在科学探究中构建物理概念的意义---浅谈科学探究在概念教学中.ppt

在科学探究中构建物理概念的意义在科学探究中构建物理概念的意义浅谈科学探究在概念教学中的运用浅谈科学探究在概念教学中的运用江苏省扬州中学教育集团树人学校白振宇江苏省扬州中学教育集团树人学校白振宇江苏省扬州中学教育集团树人学校白振宇江苏省扬州中学教育集团树人学校白振宇一种偏向一种偏向一种偏向一种偏向：探究教学主要集中在“物理规律的发现”上，还很少落脚于“物理概念的建立”上；新课标的教材中新课标的教材中 一线教师实际的教学实践中一线教师实际的教学实践中一个盲区：一个盲区：探究学习方式在物理教学领域内还探究学习方式在物理教学领域内还存在着存在着“盲区盲区”!这一盲区就存在这一盲区就存在于物理概念教学领域内。于物理概念教学领域内。概念应该能从科学探究中生成：概念应该能从科学探究中生成：物理概念是对物理客体的抽象与概括，概物理概念是对物理客体的抽象与概括，概念本身既是重要的物理知识，又是探究物念本身既是重要的物理知识，又是探究物理规律、构建物理理论的理规律、构建物理理论的“基石基石”，在学，在学科知识体系中占有重要的地位，这也使得科知识体系中占有重要的地位，这也使得概念教学成为物理教学中一个极其重要的概念教学成为物理教学中一个极其重要的领域。领域。科学探究方式在这一领域的缺失，是“不可容忍的！无论是从新课程实施质量提升的角度；还是从概念教学理论发展的角度。其次，纵观物理学发展的历程，不难看其次，纵观物理学发展的历程，不难看出，概念本身都是在科学探究活动中逐出，概念本身都是在科学探究活动中逐步生成、廓清和发展的，与科学探究有步生成、廓清和发展的，与科学探究有着着“天生而必然天生而必然”的联系，应该可以将的联系，应该可以将概念教学与科学探究有机地结合起来。概念教学与科学探究有机地结合起来。以以“探究的形式探究的形式”来进行物理概念的教来进行物理概念的教学学 进一步丰富探究教学的类型，进一步丰富探究教学的类型，进一步拓展学生的探究视野，进一步拓展学生的探究视野，进一步完备其探究经历，进一步完备其探究经历，进一步完善其探究素质，进一步完善其探究素质，逐步形成了一批“以科学探究的方式实施概念教学”的典型案例，如：电阻、力臂、电功率、比热容；积累了一些设计、实施物理概念探究式教学的经验 两个教学运用案例两个教学运用案例在电阻概念教学中的运用在电阻概念教学中的运用在力臂概念教学中的运用在力臂概念教学中的运用电阻概念的常规教法电阻概念的常规教法：先演示：图1的实验，传授电阻的概念(导体对电流的阻碍作用)和电阻的单位；实验探究影响导体电阻的因素。图1教学困难：在教的方面的在教的方面的“空降空降”现象现象 ：电阻概念仍是由教师“灌输”给学生的，此外仅以图1演示作为概念建立的事实基础不仅显得“单薄”，而且将图1事实生硬地归结为“对电流的阻碍作用”也有“先验臆造”之嫌 在学的方面的在学的方面的“空心空心”现象：现象：学生会因此认为“当导体中没有电流时，由于没有了阻碍的对象，导体对电流的阻碍作用也是不存在的，因而电阻为零”，对学生理解“电阻是导体本身的一种属性”造成阻碍 常规力臂教学的困难：常规力臂教学的困难：在教的方面的在教的方面的“空降空降”现象：现象：教师难以向学生展示力臂对杠杆转动影响的清晰表象，不能向学生明示概念引入的必要性，只是将概念凭空地、囫囵地灌输给学生 在学的方面的在学的方面的“空心空心”现象：现象：学生由于没有获得相关“力臂对杠杆转动造成影响”的物理事实的支持，没有获得相应的抽象、概括和形成力臂概念的内部思维过程的支持，只能将力臂概念的学习褪化为鲜有理解成份、纯粹的记忆过程，其后果是他们虽然被动地“记住”了力臂的定义，但却普遍感到“力臂”似乎是先验地存在着，其生成是神秘和突兀的，是常人（包括自己）无法理解的。正是因为对概念缺乏较深刻的认同，一旦面临新的、较复杂的问题情境，就会不自觉地产生“认知背叛”，如将力臂误作“支点到力的作用点的距离”等等。电阻概念的探究式教法：电阻概念的探究式教法：步骤一。演示实验步骤一。演示实验 引入课题引入课题概括时不作任何概括时不作任何“先验式拔高先验式拔高”，只是，只是“就事论事就事论事”地地得出：电压一定时，导体中的电流大小还与导体自身有得出：电压一定时，导体中的电流大小还与导体自身有关；关；围绕围绕“导体对电流有影响导体对电流有影响”这一这一“新发现新发现”，同时充分，同时充分考虑中学实验室所能提供的研究条件，自主讨论确定本考虑中学实验室所能提供的研究条件，自主讨论确定本课的进一步深入探究的课题课的进一步深入探究的课题-探究探究“导体的哪些因导体的哪些因素会影响电流大小素会影响电流大小”。步骤二。实验探究步骤二。实验探究 确定因素确定因素猜测猜测 、假设中的变量筛选；、假设中的变量筛选；探究中的调控；如有意识地探究中的调控；如有意识地”为探究设置一些为探究设置一些“小障碍小障碍”，如只提供两根材料不同的导线，如只提供两根材料不同的导线，“迫使迫使”学生开动学生开动脑筋，积极应对，发挥创造性，完成实验探究脑筋，积极应对，发挥创造性，完成实验探究 步骤三。合四为一步骤三。合四为一 生成概念生成概念有意识地突显电流受到有意识地突显电流受到5 5个因素的影响，让学生体会到这个因素的影响，让学生体会到这是至今为止遇到的最多的变量因素；是至今为止遇到的最多的变量因素；因素越多，在下一步的研究因素越多，在下一步的研究 (如影响电流大小的定量关系如影响电流大小的定量关系)中，进行变量控制就难度越大，越不方便；中，进行变量控制就难度越大，越不方便；如有可能应对如有可能应对“五个因素五个因素”进行进行“瘦身瘦身”；能将能将“长度长度”与与“横截面积横截面积”合并成合并成“体积体积”？只要能减少变量个数同时又不会“模糊”对电流的确定影响，我们完全可以“自创”一个物理概念而不必局限在旧有的物理概念(如体积、质量等)中“打转转”。长度、材料、粗细和温度都是导体的性质，它们对电流的影响可“合并”成“导体对电流的影响”，既然导体都有一个确定的“对电流的总体影响”，我们就可以定义一个物理概念来表示这一总体影响。这就好比用总分来描述某同学总体考试情况的好坏一样。接下来的问题就是给这一概念起一个合适的“名字”及理清这一概念和导体四个因素之间的关系？1。可定义成导体的导电性(或导电能力)；2。也可定为导体的阻电性，既对电流的阻碍性影响 步骤四。回味总结步骤四。回味总结 彰显价值彰显价值若没有电阻这个概念，我们在研究电流大小时，必须考虑5个因素，而有了电阻这一概念，就概括了导体方面的四个因素，这样我们在进一步研究电流大小的定量关系时，只须考虑两个因素，即电压和电阻，从考虑五个因素进步到只要考虑两个因素，这就大大地降低了后继研究的难度，把复杂的事情变简单了！力臂概念的探究式教法：力臂概念的探究式教法：步骤一。见识杠杆提出任务步骤一。见识杠杆提出任务 引导学生认识杠杆、支点、动力、阻力等概念，但并不介绍“力臂”概念，然后即提出探究任务，要求学生探索影响杠杆平衡的因素，并定量表达杠杆的平衡条件。步骤二。剖析典型初探规律步骤二。剖析典型初探规律 选取1个典型杠杆，如撬棍、翘翘板、门等，让学生剖析，大多数学生从自身的游戏经历和生活经验出发，会很快意识到影响杠杆转动的因素是力的大小和距离（作用点到支点的距离），教师对其中的“漏洞”先不予点破，要求学生进行“定量关系”的探究。学生利用杠杆和钩码进行实验探究，大都能很快得出杠杆平衡的“条件”：力与距离的乘积相等。教师对此结论可表示认同，但强调此处的距离是“支点到力的作用点的距离”。同时提醒学生，“平衡条件”是否成立还要看它是否具有“普遍性”，为此还应检验其它的杠杆是否也遵从上述“条件”。步骤三。揭示矛盾深化探究步骤三。揭示矛盾深化探究 检验结论的普遍性时，教师可选择一个案例，如检验结论的普遍性时，教师可选择一个案例，如日常生活中的开门、关门，进行检验。演示时先日常生活中的开门、关门，进行检验。演示时先故意选择与门垂直方向的拉力，如图故意选择与门垂直方向的拉力，如图2 2中的中的F1nF1n、F2nF2n、F3nF3n来验证，当学生沉浸在结论得证的来验证，当学生沉浸在结论得证的“喜悦喜悦”中时，再选择与门不垂直的拉力，如图中时，再选择与门不垂直的拉力，如图中的中的F1F1、F2F2、F3F3来检验来检验(同时将这些方向上同时将这些方向上的拉力记录下来，供下一环节使用的拉力记录下来，供下一环节使用)图图2门受力俯视图门受力俯视图教师还可以通过理论分析，引导学生去“发现”原平衡条件中暗藏的“硬伤”-只包括力的大小和作用点(决定支点到作用点之间的距离)，而不包含力的方向这一因子，这就与力的方向也能影响杠杆的转动这一事实不符，所以实验与理论两方面都显示，原结论尚有不妥之处，我们的探究还有待深入。步骤四。启发铺垫催生概念步骤四。启发铺垫催生概念 教师要引导学不断进行尝试、检验、评价、教师要引导学不断进行尝试、检验、评价、再尝试再尝试，同时相机进行启发铺垫，为，同时相机进行启发铺垫，为学生的探究提供学生的探究提供“思维阶梯思维阶梯”.通过通过“极端极端”情况进行启发情况进行启发 通过通过“平衡的初步条件平衡的初步条件”启发启发 通过通过“力矩盘实验力矩盘实验”来启发来启发 步骤五。回味反思彰显价值步骤五。回味反思彰显价值 带领学生反思整个探究历程，回味“力臂”概念在探究过程中是如何生成、转变和发展的，以及它对普适平衡条件建立的重要价值，深化学生对力臂的认识，通过此环节要让学生明白，力臂大小是由力的方向与作用点位置决定的，它是两者对杠杆转动综合影响的定量表示，是决定研究能否从“定性”升华为“定量”的关键所在，没有正确的力臂概念，就不可能探究出普适的杠杆平衡条件。关于科学探究与概念教学的几点启示：关于科学探究与概念教学的几点启示：探究式概念教学并不神秘探究式概念教学并不神秘探究式概念教学实质是将概念的教学与一定的问题结合，探究式概念教学实质是将概念的教学与一定的问题结合，且一般是从属于某一更且一般是从属于某一更“宏大宏大”、更居、更居“上位上位”的问题，的问题，然后在探究、解决这一问题的过程中，自然地生成、厘然后在探究、解决这一问题的过程中，自然地生成、厘清概念的内涵和外延，建构物理概念的意义清概念的内涵和外延，建构物理概念的意义；在探究式概念教学中，概念、问题与探究方式紧密相关，在探究式概念教学中，概念、问题与探究方式紧密相关，概念支撑问题概念支撑问题(的解决的解决)，问题蕴含概念，为概念的意义，问题蕴含概念，为概念的意义提供提供“背景参照背景参照”，两者又交织在科学探究活动这一共，两者又交织在科学探究活动这一共同同“载体载体”中，形成一个中，形成一个 如图如图3 3所示的所示的“三位一体三位一体”结结构的教学模式框架构的教学模式框架 在这一教学模式中，各要素间主要又存在两种“联系(或关系)”形式逻辑(语义逻辑)和行为逻辑(活动逻辑)，在探究式概念教学设计时，往往会遵从行为逻辑而打破形式逻辑 没有电阻概念时就研究决定电阻大小的因素，在力臂概念建立以前就探索杠杆的平衡条件，这些都不符合形式逻辑关系，但却符合探究活动开展的行为逻辑，因此仍然可以实现。探究式概念教学的功能优势探究式概念教学的功能优势在概念教学中就要求我们要从“概念是什么”和“概念为了什么”两方面来构建和阐明概念的意义，如果不能很好地解决上述两个问题，概念教学就难免陷入“空降”和“空心”的泥潭 可以充分利用科学探究的优势来达成以上教学目标 科学探究所具有的鲜明、真实、富有探索意味的活动情境易于被学生认同，同时能为概念认知提供必要的心理背景支撑，有利于激发学生进行概念创新的内在动机。科学探究更注重概念的“生长”过程，它能更有效地整合各类学习资源(经验的、观念的、技能的)，通过对资源进行的取舍(依照探究活动的需求)和编排(按照探究活动的内在行为逻辑)，使学习资源的组织化、集约化程度更高，其中蕴含的可供概念发现的线索与路径更加清晰，这有利于学生自我发现“概念是什么”。教学中设计的科学探究的研究目标往往高于“概念的发现”，而指向更“上位”的问题如“规律的发现”，这就将概念教学“吸纳”为更高位研究的一个必要的“子研究”，从而以“规律的发现”来为“概念建立“的意义与价值作“阐述”。在力臂教学中即以“杠杆的平衡条件”来为力臂概念作“价值说明”，使学生清楚地看到，力臂概念的建立使人们对杠杆的研究从“定性”上升为“定量”，使得探讨杠杆平衡的定量规律成为可能，从而较为深刻地理解“概念为了什么”探究式概念教学对科学探究的意义则表现在它扩大了科学探索的作用范围和类型。进一步丰富了探究教学的类型，拓展学生的探究视野，完备了探究经历，完善了探究素质。在本课中，学生的探索不再局限在规律的探索上，同时还体现在电阻概念的建立上；不但有发现电阻规律的实验型探究，还有生成电阻概念的理论思辨型探究。在现实的科学探究中，概念的确立和规律的发现往往纠缠在一起，相互制约、相互促进，是不可截然分开的。探究式概念教学的设计要领：探究式概念教学的设计要领：概念探究教学的设计的“要害”：“探究问题的设计”“概念探究路径的设计”“概念探究路径”的设计要领主要有：首先要能理清各类学习材料间不同的“逻辑承接关系”，概念探究教学往往打破了原来的“先概念、后规律”式的知识演绎顺序。而代之以“在探索规律的过程中、在问题解决的过程中生成概念”的活动逻辑。教师要能按照探究活动的逻辑重新审视、组合、编排各类学习资源，设计出一条逻辑严密、环环相扣、运行流畅的“探究路径”。其次要学会“从学生的视角”去设计探究的路径。必须具备“俯下身子，平视学生”的教学设计理念，必须具有准确评估学生的学识基础、学力水平的能力，必须具备准确预测学生在相应的问题情境中的思维走向、应对策略、行为模式的能力，必须能在“准确评估”的基础上，广泛收集、合理编排学习资源，择取恰当的指导策略，设计出合适的启发导语，并使之情境化 能进行“多向设计”，探究式概念教学的流程往往呈“树型”结构，进行至某个“节点”时教学面临多种选择，师生根据“教学现场”的情况，从中选择一条作为后继教学的“实际路径”。教师在设计时必须能“基本预知”学生可能的探究路线，并分别进行相关的“预设。谢谢谢谢