物理教學(xué)頂層設(shè)計的思考.ppt

黃恕伯 2012.10.29,物理教學(xué) 頂層設(shè)計的思考,軍訓(xùn)時，連隊間舉行行軍比賽，看誰先到達(dá)目的地。某連舉行戰(zhàn)術(shù)研討會，商議怎樣提高比賽效果。,甲說：要加強技能訓(xùn)練，提高單位時間行走的路程。,乙說：要延長行軍時間，用時間來換取空間。,丙說：路程等于速度乘時間。要在競爭中取勝，既要提高速度，也要比其它連隊延長連續(xù)行軍的時間。,連長認(rèn)為丙有道理，于是就按丙的思路去做。全連一大早就起來，比干勁，拼體力，一路上十分辛苦。,中午大家吃飯時，連長拿著地圖、登上高地，察看地形。突然無語了：路線錯了，方向反了。,前言：一則笑話的啟示,“方向和路線” 比 “速度和時間” 更重要！,相對于物理知識 “概念和規(guī)律” 等具體內(nèi)容而言，物理教學(xué)的 “理念和策略” 是屬于方向和路線的。它關(guān)系教學(xué)全局，起 “統(tǒng)領(lǐng)” 作用。物理教學(xué)的優(yōu)化，首先是是 “理念和策略” 的優(yōu)化，為此，應(yīng)該從課程目標(biāo)這一最頂層的主題來構(gòu)思統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)全局的基本策略。,行軍如此，物理教學(xué)同樣如此：一個不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)過程，力度越大、時間越長，其危害越嚴(yán)重。,前言：一則笑話的啟示,1.頂層設(shè)計是三維目標(biāo)的總體思考,2.過分地突出基礎(chǔ)知識和基本技能已不合時宜,一、優(yōu)化教學(xué)需要有頂層設(shè)計的思路,信息技術(shù)的發(fā)展使得知識答案的獲得已不再是難事,技能的具體內(nèi)容總是在與時俱進,如果使用電子天平，原來機械天平的操作技能訓(xùn)練便失去了意義。,1.頂層設(shè)計是三維目標(biāo)的總體思考,一、優(yōu)化教學(xué)需要有頂層設(shè)計的思路,3.課標(biāo)的修訂，要求在實施教學(xué)中進一步強化“過程”目標(biāo)和“情感”目標(biāo)。,2.過分地突出基礎(chǔ)知識和基本技能已不合時宜,強化 “過程 ”目標(biāo)和 “情感 ”目標(biāo)是優(yōu)化初中物理教學(xué)的總思路。,1.頂層設(shè)計是三維目標(biāo)的總體思考,一、優(yōu)化教學(xué)需要有頂層設(shè)計的思路,4.優(yōu)化初中物理教學(xué)的具體途徑,學(xué)習(xí)興趣,實踐意識,分析習(xí)慣,科學(xué)態(tài)度,方法能力,知識的缺漏隨時可以補足；但興趣的缺乏、意識的淡薄，能力的缺失、態(tài)度和習(xí)慣的錯誤，不是短時間能改善的，它很可能影響整個高中階段，甚至于一輩子。,2.過分地突出基礎(chǔ)知識和基本技能已不合時宜,3.課標(biāo)的修訂，要求在實施教學(xué)中進一步強化“過程”目標(biāo)和“情感”目標(biāo)。,二、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣是中學(xué)物理課程的重要目標(biāo),1.通過教學(xué)措施落實“興趣”目標(biāo),設(shè)計有趣的問題，讓學(xué)生研究,增添聯(lián)系自然、聯(lián)系生活的教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)設(shè)生動活潑的研究情境和學(xué)習(xí)氛圍,布置有趣的學(xué)習(xí)任務(wù),用“情理之中”的原理解釋“意料之外”的現(xiàn)象,(1) 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,設(shè)計有趣的（意料之外）的研究問題,人類通向深海的道路十分崎嶇和艱難，其原因之一，是深海的海水壓力大得令人難以置信，人要潛入深海，是一個高科技難題。2011 年，我國自主研制的蛟龍?zhí)栞d人潛水器潛入了5 km級的深海中，敲開了這一神秘“龍宮”的大門。 深海5 km意味著什么？有人說，設(shè)想你在5 km深的蛟龍?zhí)枬撍髦邪岩恢荒_伸到外面的水里，海水對你腳背的壓力相當(dāng)于1 000 個人疊起來踩在你的腳上！海水壓力果真有這么大嗎？,設(shè)計有趣的（意料之外）的研究問題,用“情理之中”的原理解釋“意料之外”的現(xiàn)象,創(chuàng)設(shè)活潑的學(xué)習(xí)氛圍，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣,激發(fā)學(xué)生對自然界的好奇，讓學(xué)生領(lǐng)略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧，對大自然有親近、熱愛、和諧相處的情感。 課程標(biāo)準(zhǔn)“情感態(tài)度價值觀”目標(biāo)的要求,增添生動的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的求知欲,圖9.1-2 駱駝有寬大的腳掌，不會深陷沙中,返回,用視頻代替圖片更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,用視頻代替圖片更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,慣性：太空搬運（牛頓第一定律）,視頻：有趣的慣性,物體的相互作用,八年級上冊教科書為什么要編入以上練習(xí)題？,布置有趣的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,制作樂器,廣 州 象 達(dá) 中 學(xué),布置有趣的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,二、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣是中學(xué)物理課程的重要目標(biāo),1.通過教學(xué)措施落實“興趣”目標(biāo),(1) 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,(2) 保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,控制難度，讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)成功的愉悅感。,未必要天天刻板預(yù)習(xí)，喪失課堂的新鮮感,控制作業(yè)量，避免學(xué)生對作業(yè)的畏懼感。,二、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣是中學(xué)物理課程的重要目標(biāo),1.通過教學(xué)措施落實“興趣”目標(biāo),2.通過行政措施讓教師重視“興趣”目標(biāo),建議把“興趣”列入對教師評價指標(biāo),有利于建立良好的師生關(guān)系,有利于轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)行為,有利于優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容,有利于控制教學(xué)難度,有利于控制學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān),1.養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣是物理教學(xué)的重要任務(wù),對于物理問題的解決，是抽象地套用某個理論還是進行具體分析，這是一個重要的解題習(xí)慣。它是影響學(xué)生學(xué)習(xí)“后勁”的重大因素。,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,1.養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣是物理教學(xué)的重要任務(wù),三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,如圖，當(dāng) K 由 2 改接為 1，使輸電線以原來 2 倍的電壓輸送交流電時，輸送電流（即電流表A 的讀數(shù)）如何變化？,一道檢測學(xué)生思維習(xí)慣的試題：,2012年高考理綜試卷第21題：假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為,A. B. C. D.,但當(dāng)前某些流行的做法并不是讓學(xué)生理解和應(yīng)用上述基本原理，而是讓學(xué)生記住這一解題結(jié)論 ，某些教輔資料為了渲染這一解題結(jié)論的重要性，稱該結(jié)論為 “黃金代換” 公式，并用這一“黃金” 公式直接套出某些死板題目的答案。這些 “經(jīng)驗” 在教輔中抄來抄去，泛濫成災(zāi)。,2012年高考理綜試卷第21題：假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體。一礦井深度為d。已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零。礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為,A. B. C. D.,本題讓不求甚解、死套“黃金”公式的學(xué)生嘗到了苦果，他們刻板地看到“黃金”公式中g(shù)是和R2成反比的，選擇了選項D，導(dǎo)致了解答錯誤。然而，這些死記硬背的學(xué)生，在高考考生中卻不是少數(shù)。,江西省高考數(shù)據(jù)統(tǒng)計（0答案選項未列入）：,選 D 人數(shù)之多，暴露了當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生思維習(xí)慣方面存在的嚴(yán)重問題,把問題分成一些類型，讓學(xué)生感悟和概括某一類問題的解題思路，有利于提高解決問題的能力。,但是，把方法當(dāng)成知識來灌輸，讓學(xué)生死記一些解題套路來套出問題的答案，這就不是好的教學(xué)過程。,甚至于，把各種具體情境題目的解答也命名為“法”，讓學(xué)生記住解答的最后公式在考試中套用。它不僅增加了學(xué)生不必要的課業(yè)負(fù)擔(dān)，更嚴(yán)重的是對學(xué)生正確思維的形成有很大摧殘作用。, 初中物理“方法”教學(xué)的一個調(diào)查記錄的啟示,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,1.養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣是物理教學(xué)的重要任務(wù),例：一位老師讓學(xué)生記住測電阻的各種“法”。,例：一位老師讓學(xué)生記住測電阻的各種“法”。,例：一位老師讓學(xué)生記住測電阻的各種“法”。,這種要學(xué)生死記題目類型答案的教學(xué)方式，它不僅盲目加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，并讓學(xué)生產(chǎn)生對物理課“呆板、乏味”的誤解，喪失對物理學(xué)的興趣，致使學(xué)生發(fā)出“我討厭歐姆！”的呼聲。, 一段國外小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)方法的啟示,（以下照片摘自華東師大張華教授的演示稿）,19012007，諾貝爾物理、化學(xué)、生物或醫(yī)學(xué)三大科技類獎總數(shù)469人，分屬于26個國家，其中美國204人，占43.5%； 19682000，諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎總數(shù)46人，分屬于12個國家，其中，美國：30人，占65；,也許有人問：這樣教學(xué)，中考、高考行么？,高考物理考試大綱 分析綜合能力 能夠獨立地對所遇的問題進行具體分析、研究， ；能夠把一個復(fù)雜問題分解為若干較簡單的問題， ；能夠提出解決問題的方法，綜合解決所遇到的問題。,該學(xué)生的解答過程，恰恰符合高考分析綜合能力的要求。,從以上兩個課例可以看到，不同教師在教學(xué)設(shè)計時，其課程目標(biāo)的視角有很大的不同。,下面是同一知識點的同一個演示實驗，都是為了說明單擺的機械能守恒規(guī)律，但兩種演示方法體現(xiàn)了課程目標(biāo)的差異。,返回,兩個課例的知識目標(biāo)是相同的，但在實現(xiàn)情感態(tài)度價值觀目標(biāo)方面的追求，存在著明顯差異。,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,審題的含義：從題目的陳述中正確辨析出題目所給的具體條件或具體要求的過程,審題的要領(lǐng)轉(zhuǎn)化。其操作為：,把文字表述轉(zhuǎn)化為物理情景,把物理情景轉(zhuǎn)化為物理條件, 把物理條件轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)條件,審題難點的克服 :,審題難點自發(fā)地對物理情境的想像。,克服方法增強實踐意識（強化體驗性實驗）,高中物理教科書中的體驗性實驗：,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,用“飛鏢”來感受曲線運動物體速度的方向。,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,高中物理教科書中的體驗性實驗：,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,(1) 題目：如圖，物體靜止，各接觸面之間是否有摩擦？,習(xí)題教學(xué)中的體驗性實驗：,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,用手拉紙條，兩本書都靜止，A、B之間，B、C之間有靜摩擦力嗎？,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,(1) 題目：如圖，物體靜止，各接觸面之間是否有摩擦？,習(xí)題教學(xué)中的體驗性實驗：,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,(2) 人走路時，腳受到的靜摩擦力方向如何？,人在行進中如果踩上一塊瓜皮會怎樣？用滑板試試。,有什么發(fā)現(xiàn)？,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,(2)養(yǎng)成確立研究對象的分析習(xí)慣,(3)養(yǎng)成解題時分析物理量制約關(guān)系的習(xí)慣,2010年全國新課標(biāo)高考題的解答,如圖所示，在0 x a、o y a/2范圍內(nèi)有垂直于xy 平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B。坐標(biāo)原點O處有一個粒子源，在某時刻發(fā)射大量質(zhì)量為m、電荷量為 q 的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在 xy 平面內(nèi)，與 y 軸正方向的夾角分布在090范圍內(nèi)。己知粒子在磁場中做圓周運動的半徑介于a/2與a之間，從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時間恰好為粒子在磁場中做圓周運動周期的四分之一。求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的,(1)速度的大小。 (2)速度方向與y 軸正方向夾角的正弦。,應(yīng)該通過怎樣的例題講解來形成學(xué)生正確的分析習(xí)慣？,O處粒子源某時刻發(fā)射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范圍內(nèi); 粒子半徑在 a/2 與a 之間； 從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時間恰好為粒子做圓周運動周期的四分之一。 求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的 (1)速度大??； (2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦。,若粒子和y軸夾角=0，運動半徑 a/2，軌跡如右圖半圓。,根據(jù)題意，要增大半徑，同時要滿足在磁場中運動時間是T/4，需要增大角,此時粒子在磁場中運動時間為T/2, 不符合題意。,分析一,分析二,O處粒子源某時刻發(fā)射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范圍內(nèi); 粒子半徑在 a/2 與a 之間； 從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時間恰好為粒子做圓周運動周期的四分之一。 求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的 (1)速度大??； (2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦。,增大，且半徑 OC2a/2，OC2A290，沿OA2弧運動的粒子在磁場中運動時間為T/4。,若保持半徑OC2不變，略微減小，粒子軌跡將位于OA2弧上方。,C2,A2,A3,OA3的弦長大于OA2，OA3對應(yīng)的弧長也大于OA2，沿OA3運動的時間將大于T/4，不滿足題目條件。,由以上分析可知，最后離開磁場的粒子，其軌跡應(yīng)該和磁場上邊緣相切。,O處粒子源某時刻發(fā)射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范圍內(nèi); 粒子半徑在 a/2 與a 之間； 從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時間恰好為粒子做圓周運動周期的四分之一。 求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的 (1)速度大?。?(2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦。,沿ODA 弧運動的粒子為最后離開磁場的粒子，OCA90。,A,r,D,P,E,CDCP + PD,r r sin + a/2 ,OEOP + PE,a r cos + r sin ,因 sin2+ cos2 1 ,由解得,C,，有效解為,進一步可解得：,分析三,O處粒子源某時刻發(fā)射大量m、 q 的正粒子，速度大小相同，方向分布在090范圍內(nèi); 粒子半徑在 a/2 與a 之間； 從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時間恰好為粒子做圓周運動周期的四分之一。 求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的 (1)速度大??； (2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦。,分析一是建立在學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知基礎(chǔ)上的，它有利于學(xué)生對基本知識的應(yīng)用，有利于從此邁開“具體分析”的步伐。,分析二是分析一的深入，把解題分析跟題目的要求聯(lián)系起來，進行制約關(guān)系分析，逐步走向答案。,分析三，主要是形成解題方案后的數(shù)學(xué)分析。講解例題，應(yīng)重視類似于分析一和分析二的“物理分析”，只有類似分析三的分析，難以提高解題能力。,三、幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,3.怎樣幫助學(xué)生養(yǎng)成分析問題的好習(xí)慣,(1)養(yǎng)成正確審題的好習(xí)慣,(2)養(yǎng)成確立研究對象的分析習(xí)慣,(4)養(yǎng)成思考實驗誤差的分析習(xí)慣,(3)養(yǎng)成解題時分析物理量制約關(guān)系的習(xí)慣,返回,1.閉合電路歐姆定律實驗數(shù)據(jù)和賽課現(xiàn)場記錄,名師賽薛老師教學(xué)片段：“閉合電路內(nèi)、外電壓的和不變”,名師賽周老師教學(xué)片段：“閉合電路內(nèi)、外電壓的和不變”,薛老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,周老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,實際上是1.53,應(yīng)該是2.05,再把薛老師表格的實驗序號按外電壓由大到小排列,1.53,2.05,薛老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,周老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,兩表格的U總都明顯隨外電壓減小而減小，但學(xué)生都說不變。,兩表格電壓讀數(shù)都精確到了三位有效數(shù)字，但老師都認(rèn)為不夠精確，進一步精確實驗，U總便會不變。,1.閉合電路歐姆定律實驗數(shù)據(jù)和賽課現(xiàn)場記錄,2. 實驗數(shù)據(jù)分析（以周老師數(shù)據(jù)為例）,(2) 隨著電路中的電流增大，U總（U總相對數(shù)據(jù)1的誤差）也越大,(3) U總約等于U內(nèi)的五分之一,(4) 如果把U內(nèi)的五分之一補償給內(nèi)電壓，U總數(shù)據(jù)就非常理想,綜合以上判斷：該實驗可能有五分之一的內(nèi)電壓沒有測量到,(1) 隨著電路中的電流增大，U內(nèi)越來越大，U內(nèi) 也越來越大,3. 誤差原因分析,探針和電極之間（深藍(lán)色）這部分內(nèi)電壓沒有測量到，本實驗中它的電阻約等于兩探針之間電阻的五分之一，因此它分擔(dān)的電壓也等于兩探針之間電壓的五分之一，漏測的這部分內(nèi)電壓隨電流增大而增大，造成了實驗的系統(tǒng)誤差。,1.閉合電路歐姆定律實驗數(shù)據(jù)和賽課現(xiàn)場記錄,2. 實驗數(shù)據(jù)分析（以周老師數(shù)據(jù)為例）,周老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,未測到的電壓約占內(nèi)電壓的3%,未測到的電壓約占內(nèi)電壓的20%,1.閉合電路歐姆定律實驗數(shù)據(jù)和賽課現(xiàn)場記錄,4. 對教學(xué)設(shè)計的建議,編寫一個練習(xí)題讓學(xué)生理解產(chǎn)生誤差的道理,2. 實驗數(shù)據(jù)分析,3. 誤差原因分析,練習(xí)：以上實驗在電流為 0 時，測得外電壓為 2.15 V；在獲得數(shù)據(jù) 3 時，電路中電流為0.9A。由此計算測量內(nèi)電壓的兩探針之間的電阻是多少？還有多少內(nèi)電阻在探針外面？,解：兩探針間的電阻為 （0.45/0.9），即0.5，內(nèi)電阻為,，探針外的內(nèi)阻為0.1,計算各個測量數(shù)據(jù)探針之外的內(nèi)電壓，如果把它補償進所測量的內(nèi)電壓中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外電壓之和是一個很精確的常數(shù)。,周老師測得閉合電路內(nèi)、外電壓數(shù)據(jù)（單位V）,1.閉合電路歐姆定律實驗數(shù)據(jù)和賽課現(xiàn)場記錄,4. 對教學(xué)設(shè)計的建議（意圖）,(2)重視科學(xué)探究的“評估”環(huán)節(jié),(3)采用現(xiàn)實數(shù)據(jù)編寫習(xí)題，體現(xiàn)問題的真實感,(4)通過真實數(shù)據(jù)的練習(xí)，體會物理規(guī)律的完美和神奇,(1)讓學(xué)生經(jīng)歷一次根據(jù)測量偏差發(fā)現(xiàn)某一事實或規(guī)律的過程（體會“發(fā)現(xiàn)海王星”的愉悅）,2. 實驗數(shù)據(jù)分析,3. 誤差原因分析,四、教學(xué)聯(lián)系生活、社會，增強學(xué)生實踐意識,1.實踐意識不僅是學(xué)生終身發(fā)展所必須的，也是教學(xué)現(xiàn)實中提高紙筆測驗成績所必須的。,教育部基礎(chǔ)教育課程雜志要對2011年新課程高考試題進行“紅黑榜”式點評，為此，中國物理教學(xué)專業(yè)委員會在學(xué)會網(wǎng)站上舉行高考題中的“最佳題”和“欠佳題”評選活動，采用實名制投票的評選方式。,之后，又對2011