高中物理教学论文 课程标准教科书的特色之一探究性学.pdf

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1、课程标准教科书的特色之一：探究性学习 课程标准教科书的特色之一：探究性学习 内容提要:以“课程标准”为指导的物理教科书，有三个特色，特色一：探究性学习，特色二：探索性实验，特色三：历史性与现代化的结合。本文以加速度的概念和匀变速直线运动的规律为例,用普通高中课程标准实验教科书(简称课标)物理与教科书物理(实验修订本,必修)比较的方法,论述课标物理教材在物理概念和物理规律的引入和叙述中的突出特色探究性学习。本文通过以下三个方面论述课标教科书在物理实验方面的特色：实验程序的探索性，实验手段的现代化，实验描述的多样性。历史性与现代化的结合，表现在以下一些栏目：探索者，科学足迹，科学漫步，STS 等；

2、还表现在以下内容：科学家介绍，科学家头象，每一个新概念、新单位、新名词出现时括号内有英文注释。关键词：课标，探究性学习，探索性性实验，历史性，现代化，。社会在发展,科技在进步,高中物理教科书也在不断地与时俱进.笔者所历,就有 7 种,如下:1.统编高中物理课本,1961-1964,笔者作为高中学生学习的课本,内容以学习苏联为主.2.各省市编物理课本,1970-1978,笔者初为人师时所教的课本,”三机一泵”在其中.3.全日制十年制物理试用本,1979.12 出版,刚恢复高考时所教的课本,使人面目一新.其中引进好多新科学、新技术.4.高级中学物理课本(甲种本)、(乙种本),1983 年 11 月

3、出版,为区别重点中学与非重点中学而出版的课本,重点中学用甲种本,非重点中学用乙种本,后来规定高考以乙种本知识范围为要求(因甲种本中有的内容乙种本没有),所以大家又都用乙种本.5.高中物理(必修),1990.10 出版,是在原乙种本的基础上为适应会考、高考两步走而编写的,淡化重点中学与非重点中学的区别.6.教科书物理(实验修订本,必修高一)(实验修订本,必修加选修高二高三)2002.2 出版,书由原来的 32K 本改为 16K 本(大本).是为适应素质教育的形势和”3+X”高考的要求而编写的.7.普通高中课程标准实验教科书(简称课标)物理(必修),(选修),2004.5 年出版.此课本较前有较大

4、的变动.而且教材的编写出现了多元化,即除人民教育出版社外,尚有物理通报杂志社等多家单位编写出版.这是随高考命题多元化(即除国家教育部考试中心命题,尚有上海、江苏、广东等地单独命题)的形势而出现的.纵观几十年来教材和高考的变化,可归纳为:1980 年代重双基(基本知识、基本技能),1990 年代重能力(物理学科能力为理解能力、推理能力、分析和综合能力、应用数学处理物理问题的能力和实验能力),2000 年代重素质(科学素质、物理素质).本文不能对上述教材全面比较研究,只对课标教科书的特色加以论述.课标教科书的特色很多,本文归纳为主要的三个特色：特色之一：探究性学习,特色之二：探索性实验,特色之三：

5、历史性与现代化的结合，即,重视物理学史知识和物理学家的工作的介绍,强调物理与科学、技术、社会(STS)的关系,尝试与现代技术(如神舟 5 号出现在习题中)及国际教材接轨(如每一个新概念、新规律出现便标出英语),等等.一、探究性学习课标教科书的特色之一探究性学习课标教科书的特色之一 探究性学习体现在课标教材的前前后后、方方面面,笔者也不能全部论及(这是不可能用心 爱心 专心 1的),只能举例说明.”麻雀虽小,五脏俱全”,用解剖麻雀的方法加以论述.分别论述在物理概念和物理规律的教学中如何体现探究性学习.（一）关于加速度的概念.1加速度概念的引入（1）比较教材结构的不同:（一）关于加速度的概念.1加

6、速度概念的引入（1）比较教材结构的不同:教科书物理(实验修订本,必修)课程标准实验教科书(简称课标)物理(必修1)第二章 直线运动 第一章 运动的描述 一、机械运动 1 质点 参考系和坐标系 二、位移和时间的关系 2 时间和位移 三、运动快慢的描述 速度 3 运动快慢的描述速度 阅读材料:怎样理解瞬时速度 4 实验 用打点计时器测速度 四、速度和时间的关系 5 速度变化快慢的描述 加速度 五、速度改变快慢的描述 加速度 第二章 匀变速直线运动的研究 六、匀变速直线运动的规律 1 实验 研究小车速度随时间变化的规律 阅读材料:位移公式的另一种推导 2 匀变速直线运动的速度与时间的关系 七、匀变速

7、直线运动的规律的应用 3 匀变速直线运动的位移与时间的关系 七、自由落体运动 4 自由落体运动 阅读材料:伽利略对自由落体运动的研究 5 伽利略对自由落体运动的研究（2）从教材结构可以看出以下变化:（2）从教材结构可以看出以下变化:第一,把运动学从传统教材(多年如此)的第二章(放在第一章 力 之后)改为开始的章节,并由 1 章变为 2 章.其用意可能在于降低高一物理的初学的难度,即初三进入高一的台阶.因为从历年的教学实践看,高一第一章 力 难学,特别是摩擦力,静摩擦力与滑动摩擦力的区别,运动方向与相对运动方向的区别,对刚入高一的学生是一个难点,一个下马威,这就是物理教学研究界所说的”台阶论”,

8、是多年没解决的问题,新教材新的思路、新的安排可能提供解决的途径.第二,突出了探究性学习 课标物理在加速度概念的提出之前,安排了一节实验 用打点计时器测速度,目的是让学生用实验探究匀变速直线运动中速度变化快慢的描述,先亲身体验物体运动中速度的变化以及变化的快慢,再给出加速度的概念.虽然 物理(实验修订本)也有练习使用打点计时器和研究匀变速直线运动的实验,那是放在课本之后,教学中往往在学完本章时才做,这个顺序安排的不同,就把验证性实验改为探索性实验,学生在探究中学习.2加速度概念的内涵和外延（1）比较在同一节课文中(都是加速度这节)教材叙述的不同.2加速度概念的内涵和外延（1）比较在同一节课文中(

9、都是加速度这节)教材叙述的不同.教科书物理(实验修订本,必修)教科书(课标)物理(必修 1)五、速度改变快慢的描述 加速度(不到 2 页)5 速度变化快慢的描述 加速度(4 页多)第一定义 第一定义 从火车进站和炮弹出筒例子引出加速度的定义 先提出思考与讨论:汽车和火车,谁的速度”增加”得比较快?然后从火车进站和炮弹出筒例子引出加速度的定义 加速度是表示速度改变快慢的物理量,它等于 速度的改变跟发生这一改变所用时间的比值.为了描述物体运动速度变化的快慢这一特征,我们引入加速度(accelaration)加速度(accelaration)用心 爱心 专心 2的概念:加速度是速度的变化与发生这一变

10、化所用时间的比值.加速度是速度的变化与发生这一变化所用时间的比值.tvvat0.tva.文字和公式的微小差别,体现了课标教材以学生为本,站在学生口气说话的理念.在以下关于加速度的单位、矢量性、在同一直线上运动的物体用正负号表示方向以及速度与加速度的符号的规定等内容之后,都有一些物体运动的加速度的列表(这些相同的内容不加详述).之后,课标教材增加了一段,这一段是:第二从 v-t 图象看加速度 第二从 v-t 图象看加速度 匀加速运动的 v-t 图象如图 1 v v2 2 vv v1 1 t 0 t1 t2 图 1 在上一节:实验 用打点计时器测速度 中,同学们已经做出了图象,因此,这一段是探究性

11、学习的继续和发展.从图中可以看出,加速度tan1212ttvvtva.这就明确了加速度的几何意义：a 是 v-t 图象的斜率,对加速度的概念有了进一步的理解.第三,阅读教材:“变化率”的变化第三,阅读教材:“变化率”的变化.两种课本本节的最后,都有一段阅读教材:变化率.在这段教材中,关于变化率的引入,课标课本与试用本不同,试用本是:加速度等于速度的变化与时间的比值,因而加速度是速度对时间的变化率.所谓某一个量对时间的变化率,是指单位时间内该量变化的数值.课标课本是 西红柿在成熟的过程中,它的大小、含糖量等会随着时间变化,树木在成长过程中,它的高度、树干的直径会随着时间变化,河流、湖泊的水位也会

12、随着时间变化,某种商品的价格也会随着时间变化,这些变化有时快,有时慢.描述变化快慢的物理量就是变化率变化率.课标课本比试用本多了如下一段：自然界中某量 D 的变化可记为D，发生这个变化所用的时间间隔可以记为，变化量与的比值tDttD就是这个量的变化率.显然，变化率在描述各种变化规律过程中起着非常重要的作用.速度和加速度就是两个很好的例子.其余关于”变化率表示变化的快慢,不表示变化的大小”,以及用飞机和子弹为例说明加速度与速度概念的区别,两书是相同的.课标课本从西红柿、树木、河流、湖泊、商品等大量自然、社会事实随着时间变化引入变化率这个概念,体现了物理学习的实践性,强调物理与自然、与社会的关系,

13、使学生的视野用心 爱心 专心 3开阔.并且给出了变化率等于tD这个公式,使学生能把这个概念应用于其它物理量,无疑是有益的.第四,习题的变化 第四,习题的变化 物理(实验修订本,必修)和课标课本物理(必修 1)在加速度这一节后的练习题都是 5道,物理(实验修订本,必修)中的 5 题都是传统题,课程标准实验教科书(简称课标)物理(必修 1)中的 5 题中有两题是结合新科学、新技术的,其中第 3 题以”磁悬浮列车”为题材,第 4 题以”神舟五号载人飞船”为题材.体现了教材的先进性和与时俱进的特色.例如第 3 题如下:世界上第一条商业运行的磁浮列车“上海磁浮”已于 2003 年 10 月 1 日正式运

14、营。据报导，上海磁浮全线长 33km，全程行驶约 7min30s，列车以 430km/h 的最高速度行驶约 30s。如果这 30s 处于行驶时段的正中，试由这些数据估算列车的加速度。这道题看起来容易,解起来并不是那么简单.学生读过题后不知道从何做起,它不象传统题那样已知条件很明确,要从题中挖掘.根据”这 30s 处于行驶时段的正中”这一条件,可以用图象帮助分析,v-t 图象如图 2(430km/h=120m/s,7min30s=450s):v/ms-1 120 0 210 240 450 t/s smsmtva/57.0/210120.（二）、关于匀变速直线运动的规律.（二）、关于匀变速直线运

15、动的规律.匀变速直线运动的基本规律有三个:速度时间关系(速度公式):atvv0 (1)位移时间关系(位移公式):2021attvx (2)速度位移关系公式:(3)axvv2202(1)式在(实验修订本,必修)课本上是从加速度的定义式:tvva0通过数学变换得来的.新课标教材通过实验探究而得到.探究方法是:用打点计时器或电火花计时器打出做匀速直线运动(如用钩码拉着小车在水平桌面上的运动)的一系列点,然后求出一系列计数点的速度,列出表格,再在tv 座标系中描出一系列的点,再连这些点画出直线.这条直线说明运动物体的速度随时间均匀变化,是匀变速直线运动.匀变速直线运动.而加速度 a 是直线的斜率,从而

16、得出(1)式.通过探究式学习,不仅得到速度时间关系(速度公式),而且学习计时器的使用,描点画图的方法,总结规律的途径.(2)式在(实验修订本,必修)正文中是通过公式的推导(用平均速度公式和速度时用心 爱心 专心 4200002122attvtatvvtvvtvst.而在课标课本正文是通过图象的”面积”求出的,并且是通过师生对话引入的.在对话中,以学生的语言提出解决求位移的问题的办法:要求如图 3 所示的匀变速运动的位移,可以把每一段时间都看做匀速运动,分别求出每一段匀速运动的位移长方形的面积,各个面积之和就接近总的位移,如图 4 所示,如每一段时间越短,则总面积越接近总位移,如图 5 所示;每

17、一段时间足够短(看要求的准确度)短,则总面积足够接近总位移;那么,每一段时间无限短,则总面积等于总位移(微积分的思想):如图 6 所示:位移 x 用 v-t 图象下面的梯形面积表示为:2000021)(21)(21attvtatvvtvvx.本式中的tvv)(210与上式中的tvv0t2意义是不同的,前者是梯形面积公式,和v分别表示梯形的上底和下底;后者表示根据平均速度求位移的公式,0v20tvv 表示平均速度.(实验修订本中用图象面积求位移作为阅读教材).v v0 0 t 图 3 图 4 用心 爱心 专心 5图 5 v v v0 0 t 图 6 有条件的学校或学生,可以用电脑的 Excel

18、通过列表画图.下面是笔者输入的数据表及画出的图象.第一组是时间间隔为 0.1s 的图象,第二组是时间间隔为 0.05s 的图象.表 1 t v 00.38 0.10.63 0.20.88 0.31.11 0.41.38 0.51.62 v00.511.5200.20.40.6v 图 7 散点图 00.511.522.5123456vt 图 8 柱形图 用心 爱心 专心 600.511.52123456 图 9 面积图 表 2 00.380.050.490.10.630.150.750.20.880.250.990.31.110.351.220.41.330.451.430.51.52v00.5

19、11.5200.20.40.6v 图 10 散点图 用心 爱心 专心 700.511.522.5123456789 10 11vt图 11 柱形图 00.511.522.512345678910 11vt图 12 面积图 (3)式是由(1)、(2)两式通过解方程组消去时间 t 而得到的.过程如下:由(1)得:avvt0 代入(2)式,得:avvavvaavvvx2)(212022000,整理后得(3)式.(两书相同).由于(3)式是从(1)、(2)两式推导而出的,所以又叫推论.由于(3)式是推论,所以这 3 个公式实际上只有两个是独立的,在t,v0,vt,a,s五个物理量中,只能求出 2 个未知量.以上 3 个公式的推导过程,特别是前两个公式的探究过程,要让学生一步一步地认真做,不要把它当作老师的讲解过程,学生只是听听而已.只有学生自己去做,才能体验探索规律的过程乐趣,才能体会探索规律的成功的快乐,也才能深刻地理解规律,不由自主地就记住了公式.有的同学抱怨公式难背,我说,公式不要象背语文课文和英语单词那样去背,经过探究过程,学生自然就记住了.用心 爱心 专心 8