物理教学顶层设计的思考(赣州-131.4.2)-幻灯片

军训时，连队间举行行军比赛，看谁先到达目的地。某连举行战术研讨会，商议怎样提高比赛效果。甲说：要加强技能训练，提高单位时间行走的路程。乙说：要延长行军时间，用时间来换取空间。丙说：路程等于速度乘时间。要在竞争中取胜，既要提高速度，也要比其它连队延长连续行军的时间。连长认为丙有道理，于是就按丙的思路去做。全连一大早就起来，比干劲，拼体力，一路上十分辛苦。中午大家吃饭时，连长拿着地图、登上高地，察看地形。突然无语了：路线错了，方向反了。前言：一则笑话的启示“方向和路线”比“速度和时间”更重要！相对于物理知识“概念和规律”等具体内容而言，物理教学的“理念和策略”是属于方向和路线的。它关系教学全局，起“统领”作用。物理教学的优化，首先是是“理念和策略”的优化，为此，应该从课程目标这一最顶层的主题来构思统领教学全局的基本策略。行军如此，物理教学同样如此：一个不当的教学过程，力度越大、时间越长，其危害越严重。前言：一则笑话的启示1.顶层设计是三维目标的总体思考2.过分地突出基础知识和基本技能已不合时宜一、优化教学需要有顶层设计的思路●信息技术的发展使得知识答案的获得已不再是难事●技能的具体内容总是在与时俱进如果使用电子天平，原来机械天平的操作技能训练便失去了意义。电子天平二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标1.通过教学措施落实“兴趣”目标以下两个教学案例：知识目标是相同的，实验演示项目也是相同的，但情感·态度·价值观目标却存在很大差异。(1)激发学生的学习兴趣返回两个课例的知识目标是相同的，但在实现情感·态度·价值观目标方面的追求，存在着明显差异。二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标1.通过教学措施落实“兴趣”目标●设计有趣的问题，让学生研究●增添联系自然、联系生活的教学内容●创设生动活泼的研究情境和学习氛围●布置有趣的学习任务●用“情理之中”的原理解释“意料之外”的现象(1)激发学生的学习兴趣●体会物理规律的神奇与完美用“情理之中”的原理解释“意料之外”的现象惯性：太空搬运（牛顿第一定律）增添生动的教学内容，激发学生的求知欲视频：有趣的惯性物体的相互作用增添生动的教学内容，激发学生的求知欲创设生动的学习氛围，体会物理规律的神奇与完美教科书为什么要编入以上练习题？布置有趣的学习任务，提高学生的学习兴趣制作乐器布置有趣的学习任务，提高学生的学习兴趣制作乐器二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标1.通过教学措施落实“兴趣”目标(1)激发学生的学习兴趣(2)保持学生的学习兴趣●控制难度，让学生获得学习成功的愉悦感。●未必要天天刻板预习，丧失课堂的新鲜感●控制作业量，避免学生对作业的畏惧感。

有时候教学需要保持一定的“神秘感”和“惊奇感”，未必要“先学”——张华二、培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标1.通过教学措施落实“兴趣”目标2.通过行政措施让教师重视“兴趣”目标建议把“兴趣”列入对教师评价指标●有利于建立良好的师生关系●有利于转变课堂教学行为●有利于优化课堂教学内容●有利于控制教学难度●有利于控制学生的课业负担1.养成具体分析的好习惯是物理教学的重要任务●对于物理问题的解决，是抽象地套用某个理论还是进行具体分析，这是一个重要的解题习惯。它是影响学生学习“后劲”的重大因素。三、养成对问题具体分析的好习惯●把问题分成一些类型，让学生感悟和概括某一类问题的解题思路，有利于提高解决问题的能力。但是，把方法当成知识来灌输，让学生死记一些解题套路来套出问题的答案，这就不是好的教学过程。甚至于，把各种具体情境题目的解答也命名为“××法”，让学生记住解答的最后公式在考试中套用。它不仅增加了学生不必要的课业负担，更严重的是对学生正确思维的形成有很大摧残作用。●初中物理“方法”教学的一个调查记录的启示三、养成对问题具体分析的好习惯1.养成具体分析的好习惯是物理教学的重要任务例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。方法1：伏安法AVR1R2方法2：双伏法V1R1R2V2方法3：双安法之一R2R1A1A2方法4：双安法之二R2R1A1A例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。方法5：单伏法之一V1R1R2方法6：单伏法之二VR1R0方法7：单安法之一R2R1

A方法8：单安法之二R2R1

A例：一位老师让学生记住测电阻的各种“法”。方法9：单安法之三R1R2

A方法10：等效法R1R2

A这种要学生死记题目类型答案的教学方式，它不仅盲目加重学生的学习负担，并让学生产生对物理课“呆板、乏味”的误解，丧失对物理学的兴趣，致使学生发出“我讨厌欧姆！”的呼声。●一段国外小学数学教学方法的启示（以下照片摘自华东师大张华教授的演示稿）

1901－2007，诺贝尔物理、化学、生物或医学三大科技类奖总数469人，分属于26个国家，其中美国204人，占43.5%；1968－2000，诺贝尔经济学奖总数46人，分属于12个国家，其中，美国：30人，占65％；

也许有人问：这样教学，中考、高考行么？

《高考物理考试大纲》●分析综合能力能够独立地对所遇的问题进行具体分析、研究，……；能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，……；能够提出解决问题的方法，综合解决所遇到的问题。

该学生的解答过程，恰恰符合高考分析综合能力的要求。(1)从想像物理情景入手进行审题三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯①审题的含义：从题目的陈述中正确辨析出题目所给的具体条件或具体要求的过程②审题的要领——转化。其操作为：●把文字表述转化为物理情景●把物理情景转化为物理条件●把物理条件转化为数学条件③审题难点的克服:审题难点——自发地对物理情境的想像。克服方法——增强实践意识（强化体验性实验）●高中物理教科书中的体验性实验：三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯用“飞镖”来感受曲线运动物体速度的方向。(1)从想像物理情景入手进行审题三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯向心力和半径是成正比还是成反比？（物理②）

实验时，rA＝40cm，rB＝80cm，每秒钟喊口令2次。

操作一：手握A，每秒1周；操作二：手握B，每秒1周；操作三：手握A，每秒2周；比较一和二：ω相同，F跟r成正比：比较二和三：v相同，F跟r成反比：●高中物理教科书中的体验性实验：(1)从想像物理情景入手进行审题三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯FABC(1)题目：如图，物体静止，各接触面之间是否有摩擦？●习题教学中的体验性实验：(1)从想像物理情景入手进行审题实验体验用手拉纸条，两本书都静止，A、B之间，B、C之间有静摩擦力吗？FABCF施加拉力F

但保持B静止把两支铅笔放在A、B

之间：F把两支铅笔放在B、C

之间：同样施加拉力F三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯FABC(1)题目：如图，物体静止，各接触面之间是否有摩擦？●习题教学中的体验性实验：(1)从想像物理情景入手进行审题(2)人走路时，脚受到的静摩擦力方向如何？实验体验

人在行进中如果踩上一块瓜皮会怎样？用滑板试试。把实践中的感受用传感器实验检验一下：力传感器有什么发现？三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯(1)从想像物理情景入手进行审题(2)养成确立研究对象的分析习惯(3)重视对物理过程的具体分析在物理过程分析的构架下进行数学关系分析；在自己认知的基础上向题目已知条件靠拢。（18分）如图所示，在0≤x≤a、o≤y≤a/2范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xy平面内，与y轴正方向的夹角分布在0～90°范围内。己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a/2与a之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度的大小。(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。yxOa/2a2010年新课标高考理综第25题以上资料的解答只有计算过程，没有物理分析过程，阅读这种解答，难以形成解题能力。rθθθ分析一：O处粒子源某时刻发射大量m、q的正粒子，速度大小相同，方向分布在0～90°范围内;粒子半径在a/2与a之间；从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。yxOa/2a若粒子和y轴夹角θ=0，运动半径a/2，轨迹如右图半圆。根据题意，要增大半径，同时要满足在磁场中运动时间是T/4，需要增大θ角θC1C2此时粒子在磁场中运动时间为T/2,不符合题意。分析二：O处粒子源某时刻发射大量m、q的正粒子，速度大小相同，方向分布在0～90°范围内;粒子半径在a/2与a之间；从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。yxOa/2a增大θ，且半径OC2＞a/2，∠OC2A2＝90°，沿OA2弧运动的粒子在磁场中运动时间为T/4。若保持半径OC2不变，略微减小θ，粒子轨迹将位于OA2弧上方。θC1C2A2A3

OA3的弦长大于OA2，OA3对应的弧长也大于OA2，沿OA3运动的时间将大于T/4，不满足题目条件。由以上分析可知，最后离开磁场的粒子，其轨迹应该和磁场上边缘相切。分析三：O处粒子源某时刻发射大量m、q的正粒子，速度大小相同，方向分布在0～90°范围内;粒子半径在a/2与a之间；从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。yxOa/2a

沿ODA

弧运动的粒子为最后离开磁场的粒子，∠OCA＝90°。θAθθrDPECD＝CP+PDr＝rsinθ+a/2①OE＝OP+PEa＝rcosθ+rsinθ②由①②解得③因sin2θ+

cos2θ＝1

④由①③④解得C，有效解为进一步可解得：GO处粒子源某时刻发射大量m、q的正粒子，速度大小相同，方向分布在0～90°范围内;粒子半径在a/2与a之间；从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦。●分析一是建立在现有认知基础上的，它有利于对基本知识的应用，有利于从此迈开“具体分析”的步伐。●分析二是分析一的深入，把解题分析跟题目的要求联系起来，训练审题，逐步走向答案。●分析三，主要是形成解题方案后的数学分析。讲解例题，应重视类似于分析一和分析二的“物理分析”，只有类似分析三的数学分析，难以提高解题能力。三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯(1)从想像物理情景入手进行审题(2)养成确立研究对象的分析习惯(3)重视对物理过程的具体分析(4)实现物理结论、物理图象和实践现象的转化一水平传送带正以a=3m/s2的加速度匀减速运动逐渐停下时，将一石膏板无初速放在传送带上，此时传送带的瞬时速度为1.5m/s，石膏板和传送带之间的动摩擦因数为0.2，石膏板不影响传送带的匀减速运动，最后它们都静止，g取10m/s2。(1)传送带上留下的石膏板画痕长度是多少？(2)若石膏板和传送带每摩擦产生1cm画痕会形成0.5g石膏粉，以上过程一共产生多少石膏粉？→v一个“相对运动位移”的例题一个“相对运动位移”的例题速度相等一个“相对运动位移”的例题石膏向后划线t＝0t＝0.3sx1石膏向前划线x2x1x2x2t＝0.6s速度相等●用实验来建立解题结论的形象一个“相对运动位移”的例题●学会用图象分析问题——建立图象与现象的联系一个“相对运动位移”的例题设计0.30.60.6v(m/s)0t(s)1.50.5《圆周运动》例题如图，轻质细杆长为L,其一端连接质量为m的小球，另一端连接在光滑的水平转轴上，现使小球带动细杆在竖直平面内围绕转轴自由转动，小球做完整的变速圆周运动。若已知小球在最高点B处速度大小为vB，则小球在B点和A点所受细杆的作用力力大小和方向是怎样的？AB●实验演示（数字化实验室），解释相关数据原实验装置（水平面的圆周运动）改为竖直面运动如图，竖直光滑导轨上有一圆柱，圆柱和一过圆心的细杆相连，细杆所受的力可以通过传感器进行测量和记录。用力转动导轨后让导轨自由运动，细杆所受的力如左图所示。AB

A和B，那个表示圆柱运动在最高点？C说出C点的含义以及圆柱的状态。（理解、推理）（理解、推理）如图，竖直光滑导轨上有一圆柱，圆柱和一过圆心的细杆相连，细杆所受的力可以通过传感器进行测量和记录。用力转动导轨后让导轨自由运动，细杆所受的力如左图所示。AB整个曲线逐波走低，周期也越来越长，这是阻力所造成的，如果忽略阻力，A、C两点的纵坐标值将相等。若圆柱体的质量为m，A、C的纵坐标为8mg，B的纵坐标为4mg，问：导轨运动过程中圆柱的机械能是否守恒？C（分析）ABC解答：如果机械能守恒，则在A点，在B点，得解得本题条件为因此机械能不守恒。三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯(1)从想像物理情景入手进行审题(2)养成确立研究对象的分析习惯(3)重视对物理过程的具体分析(4)实现物理结论、物理图象和实践现象的转化(5)养成思考实验误差的分析习惯返回1.《闭合电路欧姆定律》实验数据和赛课现场记录2012年全国物理名师赛课例分析名师赛薛老师教学片段：“闭合电路内、外电压的和不变”名师赛周老师教学片段：“闭合电路内、外电压的和不变”实验数据序号123456外电压U外0.771.371.621.761.942.00内电压U内1.330.800.560.430.250.19内、外电压之和U总2.162.172.182.192.192.19薛老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）实验数据序号12345外电压U外1.721.641.611.541.46内电压U内0.360.430.450.520.58内、外电压之和U总2.082.072.062.062.04周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）实际上是1.53应该是2.05再把薛老师表格的实验序号按外电压由大到小排列1.532.05实验数据序号123456外电压U外2.001.941.761.621.370.77内电压U内0.190.250.430.560.801.33内、外电压之和U总2.192.192.192.182.172.16薛老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）实验数据序号12345外电压U外1.721.641.611.531.46内电压U内0.360.430.450.520.58内、外电压之和U总2.082.072.062.052.04周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）●两表格的U总都明显随外电压减小而减小，但学生都说不变。●两表格电压读数都精确到了三位有效数字，但老师都认为不够精确，进一步精确实验，U总便会不变。实验数据序号12345外电压U外1.721.641.611.531.46内电压U内0.360.430.450.520.58内、外电压之和U总2.082.072.062.052.041.《闭合电路欧姆定律》实验数据和赛课现场记录2.实验数据分析（以周老师数据为例）ΔU总（相对数据1的变化量）00.010.020.030.04ΔU内（相对数据1的变化量）00.070.090.160.22(2)随着电路中的电流增大，ΔU总（U总相对数据1的误差）也越大(3)ΔU总约等于ΔU内的五分之一(4)如果把ΔU内的五分之一补偿给内电压，U总数据就非常理想综合以上判断：该实验可能有五分之一的内电压没有测量到2012年全国物理名师赛课例分析(1)随着电路中的电流增大，U内越来越大，ΔU内也越来越大3.误差原因分析AA外A内探针和电极之间（深蓝色）这部分内电压没有测量到，本实验中它的电阻约等于两探针之间电阻的五分之一，因此它分担的电压也等于两探针之间电压的五分之一，漏测的这部分内电压随电流增大而增大，造成了实验的系统误差。1.《闭合电路欧姆定律》实验数据和赛课现场记录2.实验数据分析（以周老师数据为例）2012年全国物理名师赛课例分析周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）未测到的电压约占内电压的3%未测到的电压约占内电压的20%实验数据序号12345外电压U外1.721.641.611.531.46内电压U内0.360.430.450.520.58内、外电压之和U总2.082.072.062.052.04ΔU内（相对数据1的变化量）00.070.110.160.22ΔU总（相对数据1的变化量）00.010.020.030.04薛老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）0.030.020.01000ΔU总（相对数据1的变化量）1.140.610.370.240.060ΔU内（相对数据1的变化量）2.161.330.7762.170.801.3752.180.561.6242.190.431.7632.190.251.9422.190.192.001内、外电压之和U总内电压U内外电压U外实验数据序号1.《闭合电路欧姆定律》实验数据和赛课现场记录4.对教学设计的建议编写一个练习题让学生理解产生误差的道理2.实验数据分析3.误差原因分析2012年全国物理名师赛课例分析练习：以上实验在电流为0时，测得外电压为2.15V；在获得数据3时，电路中电流为0.9A。由此计算测量内电压的两探针之间的电阻是多少？还有多少内电阻在探针外面？解：两探针间的电阻为（0.45/0.9）Ω，即0.5Ω，内电阻为，探针外的内阻为0.1Ω计算各个测量数据探针之外的内电压，如果把它补偿进所测量的内电压中，发现内、外电压之和是一个很精确的常数。实验数据序号12345外电压U外1.721.641.611.531.46内电压U内0.360.430.450.520.58内、外电压之和U总2.082.072.062.052.04ΔU总（相对数据1的变化量）00.010.020.030.04ΔU内（相对数据1的变化量）00.070.110.160.22周老师测得闭合电路内、外电压数据（单位V）1.《闭合电路欧姆定律》实验数据和赛课现场记录4.对教学设计的建议（意图）(2)重视科学探究的“评估”环节(3)采用现实数据编写习题，体现问题的真实感(4)通过真实数据的练习，体会物理规律的完美和神奇(1)让学生经历一次根据测量偏差发现某一事实或规律的过程（体会“发现海王星”的愉悦）2.实验数据分析3.误差原因分析2012年全国物理名师赛课例分析三、养成对问题具体分析的好习惯2.怎样帮助学生养成具体分析的好习惯(1)从想像物理情景入手进行审题(2)养成确立研究对象的分析习惯(3)重视对物理过程的具体分析(4)实现物理结论、物理图象和实践现象的转化(5)养成思考实验误差的分析习惯(6)形成具体分析的一些基本程序（不是死记程序）具体分析物理问题的一些基本程序：①把题目文字表述转化为具体的物理情景②根据情景，分析、图示与解题有关的物理状态和过程⑤分析研究对象的相关参量，辨明哪些已知、哪些未知③选择解题所需用的物理规律和研究对象⑥寻找不同过程之间、不同研究对象之间的物理量联系⑦思考物理条件之间的制约情况，寻找解题的突破口④思考物