按照科学本质优化实验教学

1、按照科学本质,优化实验教学,(德清 2015.02.07),浙江省义乌中学 吴加澍,优化实验教学的,思路与视角,两条思路,两个视角,按照学习规律，优化实验教学,按照科学本质，优化实验教学,改善实验设备，优化实验教学,改进实验方案，优化实验教学,树立正确的科学本质观,科学究竟是什么,*科学是一种社会建制,*科学是一种知识体系,*科学是一种思维方式,（求真、严谨、民主、平等）,*科学是一种价值取向,（组织形式、价值准则和行为规范）,(关于自然、社会与思维的知识体系),（客观观察、可重复、可证伪）,对科学本质的理解，是认识科学的核心！,(英) A. F. 查尔默斯,张红霞著,树立正确的科学本质观,科

2、学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？

3、,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,现代版“比萨斜塔”实验,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,朱棣文,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,现代版“比萨斜塔”实验,探索还在进行,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,树立正确的科

4、学本质观,科学本质是什么,亚里士多德的结论: 物体下落的快慢由它们的重量决定。,伽利略的质疑:,*比萨斜塔,*落体佯谬,*斜面实验,教室里的实验,*纸片和碟片谁下落的快？,*钱毛管实验,月球上的实验,现代版“比萨斜塔”实验,探索还在进行,从一个古老的话题说起：轻、重物体谁下落的快？,科学是讲求实证的,科学是符合逻辑的,科学是有待发展的,树立正确的科学本质观,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。,对于科学本质，人们常从“科学知识”、“科学探究”以及“科学事业”三个维度进行阐述 引自

5、面向全体美国人的科学,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;,科学本质是什么,树立正确的科学本质观,科学本质是什么,【问题1】地球是圆的还是方的? 所有的学生都给出了正确答案: 圆的。,日、韩的中学生回答:“很多生活现象可以证明地球是圆的。如”而大多数中国学生却回答:“老师告诉我的”、“书上说的”、“电视上演的”等等。,对此，中国学生的回答更是让人吃惊: “不知道”、“考试用”、“没有用”,【问题2】你怎么知道地球是圆的而不

6、是方的?,【问题3】你认为知道地球是圆的有何意义?,中科院曾对中、日、韩三国的中学生进行科学素养的调查，其中的地理题包含三个小问题：,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,世界各国科学教育界普遍认为 理解科学本质是提高学生科学素养的核心。 实验教学是对学生进行科学本质教育的重要阵地。,为此，我们必须遵循科学形成与发展的规律，按照科学的本质来开展实验教学。,体现科学本质的物理实验教学,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,树立正确的科学本质观,科学素养的核心,丁肇中:“好奇心是科学研究的原动力。” （上海交通大学

7、的讲演）,他认为：好奇心是成功的关键，兴趣是产生好奇心的前提。,实践表明，物理实验是激发学习兴趣和求知欲的最有效的手段。,例如 展现新奇现象，吸引学生喜爱物理； 引发认知冲突，激发学生学习动机； 巧做物理实验，引导学生学好物理； ,展现新奇现象，吸引学生喜爱物理,【例1】超重与失重现象,*教法1,引发认知冲突，激发学生学习动机,教师演示：磁铁从静止开始突然向下（或突然向上)运动 学生分别观察并解释所见现象。,*教法2,教师提问：当磁铁从静止开始突然向下（或向上)运动时，会发生怎样的现象？ 学生先作预测，而后演示实验，再观察并解释所见现象。,*两种演示策略：,实验观察解释,预测实验解释,前者只是

8、客观地呈现了物理现象，后者则更有助于引起认知冲突，激发学生的学习动机。,【例2】“光的全反射”课题引入,*教法1,*教法2 ,演示实验：逐渐增大入射角,教师指出：这就是光的全反射现象。,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/sin =3 得 =30 解2：由 sin/sin60 = 3 得 sin =1.5,实验观察：光从玻璃以60射入空气，没有折射光线！,提出课题：,引发认知冲突，激发学生学习动机,巧做物理实验，引导学生学好物理,* 实验“三做”,真做、多做、巧做,*“巧做”要求 ,选材低成本;,设计高智慧;,教学深探究。,【

9、例1】内能变化与做功的关系,*学生实验：,双手将一根橡皮筋迅速拉伸，同时将它紧贴在自己的额头上，感觉有点热；,*课本实验：,再让橡皮筋迅速缩短，并让它与自己的额头接触，感觉有点凉。,“演示实验使用的材料越简单，学生越熟悉，就越想彻底地获得所验证的结果，实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比。” 麦克斯韦,巧做物理实验，引导学生学好物理,* 实验“三做”,真做、多做、巧做,*“巧做”要求 ,选材低成本;,设计高智慧;,教学深探究。,【例2】弹簧的弹性限度,*某老师的“破坏性实验”,*另一种演示方法（铁丝弹簧）,科学追求真实：增强实验证据意识,真做实验,【例】电荷间相互作用 库仑定律,多媒体技术能

10、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。,真实性,真做实验,真实性,德国物理教师做弹性碰撞实验：,学习间接经验，应尽可能从直接经验入手，逐步走向抽象，防止从概念到概念的“言语主义”。,戴尔的“经验之塔”,教学媒体的选用次序：,实验观察,真做实验,真实性,真做实验,真实性,【讨论】怎样提高静电实验的成功率？,静电特点：量少压高,实验关键：增加绝缘,最容易漏电的部位在哪里？,金属壳与指针之间？,金属壳与塑料塞之间！,*例如：静电计（验电器）,真做实验,【例】电荷间相互作用 库仑定律,真实性,尼龙丝,真做实验,真实性,做真实验,科学性,【例】白光的色散与复合

11、,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：科学教师应具备扎实的实验基础知识。,* ,科学贵在探究：拓展实验的探索性,【例1】“静电感应”的教学,（2）按照科学的本质开展实验教学。尽可能为学生提供一种探究的情景，充分运用实验变式，引导他们通过不同的角度，去认识科学世界的真实面貌。,问题,改进,（1）现象不够明显；,（2）单一化的操作，一步到位的教学，不利于学生对物理现象及本质的理解，也难以激发学习的积极性。,（1）采用

12、自制教具(“哇哈哈”枕形导体)；,“哇哈哈”枕形导体,【例1】“静电感应”的教学,1.移近带电棒，箔片为何会张 开？导体两端各带何种电？,2.移走带电棒，箔片为何又重 新闭合？,3.不通过接触的方法，能使导 体始终带上电吗？,4.不采用分割的方法，能使导 体始终带上电吗？,5.如果手碰触的是导体另一端， 它的带电情况会变化吗？,科学贵在探究：拓展实验的探索性,【例2】用单摆测重力加速度,科学贵在探究：拓展实验的探索性,(1)悬挂法: T=mg,(2)落体法: h=1/2gt2,(3)斜面法: S=1/2gsint2,实验要求,(发散),(收敛),实验须“三问”,*这个实验应该怎样做？,*这个实

13、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,科学依重思维：观察思维协同并进,科学教学，同样离不开实验观察和理性思维 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”,著名物理学家密立根：,以情景 引问题,以问题 导探究,以探究 促真知,以探究为主线,以思维为中心;,以实验为基础;,科学教学基本策略:,科学教学基本过程:,【例1】“共振现象”的教学,教法1：,教法2：,播放视频,播放视频,问题情境并不会自动形成有价值的问题。有效问题不等于“现象+问号”,而是产生于“现象+质疑”。,【例2】电流

14、表改装,教材：当作例题来做,“电流表G的内阻Rg=30，满偏电流Ig=1mA。现要把它改装成量程为0.6A的 安培表，需要并联多大的电阻？”,改进：创设实验情境,科学有待发展：融合物理学史教学,从科学史的发展可以看出，学生有很多现行概念与科学史是平行的。在实验教学中融合科学史的情境，学生籍此体验科学家思考、探究、解决问题的历程，这是提升学生对科学本质理解的最有效方式之一。,【例】伽利略对自由落体运动的研究,现象观察,学生已经学过自由落体运动及其相关知识，为什么新课程教材仍将它单列为一节？,*伽利略的科学方法,*亚里士多德的方法,教材的意图是：通过介绍伽利略研究自由落体运动的科学方法以及巧妙的实验构想，让学生体验科学知识的产生和发展过程，从而进一步加深对于科学本质的理解。,实验验证,通过实验重现历