高中物理課標培訓 專題七高中物理新課程中的疑難問題案例拋析

1、高中物理新課程遠程研修專題七 高中物理新課程中的疑難問題案例剖析第一講：高中物理現(xiàn)象、概念和規(guī)律教學中的疑難問題案例剖析電子文本：引言新課程高中物理教學中的疑難問題案例剖析專題節(jié)目第一講高中物理現(xiàn)象、概念和規(guī)律教學中的疑難問題案例剖析。我們主要通過具體的教學案例來探討在現(xiàn)象、概念和規(guī)律教學中疑難問題和解決辦法。一、關于物理現(xiàn)象教學的疑難問題在新課程中很強調(diào)情境的建立。教學情景并不單是為了引入教學，它本身就是我們研究的物理現(xiàn)象，是我們學習物理中的研究對象，是建立物理概念和總結物理規(guī)律的事實基礎，大量的概念和規(guī)律都是從日常生活現(xiàn)象或實驗中發(fā)現(xiàn)并歸納出來的。生活中的許多現(xiàn)象都是我們熟悉的物理現(xiàn)象，物

2、理現(xiàn)象作為自然現(xiàn)象的一種，它本身是非常真實的、非常鮮活的、也非常生動的。從某種意義上講，我們在教學中要做的常常跟物理學家在研究這些現(xiàn)象時所做的是一個相反的過程：物理學家在研究自然現(xiàn)象的時候，要經(jīng)過抽象、概括，把它上升為物理的理論；而我們要教學生在新學這些物理知識的時候，把這些物理理論再還原成生活中的背景、生活中的現(xiàn)象。這樣才能使他們在學物理的時候有一個很好的基礎。在運用現(xiàn)象引出概念和規(guī)律的教學時要注意什么呢？我們先來看一個具體的案例。一、 根據(jù)“學情”，合理地進行現(xiàn)象教學，有針對性地改進教學策略，有效地導入概念和規(guī)律的教學教學案例視頻片段（自由落體）：在教師提問“輕的物體和重的物體誰下落更快？

3、”時，學生并沒有回答重的快，而是“得意洋洋”地“異口同聲”：“一樣快！”。這時老師做重的物體下落更快的實驗演示，從而提醒學生要注意認真研究課題。在學生提出要排除空氣阻力時，教師又提出“為什么要排除空氣阻力？”、“空氣阻力是否總是讓輕的物理下落更慢？”等挑戰(zhàn)性問題，不斷引領學生的興趣，讓學生動手、動腦，體驗探究學習的過程，并嘗到成功的喜悅。在自由落體的教學中，很多老師都會這個問題來引入教學：“輕的物體下落的一定比重的物體慢嗎？”。教材也往往把學生設定在這一錯誤認識的基礎上。但事實是學生早以通過小學的自然常識課等課內(nèi)外的其他學習途徑了解了這個現(xiàn)象，記住了該問題的結論，甚至老師要做的實驗也都已經(jīng)看過

4、了。這樣就達不到激起學生探究熱情的目的。所以我采用了另一種策略，反問學生：“輕重物體下落真的一樣快嗎？”、“為什么要忽略空氣阻力？”以及“在空氣阻力作用下，有可能讓輕的物體下落比重的物體更快嗎？”。這些問題讓學生發(fā)現(xiàn)這個似乎已經(jīng)了解的現(xiàn)象中原來還有不了解的內(nèi)涵，于是重新激發(fā)出興趣，進而動腦動手解決問題。現(xiàn)象本身有的時侯很普通，不一定能引起學生的注意，我們該怎么利用這種現(xiàn)象呢？這就要從中設置有效的問題讓學生發(fā)現(xiàn)普通的現(xiàn)象里原來還有不明白的內(nèi)在的規(guī)律?，F(xiàn)在有些老師愛用很刺激的現(xiàn)象來導入新課，但導入之后就把它仍一邊去了。課堂上運用物理現(xiàn)象的目的不僅是培養(yǎng)觀察能力，還要能讓學生從中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，

5、引導學生對物理概念和規(guī)律的探索過程，這才是最重要的。學生對教師準備的現(xiàn)象是否感興趣，這是教師事先就應考慮的。但在剛步入新課改時，我們對學生學情的判斷往往還是根據(jù)以前學生的了解?？墒峭饷娴氖澜缛招略庐?，加上現(xiàn)在的學生經(jīng)過了初中的課改，知識和能力基礎都不一樣了。加上各學科都在做課改，比如英語和語文都引入了大量的科技閱讀文章。這使得學生在學習新概念和規(guī)律時的生活經(jīng)驗基礎、初中學習的側重點、其他學科的知識儲備都和以往不一樣了。這就使得我們原來的“備學生”失了準頭。不是用的現(xiàn)象讓學生不感興趣，就是講的現(xiàn)象讓學生完全不了解，一頭霧水。 “備學生”還要考慮到自己學生所處的生活環(huán)境。比如城里的學生和農(nóng)村的學生

6、，他們接觸的環(huán)境不同。那么我們用來引發(fā)問題的現(xiàn)象也要有所不同。高一必修課階段，學生遇到的現(xiàn)象有一些是生活中很常見的，如受力，運動，還有像自由落體、超重失重和離心現(xiàn)象等等。不過現(xiàn)在的學生獲得信息的渠道挺多、知識面也很廣，學生也有很多在課外書籍里讀過像伽利略和亞里士多德的故事，在廣播電視中看到、聽到過太空探索中的超重失重現(xiàn)象，生活、游戲中也體驗過離心的感覺，這些對他們其實都已經(jīng)不是全新的了。但從剛才這個自由落體的案例來看，即使學生已經(jīng)通過生活經(jīng)驗或是物理實驗知道了這個現(xiàn)象，也都只是一些直觀的感覺，還有復雜性、模糊性；現(xiàn)象的本質還不一定都凸現(xiàn)出來。教師要幫助學生排除各種干擾性的次要因素，才能認清物理

7、現(xiàn)象真正的本質。二、 尊重學生的感受、正視學生的疑惑，正確對待學生的“錯覺”在一些現(xiàn)象的觀察和分析中，還經(jīng)常存在錯誤經(jīng)驗和認識的負面影響。我們來看一個案例。教學案例視頻片段（離心力）：學生們都覺得用離心力來解釋離心運動很順，平時似乎都感覺到有離心力存在。教師首先讓學生們通過實驗去感覺離心力，然后和學生一起分析這種感覺，明確這種感覺的實質。然后再重新尋找離心力，從而發(fā)現(xiàn)其實做圓周運動的物體并沒有收到離心力的作用。我平時在教圓周運動向心力的時候，很多學生會提出“離心力”這個概念，把它放在對圓周運動物體的受力分析中。特別是解釋離心運動的時候，他們覺得用離心力來解釋很順。因此我刻意設計了實驗，讓學生通

8、過實驗來搞清楚原來我們的感覺錯在哪里，究竟要如何研究這個問題 解決這些問題的關鍵是教師要尊重學生的感受、正視學生的疑惑，正確對待學生的“錯覺”。只要教師能夠正視這一點，不是用自己的說教來讓學生死記硬背規(guī)律就可以了。剛才葛老師的分析中體現(xiàn)了教師對于錯誤的生活經(jīng)驗的處理方法就是要著力從根源上挖掘得到錯誤經(jīng)驗的原因，徹底解決心中的疙瘩，在這個基礎上重新建立起科學的直覺和經(jīng)驗。從這層意義上說，學習自然科學的過程也是不斷糾正錯誤，從而累積越來越多科學的直覺經(jīng)驗的過程。同時也能讓學生對科學的思維方法建立信心，相信科學能解決問題。如果能這樣引導學生的話，就連學生的錯誤感受也可以成為我們課堂教學的一個非常有效

9、的寶貴的資源。三、 培養(yǎng)“擺事實、講道理”的科學思維習慣和態(tài)度是的，這其實也是新課標的學習目標之一，在生活中有很多經(jīng)驗會造成錯覺，但個別老師如果怕麻煩，只讓學生死記硬背，要求學生一味地“排除生活經(jīng)驗干擾”，甚至“答題時都要與直覺相反”！而不是真正去剖析錯覺形成的原因，那就會造成學生一種錯誤的思想認識，認為“學物理就就是死記概念，絕不能聯(lián)系實際”，可見這種講法是不妥的！說得重一點，會讓學生在情感、態(tài)度和價值觀方面發(fā)生扭曲！教學案例視頻片段（慣性）：學生們都記住了慣性與速度無關，但并不理解其中的道理，而且關鍵是并沒有養(yǎng)成“擺事實、講道理”的科學習慣。在明確要求同學們“擺事實、講道理”而學生遇到困難

10、后，以類比的方式讓學生自己領悟原先直覺中的失誤，在此基礎上進一步設計出相對科學的比較慣性大小的判斷標準。在慣性的教學中，我經(jīng)常聽到視頻中這樣的回答：“老師說”，“書上說”。看到學生學了兩年物理竟然沒有養(yǎng)成“擺事實、講道理”的習慣，我非常遺憾！學生錯誤習慣的根子還是在老師！老師們都知道學生錯誤的原因是：比較慣性大小的科學判據(jù)沒有建立起來。但是，一般情況老師都認為這是牛頓第二定律的事情，我在教牛頓第一定律，干嗎要多講，于是只要學生記住物理結論。這樣物理結論雖然記住了，但是不科學的習慣也就養(yǎng)成了！所以我覺得物理教學有時候不應該過于計較進度，即使不能一下子很完整地得出正確的結論，至少先讓學生能從根源上

11、認識到自己錯誤的原因，這本身對學生的學習也是大有裨益的！ 解決這個具體問題的方法其實也很簡單：只要有個類比！當然我們設計的類比最好能夠激發(fā)學生心理感情的共鳴！要不要進一步去總結比較慣性大小的完整評判標準，各位老師可以見仁見智。但是至少，“擺事實、講道理”的習慣，是我們要注意培養(yǎng)的，讓學生養(yǎng)成這種習慣，比物理結論重要多了。如何對待生活中的錯誤感受，教師不僅要自己重視，挖掘其形成的原因，找到解決辦法，還要教導學生重視自己的感受，如果遇到感受與課堂教結論的不同，要注意分析原因。教師的處理方法將會影響學生一輩子的學習習慣。開動腦筋，舉一反三，堅持“擺事實、講道理”的原則，這樣能夠幫助我們糾正很多生活中

12、的錯誤經(jīng)驗。以前我們習慣于注意知識、技能的教育教學，而新課標的總目標里特別提到要讓學生“發(fā)展好奇心與求知欲，發(fā)展科學探索興趣，有堅持真理、勇于創(chuàng)新、實事求是的科學態(tài)度與科學精神”。這就是對學生情感、態(tài)度和價值觀方面的教育。新課程標準在具體目標里又提出了這樣的要求：“3具有敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度和科學精神，具有判斷大眾傳媒有關信息是否科學的意識。4有主動與他人合作的精神，有將自己的見解與他人交流的愿望，敢于堅持正確觀點，勇于修正錯誤，具有團隊精神?！?可以看出這是新課程三維目標所特別關注的一個方面，也是我們在實施新課程當中需要特別注意的一個方面。四、 讓學生真切地體驗真實的實

13、驗探究過程物理是一門實驗科學，但有許多物理現(xiàn)象我們不容易觀察到，這時我們就要用科學方法、用實驗的方法把這些過程重新呈現(xiàn)出來，呈現(xiàn)在學生面前，讓學生通過實驗親身的去體驗、去感悟，從中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象背后的規(guī)律，以及它的整個發(fā)展過程，直到最后得出結論。我覺得這樣才真正符合新課程對物理教學的要求。多媒體教學剛進入課堂時學生是很感興趣的，因為動畫和音效可以激發(fā)他們的熱情，不過這畢竟是間接的興趣，不是對現(xiàn)象本身的興趣。因此在學生對多媒體課件已經(jīng)見怪不怪的時候，他們就開始質疑了。說老師你可以在電腦里做假，我不相信這個規(guī)律是真實存在的。能用簡單器材直接顯示或者讓學生親手去操作的過程，盡量不要用電腦做很復雜的、背

14、后的處理，學生不知道老師在電腦里后面做什么，霧里看花、莫名其妙。比如說平拋的教學，以前我們經(jīng)常用閃光照片來講解，但閃光照相實驗在普通教室里不易實現(xiàn)。現(xiàn)在很多老師會用家用的照相機或攝象機來拍攝平拋實驗的視頻短片，但是需要老師在電腦里加工處理成類似閃光照片的圖片。有的老師在課前處理好了，但學生就覺得不真實；有的是在課上抓緊3、5分鐘時間處理，但在這段時間里，學生還是不知道老師在做什么“手腳”。教學案例視頻片段4（平拋運動）：在課前用普通數(shù)碼相機拍攝平拋運動的視頻短片，然后和學生一起討論如何聯(lián)系以前學過的實驗原理、方法，來分析研究這一新型的實驗記錄。學生提出要設法轉換記錄成每間隔相同時間小球的位置，

15、于是在固定在屏幕背后的一張大白紙上逐幀播放視頻片段，請學生合作在大白紙上重新描下“每間隔相同時間小球的位置”；然后進一步觀察、測量、計算，研究平拋運動水平、豎直兩個方向的分運動。物理課還是要重視實驗，多媒體手段只是一個輔助。對實驗我關注的第一個就是真實性，第二就是參與性。我讓學生上來描點，這樣既有真實感，又有實際體驗，這樣一個親手實踐的過程、以及做的過程中所獲得的體驗，也是我們新課程的三維目標所追求的?，F(xiàn)在很多課堂里不僅有電腦，一些條件較好的學校還引進了傳感器、Dis數(shù)字實驗室等。這些很先進的教育技術手段確實給我們的中學物理的課堂教學帶來了很新鮮的氣息。但是使用這些高科技手段的時候都要注意簡單

16、、直觀的原則，如果有可能要盡量讓學生來操作。這樣才能讓學生透過手段的迷霧，看到背后的物理內(nèi)容，才不會產(chǎn)生隔靴搔癢的感覺，真正幫助學生突破學習難點，才符合新課程的要求。不過，計算機模擬動畫也不是都不能用，我在上萬有引力定律、原子與原子核這些內(nèi)容時都常使用多媒體課件，效果也不錯。因為這些現(xiàn)象是比較難在教學課堂里用實驗再現(xiàn)的。另外還有一些受地域或季節(jié)限制，導致學生平時不易觀察到的現(xiàn)象，比如說海市蜃樓等等，也可以使用現(xiàn)成的視頻錄像。是的，多媒體不是不能用，只是不能濫用。使用時要注意這樣的一些原則：引導學生多注意觀察、積累生活經(jīng)驗，教學時優(yōu)先調(diào)動學生的生活經(jīng)驗。能讓學生動手實驗的不用演示實驗替代，能演示

17、真實實驗的不用實況錄像替代，能用實況錄像展示的不用動畫模擬。注意簡單、直觀的原則，盡量讓學生親手操作或用簡單器材直接顯示，避免用電腦做過于復雜讓學生不明就里的處理。針對物理現(xiàn)象教學中的疑難和誤區(qū)，剛才老師們的討論形成了以下四個要點：對突破現(xiàn)象教學疑難問題的小結一是要了解“學情”，根據(jù)學情設計實施有效的教學策略。二是要尊重學生的感受，正確對待學生的“錯覺”，挖掘其形成的原因，從根源上糾正錯誤的直覺，使學生形成對物理現(xiàn)象的正確認識。三是要注意培養(yǎng)學生形成擺事實、講道理的科學習慣、態(tài)度。 四是盡量調(diào)動學生的生活經(jīng)驗，通過物理實驗、錄像、多媒體等手段，盡可能真實地展示物理現(xiàn)象；盡量讓學生深入?yún)⑴c物理探

18、究過程，獲得真切的體驗。二、 關于物理概念和規(guī)律教學的疑難問題1、 按課程標準把握好物理現(xiàn)象教學的要求尺度剛才我們討論了現(xiàn)象教學中的疑難問題，但是物理概念和規(guī)律雖然是建立在現(xiàn)象基礎上的，卻高于現(xiàn)象，是從現(xiàn)象出歸納抽象出來的。學生即便觀察到了物理實驗現(xiàn)象，有了正確的生活體驗，也不見得就能從中了解物理的規(guī)律和概念。其實對于物理現(xiàn)象的認識有一個標準，一般來說真正認識物理現(xiàn)象要達到這樣三項要求：第一是要認清物理現(xiàn)象的關鍵特征；第二是要明確出現(xiàn)該現(xiàn)象的條件；第三是根據(jù)我們教學的不同要求，有些還需要了解產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。其實許多物理現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是非常復雜的，所以我們在教學的時候，要特別注意教學過程的階

19、段性、把握好教學的節(jié)奏感。我們要了解課標對高中該階段學生的要求，對深度、難度有一個準確的定位。比如多普勒效應，課標的要求是“通過實驗感受多普勒效應。解釋多普勒效應產(chǎn)生的原因?！笨墒侨绻嬉忉屗脑颍€是挺困難的，因為它表現(xiàn)出來的是波的頻率的變化。在學生學習的過程中，會遇到一些什么困難呢？教學案例視頻片段4（平拋運動）：在認識了多普勒現(xiàn)象后，請學生讀書學習其成因，結果學生遇到困難。于是鼓勵學生聯(lián)系已有知識，提示學生“頻率”相對抽象，周期會更好思考。學生分頭討論研究各種情況，最后由學生匯報研究情況。這個處理是借助學生比較熟悉的概念、規(guī)律來解決問題，把頻率的問題轉化成了周期和波長來解決。因為時間

20、和波長都比較容易通過示意圖表現(xiàn)出來，這個圖其實類似于學生熟知的追擊和相遇的圖。在解釋物理現(xiàn)象產(chǎn)生的原理比較困難的時候，還有些辦法，比如可以做一些順序的調(diào)整、或者補充過渡。老師可以先降低尺度，再循序漸進地引導學生探討。還可以轉換思維焦點，幫助學生間接地認識這種物理現(xiàn)象。2、 重視概念的物理意義，注重從實際問題中抽象、概括出概念的過程，讓學生了解提出新概念的過程和目的，使學生在建立概念的過程中受到物理思想與方法的熏陶。學生經(jīng)常對比較抽象的概念死記硬背，不理解物理概念的實質。比如加速度、電場強度或是磁感應強度的概念。其實理解掌握物理量，應該把這個物理量的意義、用途放在第一位，而定義式的記憶放在第二位

21、，定義必須能正確地實現(xiàn)它的用途，否則定義就需要做出相應的變化。要讓學生理解物理量的意義，在提出一個新概念時就要讓學生了解為什么要提出這樣一個物理量。比如說動量，已經(jīng)有了速度、有了動能，為什么我們還需要動量這樣一個物理量呢？它與速度、動能相比有什么特殊的作用呢？在這樣的教學中可以讓學生體會物理學的研究方法。我舉一個關于磁通量概念建立的案例：教學案例視頻片段5（磁通量）：在初中“切割磁感線”產(chǎn)生感應電流的知識基礎上，又發(fā)現(xiàn)不切割磁感線而“改變穿過閉合線圈的磁感強度”也能產(chǎn)生感應電流。于是引導學生將兩種過程形象化（畫出磁感線），從而能比較（用多媒體動畫輔助）發(fā)現(xiàn)兩種過程的共同特點是穿過閉合電路的磁感

22、線條數(shù)發(fā)生了變化。這才是閉合電路產(chǎn)生感應電流的充要條件，為此方才有必要定義一個新物理量：磁通量。不少教材都把磁通量安排在磁場一章進行教學，為電磁感應的教學做準備。但是學生不理解已經(jīng)有磁感強度了，為什么還要這樣生硬地引入這個新概念，學習被動，效果不好。其實很多物理概念和規(guī)律是同時得出的，磁通量就是很典型的例子。我們還可以再回頭看看牛頓這個單位的得出過程，還有動量與動量定理的分析，也都類似。讓學生在探索中發(fā)現(xiàn)必須引出新的物理量，才能更準確、更簡潔得表述所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。這就是為什么在新課程的標準中強調(diào)過程與體驗的目的。3、 幫助學生理解數(shù)學公式背后的物理道理，體會公式中每一個量的物理意義。初中學生都學

23、過“功”，我覺得高中我們一開始就應該給學生強調(diào)功是能量轉移轉化的量度，利用這一點，我們才能幫助學生突破很多疑難問題。2006年的高考有這么一道題：人下蹲以后再跳起的過程中，地面對人有沒有做功？很多老師都很疑惑：人在力的方向上是有位移的，為什么結果地面對人向上的支持力卻沒有做功呢？如果我們在學習的時候要求學生優(yōu)先掌握“功是能量轉移轉化的量度”，而不是讓學生簡單地死記“W=Fscos”，那就不會輕易被考倒了！因為人跳起來的過程增加的能量顯然不是地面給的！不過我們還得要考慮一下：它不做功，從“Fscos”怎么理解？應該如何來修訂我們定義中s的含義，才能夠滿足量度能量轉移轉化的要求呢？這時候我們可以仔

24、細考察一下，人從蹲著到跳起來的過程中，人的重心確實是有位移的。但是我們更要關注的是什么？地面給人的作用力作用在哪里？作用在腳底！在我們站（或）跳起來的過程中腳底有沒有位移？顯然沒有！跳起來腳離地以后，腳底是有位移，但這時地面對人的力卻沒了！可見我們應該讓學生理解“Fscos”中這個s應該是受力質點的位移！在高中課程標準的第四部分有一個實施建議，其中第二點特別強調(diào)要：“提高科學探究的質量，關注科學探究學習目標的達成”。對于高中的教學，不僅僅是動手做實驗才叫科學探究；深入地思考一個物理現(xiàn)象、物理過程，從中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，只要這個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是學生自己通過親身的體驗和通過自己的思考最后得到結論，我認為它

25、都是屬于探究的過程。高中物理教學相對于初中，更強調(diào)培養(yǎng)學生理性的思維，這是高中物理跟初中物理的一個明顯的區(qū)別；也只有這樣，才能更好地體現(xiàn)物理學科不同于其他學科的獨特教育價值！4、 把握規(guī)律所反映的真實的物理過程、物理背景，體會其適用條件；在生活中觀察、在探究中感悟復雜的物理規(guī)律。許多學生學物理，沒有注意到物理規(guī)律跟數(shù)學的差別，僅僅認識物理規(guī)律的數(shù)量關系，把物理的公式當成數(shù)學公式來理解，沒有把握住規(guī)律所反映的真實的物理過程、物理背景，當然就不能很好地掌握物理規(guī)律。有一個特別容易混亂的因果關系，就是變壓器的規(guī)律。變壓器涉及到的物理量比較多：原線圈、副線圈的電壓、電流、功率等等。原線圈電壓決定副線圈的電壓，這個關系符合學生的思維習慣，問題不大。但是電流和功率恰恰相反，是副線圈的功率、電流決定了原線圈的功率、電流，這和學生的思維習慣完全相反。這是一種量出為入