教学案例《让学生享受到物理学习的乐趣》


让学生享受到物理学习的乐趣

        南京市雨花台中学     王治国

 [引言]

“物理难学、难教”是一个世界性问题。如何行之有效地提高物理课堂教学效率,如何充分发挥物理教育功能,提高学生的综合科学素质,一直是广大物理教育工作者所探讨的课题之一。笔者认为:物理教学不能满足于学生停留在观察者的被动地位,学生不是信息的被动接受者,而应该是知识获取过程中的主动参与者,要让学生成为知识的主动探究者;让学生在主动学习中获得成功喜悦和体验物理规律的美,从而享受到学习物理的乐趣,是提高物理教学效果的有效途径。在物理教学中,使学生学到获取知识的方法,增强探究未知世界的兴趣和能力以及学生对科学本质的理解和科学价值观的树立,是与科学知识的学习同等重要的。

 [案例描述]

《牛顿第一定律》(人教版)必修一,教学片段。

一、创设教学情境,激发探究欲望(引入课题)

演示实验:

    用一根细棉线系在一个重的钩码上将其悬挂起来,在钩码的下端拴相同的细棉线,拿起下垂的线头,猛地向下使劲拉可以看到被拉细线断了,而悬吊钩码的线却安然无恙;重新按上述要求系好钩码,拿起下垂的线头逐渐地慢慢地增加线的拉力,可以发现吊钩码的线断了而被拉的线没断。

设疑:为什么会出现上述现象呢?

引导:要解释这个现象就需要了解运动和力的关系,运动和力和关系早在两千多年前就引起人们的关注,可是直到三百年前人们才找到有效的探究方法,最后由英国物理学家牛顿研究总结得出——牛顿第一定律,今天就让我们沿着历史上科学的探究足迹来探究牛顿第一定律。

反思之一:采用生活中“出乎意料之外”的实验,引起学生好奇心从而创设探究情境,引入课题,从而大大地激发学生的学习兴趣和学习欲望。同时通过引导把学生的迫切探究的心情与历史上科学家探究历程结合起来,有助于树立学生的主体意识。

二、教师引领学生沿着科学发现的足迹,主动进行学习

问:我们还是从观察生活中的现象入手,同学们手头有一辆小车,要想使它运动起来,有哪些方法?

学生活动……

问:你是怎样使它运动起来的?停止用力后又怎样?

学生:推它、拉它、提它……

启发:生活中的这种经验使人们自觉不自觉地把运动和力联系在一起,那么运动和力到底有什么关系呢?

演示:力推物动,力撤物停。

学生得出:当用力拉车时,小车就向前运动,停止力的作用,小车就停止运动。

介绍亚里士多德的观点:

早在2000多年前,古希腊哲学家亚里士多德就是根据生活中的这类现象提出:力是维持物体运动的原因。这一观点一经提出,很快被人们接受。因为第一、它很合乎生活中的直观感觉;第二、亚里士多德作为当时的最伟大的哲学家、科学家和思想家,他的著作是古代的百科全书,大概有四百到一千部,人们对他推崇倍至,恩格斯称他为最博学的人,柏拉图称他为雅典的“学院之灵”,所以在此后的2000多年的时间内,人们对此深信不疑。

引导:可是到了十七世纪有人提出了疑问,下面再请大家做个实验:用力迅速推动一下小车,然后马上把力撤去,看小车动不动?

学生:小车继续运动一段距离才停下。

启发:你在生活见过类似的现象吗?

学生举例:踢出的足球、汽车刹车……

启发:三百多年前意大利物理学家伽利略根据他的观察提出了相反的观点:运动不需要力来维持。看起来这两种观点都来源于生活的现象,好象都正确,但恰好是矛盾的,哪一种观点是正确的呢?下面我们就通过实验来探索一下:

      这里有一个小车,如果让它沿斜面向下运动速度会增加,如果让它沿斜面向上运动速度会减小,请猜想如果把它以一定的速度放在水平面上情况会怎么样?

学生:速度保持不变。

点拨:不管猜想如何,我们都可以通过实验来探究,下面请同学们利用桌上的小车来探究物体在水平面上的运动速度怎样变化?

实验:①小车面与桌面接触,撤去拉力后小车停下来(速度较大)。

②小车轮子与桌面接触,撤去拉力后小车停下来(速度较大)。

引导学生观察并思考以下问题:

①小车的速度在作怎样的变化?

②使小车停下来的原因是什么?

③小车滑行位移的大小有何不同?

④为什么滑行的距离不一样?

学生思考后得出:

①撤去拉力后小车的速度在逐渐减小。

②车最后停下来的原因是摩擦力的作用,第一种情况下摩擦力较大,第二种情况下摩擦力较小。

③小车最后停下来的原因是摩擦力,所以位移大小与摩擦力大小有关,还可能与速度有关。

④摩擦力小、速度大的滑行距离远。

启发:从撤去拉力后,小车继续滑行可以知道:小车的运动并不需要力来维持,在实际中小车之所以停下来是由于受到摩擦力的力作用而导致的,可以发现摩擦力大的滑行距离小,摩擦力小的滑行距离大,如果摩擦力足够小小车滑行距离会如何呢?

演示:滑块在气垫导轨上滑行(介绍装置是如何减小摩擦力的)有光电计时器测出滑块分别经过两光电门的时间。

问:同学们发现了什么现象?

学生:滑块通过两光电门的时间几乎相等,这说明滑块近似作匀速运动。

点拨:由于滑块在气垫导轨上滑行的摩擦力很小物体的运动速度几乎看不出有什么变化,可以设想,若摩擦力为零,物体在运动方向上不受力的作用物体将会怎样运动?你认为运动和力是怎样的关系?如何来评价亚里士多德的观点?

学生:若不受任何力的作用,物体应保持匀速直线运动,物体运动不需要力;若受力速度将发生变化。亚里士多德的观点来自日常生活经验,没有经过科学的分析,忽略了摩擦力的作用。

反思之二:抓住人类历史上关于运动和力关系研究的不同观点,以“史实”为线索,让学生以探究者的身份,通过亲手实验,身临其境地进入学习过程,这样既教给学生科学规律,教给学生科学研究方法,提高他们的学习主动性和学习兴趣,另一方面又可以充分利用教材的教育功育,渗透辩证唯物主义教育,培养学生的科学精神和创新意识,树立正确的科学价值观。

三、领悟科学方法、体验科学研究的艰辛和曲折

点拨:由于滑块在气垫导轨上滑行的摩擦力很小物体的运动速度几乎看不出有什么变化,可以设想,若摩擦力为零,物体在运动方向上不受力的作用物体将会怎样运动?你认为运动和力是怎样的关系?如何来评价亚里士多德的观点?

学生:若不受任何力的作用,物体应保持匀速直线运动,物体运动不需要力;若受力速度将发生变化。亚里士多德的观点来自日常生活经验,没有经过科学的分析,忽略了摩擦力的作用。

引导:众多事实表明:亚里士多德的观点是错误的,正所谓“人无完人”。伽利略认为:在水平面上运动的物体之所以会停下来是因为受到摩擦阻力的缘故,设想若没有摩擦,一旦物体具有某种速度,物体将保持这个速度继续运动下去——即物体的运动不需要力来维持,伽利略的这个设想可以从刚才的气垫导轨实验中得到证明,但伽利略当时没有气垫导轨,他是如何证明自已的观点的呢?

学生活动:阅读课本“理想实验的魅力”

引导:伽利略基于摩擦力使水平面上的物体停下来这一可靠的事实设计了一个实验并进行推理。

先实验后课件展示:小球从左侧斜面上同一高度由静止开始运动

实验1:球在左侧斜面上减速上升,几乎上升到原来的高度。

实验2:减小倾角,球在右侧斜面上也几乎上升到原来的高度,但通过的路程比实验1中要长。

实验3:让球从斜面上滚到水平面上,球再也不能达到原来的高度,而要沿水平面以恒定的速度持续运动。

启发:由此伽利略推出:在水平面上的物体,之所以会停下来是因为受到摩擦阻力的缘故,设想没有摩擦,一旦物体具有某一速度,必将保持它获得的速度继续运动下去。(注意强调:这种条件仅在水平面上获得,沿水平方向运动是永恒的)

问:伽利略的推理是否可信?为什么?

学生:前面有实验基础。

方法引导:伽利略在这个探究过程中运用了什么方法?

学生:理想化和外推法。

点拨:实际中不能使物体不受外力,所以伽利略的推论不能用实验来证明,所以这个实验是理想实验,但它揭示了自然规律,是研究物理问题的一种重要方法,伽利略的这种建立在实验基础上通过逻辑推理得到的理想状态下结论的方法,叫思想实验,这正是他的卓越之处,爱因斯坦这样评价:伽利略的发现及他应用的科学推理方法是人类思想史上的最伟大成就之一,并且标志着物理学的真正开始。

引导:纵观伽利略反驳亚里士德的过程,这是一个怎样的科学探究过程?这个探究过程有哪些步骤?

引导学生回顾:

伽利略力与运动关系的科学探究过程:

提出问题→猜想假设→设计方案→实验事实→实验推论→得出结论

引导:与伽利略同时代的科学家笛卡尔进一步补充了伽利略的结论:他认为如果物体不受任何力作用,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会改变原来的方向。

问:伽利略、笛卡尔对物体的运动做了准确的描述,为什么隔了一代以后才由牛顿写成牛顿第一定律?

学生议论。

启发:可惜的是他们都没有指明原因是什么。英国物理学家牛顿在前人研究的基础上通过自已的进一步的探讨全面地阐明了运动和力的关系从而系统总结了力学知识,得出了牛顿第一定律:

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

思考与讨论:

1、实际物体都要受到力,物体怎样才能保持静止状态或匀速直线运动状态?

2、什么叫物体运动状态的改变?由牛顿第一定律我们能获得哪些启示?

定义:物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。惯性是物体的固有的属性。

启发:生活中存在惯性的例子吗?

学生列举实例:

打篮球时不敢挡大个同学、战斗机战前抛掉副油箱、水泵固定在很重的底座上、碎石机上装有大飞轮。

反思之三:物理方法的教育不能“游离”于学习过程之外,要注意抓住“火候”,只有让学生在学习和探究过程中亲身实践和体验,才能让学生感受到科学方法的巨大作用,才能真正地理解和学到科学方法的“真谛”,才能体会物理学中的真正的“美”。

同时通过科学结论得出过程了解让学生感受科学研究的艰辛,从而培养学生不懈努力的品质。

四、学以致用,体验乐趣

实验:重新演示课前实验。

讨论与交流:

1、为什么快速向下拉动钩码下面的棉线,下面的线断,而缓慢拉动下面的棉线时,上面的线断?

2、匀速运动的车上竖直向上抛出一个球,球会落在哪儿?为什么?

3、百米赛跑时,终点处为什么不能站人?

反思之四:通过实验形成前后呼应,使整个课堂有机地融为一体,通过学生实验及现象分析,加深了对本节课知识的理解,培养了学生的动手能力和思维能力及应用所学知识分析和解决问题的能力,同时也让学生体验到学习物理知识的乐趣。

 [案例分析]

《新课程标准》将“学习科学的探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯,能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”列入课程目标、内容目标之中,这就要求高中物理教学要将过去那种过分强调知识的传授和积累的方式向知识的探究过程转化;将学生学习方式由被动接受知识向主动获取知识转化,根据新课标的理念,在本节课中我注重设置情境,让学生在学习过程中经历与科学家进行科学探究时的相似过程,从中体验科学探究的乐趣,认识科学探究的意义,领悟科学的思想和精神,并让学生在实践中尝试应用科学探究方法,关注社会现象研究物理问题验证物理规律,体验成功的喜悦,从而培养学生的探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神,主要表现在发下的几个方面:

一、培养学生的学习兴趣是实施三维目标的根本途径

中学阶段学生思维敏捷,好动、好奇,教师如能因势利导进行诱导,激发其求知的欲望,可以促使他们勇于探索,勇于攀登。世界著名的教育家夸美纽斯认为:“兴趣是创造一个乐观和光明的教学环境的主要途径之一”一个好的例子,一个好的实验或者是一个发人深省的提问都能引起兴趣。学生一旦有了兴趣,就会主动、积极、愉快地学习,所以上课一开始我演示了一个挑战性的实验教学过程中又恬时创设一些情境、提出一些问题,引导学生带着问题去思考与探究,变被动接受为主动学习,让学生在问题解决中探究、在探索发现过程中解决问题并由此获得内在的满足感。从而最大限度地调动学生的学习积极性取得事半功倍的效果。

二、重视学生的参与,注重过程和方法,让学生成为课堂的主体

教学中不是只关注掌握知识结论,更要关注学生对知识形成过程的理解以及对学生的科学思想、科学方法教育与思维能力的培养;课堂教学是否能取得实效,归根到底是以学生是否参与、怎样参与、参与多少来决定的,同时只有学生主动参与教学,才能改变课堂教学机械、沉闷的现状,让课堂充满生机。在本节课中我根据教材的特点,抓住人类历史上关于运动和力的关系研究的不同论点,以“史”为线索,以实验探究为载体,使学生处于最大限度的主动激活状态,使学习成为其自主活动,让学生以主体探究者的身份去感受、理解知识的产生和发展的过程,本节课的方法教育并不是简单的将所用科学方法简单地点出来了事,而是先引导学生以第一当事人的身份通过主动参与和探究,在不知不觉中运用到这种科学方法,最后再引导学生去回味、领悟“理想化实验和科学推理的方法”。实践表明,这种结合教学过程来整体设计,潜移默化地对学生进行科学方法和精神教育教育的方式具有针对性强效果好的优点。这样既教给学生科学的结论,又教给学生科学的研究方法,培养学生的科学精神和创新思维方法,也有利于学生树立正确的人生观、世界观和价值观。

三、注重学生认知心理 ,引导学生正确思维

《牛顿第一定律》教学的最大障碍来自于学生头脑中的习惯势力,按着认知心理学理论,我们称之为前科学概念,所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中,对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念。

由于在牛顿第一定律教学中学生头脑中存在着前科学概念,因此在本节课的教学中我通过两个“关于力和运动的实验”的对比和分析,引导学生讨论交流,在学生的头脑中引发认知冲突和危机,使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾,促使原结构的解体和新结构的建构,从而形成对力和运动关系的正确认识。

教学中还引导学生分析亚里士多德和伽利略观点形成过程,要求学生以辩证观点认识亚里士多德和伽利略,并从他们的身上去学习他们的物理方法和精神,而不应当去一味的排弃或接受。为什么只有伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的错误结论?引导学生树立起科学的怀疑精神,树立实践是检验真理的唯一标准的信念.这样融知识、方法和精神于一体的教学,才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵,才能尽快的消除学生的前科学概念。

破除学生头脑中的前科学概念不是一件轻而易举的事情,它的发生过程是相当缓慢的,为了进一步消除前科学概念的的影响,教学中还针对性设计一些问题,让学生分析讨论,从而达到应有的效果。采用这种抓住学生的心理,遵循学生认知规律的方法进行物理教学,才能真正使牛顿第一定律植根于学生的头脑中。