高中物理科研成果

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更多文章信息来自:hhtp://面对新课程的思考任何教学改革都必须直面并回答三个本原的问题,即为何教(教学目标)、教什么(教学内容)、如何教(教学方法)。通过对新课程理念的学习领会,以及对传统物理教学利弊的反思与扬弃,我们认为在新课改背景下,物理教学应该做到:在教学目标上,要从知识本位回归到三维目标;在教学内容上,要由学术形态深入到教育形态;在教学方法上,要让学生重演知识的发生过程。一、从知识本位回归到三维目标在我校网站的论坛上,有学生发了一则题为“学习物理有毛用”的贴子,结果引发了一片议论:“我发现物理不仅烦,而且学了觉得一点用都没有”“不学不行啊,如果你老爸有足够的实力,还上什么学呢?”“物理很重要的,高考100分呢。”……如此等等。这反映出许多学生对于为什么要学物理的认识还是模糊不清的。由于学无目标,进而导致了学无章法。许多学生是把物理学习等同于物理知识的学习,再等同于物理公式的记诵,最后等同于数学式子的运算。他们将物理当作数学来学,把物理学成了“无理”。不妨看一个实例。图5如图5,A、B为两个小物块,用一根穿过光滑水平圆盘中心小孔的细线相连。物块A以角速度做匀速圆周运动,B保持静止。若使A的角速度突然增大,则其半径r将如何变化?结果多数学生都认为r会减小,他们的推理看起来似乎顺理成章:以A为研究对象,根据由于F、m均不变,因此随着的增大r必然减小。出错的原因是他们缺乏相关的知识吗?不是。在这个问题上学生并不缺物理知识,他们缺乏的是物理见识,即未能深入领会所学知识的本质含义,并形成正确的见解。就以而言,学生仅注意到公式表达的相关物理量之间的数量关系,而没有把握住它所体现的实质是:做匀速圆周运动物体所受的合外力与它所需的向心力,这一对“供”“求”矛盾之间的辩证关系。而上例是属于“供不应求”的情况,硬套公式自然就错了。学生听了这番讲评,也知道了错在何处,可仍令他们困惑的是:“我当时为什么就没想到要这样分析呢?”这又进一步暴露出,学生更缺的还是一种物理意识,即自觉地运用物理思维方式去分析、解决问题的习惯和能力。“知识”“见识”与“意识”,看起来虽仅一字之差,却反映了学习者三种截然不同的层次和水平,对于学生的长远发展来说,后者的影响与作用往往会更大。实践告诉我们:一个人更多文章信息来自:hhtp://如果缺少知识,他可以在任何时候补上;但如果一旦错过时机,在学习能力或在情感、态度等精神层面上造成了缺陷,以后将是很难弥补的。其原因就在于,任何生命体的成长都存在着一定的关键期。正如农民种地要“不违农时”,学生读书也应“不违学时”。高中阶段是一个人成长的关键时期,有许多东西放在小学、初中学习可能太早,到了大学再去补课则又太晚,必须要在高中阶段打好基础才行。学生对“为什么学物理”认识的模糊,根子在于教师对“为什么教物理”的认识存在偏差。就我而言,很长一段时期都认为教物理就是把尽可能多的物理知识传授给学生,以供他们终生受用。因为“知识就是力量”“知识改变命运”。然而令人困惑的是,尽管我们授予学生那么多的物理知识,但在他们往后的生活和工作中,却很少显示出有多少直接的功用,用他们的话说,“全都还给老师了”。我为此感到深深的失落;但当向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时,这些离开学校多年的学生,又都会异口同声地做出否定的回答,一致认为高中阶段的学习对于他们的成长和事业所起的奠基作用,然而,他们又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用。──这犹如谁都明白吃饭对于生存的意义,可又谁都说不清楚吃了这顿饭究竟会在身上什么地方长了块肉。还是著名教育家斯金纳说的好:“当我们将学过的东西忘得一干二净时,最后剩下来的,就是教育的本质了。”而这称之为本质的东西,就是思维方式与价值观念,它们构成了文化基因的核心。其实“为什么教物理”这个问题,也可以反过来设问:“如果我们不教物理,学生不学物理,今后将会对他们的发展带来怎样的缺憾?”一种显而易见的回答是,学生将因此学不到许多重要的物理知识。这话没错,但不够全面。因为除此之外,学生还将失去更为重要的有关科学方法,科学精神等方面的培养与熏陶,从而最终影响他们的科学素养的提升。因为在这方面,物理学科具有其他学科无可比拟的优势与作用。在当前物理已经深入到社会的各方面,成为每一位有教养的现代公民都必须懂得的知识。对于大多数学生来说,他今天学习物理的目的,恐怕不是为了明天去进一步研究物理,而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题,为他们今后一生的文明、健康、高质量的生活奠定基础。因此,对于“为什么教物理”这个问题,最确切的回答应该是:为提高全体学生的科学素养而教。──这正是新课标确立的物理教学的价值取向。为此,我们就应突破知识本位的局限,使物理教学回归到三维目标上来。如果说过去我们关心的是上了一堂课,学生能学到哪些知识;那么今天更值得我们关注的是,学生除了学到这些知识外,还能使他们获得些什么。如果我们树立了这样的目标意识,就等于长了一双慧眼,在教学中就会自觉地将每一个知识都置于三维目标的框架之中,去认真分析它在各个维度上的投射点,从而找到落实三维目标的切入点。例如开普勒第三定律的教学。如果仅从知识目标而言,让学生知道公式以及相关内容也就够了,但若以三维目标衡量,是否还应该引导学生去领略、体味这个公式的简约之美?──它将时间与空间的关系竟然表达得如此准确且简洁;是否有必要介绍开普勒发现这条规律的曲折经历?──尤其是开普勒何以会想到a3和T2的。显然,这里面并没有一条逻辑的通道,他多半是“凑”出来。然而要在数千个看起来杂乱无章的天文数字中找出这种关系,无疑是大海捞针。开普勒正是凭着一种百折不挠的毅力,整整花了九年时间才获得成功。而在这背后,又是靠着一个坚定的信念在支撑:他深信世界是和谐的,和谐世界的更多文章信息来自:hhtp://规律必然是简洁的……。如果能这样让学生深入到精神层面上去感受科学,他们得到的启迪与收获将会丰富得多。再如有一道题:“已知汽车质量为m,行驶速度为v0,汽车安装有防抱死刹车系统(ABS),制动力恒为f,设驾驶员的反应时间为t0。试问从驾驶员发现情况到紧急制动停车,汽车共经过多少距离?”学生不难解出该题的答案为:,如果仅以知识技能而言,教学目标似已达到。但与三维目标对照,我们还可以联系交通法规,让学生从物理学的角度去解读“三禁”的缘由:汽车的制动距离s与质量m有关,因而要“禁超载”;又与速度v0关,因而要“禁超速”;还与反应时间t0有关,所以要“禁酒后驾驶”。这样做的好处是,使学生感到物理就在我们身边,物理与生活是那么接近,从而增强学物理、用物理的意识。上述教学案例,如果按传统的知识本位的标准衡量,多属节外生枝,似无必要;但从三维目标,从学生的长远发展来看,却有其积极的教育意义。尽管这些东西高考不一定会考,也没有多少实用价值,因而被许多人视作“无用”的知识。然而,教育的“无用性”正是教育的基本属性。美国著名的普林斯顿高等研究院曾对此作过深入的研究,他们的结论是:“只有无用的知识,才是最终有用的。”我国古代先哲庄子也说过:无用之用,是为大用。亦即所谓无用的东西,它们最大用处就在于无所不用,无处不用。因此,在三维目标的观照下,我们的物理教学应让学生多学一些在当下看起来“无用”,而最终却是有用的东西。二、由学术形态深入到教育形态作为教学范畴内的物理知识,一般具有两种形态:一是外显的学术形态,另一种是内隐的教育形态,前者具有实用价值,后者则有教化功能。若将知识比喻为一座冰山,它的学术形态只是露出水面的一角,而它的教育形态犹如水面之下浑厚的山体。比如以“电磁感应”为例,有关这种物理现象的特点、产生条件以及变化规律等知识,教科书是以准确的定义、严密的推理,白纸黑字形式化地写在了上面,它所呈现的就是该知识的学术形态。而它的教育形态,诸如猜想假设、实验探究的科学思想方法,电磁互变、世界多样统一的科学观念,以及法拉第锲而不舍、十年磨一剑的科学态度与精神等等,则大多蕴含于字里行间,不会自动凸现。为了落实新课程的三维目标,我们就必须让物理教学从知识的学术形态深入到它的教育形态中去,引导学生去探寻知识的渊源,揭示知识的本质,感受物理的美感,以充分发挥物理知识的教育价值。教学实践告诉我们,一位学科教师的教学底蕴是否深厚,在很大程度上是取决于他的学科视域有多广阔。所谓学科视域,指的是教师对所任教学科的内涵及其本质的理解与把握。对物理教师而言,也就是要回答“物理是什么”的问题。先从物理学科的内涵来看。我们首先想到的是物理概念、规律和原理等,它们是物理的核心理论,当然很重要,但除此之外,物理还包括实验基础、应用延伸,以及它那丰富的思想方法和严谨的数学表述。正是这五大要素构成了物理学的有机整体(如图6)。显然,那种“斩头去尾取中段”,仅把物理核心知识视作为物理全部的认识与做法是有失偏颇的。更多文章信息来自:hhtp://再看物理学科的本质,我们可以从三个层面去解读它。第一,物理是一门科学。这是不言而喻的,无须赘述。第二,物理是一种智慧。物理学在它的发展历程中,形成一系列独特而又卓有成效的思想和方法,这不仅对物理本身有价值,并且对整个自然科学乃至社会科学的发展都有贡献。有人统计过,自20世纪中叶以来,在诺贝尔化学奖、生物医学奖,甚至经济学奖的得主中,有一半以上的人具有物理学的背景。这就是说他们从物理学中汲取了智慧,转而在其他非物理领域获得了成功;反之却没有一例是由非物理专业人士获得诺贝尔物理学奖的。这就是物理智慧的力量。难怪国外有专家精锐地说:没有物理修养的民族是愚蠢的民族。第三,物理是一类文化。物理学家在长期的科学实践中创造的大量物质产品与精神产品,就构成了物理文化,它是科学文化的重要组成部分。众所周知,物理学是以实验为基础的科学,它的基本研究方式就是实践,因而在客观上表现为“真”;物理学创造的成果最终是为了造福人类,它在目的性上体现出“善”;此外,物理学还在人的情感、意识等诸方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性,我们完全有理由说,物理不仅是文化,而且是高层次、高品位的文化。作为一名物理教师,如能对所任教学科的内涵与本质作一番全方位的审视与剖析,不断拓展学科视域的深度和广度,是十分必要的。因为这样可以有效地增强我们开发课程资源的意识,提高理解和驾驭教材的能力,从而使物理教学从传统的学术形态拓展到教育形态中去,为学生营造一个底蕴丰厚的物理课堂,使他们不仅获取知识,还能受到全面的文化浸润。例如奥斯特的电流磁效应与法拉第电磁感应的教学。过去,我们都满足于演示实验一做即成,物理知识一步到位,似乎十分简单。但往深里一想,问题还挺大:教学中我们向学生展示的几乎都是科学家成功的一面,久而久之,他们就会对科学形成一种错误的认知,认为科学发展总是一帆风顺的,只有傻瓜才会犯错误。因此当告知学生,奥斯特和法拉第是历经十年之久才完成实验时,他们都感到不可思议。这种看似快捷高效的教学,学生得到的是不完整的知识,只是它的学术形态(科学结论),而蕴含于科学探究过程之中的知识的另一半,即它的教育形态却没有加以开发与利用,这也是教育资源的流失。爱因斯坦曾经指出:“在建立一个物理学理论时,基本观念起了最主要的作用……所有的物理学理论都是起源于思维与观念,而不是公式。”无论是奥斯特还是法拉第,他们的最大障碍也正是来自旧观念的影响:奥斯特认为电流产生的磁力是一种“纵向力”(空间观念的束缚),法拉第则以为电磁感应是一种“稳态”现象(时间观念的束缚)。直至他们分别认识到电磁力具有横向力特征、电磁感应是“暂态”现象,实现了观念上的突破之后才最终取得成功。其实,科学家的失误也是一种宝贵的教育资源,教学中我们可以通过“情景再现”更多文章信息来自:hhtp://等方法,让学生从中获益。例如对电流的磁效应,我们就一改教师演示为放手让学生做实验。结果发现,许多学生都将通电导线摆成与小磁针互相垂直,他们认为这样小

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