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理解新课程

2010-12-03  随欲而安之

第二单元  理解新课程

学习指导:

我们在第一单元重点讨论了物理课程标准的新特征。本单元安排以下四节内容,帮助大家深入理解这些新特征的意义和教学要求,实现深层次的观念转变。

第一节“为什么要进行科学探究”,是针对新课程的第一个突破点展开的分析探讨,通过对学生进行科学探究的实际案例分析,说明物理教学中科学探究的本质和教育价值,突破单纯传授知识的目的观和内容观。

第二节“为什么要倡导多样化的教学方式”,是针对新课程的第二个突破点设计的,通过多样化的实际教学案例的分析,探讨多样化教学方式的优越性,突破知识传授型的教学观。

第三节“如何看待新课程中的师生关系”,将关注的焦点从目标、内容和教学方式转移到新课程实施的主体——教师和学生身上,通过对具体教学案例的分析,聚焦于更深层次的教师观和学生观的突破。

第四节“为什么要采用多种评价方式”,讨论新课程倡导的多种评价方式的作用,突破了传统的评价观。

第一节  为什么要进行科学探究 

科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然所用的方法而进行的各种活动[1]。物理课程标准中的科学探究和本课程中的科学探究均为第二种含义,即学生的一种学习物理的方式,探究的主体是学生,探究的对象是物理现象,目的是通过探究解决有关的物理问题。

1.学生在探究学习的过程中实现了哪些课程目标?采用传统教学方式能否实现这些目标?

2.探究学习能否帮助学生真正理解物理?

探究式教学案例:单摆的周期[1](视频)

(讲台上有四组教具:第一组是较长的细线和半径很小的金属小球,第二组是较短的细线和半径很小的金属小球,第三组是较长的细线和半径很大的塑料球,第四组是质量较大的粗线和半径很小的金属小球。)

老师:同学们,前面我们学了单摆。大家看,这些装置中哪些可看作单摆?

学生:我认为1、2可看作单摆。

老师:为什么?

学生:因为悬挂小球的细线的质量和伸缩可以忽略,并且线长比小球的直径大得多,所以1、2是单摆。

老师:回答得很好,请坐下。现在我们让单摆摆动起来。大家观察,这两个摆的摆动情况有什么不同?

(学生观察。)

老师:振动的快慢用什么来描述?

学生:周期。

老师:这节课我们研究单摆的周期。单摆的周期是指单摆做简谐运动,完成一次全振动所需要的时间。请大家思考单摆的周期会和哪些因素有关呢?

(学生讨论。)

老师:刚才同学们展开了热烈的讨论,下面请同学们说出自己的想法并且说明你的理由。

学生1:我认为单摆的周期与摆球的质量有关。这两个单摆的摆球质量不同,摆球的质量小一些,运动得慢一些。摆球质量越小,周期越大。

学生2:我认为和摆球(摆线)的长度有关,前面的摆球的摆长不同,摆球(摆线)长的振动得比较慢。摆线长的周期越长。

学生3:我们认为跟质量有关。质量越大,惯性就越难改变,摆动得慢。根据我们前面学过的弹簧振子的简谐运动(其振动周期)也和质量有关。

学生4:我们也认为和摆球(摆线)的长度有关,摆长越长,周期越大。但我们的理由不同,摆线越长,偏离平衡位置也就越远,那么时间就会变长。

学生5:我们认为单摆周期与摆角有关。摆角越大,到平衡位置的距离也就越大,回到平衡位置的时间也就越长。

学生6:跟振幅有关。振幅越大,回到平衡位置的时间也就越长。

学生7:我们认为跟重力有关。重力越大,加速度越大,那么运动的时间也就越短。

学生8:我们认为不是与重力有关,而是与重力加速度有关。因为从单摆做简谐运动的受力分析来看,它的合力F是等于mgsinθ,加速度是等于gsinθ。g不同,加速度也会不同,时间也会不同。所以应该与重力加速度有关。

学生9:我认为摆角和振幅应该是同一回事。只要讨论其中一个就够了。假如一个单摆的摆角或者是振幅越大,它的周期也就越长。

老师:他认为摆角和振幅是同一回事。还有不同的看法吗?刚才同学们说出自己的想法,我们通过共同的分析,影响单摆周期的因素可能是摆球质量(有两种观点)、摆长、振幅或者是摆角还有重力加速度。我们要用实验来验证我们的想法是否正确。请大家设计单摆的周期可能和单摆的质量有关这样一个实验。

(学生讨论。)

老师:请大家说说实验方案。

学生1:我们可以设计一个实验,改变摆球的质量,但其他条件不变。如果单摆的周期改变,那说明单摆的周期和摆球的质量有关。如果单摆的周期不改变,那说明单摆的周期和摆球的质量无关。

学生2:我们用两个摆球质量不同的单摆,使它们同时振动,看它们的振动步调是否一致。如果一致,那说明单摆的周期和摆球的质量无关。如果不一致,那说明有关。

老师:请坐,还有其他方法没有?两位同学的方案都很好,利用这两个方案都可以验证单摆的周期和摆球的质量是否有关。两位同学的设计方案都有一个共同点,单摆要做简谐运动而其他条件不变,但要改变摆球的质量。我想其他试验方案也和这个类似。在实验过程中可能要测单摆的周期,要更准确地测量单摆的周期,需要注意哪些问题呢?

(学生讨论。)

老师:请大家说出自己的观点。

学生1:多测几次求平均值。

学生2:选好计时起点。在最高点计时应该比较好判断一些。

学生3:我认为应该在最低点开始计时,这样更准确。小球在最低点时速度最大,这样可以减小误差。

学生4:我觉得应该数清全振动的次数。

老师:刚才同学们发表了自己的看法。要准确地测量单摆的周期,第一要测几次取平均值,一般测30到50次所用的时间。要选好计时起点,应选最低点开始计时。要数清楚全振动的次数。在验证我们想法的时候,要改变重力加速度。重力加速度如何改变呢?这里有一块磁体,它对小球有吸引力。让球摆动,我们把磁体放在下面。在小球摆动过程中小球就受到了吸引力,小球的质量不改变,这相当于增加了重力加速度。我们就用这样一种方法来改变重力加速度。今天我们完成实验的单摆是这样一个装置:铁球、细线、还有一个塞子。拔出塞子移动细线可以改变摆长。固定塞子,就固定了摆长,这就形成了单摆。下面同学们利用实验来验证自己的想法。

(每组一套实验器材并针对一种猜测展开实验,学生动手实验并记录实验数据,教师巡视并适时给予指导。)

老师:同学们刚才都通过实验验证了各自的想法。下面请同学们把验证的结果上台展示一下。首先是摆球质量。

小组1(一人用器材演示,一人表述):我们小组研究的是单摆周期与摆球质量之间的关系。我们采用的方法是对比分析法。我们选取两个质量不同的小球做成单摆并使它们具有相同的摆长,然后使它们从同一高度同一时间同时摆动。我们发现它们的振动步调完全一致。所以我们小组得出的结论是单摆的周期与摆球的质量无关。

老师:刚才这组同学得出的结论是单摆的周期与单摆的质量无关。

(其他3个小组分别报告实验数据和得出的结论。)

老师:同学们通过实验得出了结论。单摆的周期与摆球的质量无关,与振幅无关,这和我们刚才的想法是不同的。与摆长有关,摆长越长,周期越大;与重力加速度有关。重力加速度越大,周期越小,这和前面我们的想法是相同的。在这里单摆的周期与振幅无关,这种特性我们把它叫作等时性。这是意大利物理学家伽利略最先发现的单摆振动的规律。
 

   【素材分析】

以上教学案例表明,科学探究真正体现了学生是学习的主体。在探究学习中,学生在教师的指导下经历了类似于科学家研究自然的过程。他们首先明确了要研究的问题,根据自己的观察和原有知识提出假设,自己设计和进行实验,收集和分析证据,检验和修正原来的认识,获得新的观点和新的思维方式,从而建构科学概念,掌握探究自然界的必要技能,理解科学过程和科学的本质,形成科学的认知态度和价值观。

因为物理概念是物理学家建构起来的,物理规律是隐含在现象之中的,所以物理学的许多结论是与学生的日常经验相矛盾的,如在上述教学案例中,有的学生认为单摆的周期与振幅有关。研究表明,学生学习物理的过程涉及到深层次思维结构的重组和元认知意义上的建构,这是物理学难教难学的一个主要原因。科学探究可以激发学生学习物理的内在动机,充分发挥学习的潜能;可以提高学生的质疑、推理和批判性思考的能力,增强他们对自己学习的控制和责任感,从而更加有效地学习物理。

科学探究是物理学的本质特征。科学的本质是观察和探究我们周围的世界,试图从已知事物中确定某些潜在的秩序和模式。物理学是科学的一部分,主要研究无生命的世界,而且力图确认最基本的原理和统一的规律。中学物理教学应当体现物理学本质和教育本质的统一,使学生在教师的引导和帮助下,观察和探究周围世界,认识基本的原理和规律,并用来解释一些自然现象,解决一些简单问题,从而学会认识事物的科学的思想方法,为终身学习和发展奠定基础。在这个过程中,学生的科学探究是观念转变、学习科学的思想方法和掌握知识技能相统一的过程,也是实现新课程三维目标的过程。在物理课程改革中,有许多人担心强调科学探究会影响学生掌握物理知识。以探究式的方式学习物理不是忽视了知识,而是注重了学生对物理知识的自主建构过程,科学探究与知识的建构是在同一过程中发生的。

1.你如何理解科学探究?通过学习本节内容,你对探究教学的认识有哪些变化?

2.在你的教学实践中是否尝试过这种教学方式?有哪些教学体会?你认为哪些内容适合探究教学?

第二节  为什么要倡导多样化的教学方式 

自主、合作、探究是新课程倡导的教学方式,上节教学案例采用的实验探究只是其中的一种方式。因为物理课程目标是多元的,物理教学内容是多样的,物理学习过程是复杂的,学生又是存在多方面差异的,要提高每一个学生的科学素养,必须采用多样化的教学方式。

   问题引导

请分析以下情境素材,你认为教师采用了哪些教学方式?是否有效地实现了教学目标?

   情境素材

教学案例:超重与失重[1](视频)

老师:今天老师和大家一起研究一个问题,下面大家跟我来。

(老师带领学生乘坐电梯来体验超重与失重。同学们体验之后。)

老师:下面请同学谈一下感受。

学生1:电梯往上升的时候,心往下一沉,中间没有什么感觉,到上面的时候,心感觉往上浮,有点头晕。

老师:好,这是这位同学的感受。下面再请一个同学来谈谈他的感受。

学生2:当电梯往下走的时候,心里感觉往上一提,到中间的时候非常平稳。到下面的时候又感觉心往下一落,感觉非常刺激。

老师:好,这是我们的感觉,下面我们来具体测量一下。我们用台式测力计来测量一下。

同学们在老师的指导下,将常用的台式秤放到电梯里,在秤上放几本书,在运动的电梯里观察测力计示数的变化。可以很明显地看出电梯加速上升和减速下降时,台式秤示数的变化。在电梯上升和下降的过程中,学生记录下不同时刻测力计的示数。记录完毕以后,学生和老师回到教室中,分成小组就座(每组四到五人)。

老师:好,下面根据同学们的观察和记录,来说一下什么时候书本对台秤的压力不等于重力?

学生1:电梯刚一启动时,也就是在加速上升时,台秤受到的压力大于书的实际重力。

学生2:在减速下降的时候,也就是制动的时候,秤的示数大于书的重力。

老师:这种书本对秤的压力大于书本的重力,或者钩码对弹簧秤的拉力大于钩码的重力(同时用台秤和弹簧秤演示)的现象叫做超重现象,另外我们同时发现有些状态下书本对台式秤的压力小于书本的重力,都有哪些情况?

学生3:当电梯加速度向下时,书的重力大于它对秤的压力。

学生4:当电梯到达终点的时候,也就是减速上升的时候,压力要比重力小。

老师:好,也就是说在超重和失重现象中,物体所受的重力并没有发生改变,由于物体处于变速运动中,致使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大小不等于物体的重力。其中大于重力的现象叫做超重,小于重力的现象叫做失重。在学习使用超重失重规律的时候,大家把握一点,就是只要找到加速度的方向,正确列出牛顿第二定律的关系式,就可以轻松解决超重和失重问题,其中加速度向上的情况为超重,加速度向下的情况为失重。

老师:好。刚才第三组同学和第二组同学谈到,在电梯快到达六楼减速上升,和从六楼加速下降的时候,台秤受到的书本的压力和钩码对弹簧秤的拉力小于其重力,这种现象就叫做失重现象。今天我们就一起来探究超重和失重问题。

老师:今天的探究性学习的程序是这样的:首先是体验观测,我们刚才已经观测过了。下面就是合作探究,然后是小组间交流评价,最后是延伸拓展。下面我们就进入第二个环节,合作探究。

(分成六个小组来研究电梯处于不同状态时的情况。)

学生在小组间进行讨论,并把推理过程和结论写在小黑板上。板书内容包括受力分析图、公式推导以及文字叙述。老师根据各组情况进行指导。一段时间后,老师组织汇报交流。

老师:下面我们先来看电梯上升时启动情况的讨论结果。

小组1:(结合讨论后在小黑板上总结的内容讲解)电梯在启动上升过程中,电梯加速上升,对它进行受力分析,我们可以看出物体受到的力有台式测力计对它的支持力和它所受的重力。因为它的加速度方向向上,它所受的合外力方向向上,有       F-mg=ma

由此我们可以推出它所受的支持力大于重力。又根据牛顿第三定律,台式秤对书本的支持力F等于书本对秤的压力F′,FF′互为作用力和反作用力。所以有:F=F>mg。我们的结论是:电梯在上升启动过程中,也就是加速上升阶段处于超重阶段。

老师:好,我们来点评一下第一组的结论。第一组同学得到,电梯在启动过程中是加速上升的。速度方向向上,加速度方向向上。第一组同学根据牛顿第二定律列出,由于加速度向上,所以合力向上,那么应该是哪个力减去哪个力等于合外力呢?

学生:支持力减重力等于合外力。

老师:因此得到支持力应该是 mg加上ma,支持力就超过了书本的重力。他们讲得很清楚,根据牛顿第三定律,书本对台式秤的压力就等于mg加ma,就是超重状态。下面请第二组同学对电梯上升阶段运行时进行分析。

(小组2—6分别汇报研究结果,教师依次总结点评,并把结论填到表格中。)

 [PPT]:合作探究。

 

上升

制动

减速上升

Va

F=mg-ma

失重

运行

匀速运动

va=0

F=mg

 

启动

加速上升

va

F=ma+mg

超重

 

 

下降

启动

加速下降

Va

F=mg-ma

失重

运行

匀速运动

Va=0

F=mg

 

制动

减速下降

Va

F=ma+mg

超重

老师:下面我们综合这六种状态,请同学们仔细观察这四个状态:上升时的启动制动,下降时的启动制动,这里面有哪些状态是相似的?

学生:上升制动和下降启动,上升启动和下降制动。

学生1:当电梯减速上升和加速下降的时候都是处于失重状态,原因是通过我们的观察可以看出台秤的示数小于重力,这是由于书本对台秤的压力小于重力,所以物体处于失重状态,另外电梯加速上升和减速下降的时候都是处于超重状态,台秤的示数在这两个阶段大于重力,这是由于书本对台秤的压力大于重力,因此物体处于超重状态。

老师:好,加速上升和减速下降的时候都是处于超重状态,减速上升和加速下降的时候都是处于失重状态,那么同学们再来看一下,加速度方向有什么特点?

学生2:减速上升和加速下降也就是失重状态中,加速度向下,加速上升和减速下降的时候,加速度向上,物体处于超重状态。

老师:很好,请坐。下面我提一个问题,超重和失重状态中,重力是否发生了改变?

学生:没有。

老师:对,物体的重力并没有发生改变,那么改变的是什么?

学生:对支持面的压力。

老师:好,也就是说,在超重和失重现象中,物体所受的重力并没有发生改变。由于物体处于变速运动中,致使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大小不等于物体的重力,其中大于重力的现象叫做超重,小于重力的现象叫做失重。在学习使用超重失重规律的时候,大家把握一点,就是只要找到加速度的方向,正确列出牛顿第二定律的关系式,就可以轻松解决超重和失重问题,其中加速度向上的情况为超重,加速度向下的情况为失重。

 
   【素材分析】

在以上教学过程中,教师根据学生的实际情况,充分利用了身边的教学资源进行教学设计,采用了多种教学方式,得到了多方面的学习效果。首先让学生亲身体验超重和失重,并交流他们的感受,为形成超重和失重概念提供了知觉经验。然后让学生用台秤观测,分析观测结果,使学生认识了超重和失重现象,不仅为进一步探究其原因奠定了实验基础,而且使学生体验了物理学实验观测的研究方法。探究产生这种现象的原因采用了合作学习方式,学生分成小组,利用所学过的牛顿第二定律对物体在电梯上升和下降过程中的每一个阶段的受力情况进行理论分析,不仅发展了学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力,同时培养了学生的合作意识。每个小组同学合作得出结果后向全班报告结论,教师进行评价、总结和拓展,使学生对超重和失重的条件及原因形成了完整、清晰的认识,同时培养了学生表达和交流的能力。在整个教学过程中,各种教学方式与学习内容有机结合,教师的主导作用和学生的主体性都得到了发挥,实现了任何单一教学方式都不可能实现的教学效果。

需要指出的是,在本案例中,学生完全按照教师预定的教学设计完成学习任务,教学目标的生成性不够,小组内部的交流也没有充分展示出来,学生的自主性还有充分发挥的空间。
 
   自评与拓展

1.除了本节素材中用到的新课程倡导的教学方式外,你还了解哪些新的教学方式?

2.你在平时教学中采用过哪些新课程倡导的教学方式?实际效果如何?

第三节  如何看待新课程中的师生关系 

从以上两节中的情境素材可以看出,在新课程实施过程中师生角色和师生关系正在发生变化。教师从传统教学中的“传道、授业、解惑”的权威角色转变为学生学习的组织者、指导者、帮助者和促进者,成为平等对话过程中的“首席发言人”。教师相信学生具有自主学习的动机和能力,学生也要求主动参与学习过程,积极获取知识,而不是等待教师传授知识。下面我们仍然用上一节中的情境素材,具体分析新课程教学过程中教师是怎样实现角色转变的,进而深入认识这种新型的师生关系。

   问题引导

1.教师通过哪些方式组织、指导、帮助和促进学生学习?

2.转变传统的师生角色,建立新型的师生关系对学生和教师有哪些要求?

   【素材分析】

我们按照教学过程展开的时间顺序,分别对教学活动中的师生角色和支持这种角色的潜在观念进行分析。

教学活动描述

教师角色和观念

学生角色和观念

老师带领学生乘坐电梯来体验超重与失重。同学们体验之后,老师请同学谈一下感受。

两个学生分别描述自己的感觉。

老师指导学生用台式测力计在在电梯上升和下降的过程中测量书本所受的重力。学生观察测力计示数的变化,记录下不同时刻测力计的示数。

老师让学生根据观察和记录结果,说出什么情况下书本对台秤的压力不等于重力。

四个学生分别回答了教师提出的问题。

老师结合实验演示给出超重和失重的定义。

 

老师指导学生分成六个小组来研究电梯处于不同状态时的情况。

学生在小组间进行讨论,并把推理过程和结论写在小黑板上。老师根据各组情况进行指导。

各组完成任务后,老师组织汇报交流,小组按顺序发言汇报结果,教师依次总结点评,并把结论填到表格中。在指导学生分析数据的过程中,提出关键问题引导学生思考,让学生得出结论。

教师最后归纳总结。

组织者和引导者,认为学生是学习的主体,学习物理需要亲身体验和交流。

 

指导者和帮助者,认为学生需要通过观察、测量,自己获取证据。

 组织者和帮助者,认为学生需要总结交流证据。

 

 帮助者和促进者,认为学生需要明确和强化新概念。

 

组织者和指导者,相信学生可以合作学习完成任务。

 

 

组织者、指导者和帮助者,相信学生在教师的引导下通过讨论能得出正确结论。

 

探究者,可能是服从,也可能是积极参与。服从者的观念仍然认为教师是权威,应当按照教师的要求去做。积极参与者认为学习物理需要亲身经历探索过程,需要通过观察实验获取证据,需要交流观察结果。

 

 

 

观察,倾听。

 

 

 

积极思考者、自主学习者,相信通过讨论,运用学过的知识可以解决问题。

 从以上分析可以看出,教师改变了传统的讲授方式,设计了多种学习活动和问题,组织和引导学生自主学习。在这个过程中,师生角色和师生关系发生了根本性的变化,需要教师和学生的观念也发生相应的变化,最重要的是科学观、知识观、科学学习观的变化。在新课程中,科学不仅仅是科学家在探索自然界的过程中建构起来的知识体系,而是认识过程与结果的统一体。知识不是外在于书本和教师头脑之中,而是需要学生通过探究自主建构。学生学习科学的过程是在教师的指导和帮助下,通过自主、合作、探究等多种学习方式,发展对自然界和科学的理解的过程。

上述变化对教师和学生提出了更高的要求。教师除了要熟练把握教学内容外,还需要认识和掌握学生的学习规律,有效利用教学资源,合理设计学生活动。教师要有较强的组织和指导学生学习的能力。学生也需要对自己的学习负责,积极主动地参与活动过程,发现问题,解决问题。

第四节  为什么要采用多种评价方式

传统的物理教学评价主要是纸笔测验,评价内容以知识为主,常常给出许多超出学生思维水平和理解能力的题目,致使许多学生因为物理考试成绩不好而丧失了学习物理的信心,甚至对物理学科产生敌对情绪,其结果既影响了学生个体的发展,又影响了整个物理教育的发展。新课程的目标是提高每一个学生的科学素养,包括知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度,评价作为课程的一个重要组成部分,理念、目的和功能都发生了变化,为评价目的服务的评价方式也必须随之改变。

   问题引导

   情境素材

   【素材分析】

   自评与拓展

   自评与拓展

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