让学生重演物理知识的发生过程北京

让学生重演物理知识的发生过程北京第1页/共43页【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）：【教学重演律】

教学过程人类认识历程的重演从“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”

未知

真知

●进一步研究发现，“重演律”具有普遍意义，它不仅适用于生物学，还可以推广至其它领域，包括精神领域。第2页/共43页

学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演；科学家知识原生产学生的知识再生产相似性从“生物重演律”到“教学重演律”●波利亚：——教学发生学原理

“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。”

学生学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的历史顺序。●理论与实践表明：第3页/共43页●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，这将有助于——1.激发学生学习兴趣，促进学习主动有效；2.揭示知识本原意义，优化学生认知结构；3.拓展物理教育功能，全面落实三维目标。*物理知识“生长三部曲”：发生——

形成——发展（应运而生）（水到渠成）（拓展延伸）从“生物重演律”到“教学重演律”第4页/共43页◆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

“重演知识发生过程”的教学实施物理概念物理规律物理实验物理问题第5页/共43页创设情景抽象加工巩固深化(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“重演知识发生过程”的教学实施◆充分还原稀释——

让学生体验物理概念的形成过程第6页/共43页终极PK：汽车，摩托车，战斗机，谁更快？创设情景引入课题“加速度”的教学第7页/共43页终极PK：汽车，摩托车，战斗机，谁更快？创设情景引入课题●运动快——

速度——位置变化快●起动快——速度变化快1s末2s末3s末4s末5s末0飞机汽车摩托车02.55.17.51012.504.07.91215.12005.01014.92025——

？“加速度”的教学快第8页/共43页实验观察比较分析θθ●学生发现:

●构建概念:

如何描述运动速度变化的快慢？联想类比概括定义“加速度”“加速—度”×√“加—速度”类比速度变化快慢与△V和△t相关。创设情景引入课题“加速度”的教学第9页/共43页◆坚持延迟判断——

让学生探寻物理规律的发现过程*延迟判断——给学生留有足够的思维时空,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。“重演知识发生过程”的教学实施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第10页/共43页●老教材：●布鲁纳“发现学习”理论：（）形成物理表象*一般学习程序——*物理学习程序——直接经验—

图象经验—

抽象经验实验观察—

物理图象

—

物理抽象（）感知物理现象（）建构物理知识tvav0-=vtav0=＋“匀变速直线运动速度与时间的关系”只有数学推演缺乏物理图景第11页/共43页“匀变速直线运动速度与时间的关系”●老教材：tvav0-=●新教材：实验探究小车的运动作出速度-时间图象得出速度时间关系

()vtav0=＋总结小车运动特点(匀变速直线运动)vtav0=＋第12页/共43页“重演知识发生过程”的教学实施◆渗透思想方法——

让学生参与物理实验的设计过程目的原理方案实施结论原理●实验“三问”:*这个实验应该怎样做？*这个实验为什么这样做？*这个实验还可以怎样做？——知其然——知其所以然——知其所尽然动手动脑动心第13页/共43页“重演知识发生过程”的教学实施

◆注重过程分析——

让学生亲历物理问题的解决过程

检验讨论审明题意确定对象分析过程建立模型选用规律布列方程求解作答实际问题数学问题物理问题问题结果“三重原则”：过程重于结果模型重于题型思路重于套路第14页/共43页“重演知识发生过程”的教学策略◆“两条铁律”◆“三序合一”◆“一项原则”——

面对原始问题——

彰显学科特色——

优化教学结构第15页/共43页●从一道题目说起◎学过动力学知识后,要求学生通过实地测量并估算：自行车在行进时所受阻力的大小？◎让学生改做下题：质量为m的物块，在水平地面上以一定初速开始滑行,它因受恒定阻力的作用而最终停止.已知滑行的位移是X,经过的时间是t.试求物块所受阻力的大小？◎反思

学生缺的不是物理知识，他们缺的是实践意识和解决实际问题的能力。◎原因无源之水无本之木面对原始问题——学生究竟缺什么？——我们的物理教学远离了物理学的源头。学生束手无策求解轻而易举第16页/共43页

“很多学生在物理学习中形成一种印象，以为物理学就是一些演算。演算是物理学的一部分，但不是最重要的部分，物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源。”

●杨振宁：

“要面对最原始的问题，站在问题开始的地方，而不要淹没在文献的海洋里。”

◎从中间教起●两种教学起点：◎从开头教起——教的是结论，学到的是技巧——教的是思维，收获的是智慧面对原始问题第17页/共43页【例1】伏安法测电阻电路连接误差分析适用情况AVRxAVRx由于V表的分流作用I测＞I真，R测＜R真由于A表的分压作用U测＞U真，R测＞R真外接法内接法RV

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这种以定论的形式呈现学习内容的教学，看似逻辑清晰、快捷高效，但它不是以物理现象与事实为背景，远离了学生的直接经验，并且也缺乏认知的挑战性。面对原始问题第18页/共43页AVRx改进完善(甲)(乙)定值电阻值甲测量值乙测量值10Ω10Ω14Ω10KΩ10KΩ5.5KΩARxVRxVA【例1】伏安法测电阻●提出问题：●设计方案：●测量数据：●分析讨论：●交流总结：测量结果相同吗？为什么相差如此悬殊？面对原始问题电路连接误差分析适用情况AVAV由于V表的分流作用I测＞I真，R测＜R真由于A表的分压作用U测＞U真，R测＞R真外接法内接法RV

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RX学习内容以问题形式来呈现第19页/共43页【例2】一幅照片中的摩擦力问题1.

砖块被顶在墙壁上为什么不会滑落？2.当战士顶砖块的力增大时，摩擦力大小会变化吗？3.为使砖块不滑落,头顶的压力至少多大？计算这个问题还需知道哪些条件?●结合本节课（摩擦力）所学知识，你能够提出并解决哪些相关的问题？4.砖块之间的摩擦力大小相等吗？怎样计算不同接触面之间的摩擦力？……面对原始问题第20页/共43页面对原始问题

“基本的物理规律的得到是‘粗化’的过程。”（郝柏林）●著名数学家拉格朗日:“一种数学理论应当能向在大街上遇到的第一个人解释清楚。”

“我们的学生每遇到问题时，总是一开始就埋头于用系统的理论工具，按部就班地作详尽的定量计算，而且常为某些计算细节所困惑……”

（赵凯华）●学生物理学习现状：●物理学家研究思路：

定性半定量定量

教学实践表明，让学生面对并解决原始的物理问题，将有助于加深对基本物理思想、观念的理解与感受。——大道至简探究小车速度随时间变化的规律第21页/共43页

凡课程都是有边界的。如果没有了边界，也就失去了这门课程独立存在的意义。课程的边界，往往体现在学科的特色上。●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）物理教学的两条铁律●课程的边界彰显学科特色

这两者是一切科学的基础，也是物理学科的魅力所在。

发挥学科特色，展现学科魅力，是激发学生学习物理积极性的根本之举。第22页/共43页彰显学科特色

●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。●著名物理学家密立根：

“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。”

情景问题探究结论以情景引问题以问题导探究以探究促真知第23页/共43页彰显学科特色以实验为基础●创设教学情景【例】“电场线”的引入（义乌中学骆文洲）第24页/共43页彰显学科特色以实验为基础●创设教学情景【例】“电场线”的引入（义乌中学骆文洲）1.设置情景：2.实验观察：3.思考质疑：4.提出课题：怎样形象直观地描述电场的分布规律

？“头发”为什么会竖起来？

它们受到了电场力的作用高压放电;人体带电“头发”为什么竖得很有规律？它间接地反映出电场分布具有一定的规律性

验电器指针张开;学生“怒发冲冠”物理问题不等于“现象+问号”物理问题产生于“观察+质疑”第25页/共43页？知识陷阱？知识台阶干电池1．5＋干电池1．5＋彰显学科特色以实验为基础●引发认知冲突第26页/共43页彰显学科特色以实验为基础●丰富物理表象【例】电流表的改装G_+GGGGGGGR第27页/共43页【例】探究电磁感应的产生条件磁通量不变！实验观察分析论证归纳结论*小结——①B不变,S变化；②S不变,B变化.*质疑——

如果B、S都变化呢？……*启示——

电磁感应的产生与B、S变化有关,但并非只由它们各自的变化而决定.由于φ＝B·S，因此可以用磁通量来描述电磁感应产生的条件……彰显学科特色●揭示知识关键第28页/共43页【例】“多普勒效应”

（义乌中学陈军）彰显学科特色●化解学习难点▲难点——

波源运动时波形的空间分布▲突破——多种媒体协同互补、有效整合观察现象分析原理拓展新知（实验演示）（动画分析）（视频播放）◎实验演示:“听得到”的多普勒现象“看得见”的多普勒现象第29页/共43页▲难点——

波源运动时波形的空间分布▲突破——多种媒体协同互补、有效整合观察现象分析原理拓展新知（实验演示）（动画分析）（视频播放）◎动画分析:【例】“多普勒效应”

（义乌中学陈军）彰显学科特色●化解学习难点——在动态过程中理解原理第30页/共43页▲难点——

波源运动时波形的空间分布▲突破——多种媒体协同互补、有效整合观察现象分析原理拓展新知（实验演示）（动画分析）（视频播放）◎视频播放:【例】“多普勒效应”

（义乌中学陈军）彰显学科特色●化解学习难点知识拓展——

击波现象（马赫波）第31页/共43页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●物理教学中的三种思维活动：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——彰显学科特色以思维为中心第32页/共43页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●物理教学中的三种思维活动：反馈▲揭示物理学家的思维过程●物理教学要做到——以思维为中心

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。彰显学科特色第33页/共43页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（实验观察—分析推理—联想类比—构建模型）

原子内部十分“空旷”

原子内部有“核”存在作用力很大（电量集中质量集中）类比

（行星模型）◎李远哲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

◎原子核式结构模型的发现原子的核式结构例如扔进一只香蕉，如果里面有大象，大象就会连皮带肉吃了香蕉，不会有剩余的东西扔出来；如果里面有猴子，猴子会剥开皮吃了香蕉肉，然後把皮扔出來。我就根据里面有没有东西扔出來，扔出來的是什么东西，去猜测笼子里有些什么动物彰显学科特色第34页/共43页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●物理教学中的三种思维活动：反馈▲揭示物理学家的思维过程▲还原稚化教师的思维过程●物理教学要做到——彰显学科特色以思维为中心*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第35页/共43页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●物理教学中的三种思维活动：反馈▲揭示物理学家的思维过程▲还原稚化教师的思维过程●物理教学要做到——彰显学科特色以思维为中心

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。——巧娘拙女老师越“聪明”,学生就会越笨。大智若愚第36页/共43页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●物理教学中的三种思维活动：反馈▲揭示物理学家的思维过程▲还原稚化教师的思维过程●物理教学要做到——彰显学科特色以思维为中心▲充分暴露学生的思维过程

这是教学活动中最重要、最本质的过程。思想应该在学生的头脑里产生出来,教师只是学生的“思想助产婆”。第37页/共43页【例1】分析行驶的汽车的受力情况牵引力支持力摩擦力重力地面压力大气压力