物理课程与教学论.ppt

中学物理教学论,李奇云 电话Email: ,第二章 物理科学与中学物理教学,基础教育中物理教育的总体目标：提高全体学生的科学素养 物理课程标准 未来的物理教师应了解科学素养的内涵和提高全体学生科学素养的途径,Q 什么是物理学？ 物理学是研究自然界物质的基本结构及其相互作用和基本运动规律的科学，是自然科学各学科的重要基础。 三个发展阶段：古代物理学发展时期；经典物理学时期；现代物理学时期,第一节 物理科学概述,主要集中在中国、古希腊、阿拉伯等国家和地区 中国： 对“物质起源”进行过深入的探讨道论、气论、阴阳论、五行论，“以道为源，以阴阳为宗，以元气为体，以五行为用” 墨家对“时空”概念作出较为科学的论述（P25） 中国古代在力、热、声、光等方面取得了巨大的成就： 墨经记载了世界上最早的力的定义“力，刑之所以奋也”；小孔成像；指南针、火药、印刷术 这些充分体现了中国古代劳动人民的聪明才智，并对人类文明的发展起到了巨大的推动作用。,一、物理学发展的历史脉络,1、古代物理学时期,古希腊、阿拉伯等国家和地区 亚里士多德的物理学：力是维持物体运动的原因 阿基米德的杠杆原理,1、古代物理学时期,古希腊人在光、声、热、电和磁方面有杰出的成就 希隆用光程最短的原则证明了光的反射定律 泰勒斯知道摩擦起电 苏格拉底知道磁化现象,阿拉伯人在光学和静力学方面取得了一些成就,自16世纪伽利略研究地面上的运动开始 伽利略：（15641642）意大利科学家，实验物理学的开拓者（创始人） 伽利略在批评亚里士多德的观点中发展壮大论运动 “两个铁球同时落地” 著名的斜面实验,2、经典物理学时期,1638年出版关于两门新科学的对话 对材料强度的研究 对运动的研究,牛顿：（16421727）英国科学家，17世纪最伟大的科学巨匠，建立了经典力学，完成了物理学发展史上的第一次大综合 自然哲学的数学原理 万有引力定律，将天体的运动与地面上物体在重力作用下的运动归结为统一的力的作用人类认识史上一个重大的飞跃 牛顿三大力学定律 光的色散、光的干涉和衍射、牛顿环,2、经典物理学时期,19世纪，能量转化与守恒定律的确立，物理学发展史上第二次伟大的综合伽利略、惠更斯、托马斯杨、迈尔、赫尔姆霍兹、焦耳，永动机不可能实现 19世纪60年代建立的经典电磁学物理学发展史上第三次伟大综合，导致了场物理学的诞生伏打电池、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦,2、经典物理学时期,Maxwell,19世纪末出现经典物理学无法解释的漂浮在物理学天空的“两朵乌云”,3、现代物理学时期,1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。但是，明朗的天空还有两朵乌云,二 、物理学研究方法的演变,1、古代时期 主要靠人的感官直接观察自然界，用猜想去解释自然界 亚里士多德的逻辑方法“归纳演绎” 阿基米德的实验方法数学演绎与实验相结合 2、经典时代 注重实验，并对经验进行有机整合 伽利略的受控实验法把实验、数学、思维有机结合起来 培根认为获取知识的主要方法是观察和实验归纳法 牛顿的理想实验法、假说法 3、现代时期 在科学发现的方法上发生了根本性转变，以探索性演绎法（“假说演绎”）取代了经验归纳法。,三 、物理学、技术与社会,物理学与技术的关系是辩证统一的关系 物理学与技术的目的和任务不同：物理学解决自然界 “是什么”、“为什么”的问题；技术解决自然界 “做什么”、“怎么做”的问题 物理学与技术研究的内容不同：物理学研究的是人类未知的领域，基础性研究；技术研究的是出现的实际问题，应用性研究 物理学与技术成果的表现形式不同：物理学成果表现为发现新现象、揭示新规律、构建新理论；技术成果表现为新工具、新工艺、新方法分发明 科学技术与社会是互动的关系 人类社会发展史上的三次工业革命 科学技术是第一生产力，科学技术是一把“双刃剑” 必须重视和加强“物理学、技术与社会关系”的教育,四 、科学对社会精神文明的贡献,科学研究需要文化精神的参与：团队合作精神、献身科学研究的精神、实事求是的精神 科学家在科学研究中表现出的某些高尚卓越的气质、风格、意志、态度和修养（独特的人格魅力） 科学精神是科学素养的一个重要表现“情感、态度、价值观”（物理课程标准） 科学精神可以深化或外化为一般的人类文化精神理性精神 物理学理论的形成伴随正确研究方法的运用，渗透着科学研究中独特的科学精神，其理论成果与技术相互促进推动人类社会物质文明的发展，而科学精神又极大地丰富了人类社会的精神文明物理教育中的三维目标,问题： 你怎么理解素质、素质教育？ 你怎么理解科学素养？科学素养主要包括哪些要素？ 你知道当前我国公民的基本科学素养水平吗？ 如何通过物理教学提高学生的科学素养？,第二节 科学素养与中学物理教育,人的素质冰山图,海平面,1983年，国际科学素养发展中心主任Miller在科学素养：概念和经验的回顾一文提出科学素养的三个维度（三维模型）: 对科学技术术语和概念（科学知识）达到基本了解 对科学的研究过程和方法（科学本质）达到基本了解 对科学的社会影响达到基本了解,2061计划: Science for All Americans (AAAS，1989),熟悉自然世界并认识它的多样性和统一性 理解科学概念和原理 懂得科学、数学和技术的一些相互依赖方式 认识到科学、数学和技术是人类的事业及其局限性 形成科学的思维方式 运用科学知识和科学思维方法解决个人和社会问题,OECD（1999） The capacity to use scientific knowledge, to identify questions and to draw evidence-based conclusions in order to understand and help make decisions about the natural world and the changes made to it through human activity .,经济合作与发展组织（1999年）认为：（科学素养是指）能够运用科学知识，识别问题并根据证据得出结论，从而理解自然界和人类活动对自然界的改变，以及作出相应的决策的内禀特质和能力。,科学素养的主要内涵 1. 对部分科学内容（science content）的理解，包括事实、定律、概念和理论，这是公认的关于自然界的科学知识。 2. 对科学探究方式的理解（scientific approach to enquiry）。例如，理解科学方法及其限度和威力 3. 对科学作为一项社会事业的理解（science as a social enterprise）。简短地说，就是理解“社会中的科学”（science in society）和“作为社群的科学”（science as society）,科学素养的水平（ By bee，1997） 科学文盲（science illiteracy） 语词科学素养（nominal scientific literacy ） 功能性科学素养（functional scientific literacy ） 概念和程序性科学素养（conceptual and procedural scientific literacy ） 多维的科学素养（multidimensional scientific literacy),课程标准对科学素养的界定 科学素养主要指必要的科学知识、科学的思维方式、对科学的理解、科学的态度与价值观，以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力。科学素养的形成是长期的，早期的科学教育将对一个人的科学素养的形成具有决定性的作用。,科学素养包括科学知识与技能、科学过程与方法、科学的本质、科学的态度与价值观以及科学技术与社会等几个维度,物理科学素养是科学素养在物理学科领域的具体体现，主要包括物理知识与技能、物理方法、物理能力、物理思想、物理科学品质。,物理知识包括物理基本概念、规律和物理理论。 物理技能是解决具体物理问题的经验性操作活动或心智活动方式，技能是能力形成的基础。 物理方法是在经验的基础上抽象概括而形成的，是人们在认识物理世界的过程中形成的具有普遍适用性的活动方式。 物理能力是顺利解决物理问题的个体心理特征，其基本要所是物理知识与物理技能。 物理科学品质包括科学精神、科学态度和科学伦理道德。,物理科学素养,由于种种原因，我国公众的基本科学素养水平还很低，1996年仅为0.2，2001年为1.44%，2003年为1.98%，2005年为1.60%，2007年为2.25%，2010年为3.27%。虽然我国公众科学素养在稳步提高，但与发达国家相比仍有很大差距（美国在2000年达到17% ），目前我国公民的基本科学素养水平相当于日本（1991年3%）、加拿大（1989年4%）和欧盟（1992年5%）等主要发达国家和地区20世纪80年代末、90年代初的水平。,我国公众的科学素养状况简介,我国公众科学素养水平急需得到有效的提高！ 这个重任由谁承担？,提高科学素养的途径,1. 重新定位科学（包括物理）教育目标 一是要面全体学生，使他们在中小学能接受基本的科学素养教育； 二是坚持全面的科学教育，使学生在科学知识、科学精神、科学方法等方面得到全面的教育,2. 调整课程结构：由单一到多元 要有效的提高学生的科学素养，必须打破单一的课程结构，突破课程内容只重知识的倾向，构建以必修课为主，选修课、活动课为辅的课程结构。,3. 改革课程内容：由学科知识向综合知识 第一，科学的全面性和广泛性。科学知识的普及既要注意稳定的知识，又要注重新兴的知识，要反映当代科学技术发展的性质、水平和最新动向， 也要寻求不同领域的科学知识融会贯通和完美结合。 第二，从强调科学知识本身转向科学知识的产生和发展过程，让学生掌握科学思维和科学研究的方法以及蕴含与科学知识中更深层次的科学精华。 第三，从纯粹的书本理论知识转向实用性强的，与市场需求、祖国需要和人类未来息息相关的科学知识。,提高科学素养的途径,4. 改革教学方式 （1）改变过去以讲授知识细节为主的教学方式，重视儿童的思维能力和创造能力的培养，实施多样化的教学。 实验教学法 探究研讨法 研究性学习 问题解决法 （2）运用科学教育研究成果指导课堂教学,提高科学素养的途径,5. 改革教学评价 评价目的：改变过去过分强调评价的甄别功能的状况，强化评价在促进学生的发展方面的功能 评价内容：改变过去只关注学生对知识的接受或认知能力的评价的做法，全面评价学生多元智力和能力的发展，包括学生在情感态度价值观方面的进步 评价方法：改变过去过多地倚重定量评价方法，甚至以书面笔试为唯一方式的做法，采用包括定性评价方法在内的多样化的评价形式 评价主体：提倡尊重被评价者的人格，发挥被评价对象的主动性,提高科学素养的途径,6. 充分利用大众传播媒体 国民科学素养的孕育、提升，除了靠系统的学校教育外，还有赖大众传播媒介提供科学信息 国内、外的相关研究（谢瀛春，民77年；Schramm，1961；Cohn，1965；Logan，1977 及 Hively,1988）都