科學(xué)探究與學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

1、高中物理新課程倡導(dǎo)的教學(xué)方式高中物理新課程倡導(dǎo)的教學(xué)方式科學(xué)探究與高中物理實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究與高中物理實(shí)驗(yàn)新課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的要求n普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）在課程的基本理念中指出：n“在課程實(shí)施上注重自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化。高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考。通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)和技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。” 新課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的要求n（1）注重和促進(jìn)學(xué)生的自主、探究和合作學(xué)習(xí)；n（2）把握科學(xué)探究的基本特征，滲透探究的思想和方法；n（3）切實(shí)加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)踐的意識(shí)和創(chuàng)新能力；n（4）

2、提倡教學(xué)方式的多樣化。學(xué)生學(xué)習(xí)方式的幾個(gè)維度學(xué)生學(xué)習(xí)方式的幾個(gè)維度n教師與學(xué)生：n學(xué)生自主教師指導(dǎo)；n學(xué)生與學(xué)生：n合作學(xué)習(xí)獨(dú)立學(xué)習(xí)；n探究與接受：n探究學(xué)習(xí)接受學(xué)習(xí) 教師指導(dǎo) 學(xué) 生 自 主學(xué)習(xí) 獨(dú)立學(xué)習(xí) 合作學(xué)習(xí) 探究式學(xué)習(xí) 接受學(xué)習(xí) 圖 3-1-1 學(xué)生學(xué)習(xí)方式的幾個(gè)維度學(xué)生學(xué)習(xí)方式的幾個(gè)維度n任何學(xué)習(xí)方式都包含上述維度，只不過任何學(xué)習(xí)方式都包含上述維度，只不過偏向于兩極的程度不同而已。偏向于兩極的程度不同而已。n就宏觀而言，應(yīng)當(dāng)選擇三維空間中合適就宏觀而言，應(yīng)當(dāng)選擇三維空間中合適的平衡點(diǎn)；的平衡點(diǎn)；n就微觀而言，應(yīng)當(dāng)綜合考慮影響學(xué)習(xí)方就微觀而言，應(yīng)當(dāng)綜合考慮影響學(xué)習(xí)方式的多種因素，選擇

3、不同的學(xué)習(xí)方式，式的多種因素，選擇不同的學(xué)習(xí)方式，以達(dá)到優(yōu)化組合的效果。以達(dá)到優(yōu)化組合的效果。學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變n陳舊的學(xué)習(xí)方式忽視人的主動(dòng)性、能動(dòng)陳舊的學(xué)習(xí)方式忽視人的主動(dòng)性、能動(dòng)性和獨(dú)立性，；忽視了應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)科學(xué)過性和獨(dú)立性，；忽視了應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)科學(xué)過程的本質(zhì)特征；忽視了學(xué)習(xí)作為一種特程的本質(zhì)特征；忽視了學(xué)習(xí)作為一種特定社會(huì)活動(dòng)的基本特征：人的相互作用。定社會(huì)活動(dòng)的基本特征：人的相互作用。n轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式是指導(dǎo)轉(zhuǎn)變單一的、他主轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式是指導(dǎo)轉(zhuǎn)變單一的、他主的、被動(dòng)的以及機(jī)械灌輸?shù)膶W(xué)習(xí)方式。的、被動(dòng)的以及機(jī)械灌輸?shù)膶W(xué)習(xí)方式。n學(xué)習(xí)科學(xué)，如果只是學(xué)習(xí)科學(xué)的結(jié)論，而忽視了對(duì)科學(xué)探究過程的理

4、解和體驗(yàn)，那就不能很好地理解科學(xué)的本質(zhì)。n因此，對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解是我們強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究式學(xué)習(xí)的一個(gè)重要的依據(jù)。 科學(xué)探究有促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的內(nèi)在價(jià)值科學(xué)探究有促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的內(nèi)在價(jià)值n過程的感受和體驗(yàn)是不可替代的。過程的感受和體驗(yàn)是不可替代的。n科學(xué)教育的許多目標(biāo)，離開了過程的感受和體驗(yàn)是難以科學(xué)教育的許多目標(biāo)，離開了過程的感受和體驗(yàn)是難以實(shí)現(xiàn)的，或者是難以向更高的層次發(fā)展。實(shí)現(xiàn)的，或者是難以向更高的層次發(fā)展。n探究過程極其生動(dòng)活潑，有利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣和動(dòng)機(jī)。探究過程極其生動(dòng)活潑，有利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣和動(dòng)機(jī)。n探究過程中有許多意想不到的現(xiàn)象和問題，需要觀察、探究過程中有許多意想不到的現(xiàn)象和問題，需要觀

5、察、實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手、動(dòng)腦等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的多重智能，特實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手、動(dòng)腦等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的多重智能，特別是創(chuàng)新意識(shí)和能力。別是創(chuàng)新意識(shí)和能力。n經(jīng)歷探究過程，有利于學(xué)生理解科學(xué)和發(fā)展良好品德。經(jīng)歷探究過程，有利于學(xué)生理解科學(xué)和發(fā)展良好品德。液氮下的液氮下的“冬眠冬眠”香蕉可以當(dāng)鐵錘用聲波可以振碎酒杯，你相信嗎？探究需要與其他多種方式結(jié)合探究需要與其他多種方式結(jié)合n探究式學(xué)習(xí)不是惟一的學(xué)習(xí)方式，也不探究式學(xué)習(xí)不是惟一的學(xué)習(xí)方式，也不是任何情況下最好的學(xué)習(xí)方式。是任何情況下最好的學(xué)習(xí)方式。n不可能也不必要事事探究，特別是直接不可能也不必要事事探究，特別是直接獲取證據(jù)的探究活動(dòng)。獲取證據(jù)的探究活動(dòng)。n

6、要使學(xué)生學(xué)會(huì)間接學(xué)習(xí)。要使學(xué)生學(xué)會(huì)間接學(xué)習(xí)。n關(guān)注使探究與接受學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來。關(guān)注使探究與接受學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來。理論探究案例：萬有引力定律理論探究案例：萬有引力定律n定性的思考：可能定性的思考：可能與與M、m有關(guān)，可能有關(guān)，可能與與r 2成反比。成反比。n定量推導(dǎo)：定量推導(dǎo)：n從從 ，似乎太陽對(duì)行星的引似乎太陽對(duì)行星的引力與力與r r的一次方成正比，而不是與的一次方成正比，而不是與r r的二的二次方成反比。對(duì)此，你有什么看法？次方成反比。對(duì)此，你有什么看法？2224TmrmrF理論探究：萬有引力定律n行星運(yùn)動(dòng)的行星運(yùn)動(dòng)的 或或T T可能與可能與r r有關(guān)。有關(guān)。n開普勒定律，給出了開普勒定律

7、，給出了T T 2 2與與r r的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。 n你能由此推導(dǎo)出引力的平方反比規(guī)律嗎？krT32科學(xué)探究的方式是多種多樣的科學(xué)探究的方式是多種多樣的n探究沒有僵化的規(guī)程，雖然有一些基本探究沒有僵化的規(guī)程，雖然有一些基本的過程要素：?jiǎn)栴}；事實(shí)證據(jù)；解釋；的過程要素：?jiǎn)栴}；事實(shí)證據(jù)；解釋；評(píng)價(jià)；交流。評(píng)價(jià)；交流。n以問題情境為動(dòng)力；以問題情境為動(dòng)力；n以科學(xué)方法為工具；以科學(xué)方法為工具；n以探究思維為靈魂；以探究思維為靈魂；n實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究中最重要的觀念和思想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究中最重要的觀念和思想方法方法n沒有實(shí)驗(yàn)的物理理論是空洞的，沒有理論的實(shí)驗(yàn)是盲目的。正是實(shí)驗(yàn)家使理論家保持老老實(shí)實(shí)的態(tài)

8、度。n 帕格爾斯，物理學(xué)家n實(shí)驗(yàn)可以推翻理論，而理論永遠(yuǎn)無法推翻實(shí)驗(yàn)。n 丁肇中，物理學(xué)家高中物理新課程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議從探究的視角設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)n例：自由落體規(guī)律的探究n讓一個(gè)粉筆頭從靜止落下，請(qǐng)描述你感覺到的現(xiàn)象。n讓羽毛和粉筆頭等高同時(shí)落下，觀察并推測(cè)可能發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。n把一張紙逐步對(duì)折與粉筆頭等高同時(shí)下落，觀察并推測(cè)可能的規(guī)律。例：自由落體規(guī)律的探究n演示抽氣玻璃管中羽毛與錢幣的下落。n觀察月球上的落體運(yùn)動(dòng)（圖片）n觀察并分析自由落體的閃光照片。n實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，測(cè)重力加速度。例：平拋物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究n背景引入：直升飛機(jī)空投救援物資。n觀察：水平拋出小橡皮，水平射出

9、的水流，描述你看到的現(xiàn)象和你認(rèn)識(shí)這種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。n討論：怎樣來研究這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)？做出某種猜測(cè)，說明提出猜測(cè)的理由。n平拋豎落等時(shí)性的實(shí)驗(yàn)。它能說明什么？還不能說明什么？例：平拋物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究n實(shí)驗(yàn)：平拋運(yùn)動(dòng)的描跡和分析。n觀察并分析平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照片。n推導(dǎo)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程。創(chuàng)設(shè)聯(lián)系實(shí)驗(yàn)的情景案例：速度加速度n法拉利賽車F2003-GA最大速度可達(dá)369km/h，而颶風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)2000最大速度可達(dá)2450km/h。 n賽車的最大速度遠(yuǎn)小于颶風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)，但它卻能在起步階段勝出，怎樣來描述兩者的不同特點(diǎn)呢？n舒馬赫駕駛的法拉利賽車在距離最短的600米比賽中稍稍勝出 圖 起步階段法拉利賽車占優(yōu)勢(shì)

10、。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)的問題演示演示 用傳感器和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有關(guān)運(yùn)用傳感器和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有關(guān)運(yùn)動(dòng)圖象的猜想動(dòng)圖象的猜想n假定你從靜止開始沿直線向前走去，走5m后再沿原路線倒退到出發(fā)點(diǎn)。請(qǐng)畫出定性的描述運(yùn)動(dòng)的位移圖象和速度圖象。n畫好以后再觀察用小車做的模擬演示，用位移傳感器采集位移隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)給出圖象?？纯此c你的猜想相似嗎？實(shí)驗(yàn)裝置與你畫出的圖象相似嗎？演示：牛頓第三定律n兩人手拉著手，相互對(duì)拉。n當(dāng)甲把乙拉向自己一邊時(shí)，我們常說“甲的力氣大”，是否意味著甲拉乙的力大于乙拉甲的力呢？n讓我們用兩個(gè)測(cè)力傳感器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，顯示出兩個(gè)力的圖象?？匆豢?，當(dāng)力變化時(shí)，這一對(duì)力的大小是

11、否相等？甲把乙拉過來時(shí)，兩力大小相等嗎？ 計(jì)算機(jī)顯示兩力相互作用的圖象 關(guān)注小型簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)案例：曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向案例：力的分解案例：滑動(dòng)摩擦力實(shí)驗(yàn)課題研究水果電池案例：汽車剎車距離的模擬探究n許多汽車事故并非剎車失靈造成的，而是剎車距離不夠短造成的。n當(dāng)司機(jī)發(fā)現(xiàn)前方有一障礙物時(shí)，他迅速啟動(dòng)制動(dòng)器，但從觀察發(fā)現(xiàn)到操作制動(dòng)器需要一段反應(yīng)時(shí)間，制動(dòng)器制動(dòng)后，車子在阻力作用下減速，直到速度為零。n如果剎車距離大于發(fā)現(xiàn)時(shí)障礙物離車的距離，事故就會(huì)發(fā)生。假定不計(jì)反應(yīng)時(shí)間，剎車距離和哪些因素有關(guān)，以及是什么樣的關(guān)系？案例：汽車剎車距離的模擬探究n（1）小組討論：n 猜想：汽車從剎車到靜止的距離可能與哪些因素

12、有關(guān)？n 如果有多個(gè)因素，如何檢驗(yàn)是否與其中的某一個(gè)因素有關(guān)？n 用什么樣的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？如何控制變量？n 需要測(cè)量哪些物理量？怎樣測(cè)量？怎樣記錄？n 分工：操作控制；測(cè)量；記錄；處理數(shù)據(jù)（每研究一個(gè)變量，分工進(jìn)行一次交換）。 案例：汽車剎車距離的模擬探究n（2）分組實(shí)驗(yàn)：安裝，操作控制，測(cè)量，記錄。n（3）分組：處理數(shù)據(jù)，描繪圖像，討論結(jié)果。n（4）交流，評(píng)價(jià)，理論推導(dǎo)與解釋。n（5）應(yīng)用：實(shí)施交通安全法相關(guān)條款的意義和建議。 “汽車剎車距離的摸擬探究汽車剎車距離的摸擬探究”實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理與理論分析：處理與理論分析： 圖 3-3-3 s-v 圖像 s-v2圖像 實(shí)驗(yàn)的理論分析n

13、理論分析1：設(shè)汽車剎車時(shí)的速度為v ，剎車后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為an由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得，在加速度一定時(shí)，剎車距離與速度的平方成正比。n理論分析2：如果剎車后汽車受到的滑動(dòng)摩擦力不同，加速度也不同，應(yīng)用牛頓第二定律公式可得，如果剎車時(shí)速度相同，剎車距離與滑動(dòng)摩擦因數(shù)成反比。實(shí)驗(yàn)的理論分析n理論分析3：在制動(dòng)過程中，阻力對(duì)汽車做負(fù)功，使汽車動(dòng)能減少最終到零，應(yīng)用動(dòng)能定理，可得出推論，由此可以解釋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 案例：案例：力減小時(shí)物體的速度也減小嗎？力減小時(shí)物體的速度也減小嗎？ n生活中，我們常有一種經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)：力越大速度越大，力越小速度就越小，n例如，運(yùn)動(dòng)員把壘球拋出去時(shí)，力越大，拋出的速度就越大；踢球的力越大，飛出的足球速度也越大。這種觀點(diǎn)正確嗎？n如果一個(gè)物體受力做加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)牽引力持續(xù)減小時(shí)，物體的速度將會(huì)怎樣變化？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)你的想法。 案例：案例：力減小時(shí)物體的速度也減小嗎？力減小時(shí)物體的速度也減小嗎？n可供選擇的器材：軌道，小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，鉤碼，線，橡皮筋，鑰匙鏈條等。n（1）你的想法是：如果牽引力持續(xù)減小，物體的速度將 。n（2）