高中物理课堂模拟的科研过程.docx

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1、高中物理课堂模拟的科研过程 摘 要：本文以牛顿第肯定律教学为案例，阐述物理课堂教学是个模拟的科研过程，可以呈现科研的缩影，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”。本节课从学生动身，结合物理学史、演示试验及多媒体等素材，细心设计授课过程；课堂设计注意学生的思维特点和发展、注意学生体验学问的获得过程、关注学生的情感体验。授课过程中，学生不仅仅只是听课，更是参加到问题的解决过程，规律的获得过程，虽然是一节课中学物理课，更精确说是关于“力和运动关系”课题的模拟科研过程，一节课一个微科研。 关键词： 中学物理课堂；物理学史；模拟科研；微科研；问题串；支架教学；学生体验 引言 自古以来生活生产的须要产生了

2、物体受力和运动的关系的探讨课题。老祖宗早在春秋战国时期在考工记中就提出了“马力既竭，輈犹能取也”的描述。意思是说，在马拉车时，马不走了，即马对车不施力了，车子还可以前进一小段路。这是关于车受力和车运动状况的视察记录，人们在生活实际中发觉了须要探讨的物理问题。经过亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿几代科学家历经2000多年的探讨，最终获得的牛顿第肯定律也称惯性定律，定律明确了每个物体与生俱来具有惯性，想变更其运动状态须要施加外力。惯性定律问世在社会中产生了极大的应用，人们遵循规律行事懂得开车须要系平安带、懂得飞行员须要进行黑视和红视适应等；人们利用规律设计了惯性制导系统等应用。牛顿第肯定律这节课老

3、师从人们长期的生活阅历引发力和运动关系物理课题的产生，让学生面对原始问题，通过引导学生经验、参加到大师们的科研过程从中渐渐获得定律并体会大师们留下的启发；经验学问的迁移过程，实现物理到社会的升华，极大激发学生求知欲望和学习爱好，体现从生活走向物理，从物理走向社会的理念。学生在课堂上经验课题的产生、探讨过程并将探讨结果应用到生活中去，虽是中学课堂，更是一个模拟的科研微过程。 1 教学过程 1.1 力与运动关系获得过程，体现从生活走向物理的过程，学生参加到课题的探讨中 首先演示一个生活现象，引出课题，关于力和运动关系。老师：一个静止的物体，想让它动，怎么办呢？生：用力推。撤去推力，视察到什么？生：

4、物体停止。【演示：静止木块，手推，动起来；手撤去，物体停止】生活中类似现象许多，哲学家亚里士多德凭借视察和直觉提出的观点是：有力才有运动，力撤去运动就停止。他认为力在运动中起到何作用呢？学生：“力是维持物体运动的缘由”。生活阅历有力地支持他的观点。大家都认为眼见为实，这个观点持续了很长的时间，直到伽利略。伽利略是怎么推翻的呢？重演刚才的试验（演示时手停在撤去的位置）生：物体没有马上停止，运动一段才停止。 “物体没有马上停止”说明什么？生：力撤去物体还会运动。师：这段运动并没有力在维持，亚里士多德派学说是错的，力撤去，物体并没有马上停止。伽利略关注什么缘由导致物体最终停下来呢？生：摩擦力。师：伽

5、利略的观点跟同学们是一样的，他领悟到水平面运动的物体之所以停下来是摩擦的原因，不是没有力的作用，恰恰是摩擦的作用。所以力不是维持运动，是变更运动状态。这是2000多年来的最大的突破。【板书】 伽利略进一步视察到一些现象，我们来模拟一下（flash模拟同样小车以相同速度分别在毛巾、棉布、木板、玻璃上运动）。现象包含什么规律呢？平面越光滑，小车将运动越远。假如我们视察到此现象，接下去会怎么想象呢？生：若摩擦力为零，物体则会始终运动下去。师：老师观赏大家的想象力，这种想象力正是伽利略供应的。为了向世人证明他的观点，他还假想了一个思想试验。结合课件具体介绍志向斜面试验：将两个光滑斜面对接，让一个小球从

6、一个斜面的顶端静止释放，接着又滚上另一个对接的斜面等高处；假如减小对接斜面的倾角，小球仍会达到同一高度，须要经过更长的路程；假如再减小对接斜面的倾斜度，小球经过的路程就会越来越长。倾斜角越小，经过的路程越长，接下去你有何突破性推理？学生：若倾斜角为零，则路程为无穷远，为了达到无限长，小球将始终运动下去。板书提炼伽利略的探讨方法师：我们知道伽利略并没有做个这个试验，这只是个假想的试验. 任何想象都不能凭空产生，这个志向试验灵感来源何处？这个想象的试验主要依据什么现实呢？老师结合模拟装置介绍伽利略针和单摆实际试验。引导学生关注其中一个结论，那就是摆球运动到右边时，能达到等高度的位置吗？演示：摆球拉

7、到左边，与尺子同高度的地方，静止释放小球，小球运动到右边等高的地方吗？接着，当球往右边摇摆时，遇到针，他还会摆到相同的高度吗？学生视察、记录实现现象；师生共同用课件模拟现象并引导学生从现象中找规律。除了ABCD四点等高度这个结论外，大家比较这三次运动，还看出什么规律？生：针的位置越高，摆球运动轨迹越长，运动越远。这个试验给你什么启发？（ppt从上而下展示斜面试验示意图与摆球轨迹的比较）他将这个现象与斜面运动联系在一起。伽利略指出，对于斜面会得出同样的结论。任何有意义的想象来源于长期牢靠而有意义的积累。板书 大家觉得伽利略凭什么推翻亚里士多德的观点呢？生：视察试验积累逻辑推理。师：我们佩服他的想

8、象力，基于事实，经过思维抽象，将探讨事物志向化。师生共同学习志向化模型对科学探讨仍旧具有重要的意义。接着提到笛卡尔、具体学习牛顿比前人看的远体现在哪些方面。 1.2 学习牛顿第肯定律 牛顿在前人基础上提出牛顿第肯定律： 一切物体总保持匀速直线运动或静止，直到外力迫使它变更运动状态为止2-4。关于力和运动的关系，牛顿与前人的相同之处？牛顿比前人看的更远，体现在哪呢？引导学生发觉笛卡尔强调保持运动状态是有条件的，而牛顿则认为保持是无条件的，一切物体与生俱来的本能。首先，指出力是变更运动状态的缘由；板书：力：变更运动状态（继承前人） 其次，第一次明确、完整指出一切物体都有的属性惯性。板书：惯性：保持

9、原来运动状态牛顿认为保持是无条件的，内在的；而变更是须要受力为条件，不能自动变更，不能口头说变更就变更。二者是内在和外因，是对立的，但又统一在牛顿第肯定律里面。牛顿更进一步揭示力和运动的本质。牛顿将前人的探讨，统一起来思索，从中找到一个适合一切物体的规律，正如他对万有引力定律的探讨涉及的也是一切物体，他擅长从不同现象中找到共同的规律。牛顿第肯定律是逻辑的产物，不是从试验获得的结论，有人问牛顿如何发觉定律，他回答：靠不停地思索。大家觉得大师们留下了什么？学生：要视察、要试验和逻辑推理，还要不停思索。这些大师们都是西方的学者，其实中国早在亚里士多德之前的春秋战国时期的著作考工记有“马力既竭，輈犹能

10、取也”的描述，这是关于惯性现象最早的阐述，比同时代的世界的思想超出近2000年。我们的心中除了惊异和骄傲于老祖宗的才智外，不禁反问既然我们的祖宗最早视察并精确记录了惯性现象，但惯性定律却不是我们提出的。引导学生反思自己：或许我们是缺少了试验、推理和不断地思索，所以未能发觉现象背后的真相，这是我们学习物理的重要方法。 1.3 惯性及其应用授课，体现从物理走向社会，呼应课题引入 惯性：保持静止或者匀速直线运动的状态的性质 1-3 ，是物体的固有的、本能的、内在的自然属性。你经验过惯性现象吗？惯性有利还是有弊呢？下面我们一起来看几个视频，关注几个生活现象：2022年某省新出炉交通规则： 驾驶机动车在

11、高速马路和城市内的快速路上不系平安带将被记3分，同时罚款101元； 副架不系平安带被记1分，罚款50元。师：网友称这是史上最严厉的教规，管理部门为何如此严厉呢？播放刹车模拟录像，紧急刹车时，车内人由于惯性仍保持向前，砸碎车玻璃。刹车时存在哪些平安隐患？并提出你的看法来防止这些隐患。理智提示：副架也应系平安带；管理部门如此严厉，是为了人的平安，体现以人为本。同学们今日放学回家，坐在副架上第一件事情就该系平安带。2022年9月25日中国自己的航空母舰辽宁号面世，歼15于2022年11月25日第一次从辽宁号上胜利起飞和胜利急降。各大网站、报纸具有报道：航母甲板仅机场1/10，阻拦索钩住飞机尾钩，在短

12、时间内速度从3105m/h减为0，当舰载机在钩住阻拦索的瞬间，飞行员经验红视。红视时感觉佩戴一副红色眼睛，四周世界一片红色，产生缘由是眼部充血。大家思索分析下，是什么缘由导致眼部充血呢？【演示：红视产生的可能缘由】 2 本节课的教学方法和教学手段几点探讨 2.1 物理学史授课可以让学生参加、经验、体验学问的获得过程，是微科研过程 物理学史是物理学科发展的重要纪录，体现了人类探究和相识世界的现象、规律和本质的过程，包含了相识论和方法论的因素。物理学探讨史，他不仅仅有科学家故事，更是一部科学观念、科学思想和方法的改变史；本节课的第一部分我们就借着力与运动关系的这段探讨史，带着学生面对课题，身临其境

13、到参加到亚里斯多德到伽利略至牛顿所面对的原始问题、对问题的探讨、探讨、获得结论；同时感悟大师们探讨方法和严谨仔细的科研看法，自然而然实现三维教学目标，即获得了学问、经验探讨过程、领悟科研方法、同时感受物理大师们科研素养。这个部分设计注意学生“参加、体验”、经验定律的获得过程。让学生面对原始问题，重点经验体验伽利略的探讨过程，领受伽利略的细心视察、试验、思索、志向试验、合理外推、得到结论的经典物理探讨方法。老师引导着学生一步步经验学问点的获得，重要节点，引导学生自主获得学问。 虽是物理课堂学习，更是一个模拟的科研过程，老师主导提出课题，学生全程经验课题的探讨过程：首先从生活和生产须要产生课题探讨

14、的必要，接着经验课题的开展中遇到的困难，困难的解决过程，最终师生共同得到规律，共同经验将规律应用到生活中去。本节课本是陈题，学生在初中已经有所涉及，本没有新奇成分，不感爱好；但笔者的授课阅历表明本节课堂深受学生欢迎。老师给学朝气会，让学生体验到自己若处在当时的环境中，通过不断的思索和试验、推理、努力也能得到相同的结论，成为科学大师，极大激励学生学习动力，引导学生物理学习当注意试验和思索，提升思维实力也培育了科学素养，为将来的学习、科研打下坚实的基础。 培根曾说读史使人明智，老师在课堂上引导学生经验学问的获得过程，正是让学生体验探究和发觉的喜悦，亦让学生吸取前人的精华，避开前人的失败。类似的教学

15、方法可以应用在自由落体、万有引力定律、电磁感应现象、库仑定律、场概念的建立过程、奥斯特试验、惠更斯原理、光的折射定律、原子结构发觉过程、原子核结构发觉过程等课例。 2.2 有效问题串设计旨在培育和提升学生的思维实力，进入思维的最近发展区 瑞士心理学家皮亚杰认为“发展是一建构的过程”，苏联心理学家维果斯基关于教学和发展的关系，提出最近发展区理论，把学生的潜在发展水平变成实际的发展水平，同时不断创建新的最近发展区。盖一座大厦，建筑人员要先搭起手架。类似地，在学生把“最近发展区”转化为现实的发展过程中，老师须要为他搭建支架 4 。在物理课堂教学中，老师常围围着某一教学目标，设置一系列有针对性的问题引

16、导学生，老师在识别学生反应的基础上，实行有效指导促进学生不断达成学习目标，即“问题串”教学。笔者认为有效的问题串就是一种“学习的脚手架”，可以帮助学生基于已有学问渐渐往前一步，进入一个个最近发展区，渐渐实现思维实力的提升。本节课设计基于学生已有的学问结构和思维特点，细心设计十四个有效问题，渐渐引导学生自主开展“微科研”；利用学生已有的学问，引导学生进入学习目标情境，主动进行思索、表达对问题的看法；老师依据学生的回答，识别学生对问题的相识程度，接着提问引导学生进一步理解，学生感觉是他们自己找到问题的答案，找到了现象背后的规律并将规律应用到生活中去。这样的设计符合建构主义理论，关注学生的最近发展区

17、。 2.3 课堂设计细微环节注意创设情境，给学生体验的机会 本节课结合演示试验、视频、课件模拟等多种媒体，充分让学生多感官体验。 利用这些媒体化抽象为形象，创设简单引发学生参加和引发思索的教学环境和教学氛围，充分关注教学环境的设计对课堂教学的主动意义。另外课堂氛围和谐，借着师生间的交互、同学间的交互合作进行社会性建构学问，达到最佳的学习效果。笔者曾于今年暑假带学生赴英国圣安德鲁斯高校参与暑期课程，课程中物理和天文学讲座会有许多的演示试验，借着演示整个讲座形象活泼生动起来，大家感受到物理不是那么高冷难。即使介绍冰，也轮番让大家体验冰的温度。有个天文讲座给我们介绍彗星的组成，介绍后用这些成分加上液

18、氮冷却模拟极冷环境当场制作一个彗星样本，然后用电吹风吹来模拟彗星经过太阳时产生彗星尾巴，特别形象。演示试验、视频及课件等资源能给学生供应情境性的学习环境，能化抽象为形象，有体验，有参加，多感官结合获得学问能高效实现教学目标。 3 结束语 一切为了学生，老师在设计每节课时应从学生动身，细心设计才能在课堂上游刃有余地引导学生参加到学问的获得过程。给学生参加、体验的机会，多让学生明白物理在生活生产中的应用，能将所学学问迁移应用到学生的身边和真实的生活中。本节课设计还特殊关注学生的情感体验，从物理学家们身上看出科研的魅力，体会他们为探究真理而孜孜不倦，不断思索，求得真相，激发学生敬畏之心；在获得学问的

19、同时，领悟方法，产生对科学大师们的敬畏之心。这样的课堂极大激发学生可持续学习的爱好和动力。物理课堂能够给学生的不止是学问，更是思维实力的提升，引导学生学会做学问、渐渐拥有自行获得新学问的实力，拥有可持续学习的潜能，为终身学习和真正科研奠定重要夯实的基础。 参考文献： 1人民教化出版社物理室编 .物理第一册M.北京：人民教化出版版，2000. 2保宗悌.物理必修1M.广州：广东教化出版社，2022. 3陈熙谋，吴祖仁. 物理必修一M .济南：山东教化出版社，2004. 4陈琦，刘儒德.教化心理学M.北京：高等教化出版社，2022. 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页