探究教學(xué)法教學(xué)課件以透鏡成像公式推導(dǎo)為例.ppt

1、探究教學(xué)法教案以透鏡成像公式推導(dǎo)為例,國(guó)立基隆女中張仁壽 95年4月20日,什麼是科學(xué)探究,科學(xué)探究是一種系統(tǒng)的調(diào)查研究活動(dòng)。 目的:在於發(fā)現(xiàn)並描述物體和事物之間的關(guān)係。 特點(diǎn):是採(cǎi)用有秩序的和可重複的過(guò)程；簡(jiǎn)化調(diào)查研究物件的規(guī)模和形式；運(yùn)用邏輯框架作解釋和預(yù)測(cè)。 探究的操作活動(dòng)包括:觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)、比較、推理、概括、表達(dá)、運(yùn)用及其他活動(dòng),以透鏡成像公式推導(dǎo)為例,推導(dǎo)公式 / （：物距，：像距，：焦距,一般常用教法,在教學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不少教師只是按照課本的順序，以凸透鏡成實(shí)像為例，從透鏡成像的光路圖出發(fā)，利用光路圖中的兩對(duì)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例的關(guān)係，推導(dǎo)得到公式/（：物距，：像距，：焦距）

2、，然後介紹符號(hào)法則，將公式推廣到凸透鏡成虛像及凹透鏡成像的情形中,優(yōu)缺點(diǎn),這種教法看上去能夠較快地完成教學(xué)任務(wù)，但是顯得十分生硬。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只是盲目地跟著老師走，不但思維得不到充分的訓(xùn)練，連推理的基本思想都很難做到真正的理解,傳統(tǒng)及創(chuàng)新教學(xué)之間的辯論,教師的角色 臺(tái)上的智者（sage on the stage） 或 一旁的嚮導(dǎo)（guide by the side） 只有學(xué)習(xí)確實(shí)發(fā)生時(shí)，教育才算真正出現(xiàn),學(xué)生的疑問(wèn),推導(dǎo)透鏡成像公式，(1)你怎麼知道從成像光路圖入手？ (2)你又是怎樣想到可用相似三角形的對(duì)應(yīng)邊成比例的關(guān)係來(lái)求解？ (3)圖中有那麼的三角形，你怎麼知道這兩對(duì)相似三角形？ (

3、4)你怎麼知道找兩對(duì)相似三角形，而不是只尋找一對(duì)或三對(duì)相似三角形？ (5)由凸透鏡成實(shí)像的特例推導(dǎo)得出的關(guān)係式/推展到凸透鏡成虛像的情形及凹透鏡成像的情形，依據(jù)何在,學(xué) 問(wèn),要學(xué)就要問(wèn) 以學(xué)生為中心的教學(xué) 知識(shí)是建構(gòu)出來(lái)的而非被動(dòng)接受 心靈模型之轉(zhuǎn)變是非常緩慢的 提問(wèn)是非常重要的 關(guān)切是非常重要的,探究(inquiry,inquiry字源 in or inward (在 之中） quaerere (質(zhì)詢、尋找） 求索知識(shí)或訊息特別是求真活動(dòng)； 是搜尋研究調(diào)查檢驗(yàn)的活動(dòng)；是提 問(wèn)和質(zhì)疑的活動(dòng)。 牛津英語(yǔ)字典,研究與探究,研究：用科學(xué)方法探求事物的本質(zhì)和規(guī)律。嚴(yán)謹(jǐn)、穩(wěn)重、學(xué)術(shù)氣較濃 探究：深入探討

4、、反覆研究。 有生氣、更有動(dòng)感、符合青少年學(xué)生的身心特點(diǎn),探究學(xué)習(xí)的基本要素,提出問(wèn)題,猜想與假設(shè),制定計(jì)畫(huà)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù),分析與論證,交流合作,評(píng)估,師）設(shè)置情境（生）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,師生）討論問(wèn)題在教師引導(dǎo)下通過(guò)猜想產(chǎn)生假設(shè),師生）評(píng)價(jià)假設(shè) 驗(yàn)證假設(shè),師生）解釋結(jié)論 應(yīng)用知識(shí),生）收集信息,指導(dǎo)型探究教學(xué)模式,教學(xué)手法態(tài)度,問(wèn)答 對(duì)話,課程設(shè)計(jì)原則,問(wèn)題解決的理論指出，提出問(wèn)題是解決問(wèn)題的基礎(chǔ)，解決問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)不斷地提出問(wèn)題的過(guò)程。每一堂課都有一個(gè)核心的問(wèn)題，解決核心問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是圍繞核心問(wèn)題，提出一系列存在著遞進(jìn)關(guān)係的子問(wèn)題。 根據(jù)這一觀點(diǎn)，我們確定了透鏡成像課題教學(xué)的設(shè)計(jì)思想

5、強(qiáng)化問(wèn)題意識(shí)，強(qiáng)化目標(biāo)意識(shí)，注重科學(xué)思想和科學(xué)方法，注重探究的過(guò)程。利用系統(tǒng)的問(wèn)題將課堂教學(xué)組織起來(lái)，將教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)成不斷地提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程,教學(xué)過(guò)程,教學(xué)的核心問(wèn)題 如何推導(dǎo)一個(gè)公式來(lái)反映物距、像距和焦距三個(gè)量之間的簡(jiǎn)單關(guān)係,核心問(wèn)題分解成子問(wèn)題問(wèn)題,根據(jù)透鏡成像的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，像距的大小不但跟焦距的大小有關(guān)，也跟物距的大小有關(guān)。那麼，是否可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來(lái)反映物距、像距和焦距三個(gè)量之間的關(guān)係呢？我們堅(jiān)信這一關(guān)係式的存在。但是，我們從哪裡入手去推導(dǎo)這個(gè)關(guān)係式呢,教師引導(dǎo),對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)目標(biāo)與手段相一致的原則提出如下方案我們的目標(biāo)是確定三個(gè)幾何量之間的關(guān)係，我們已知的是透鏡

6、成像作圖法，而透鏡成像光路圖給出的正是一個(gè)幾何圖形。利用已知的透鏡成像光路圖，也許可以推出三個(gè)量之間的關(guān)係式，並使學(xué)生明確，這只是一個(gè)猜測(cè)性的方案，是否可行，還有待進(jìn)一步的推理論證,畫(huà)出凸透鏡成像光路圖 提出第2個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,如何從如圖一所示的光路圖中尋找有關(guān)的關(guān)係呢,引導(dǎo)學(xué)生提出方案,圖一中存在著許多相似三角形，根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例，也許可以推出這個(gè)公式。同樣讓學(xué)生明確這也是一個(gè)猜測(cè)性的方案，在進(jìn)一步推理論証之前，也不能肯定這一方案是否可行，接著提出第3個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,如圖一所示，圖中有許多三角形，應(yīng)當(dāng)找哪些三角形呢,引導(dǎo)學(xué)生提出方案,解決問(wèn)題3，應(yīng)當(dāng)根據(jù)目標(biāo)與手段相一致的原則，引導(dǎo)

7、學(xué)生提出解決的方案我們的目標(biāo)是建立、三個(gè)量之間的關(guān)係，所以，應(yīng)當(dāng)尋找包含有、 三個(gè)量的三角形。如果我們一下子難以直接建立三個(gè)量之間的關(guān)係，我們可以先建立其中兩個(gè)量之間的幾何關(guān)係。當(dāng)學(xué)生根據(jù)圖一所示的光路圖中找出，建立了等式後，提出第4個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,我們要確定三個(gè)量的關(guān)係中，等式中只出現(xiàn)兩個(gè)。 而等式中又出現(xiàn)了、這兩個(gè)我們所不需要的量，怎麼辦,問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)再建立一個(gè)等式。 順著學(xué)生的思路，提出第5個(gè)子問(wèn)題。 你希望建立的新的等式中，有哪些量出現(xiàn)？為此你應(yīng)當(dāng)再尋找哪一對(duì)相似三角形,學(xué)生回答,新的等式應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)焦距，如果同時(shí)也出現(xiàn) 則可能由兩個(gè)等式得到、三個(gè)量的關(guān)係， 而消去和這兩個(gè)量。 當(dāng)學(xué)生在此思

8、路指導(dǎo)下，選擇相似三角形，建立等式 提出第6個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,我們由凸透鏡成像的特例推得公式 /。 這個(gè)公式對(duì)凸透鏡成虛像的情形是否也適用呢？你希望它能適用嗎,畫(huà)出凸透鏡成虛像光路圖,學(xué)生回答,我們希望這個(gè)公式對(duì)凸透鏡成虛像的情形也能適用。 讓學(xué)生參照如圖二所示的光路圖進(jìn)行推導(dǎo)，就可以從圖2得到公式 / 然後提出第7個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,由凸透鏡成實(shí)像和成虛像的兩種情形，分別推得公式 / 和 /， 這兩個(gè)公式很接近，但又不完全相同。這兩個(gè)公式能統(tǒng)一嗎,教師引導(dǎo),科學(xué)是要追求統(tǒng)一的，因?yàn)榭茖W(xué)堅(jiān)信自然界是和諧的。 統(tǒng)一也使得科學(xué)能夠用更為簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言來(lái)描述世界。 啟發(fā)學(xué)生要將事物統(tǒng)一起來(lái)，就要比較事物之間的

9、相同點(diǎn)和差異點(diǎn)，並力求消除差異，提出第8個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,兩個(gè)公式的差異只在于/項(xiàng)之前的正、負(fù)號(hào)。要將兩個(gè)公式統(tǒng)一起來(lái)，應(yīng)當(dāng)對(duì)符號(hào)做怎樣的處理？你處理過(guò)其他物理量正、負(fù)號(hào)類似的問(wèn)題嗎,學(xué)生回答,在學(xué)習(xí)變速(等加速度)運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們學(xué)過(guò)，當(dāng)物體做等減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的速度和位移公式分別為 Vt = Vo S = Vo（1/2）2（式中取絕對(duì)值） 如果規(guī)定做等減速運(yùn)動(dòng)的物體，其加速度取負(fù)值，則上述公式即轉(zhuǎn)化為 Vt = Vo S = Vo（1/2）2 這樣，等減速運(yùn)動(dòng)的公式與等加速運(yùn)動(dòng)的公式就統(tǒng)一起來(lái)了,學(xué)生回答,參照這種做法，如果我們規(guī)定，物體經(jīng)凸透鏡成虛像時(shí)，像距取負(fù)值，那麼，凸透鏡成虛像時(shí)的成像公式

10、也就轉(zhuǎn)化為 /。 這樣，凸透鏡成實(shí)像與成虛像兩種情況就可以運(yùn)用統(tǒng)一的公式了接著提出第9個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,我們已經(jīng)得到了凸透鏡成像的有關(guān)公式，這個(gè)公式對(duì)凹透鏡成像的情形也適用嗎？如果讓你根據(jù)凹透鏡成像的光路圖進(jìn)行推導(dǎo)，你能猜測(cè)出推導(dǎo)的結(jié)果嗎,學(xué)生回答,凸透鏡成虛像時(shí)，推得的成像是 /， 式中的負(fù)號(hào)表明像是虛像。 凹透鏡成像與凸透鏡成實(shí)像有兩點(diǎn)不同，一是成的像是虛像；二是透鏡是凹的由此可以猜測(cè)到凹透鏡成像的公式應(yīng)是 /， 提出第10個(gè)子問(wèn)題,問(wèn)題,你所猜得的結(jié)果是正確的，為了使凹透鏡成像與凸透鏡成像的情形能夠統(tǒng)一用一個(gè)公式，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行怎樣的技術(shù)處理,學(xué)生回答,對(duì)凹透鏡成像，只要規(guī)定虛像的取負(fù)值，凹透鏡

11、的焦距取負(fù)值，則凹透鏡成像的公式也就轉(zhuǎn)化為 /。 肯定了學(xué)生的猜想後，教師對(duì)推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行總結(jié),總結(jié),推理要有明確的目標(biāo)意識(shí)。我們所有的行為都是受目標(biāo)強(qiáng)烈的控制。當(dāng)對(duì)問(wèn)題的不甚明朗時(shí)，需要根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn)，進(jìn)行大膽的科學(xué)性猜測(cè)。但猜測(cè)的正確性需要理論的証明和實(shí)踐的檢驗(yàn)。 猜測(cè)的重要方法之一是類比，因此，在從解決的問(wèn)題中難以直接看清問(wèn)題的結(jié)果時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行廣泛的聯(lián)想，利用相似的問(wèn)題，問(wèn)題相似的處理方法，來(lái)啟發(fā)自己的思維，進(jìn)行合理的類比,總結(jié),解決問(wèn)題通常不是一蹴可幾的，有時(shí)需要走一步，思考一步，再走一步?？茖W(xué)是追求統(tǒng)一的，世界的統(tǒng)一性通常表現(xiàn)為不同的情形可以用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)語(yǔ)言整合起來(lái)。追求統(tǒng)一性與追求簡(jiǎn)單性是一致的，我們相信自然界具有內(nèi)在的統(tǒng)一性，是科學(xué)研究應(yīng)有的基本信念,後記,科學(xué)探究只是教學(xué)所要考慮的維度之一，我們不能忽視其他重大影響因素如學(xué)生和社會(huì)發(fā)展要求，而完全由此出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)展探究教學(xué)。從歷史來(lái)看，探究教學(xué)在杜威的宣導(dǎo)下曾過(guò)於偏向?qū)W生的需要和興趣，使課堂上的探究遠(yuǎn)離科學(xué)家的探究，使學(xué)?？茖W(xué)淪為生活科學(xué)。20 世紀(jì)中期美國(guó)的課程改革運(yùn)動(dòng)所宣導(dǎo)的探究教學(xué)又過(guò)於偏向科學(xué)探究，遠(yuǎn)離學(xué)生的生活，以致過(guò)深過(guò)難，演變成枯燥乏味的智力遊戲，使一般學(xué)生喪失學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣,後記,我