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超重与失重的教学设计与思考 粤教必修

我校作为二期课改试点学校,已在研究型课程和拓展型课程中实施研究性学习。学生根据自己的兴趣爱好来选定研究课题,在教师的指导下进行研究性学习。在强调培养学生创新精神和实践能力的今天,研究性学习已得到广泛的重视。如何将研究性学习引入到基础型课程的教学,是我校正在思考和试验的课题。我校高一(10)班是素质教育试点班,学生的学习较为扎实,智力因素和非智力因素都相对较好,对物理学习兴趣浓厚,学习热情高。因此考虑采用一种能充分调动学生学习的积极性、体现学生学习的自主性和探索性的学习活动。也就是将课堂教学作为一种载体,尝试研究性学习的引入。

物理是一门实验学科,加强物理实验教学,可以为学生的亲身体验创造更多的机会。物理规律就是在观察、实验的基础上通过分析、归纳、计算等得出的,其正确性也有赖于实践的检验。教材上写的、教师讲的,对学生来说都是间接经验,而只有间接经验转化为直接经验才会具有持久的生命力。是否能从被动地观察教师的演示实验改为由学生主动地设计实验、亲手操作实验、自行分析归纳实验结果呢?

“超重与失重”是高一物理教材中牛顿第二定律应用的内容,是抽象规律在具体现象中的一个反映。通过这节课的学习,学生应掌握“超重与失重”的概念。本节课的重点是能够运用牛顿第二定律解决超重、失重现象中的有关问题;难点是超重与失重是由运动物体的加速度方向来确定而与运动方向无关。本节课也为以后学习圆周运动一章中,对有关卫星运动时卫星中的物体处于完全失重状态的正确理解打下基础。

“超重与失重”这节课,可以通过多种实验来反映其现象,并通过这些现象来分析、探究其规律。设计实验和操作实验在学生领会和掌握“超重和失重”这一物理现象中扮演了重要的角色。让学生在开放的环境中设计实验,由学生亲自操作实验,能更有效地让他们对物理现象及过程有亲身的体验,同时,在实验的设计和操作过程中,又能锻炼他们的动手能力、培养创新精神和提高科学素养。本节课的重点就落在了对实验的设计、操作,以及对实验所反映出来的现象进行分析、归纳和总结,并得出正确的规律。

一、教学设计

以往在进行这节课的教学时,课堂教学的流程一般为:

课中的实验由教师选定,并由教师来演示。其优点是符合学生的认知规律,教师易于控制课堂教学的进程。以掌握知识的角度来看,是一种行之有效的方法。但由于课时的限制,学生在这节课中的活动不可能很多,特别是在引导学生主动学习、创造性学习方面存在较大的缺陷。

研究性学习的提出,是以认知学习理论和人本主义学习理论为基础的,具有科学性、主体性、探索性和创新性的特点。研究性学习的建构主义模式,是由皮亚杰的理论发展而来。皮亚杰认为,认知结构可用“图式”来表示,图式可以发展,通过同化和顺应来实现与环境的平衡,并导致个人内部图式的变化。同化实现了认知结构的量的补充,而顺应则是认知结构质的变化。同化和顺应的过程,实际上就是建构的过程。在研究性学习的过程中,强调让学生自主地建构和完整自己的认知结构,也就是说,让学生自主参与、积极参与类似科学家的探索活动,在学习和探究活动中获得体验,逐步形成一种在日常学习与生活中善于质疑、乐于探究、刻苦求知的心理倾向。因此,研究性学习更注重学习的过程,注重在学习和探究的过程中逐渐形成可科学的学习方法和科学精神。

基于研究性学习的特点和物理学科的实验性,我决定采用课内外相结合的方式,通过学生的课外自学和课内讨论、理论知识和实验设计操作、教师和学生互相配合等来进行教学,并设计了教学流程:

二、教学实施

在学习了牛顿第二定律后,布置学生自学超重和失重这一节课文,并给出思考题,让学生初步形成图式。由于研究性学习的过程,也是一个人际沟通与合作的过程。因此,将全班分为六个小组。在自学的基础上,通过小组的交流讨论,初步掌握超重与失重的规律。然后各组设计实验,用实验来演示超重与失重的现象,用实验来证实自己的观点。在这个阶段,向学生们开放实验室,提供物理实验的参考资料和实验器材。在各小组进入实验设计阶段后,教师与各小组进行交流,及时了解各组的设计方案,注意实验的可行性,同时避免实验的雷同。在设计实验和准备实验的阶段,是学生原图式同化和顺应、矛盾冲突的发现阶段,这时教师的配合和启发是至关重要的。当学生从实验的成功中感受到喜悦,激发其探究的热情时,教师应及时给予鼓励。而当实验失败时,从某种意义上说,其体验会比成功的体验更为深刻。因此,更要注意培养学生锲而不舍的精神,教师则应及时地给予适当的启发和引导,但不是直接代替学生来完成实验。最后,六个小组设计的实验分别为:轮胎实验;水瓶实验;磅秤实验;纸带实验;压强计实验;天平实验。

在课堂实验演示、讨论阶段,由各小组同学分别演示实验、阐述观点。这是培养学生逻辑思维和表达能力的时候,同时也是在座同学的观察、判断、分析和归纳的时候。在看其他小组的实验过程中,同学的质疑和论证又是一次图式的同化和顺应的过程,原有图式的再次改造和完善,构建成螺旋型认知结构体系。

三、教学思考

1、教师在学生的活动中起引导作用,但不能代替学生去解决矛盾冲突。

磅秤实验小组的设计是站在磅秤上向下蹬。实验前学生认为是失重现象。但在实验中他们观察到的现象却是指针先偏小后偏大,最后指回原来的位置。反复实验的结果均是一样的。在与预计的结果完全不同时,学生的一个想法是:这个实验做不好,还是另设计一个。这时,如果老师直接向学生解释原因,那么就失去了研究兴学系的价值目标指向。尊重实验事实是培养学生科学精神和科学态度的重要环节。在教师的建议下,学生轮流进行了实验体验,展开了讨论。在尊重实验事实和对超重与失重的初步认识的前提下,与实验现象相对应,进行分析比较,终于得出了正确的:理解下蹬过程并不只是向下的加速过程,它分为先向下加速,后向下减速,最后停止运动。运动的加速度是先向下、后向上,最后为零,对应于物理现象为失重、超重和平衡。由此,学生归纳出超重和失重是由运动加速度方向决定的,并且又做了从磅秤上站起来的实验。这次实验的结果就与预想的完全相同了。学生这一自主学习的认知结构图式为:

2、在教学活动中,不仅要重视结果,更应重视学生的学习过程。

在课堂教学中引入研究性学习,对教材规定的基本知识、基本技能的落实固然重要,但更重要的是让学生对科学研究的一般过程、方法、原理等有所了解和体验,从而逐步发展他们主动地、创造性地获取知识的能力。例如设计和操作天平实验的小组,学生们在发现实验效果不明显时,采用了不同倔强系数的弹簧和不同质量的钩码来进行多次实验。在实验过程中,他们采用了控制变量法,并将实验结果用表格形式进行对比,找到了效果最好的一组。限于学生的认知水平,他们还未掌握弹簧的振动周期和动量定理,对为什么选用某一组进行实验效果最好的解释尚不能令人满意,但能够采用科学的方法来进行探究的这一过程本身,对学生学习能力的提高是极为有益的。

3、在研究性学习中,小组合作形式是一种积极有效的学习策略。

现代科学技术的发展都是人们合作探索的结果。社会人文精神的弘扬也把善于合作作为重要的基础。研究性学习也要注意主体性人格的培养。因为,认知的过程,也是满足学习者心理需求的过程,伴随着浓厚的情意色彩。学习行为又是一种社会化行为,惟有与他人合作、沟通、互动,才能取得较大的成效。在班级集体教学中,往往有部分特别活跃的学生积极参与学习活动,而相当一部分学生则处于“旁听”的被动状态。分组进行实验设计后,各组学生在共同进行学习交流、实验的设计试验、分析讨论活动中,互帮互助、沟通感情,促进了学生间良好的人际合作关系,也促进了心理品质的发展。

4、加强物理实验教学,既符合学生的认知规律,又符合学生的心理特征。

物理教学有很强的逻辑性,但如果总是让学生去求解一些斜面、小球的问题,他们就会感到枯燥乏味。青少年都具有对未知世界的好奇心,动手体验的欲望很强。以往教师将课堂演示实验的器材一拿到教教室,就会有许多同学围上来观看、猜测和评说。而教师往往会担心影响课堂演示实验的效果而不让学生动手触摸器材。现在,让学生自己设计实验,自己动手操作实验,极大地调动了学生学习的积极性,最大限度地满足了他们探索未知世界的欲望。在设计水瓶实验、轮胎实验等时,学生们选用的器材都是随手可得的,这也使他们感到生活中到处有物理,物理与他们的生活息息相关,从而增强了对物理学科的亲切感,激发了他们的学习兴趣。

研究性学习的开放性、综合性与必修课中课程标准设置的指向性、各学科的单一性之间必然存在矛盾。因此,各校往往首先在活动课程或选修课程中实施研究性学习。从教育心理学角度来看,学习的三个层次为:了解事物性质的概念学习;懂得概念与概念之间联系的规则学习;运用概念和规则的问题解决学习。研究性学习显然偏重于第三层次。但是,在各学科的落实基本规律和基本技能的必修课教学中,第三层次的学习同样重要,也应该同时融入对学生的创新精神和实践能力的培养。本节课的教学设计,只是在这方面的一个尝试。但基于上述矛盾,以及课时数的规定等因素,研究性学习在必修课中的延续性仍是一个值得探索的课题。

(此文刊登在上海教师)

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