格,很自然地分析和对比可以发现加速度的方向与速度方向无关,联系到加速度的定义得到其方向应该速度变化的方向相同,同时从表格中加速度方向始终与合外力的方向相同,进一步深化理解牛顿第二定律的矢量性.此外,如果要将表格中的4个运动进行分类,可以根据速度的方向进行划分,也可以根据加速度的方向进行划分,为超重、失重本质的研究奠定了基础.
活动2(习题计算):电梯中有一台秤,在台秤上放一质量为m的重物,运用牛顿第二定律计算下列4中情形台秤的示数,与将示数与物体重力的大小进行比较.
①电梯以加速度a加速下降;②电梯以加速度a减速上升;③电梯以加速度a加速上升;④电梯以加速度a减速下降.
设计意图:让学生通过习题自己感知压力(示重)大于重力、压力(示重)小于重力两种客观存在的现象,在活动2分析的基础上,超重现象、失重现象的概念呼之欲出.
活动3(思考讨论):物体的重力是否受运动状态的影响?超重、失重现象的本质是什么?
设计意图:帮助学生有效复认对重力的认识,同时通过思考与讨论实现对超重、失重现象本质的理解.
2 科学设置情境激发学生探究兴趣、生成任务
目标设置是在上课前,好的目标如果学生缺失了学习兴趣也等于零,那么如何设置课堂教学情境呢?
2.1 基于生活经验和实验现象进行情境的创设
笔者在和学生一起学习《必修1》“力的合成”时,首先,让两个学生上来提水桶,随着两个学生提水桶的角度逐渐变化感知手对水桶的拉力大小再不断发生变化,而作用效果始终是将水桶和水提起悬于空中,继而从现象中得出结论:合力不仅仅与分力的大小有关,还与两分力的夹角有关?并非是简单的代数和.那么,如何进行实验探究呢?两分力的夹角反映了什么物理量呢?这些具体的任务也就自然生成了,学生的思维得以放开,实验设计有了认识基础.
2.2 基于物理学史进行情境的创设
例如,笔者在和学生一起学习《选修3-2》“电磁感应”第一节“划时代的发现”时,笔者将整个物理学史和学生进行了简单的回顾,借助物理学史创设情境,引导学生更全面的、细微的观察科学发现过程,引导学生从思想上意识到只有思维更缜密才能实现规律的发现,孤立、片面、粗略的观察往往只能留下遗憾,学生以史为鉴,提高观察意识和能力.同时,学生也十分好奇:“为什么电磁感应现象如此难以发现,要产生感应电流要有什么条件呢?”探究任务自然生成,学习活动有了指向性.
2.3 基于先进的教学媒体技术进行情境的创设
物理知识的学习注重理性思维,不过理性认识的深化需要大量的感性材料进行铺垫,除了上面说的生活现象和实验以外,有些物理概念距离学生的生活经验比较远,而且也不容易进行实验探究,那此时如何给学生提供感性材料呢?
笔者认为,对于距离学生的生活经验较远,且不容易进行实验探究的知识点,我们可以借助于多媒体技术进行模拟实验,或是运用图片给学生进行展示.
例如,笔者和学生一起学习《选修3-5》“重核裂变现象”时,为了提高教学的效果,我做了flas,通过图文、声音给学生出现了重核裂变的过程,从学生专注的眼神中,我看出了学生很感兴趣,也透露出对科学探究的渴望,我们有理由相信这样的教学效果要比枯燥地教授知识要好,感性材料的刺激,给学生留下深刻的印象.
2.4 制造认知冲突,激发学生探究兴趣
实践经验表明,超出学生原有预期的情境往往能够调动学生积极的学习情绪.
关键词:高一新生 物理学习 学习困难 学习心理 成因
中图分类号:G633.7 文献标识码: C 文章编号:1672-1578(2013)09-0146-01
1 高一学生物理学习困难的原因
1.1教材因素
初中物理课程往往与现实生活有着紧密的联系,物理现象也较为简单。而高中物理教材中,较多语言叙述较为严谨、简练,叙述方式较为抽象、概括、理论性较强描述方式较多,经常配予图像、公式、示意图等,内容相对枯燥无味。在学习时,它对学生的思维能力和方式的要求大大地提高和加宽了,给学生学习物理带来极大的影响。
1.2“数学工具”因素
在数学知识要求上,初中物理往往只局限于代入公式直接运算,算法也是较简单的加减乘除。而高中物理计算涉及矢量、三角函数、极限等有关运算,学生学习时更不易理解,而且考虑问题也更容易遗漏要点。如在力、速度、加速度的一些矢量运算中,学生往往只考虑到大小,而忽略了它们的方向,而且对于为何要用矢量进行计算,也是似懂非懂。高中物理二维三维空间的建立极其重要,这也给学生的学习带来了困难。
1.3.学生自身因素
从学生的发展来看,高中阶段,特别是高一阶段,一般是思维发展的转折期,即思维开始由经验型(形象思维)向理论型(抽象思维)发展,但抽象思维并不完善。而高一物理特点有:概念、规律的理解难度增大,同时引入理想化模型,使物理问题更趋抽象概括,这些理想化过程、理想化实验,抽象的思维方法需占主要地位。并且,在学习方法上,由于高中物理知识量多、难度大,教材各部分之间的联系紧密,步步深入,因此要求学生的学习方法随着教材和教学要求的变化而变化。单纯的“听”、死记硬背的“记”、机械的“练”,已不能适应高一物理的学习。很多同学,有时虽然能将文字读懂,甚至能背诵,但是并不理解其含义,从而产生理解教材的困难。
1.4教学因素
在物理知识的传授上,一些教师总摆脱不了一种模式:每一个物理概念和规律都要反复解释,每一种题型都要再三讲解,对有些容易出错的地方还要经常提醒,应该做什么,应该怎样做都交代得一清二楚,学生只要会照搬照套就行,这也给学生独立思考问题带来了阻碍。加之,题海战术,争取每个知识点都能搞得透,弄得懂,不分彼此,不分轻重。这就让学生的学处于被动状态,从而也增加了物理学习的难度。
2 高一学生物理学习不良的心理特点
2.1恐惧盲目心理
有些同学在初中基础较好,成绩较好,而且认为初中物理并不难学,一进高中,期望值过高,决心在高中大干一场。可是一段时间下来,却发现困难重重:概念容易混淆,如瞬时速度、平均速度、平均速率和速率,加速度与速度、减速中的加速度与加速度中的加速度都较容易混为一团。公式繁多,如速度与加速度之间的对应关系式,这些知识对于初中的知识基础来说却都无法派上用场。同时相当多的学生在学习过程中,学习方法只会死记硬背,做题时就生搬硬套,以致他们常忽略题中所包含的一些条件,有的甚至做题牛头不对马嘴。因此,许多同学一开始便觉得学习物理困难,当主观愿望与客观现实之间发生了矛盾,所遇到的学习困难长期得不到解决,就对物理产生恐惧心理。
2.2厌烦心理
有些同学表现为上课听得懂,但课后题目却不会做,当他们在短时间内若找不到对策时,就会心情郁闷,从而对物理学习产生厌烦情绪。这也正是高一学生在这个年龄段表现出来的意志力不够的成长阶段。一旦产生这种情绪,所有一切有关物理的学习便都转为被动。在这种情绪的带动下,学生形成成绩下降,动力不足的恶性循环,继而厌烦情绪加重。这些学生通常表现为上课无精打采,不专心,无所事事。容易产生这种心理的通常是那些平常性格较活跃的学生。
2.3自我满足心理
有些学生在掌握了部分知识或在几次甚至一次测试中获得较好的成绩后,产生了“学得还可以”的满足心理,这样就放松了学习。这是许多学生在初中时一贯的学习作风,因为初中教材相对简单,容易理解,常有些学生在短短的几十天时间内让成绩起伏不定。还有些同学在文理还未分班时,总认为自己对物理稍微了解即可,相信经过以后的努力可以弥补过来。有这种心理的同学,情绪大多数容易冲动,自制力差,稍有成绩便沾沾自喜,对知识的掌握常常一知半解,考试、作业中经常出现的遗漏和粗心大意的错误。
2.4依赖心理
在实际学习过程别是在当前有些学校为了提高升学率,常给老师施加压力,导致教师讲风过盛,讲课追求知识尽可能全面,甚至多重复几遍。这使得许多学生惯于老师把问题的答案按步骤全盘托出,遇到学习中的困难也总是依赖于别人给予解决,碰到较复杂的运算不愿动笔。有这种心理的学生,在学习物理时常常反映出依赖直观、套用公式等习惯的思维方式,碰到问题并不多加思考,稍微有相对提高层次的问题就放弃不管了。
3 关注学生学习的困难,帮助学生克服不良学习心理
扮演好课堂中师友的双重角色,在一定程度消除学生的恐惧、虚荣和逆反心理。首先要做到一视同仁;其次扮演好朋友的角色,以促进学生与老师之间在学习和生活上的沟通。
加强教学内容的生动化、感情化,消除学生的厌烦心理。在教材上多花功夫,精心设计教案,争取做到知识要点清晰明朗,以提高学生的学习兴趣。同时加强物理情境生活化,在课堂中适当引入现实中一些例子或有趣的物理现象,让学生感受到物理与现实生活的紧密联系,帮助学生建立起学好高一物理的信心。
一、通过演示实验创设物理教学情境
演示实验是物理教学中的必要环节,如何在实验中创设情境激发学生求知欲望,是我在教学过程中思考的问题。在讲授物理新课标选修3-2《探究电磁感应的产生条件》课时,为了激发学生的兴趣,我设计了这样的实验:先让一名学生把两节干电池,一个开关,还有一个能够发光的二极管这三样器材连接起来,看一下二极管的发光情况。我提示学生们为什么本节课利用发光二极管:发光二极管的功率小,当通过很小电流的时候发光二极管就能够发光。然后我又拿来一个1600匝线圈让学生思考:当发光二极管与线圈相连的时候能否发光?学生们都说不能。我又增加了一个条形强磁铁,并让学生思考,如何让二极管发光。学生猜想说:把磁铁放入线圈中发光二极管可能发光。为了验证学生的猜想,我慢慢往线圈中放入磁铁,二极管没有发光。正当学生们心灰意冷的时候,我突然把条形强磁铁猛然拔出,这时发光二极管闪烁了一下,学生们惊讶、兴奋地喊着:“二极管发光了!”这时我顺理成章地告诉学生们,在磁铁拔出线圈的过程中产生了电流,从而引出了课题,激发了学生的求知欲望。
物理新课标必修一《弹力》的“问题与练习”中,让学生做一个显示玻璃瓶微小形变的课后小实验:找一个大玻璃瓶装满水,滴入几滴红墨水,瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上,用手按压玻璃瓶,细管中的水面就上升;松开手,水面又降回原处,这说明玻璃瓶受到按压时发生形变。我给学生们演示这个实验时,先使用了课本中所示的圆柱形玻璃瓶,得出结论后,我又使用了椭圆柱形墨水瓶来代替圆柱形玻璃瓶,当用手按压墨水瓶突出的两侧时,细管中的水面不是上升,反而下降,这种现象与用圆柱形玻璃瓶的实验结果恰好相反,出乎了学生的意料,这时更加吸引了学生的注意力,激发了他们的学习兴趣。接着,我又用手按压墨水瓶扁的两侧,这回实验结果和用圆柱形玻璃瓶得出的结论一样。这个实验排除了少数学生认为是由于人手的温度引起水热胀而产生了水面上升的可能,同时也使他们看到了圆形物体的容积比椭圆形物体大。而且从不同的角度加深了学生对“弹性形变”的理解,进一步激发了学生的求知欲望。
二、联系生活实际创设物理教学情境
在物理课堂教学中,用日常生活中的事例作为切入点,能较大程度地激发学生的学习兴趣。例如在讲授必修一的《牛顿第三定律》时,我请一位身体强壮的甲同学和一位身体瘦小的乙同学进行拔河比赛。由于身材上的较大差别,结果是显而易见的,于是我顺势提出了甲拉乙的拉力和乙拉甲的拉力谁大的问题。绝大部分学生认为身材强壮的甲同学拉力大,我没有发表意见,只是改变了比赛规则,让身体强壮的甲同学站在滑板车上和乙同学再次进行比赛,结果乙同学胜了,学生们一下子被这两个矛盾的结果迷惑了,开始热烈地讨论起来,课堂的气氛相当活跃。这时我告诉他们:力的作用是相互的,甲对乙的拉力等于乙对甲的拉力,从而从容地引出了《牛顿第三定律》。
又如,在讲授必修一《牛顿运动定律》中的超重和失重时,我让同学们回忆我们上楼时坐电梯的情景:电梯上升过程中,启动时,我们明显感觉到脚下有向上托的力,说明电梯启动时的支持力大于重力,加速度向上,是超重现象;电梯停止时,感觉到脚下的支持力减小,说明电梯停止时支持力小于重力,加速度向下,是失重现象。电梯下降过程中,启动时,感觉到脚下的支持力减小,说明电梯这时支持力小于重力,加速度向下,是失重;电梯停止时,感觉到脚下有向上托的力,说明电梯这时支持力大于重力,加速度向上,是超重。可见,在物理教学过程中联系生活实际,能吸引学生的注意力,激发他们的学习兴趣,取得良好的教学效果。
三、利用多媒体课件创设物理教学情境