让学生重演物理知识发生过程(2014.08.03)

让学生重演物理浙江省义乌中学吴加澍(杭州2014.08.03)知识的发生过程◆从知识本位回归到三维目标◆把属于学生的东西还给学生◆从学术形态深入到教育形态◆让学生重演知识的发生过程我的物理教学主张为何教为谁教教什么怎么教一.

从“生物重演律”到“教学重演律”三.

“重演知识发生过程”的教学模式二.

“重演知识发生过程”的教学策略【发言提纲】让学生重演知识的发生过程【生物重演律】胚胎发育物种进化历程的重演种细胞成熟体●德国生物学家海克尔（1866年）从“生物重演律”到“教学重演律”“个体发生就是种系发生的短暂而迅速的重演”无数事实证明，“重演律”具有普遍意义。它不仅适用于生物学，还可推广至其它领域，包括经济、文化以及教育等领域。学生学习科学的进程可以看成是人类探索科学进程的认知意义上的重演。从“生物重演律”到“教学重演律”●相关的研究(母小勇)通过心理学实验，得出物理的学习进程曲线参照物理学年表，得到物理学发展进程曲线学生学习科学的心理顺序差不多就是人类探索科学的历史顺序；结论：科学家知识原发现学生的知识再发现具有极大相似性研究发现，人类探究经典物理学的进程与人们物理概念的学习进程有着内在的相似性，总体上都历经了“渐进期”、“高原期”和“突变期”从“生物重演律”到“教学重演律”●教学重演律【教学重演律】教学过程人类认识历程的重演未知真知重演律不仅揭示了客观世界的一种普遍现象，而且还具有重要的方法论意义。同样地，教学重演律也可以作为指导教学的基本思想方法。从“生物重演律”到“教学重演律”●教学重演律【教学重演律】教学过程人类认识历程的重演未知真知●波利亚提出——“在教一个科学的分支(或一个理论、一个概念)时,我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子,当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子。”教学发生学原理从“生物重演律”到“教学重演律”●物理教学的基本主张——让学生重演物理知识的发生过程◎让学生重演物理知识的发生过程，是指学生在教师的引导下，去揭示并感受物理知识发生的原因、物理知识形成的经过、以及物理知识发展的方向。◎让学生重演物理知识的发生过程，可以使学习成为学生“亚研究”、“再创造”的过程，这将有利于*激发学生学习兴趣，促进学习主动有效；*揭示知识本原意义，优化学生认知结构；*拓展物理教学功能，全面落实三维目标。*物理知识“生长三部曲”：发生——形成——发展*物理知识“学习三要点”：为什么—是什么—怎么样一.

从“生物重演律”到“教学重演律”三.

“重演知识发生过程”的教学模式二.

“重演知识发生过程”的教学策略【发言提纲】让学生重演物理知识的发生过程◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略——问题导引启迪智慧◆两条铁律——彰显物理学科特色◆三序合一——优化课堂教学结构◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略——问题导引启迪智慧●问题是教学核心*古希腊普罗塔戈：“大脑不是一个要被填满的容器，而是一个需要被点燃的火把。”——“问题”就是点燃学生思维的火种*西方学者德加默：“提问得好即教得好”——“问题导引”是通向高效课堂的钥匙有效的教学，应该使学生置于问题情境中，让他们去经历智力的探险。◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●教学方式的转型知识呈现式问题导引式◎教学建议：知识问题化，问题情境化知识问题情境把知识转化为问题，将问题融合于情境之中在情境中思考问题，在思考问题中掌握知识*教学设计过程:*学生学习过程:知识的溶解知识的结晶

从根本上可以说，教学设计就是问题设计。一堂好课，就是由一连串有效问题组成的。

——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征

教学中的有效问题，是指能够激起学生的探究欲望，并能促使他们运用已有知识，通过质疑、分析或推理，去主动建构新知识的问题。◎角度：问题的针对性(紧扣教学目标,针对学生实际)◎梯度：◎广度：◎深度：问题的挑战性(引发认知冲突,激活学生思维)问题的开放性(解答思路多元,思维活动开放)问题的层次性(设问有序递进,思维逐次深入)◎难度：问题的适切性(面向多数学生,符合认知水平)——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎角度：问题的针对性(紧扣教学目标,针对学生实际)【例】万有引力定律的应用条件(1)你与你的同桌之间有引力作用吗？为什么不会因此而靠拢？(2)你能通过计算求出你俩之间的引力大小吗？(3)这样的计算有问题吗？为什么？(4)你受地球的引力有多大？你能通过计算求出它的大小吗？(5)设想你到达离地心距离等于R地/2的深井，你的体重将会如何变化？●——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎深度：问题的挑战性(引发认知冲突,激活学生思维)知识陷阱知识台阶例1：物体的超失重例2：光的全反射*当磁铁由静止开始向下运动时，会发生什么现象？*若磁铁由静止开始向上运动呢？*学生思考：一束光线从玻璃（n=√3）射入空气，已知入射角为60°，问：折射角是多少？解1：由sin60°/sinθ=√3得θ=30°解2：由sinθ/sin60°=√3得sinθ=1.5*观察实验：光从玻璃以60°射入空气，没有折射光线！*提出课题：……××——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎广度：问题的开放性(解答思路多元,思维活动开放)【例1】质点受同一平面内几个共点力作用处于平衡状态，若撤去其中一个向东方向的力，质点将会如何运动？*多数学生：质点将向西做初速为零的匀加速直线运动*少数学生：质点可能向西或向东做匀变速直线运动*更少学生：质点可能在平面内做匀变速曲线运动*个别学生：质点可能沿各个方位做匀变速运动

传统的教学历来强调问题的确定性，排斥问题的可能性。这就导致我们的学生长于求同，弱于求异，缺乏发散思维和想象能力。点状思维线性思维平面思维立体思维——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎广度：问题的开放性(解答思路多元,思维活动开放)【例2】如图,当电键K闭合瞬间,线圈abcd中会产生感生电流吗？如果有,方向怎样？

如图，ab是闭合线圈的一部分，当电键K闭合瞬间，ab导线中会有感生电流吗？如果有，方向怎样？Kabcd——答案确定，思维单向——答案多元，思维发散结构良好问题Kab结构不良问题——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎难度：问题的适切性(面向多数学生,符合认知水平)问题距现有发展区已知未知潜在发展区最近发展区低效问题无效问题有效问题学生现实起点（认知水平、知识基础）合理的问题起点合适的参照原点教材逻辑起点（教材结构、知识联系）——中偏下位置（黄金分割点0.618）——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略●有效问题的特征◎难度：问题的适切性(面向多数学生,符合认知水平)FF2F1【例】逆风行舟*难点：缺乏直观感受难于物理建模*对策：搭建认知台阶风帆小车电风扇风向指示FF2F1实验演示模拟操作原理分析——问题导引启迪智慧◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略——问题导引启迪智慧●问题情境的创设◎所谓问题情境，就是将问题蕴含于特定的场合（环境）之中，当学生面临这种特定场境时，根据已有的知识或经验不能加以解释，导致认知失衡，从而产生困惑，且又急于消除这种困惑的一种心理状态。◎创设问题情境，可采用的方法有——

基于实验，创设探究情境

引发冲突，创设愤悱情境

学生参与，创设生成情境……

激活知识，创设应用情境

联系生活，创设物理情境◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略——问题导引启迪智慧●问题情境的创设◎需要指出的是，问题情境并不会自动形成有价值的问题。因为有效问题不等同于“现象+问号”,而是产生于“现象+质疑”。【例】共振现象播放视频（美国塔柯姆大桥）讲解知识×构建模型提出猜想实验探究总结规律情境与知识“两张皮”◆一项原则“重演知识发生过程”的教学策略——问题导引启迪智慧●问题情境的创设◎需要指出的是，问题情境并不会自动形成有价值的问题。因为有效问题不等同于“现象+问号”,而是产生于“现象+质疑”。情境之于知识，犹如汤之于盐。盐溶入汤中，才能被吸收；知识需要溶入情境之中，才能显示出意义和价值。

情境不是漂亮外衣，重在促进学生思维。有效问题情境的作用是——明晰思维方向——激发学习动机——提供认知起点“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●物理学科的特色——事实证据——理性思维物理（以实验为基础）（以思维为中心）讲求事实证据崇尚理性思维让学生重演物理知识的发生过程，同样离不开观察实验和理性思维这两只脚。“科学是在用理论和实验这两只脚前进的。有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚：先建立理论然后做实验，或者是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚并推动实验前进，如此不断交替进行。”——密立根物理教学的两条铁律“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以实验为基础◎一种新视角：按照科学本质，优化实验教学理解科学本质是提高学生科学素养的核心，物理实验教学是对学生进行科学本质教育的主阵地之一。

科学教育必须遵循科学形成与发展的规律，让学生能够学真正的、有用的科学。同样地，按照科学本质来开展并优化物理实验教学，就显得格外重要。“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以实验为基础◎一种新视角：按照科学本质，优化实验教学◎科学本质是什么？*科学事业的本质

科学是一种复杂的社会活动,科学分成专门领域并在不同情况下进行研究,科学必须考虑伦理的原则,科学家既作为专家又作为公民参与公众事务。*科学知识的本质

世界是可认识的,科学知识是可变的,科学并不能解决所有问题;*科学探究的本质

科学讲究证据,科学是逻辑和想象的结合体,科学具有解释和预测的功能,科学试图确定和避免偏见,科学反对权威;——引自《面向全体美国人的科学》“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以实验为基础◎一种新视角：按照科学本质，优化实验教学◎科学本质是什么？◎体现科学本质的物理实验教学，应该是——

科学源于好奇

科学贵在探究

科学追求真实

科学倚重思维

科学有待发展——激发学生的求知欲——增强实验证据意识——拓展实验的探索性——观察思维协同递进——融合物理学史教学“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识【例1】电荷间相互作用库仑定律多媒体技术能够以假乱真，但是不应该以假代真；过去黑板上做实验不对，现在屏幕上做实验同样不对。这样的做法可取吗●真做实验（真实性）“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识【例2】德国物理教师做碰撞实验●真做实验（真实性）“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识抽象的经验观察的经验直接的经验有目的的直接经验设计的经验参与活动见习旅行参观展览案例影像观摩示范语言视觉符号广播图片戴尔“经验之塔”●真做实验（真实性）“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识抽象的经验观察的经验直接的经验有目的的直接经验设计的经验参与活动见习旅行参观展览案例影像观摩示范语言视觉符号广播图片戴尔“经验之塔”◎教学媒体选用顺序实验观察视频播放动画模拟图片展示语言表述●真做实验（真实性）“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识●真做实验（真实性）●做真实验（科学性）【例】白光的色散与复合白光白光红光紫光白光白光红光紫光“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学追求真实

——增强实验证据意识●真做实验（真实性）●做真实验（科学性）还有更多的“假实验”……*“感应圈+阴极射线管”演示磁现象的电本质*“感应圈+平行板电容器”演示变化电场产生磁场*“音叉转动”演示声波的干涉*“金属盒+手机”演示静电屏蔽启示：物理教师应具备扎实的实验基础知识。*……“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色

科学贵在探究

——拓展实验的探索性【例】探究感生电流的产生条件实验观察①B不变，S变化时有感生电流；②S不变，B变化时有感生电流。∵φ＝B·S，所以可用磁通量来描述感生电流产生的条件。*如果问学生：若B、S同时都变化，会产生感生电流吗？——学生一致认定：会！这样的归纳有问题吗？只是体现了B、S与φ知识之间的相关性，未突出用φ变化作为产生条件的必要性！可见这样归纳并没有触及问题的核心——分析论证归纳结论“重演知识发生过程”的教学策略【例】探究感生电流的产生条件*对策：拓展实验，揭示关键*实验：使回路的B和S同时变化，观察有无感受电流产生。磁通量不变！*启示：B、S的变化并非是产生感应电流的本质条件。*探究：为什么回路中B和S都变化，却没有感生电流产呢？G*归纳：从磁通量变化的角度，解释其它的实验现象……科学的本质观告诉人们，科学的发展就是不断提出假设，不断经受反驳的过程。不能被否证的理论是伪科学。为此，在物理教学中我们不仅要做证实性的实验，有时还要做证伪性的实验。——科学的可证伪性G“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心教师的思维活动学生的思维活动自学上课备课物理学家的思维活动反馈▲揭示物理学家的思维过程▲还原稚化教师的思维过程▲充分暴露学生的思维过程◎物理教学要做到——◎物理教学中的三种思维活动：“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲揭示物理学家的思维过程物理学家的思维活动也是一种宝贵的教学资源。它不仅有助于学生加深对物理知识的本质的理解，而且也为培养他们的科学思维方式，提供了极好的素材和范例。李远哲曾因研究化学反应的微观动态机制而获得诺贝尔奖。他说：“我所从事的工作，类似在黑暗的动物园里设法探测一个笼子中有哪些动物。办法是往笼子里面扔些东西，……”黑箱推理“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲揭示物理学家的思维过程1.绝大多数没有偏转2.少数粒子较大偏转3.极少数被反向弹回原子内部十分“空旷”原子内部有“核”存在作用力很大电量质量集中（类比）行星模型【例】原子核式结构模型的发现原子的核式结构实验观察分析推理联想类比构建模型让学生学生循着前人的思维历程去亲身体验，不仅有利于理解所学的知识，更使他们从中受到了科学思维的熏陶。“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲还原稚化教师的思维过程*还原

——展现教师的思维过程*稚化

——回归学生的思维起点师生思维同频共振教学实践表明，引导学生思维的最好办法是教师与学生一起思考，而不是代替学生思考，或者比学生更聪明地思考。有时老师越“聪明”,学生反而会越笨。*教师的角色——经常给学生找麻烦——先问迷糊再教明白——学生思想的助产婆*负责的老师*高明的教法“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲充分暴露学生的思维过程学生的思维过程是教学活动中最重要、最本质的过程。知识和思想应该在学生思维的碰撞中产生出来，这样才有价值，才会留下深刻的印象。“把学生的错误消灭在萌芽状态中”——课堂是允许学生出错的地方！学生做对了，说不定只是模仿;学生做错了，绝对是他的原创。——学生错误也是重要的教学资源！*对一种提法的质疑：*玻尔说过：如果谁在第一次学习量子力学时，一点都不觉得糊涂，那么他就是一点也没有懂。“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲充分暴露学生的思维过程【例】某发电机的功率P=5000瓦，电压U=200伏，用户电压U’

=220伏，输电线电阻R=12欧，线路允许损耗功率ΔP=P×6%。试问应选用怎样的变压器？”教学中，不妨让学生按着他们的习惯思路进行分析：先求线路电流（A）再求线路电压降（V）变压器输出电压（V）学生发现，这时变压器的输出功率＜5000（W）通过进一步的分析、讨论，最终得出配置两只变压器的正确方案(如图2)。FU1U'U2U(图2)FU'U1U(图1)∴变压比应为(如图1)这样的计算有问题吗？“重演知识发生过程”的教学策略◆两条铁律——彰显物理学科特色●以思维为中心▲充分暴露学生的思维过程【例】某发电机的功率P=5000瓦，电压U=200伏，用户电压U’

=220伏，输电线电阻R=12欧，线路允许损耗功率ΔP=P×6%。试问应选用怎样的变压器？”诸如此类的问题当然也可以在教师指导下，一开始就循着正确的思路进行，但给学生的启迪与印象，远不如先让他们暴露错误来得深刻。

“水至清则无鱼”。如果什么都想一开始就搞得一清二楚，到头来反而老不清楚。有时倒不如先卖点糊涂，再让学生从糊涂走向清楚，那才是真正的清楚。“重演知识发生过程”的教学策略◆三序合一——优化课堂教学结构●优化策略：“三序合一”◎有效的教学必须有序课堂教学是一个系统，系统的结构决定系统的功能学生学习是从无序到有序，知识不断结构化的过程◎课堂教学的三条序线知识序——反映教材知识演化的发展顺序思维序——教学序——

反映学生学习活动的心理顺序反映课堂教学流程的时空顺序学科逻辑教学逻辑认知逻辑理清知识序、把握思维序、设计教学序学科逻辑认知逻辑教学逻辑◎优化教学结构的要求三序合一“重演知识发生过程”的教学策略◆三序合一——优化课堂教学结构●优化策略：“三序合一”●教学思路：“启思引探”以情景引问题以问题导探究以探究促真知情境问题探究结论“重演知识发生过程”的教学策略◆三序合一——优化课堂教学结构●优化策略：“三序合一”●教学思路：“启思引探”●课型设计：“顺藤结瓜”◎一对尖锐的矛盾：◎两类极端的课型：丰富的教学内容——有限的教学时间完全讲授型独立探究型——放不开,学不活（闷课）——放得开,收不拢（乱课）

“学校里的学习都是处于两种极端学习之间的某种状态。”◎奥苏贝尔:“重演知识发生过程”的教学策略◆三序合一——优化课堂教学结构●优化策略：“三序合一”●教学思路：“启思引探”●课型设计：“顺藤结瓜”教学序线(教师主导)自主活动(学生主体)推理概括实验模拟复习类比情景感知提出课题探究思路建构新知巩固深化【例】电场线的教学一.

从“生物重演律”到“教学重演律”三.

“重演知识发生过程”的教学模式二.

“重演知识发生过程”的教学策略【发言提纲】让学生重演物理知识的发生过程“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释——让学生体验

的形成过程

◆坚持延迟判断——让学生探寻的发现过程◆渗透思想方法——让学生参与

的设计过程

◆注重过程分析——让学生亲历的解决过程

物理概念物理规律物理实验物理习题“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释：让学生体验物理概念的形成过程物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的，它深刻反映了事物的共同特征和本质属性，可说是浓缩了的知识点。为使学生更好地理解概念，就应将它的形成过程重新还原，使其浓缩的物理意义充分稀释。溶剂溶质溶液还原稀释物理概念认知规律教学过程“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释：让学生体验物理概念的形成过程物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的，它深刻反映了事物的共同特征和本质属性，可说是浓缩了的知识点。为使学生更好地理解概念，就应将它的形成过程重新还原，使其浓缩的物理意义充分稀释。(具体——抽象——具体)感知材料形成表象分析比较抽象概括变式迁移完善结构创设情景巩固深化抽象加工“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释：让学生体验物理概念的形成过程【例】电场线的教学·A·B“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释：让学生体验物理概念的形成过程【例】电场线的教学“重演知识发生过程”的教学模式◆充分还原稀释：让学生体验物理概念的形成过程【例】电场线的教学“重演知识发生过程”的教学模式◆坚持延迟判断：让学生探寻物理规律的发现过程所谓延迟判断，就是要给学生留有足够的思维时间和空间，以使他们对物理结论的判断，产生于经历必要的认知过程之后。提出问题猜想假设应用延伸推理论证实验检验总结规律实验观察分析归纳(演绎)(归纳)“重演知识发生过程”的教学模式◆坚持延迟判断：让学生探寻物理规律的发现过程【例】欧姆定律的教学欧姆定律作为一种知识，学生在初中早已学过，但对于该知识的发生过程，他们还缺乏相应的经历和体验。为此，