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      高中物理課堂中教學(xué)情景創(chuàng)設(shè)的研究

      2017-03-16 16:03:14王勝華侯恕
      物理教學(xué)探討 2017年2期
      關(guān)鍵詞:牛頓第一定律物理概念教學(xué)情境

      王勝華+侯恕

      摘 要:物理概念和規(guī)律具有抽象性,由于在生活中學(xué)生可能接觸不到相關(guān)的事物和情景,缺少相應(yīng)的感性認(rèn)識,導(dǎo)致很難理解其本質(zhì),接受起來有一定的難度。而恰當(dāng)?shù)奈锢斫虒W(xué)情境可以使一些抽象的物理概念、規(guī)律形象化。本文以“牛頓第一定律”為例,探究物理教學(xué)情景創(chuàng)設(shè)在物理課堂中的應(yīng)用。

      關(guān)鍵詞:物理概念;規(guī)律;教學(xué)情境;牛頓第一定律

      中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)2-0019-3

      1 問題提出

      在初中,學(xué)生已經(jīng)知道了“牛頓第一定律”的有關(guān)內(nèi)容。但是,由于他們對身邊的生活現(xiàn)象的本質(zhì)認(rèn)識只是從直接經(jīng)驗得出直覺結(jié)論,缺乏理性的思考。因此,對“力是維持物體運動的原因還是改變物體運動狀態(tài)的原因”容易產(chǎn)生錯誤的認(rèn)識。又因為“牛頓第一定律”是無法用實驗直接驗證的,只能在近似實驗的基礎(chǔ)上,進(jìn)行邏輯推理分析。這對學(xué)生來說比較抽象,在理解上有一定的困難。但是,通過創(chuàng)建合適的教學(xué)情境,使抽象的概念、規(guī)律更加形象化,可以使學(xué)生理解更加容易。下面以“牛頓第一定律”為例,通過對教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計,研究物理教學(xué)情景創(chuàng)設(shè)在物理課堂中的應(yīng)用。

      2 教學(xué)過程設(shè)計

      2.1 創(chuàng)建問題情境,導(dǎo)入新課

      讓學(xué)生思考如何使課桌上靜止的物理書運動。教師演示用手推課本,課本運動,撤去推力,課本又恢復(fù)靜止。讓學(xué)生討論思考:力和運動之間可能有什么樣的關(guān)系?

      學(xué)生猜想:只有在物體上施加力的作用時,物體才能運動;沒有力時,物體靜止。進(jìn)而總結(jié)為“力是維持物體運動的原因”。

      將學(xué)生分成小組討論亞里士多德的觀點,并舉出生活實例加以說明。

      教師演示用手推課桌上的小車,小車運動;撤去推力后,小車并沒有立即停止,反而運動一段距離后靜止。激發(fā)學(xué)生對“力與運動關(guān)系”的再思考。

      學(xué)生猜想:撤去推力后小車仍運動,說明運動不需要力來維持。

      提出問題:小車最終還是停止運動,這又是為什么呢?

      學(xué)生猜想:小車受到摩擦力的作用。

      提出問題:如果小車沒有受到摩擦力的影響,又該怎樣運動呢?

      學(xué)生猜想:當(dāng)沒有摩擦力時,小車將一直運動或者先運動后靜止。

      設(shè)計意圖:從學(xué)生的前概念出發(fā),利用生活中常見的小實驗,創(chuàng)設(shè)合適的問題情境,激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,啟發(fā)學(xué)生對“力和物體運動的關(guān)系”的再思考。

      2.2 借助理想實驗,還原真實的物理情景

      2.2.1 單擺等高實驗

      伽利略在實驗中觀察到:當(dāng)小球沿著斜面向下滾動時,速度增大;小球沿著斜面向上滾動時,速度減小。那么,如果讓一個小球從斜面上某一個高度下滑,它必然會沖上另一個斜面的某高度,這兩個高度之間存在什么關(guān)系呢?

      伽利略猜想“靜止物體不論是沿著豎直方向還是沿不同斜面從同一高度下落,到達(dá)末端時具有相同的速度”。后來,伽利略用一個單擺實驗檢驗了這個假設(shè),這就是著名的“單擺等高實驗”。

      如圖1所示,將一小球拉至M點由靜止開始釋放,小球會升高到對面同一水平高度上。如果在E或F點釘上小釘子,小球仍會沿著不同圓弧上升到同一水平高度上的各點。反過來,如果將小球從這些點由靜止釋放,它會同樣上升到原高度的M點。

      如果將一個斜面和若干不同傾角的斜面底部圓滑連接,如圖2所示,無論斜面的傾斜角的大小,從同一高度由靜止釋放的小球總會上升到同一高度處。但是,在實際實驗中發(fā)現(xiàn),小球不會上升到原來的高度。

      提出問題:那么原因是什么呢?

      學(xué)生猜想:摩擦阻力的作用。

      如果將斜面都換成摩擦較小的斜面,小球?qū)咏瓉淼母叨?。假設(shè)摩擦特別小或者沒有摩擦,小球?qū)⒎浅=咏瓉淼母叨然蛘呱踔吝_(dá)到原來的高度。這是一種理想的實驗情景:小球沿著光滑的斜面下降,一定會上升到原來的高度。如果將實驗中第二個斜面的傾角逐漸減小,為達(dá)到同樣的高度,小球的位移將逐漸增大。

      提出問題:如果將第二個斜面放置水平,如圖2所示,小球該如何運動?

      學(xué)生猜想:將沿著水平面一直運動下去。

      2.2.2 大膽猜想,得出結(jié)論

      小球沿著斜面下滑,速度增大;小球沿著斜面上滑,速度減小。伽利略猜想到:如果小球沿著水平面運動,速度將不增不減。但是,實際情況卻是,小球沿著水平面運動速度越來越慢,最后停下來。

      提出問題:這是為什么呢?

      學(xué)生猜想:摩擦阻力的作用。

      由于摩擦阻力的存在,小球不能上升到原來的高度;由于摩擦阻力的存在,小球在水平面上的速度越來越慢。

      提出問題:如果沒有摩擦阻力的影響。從斜面上下滑的小球,在水平面上將如何運動?

      學(xué)生猜想:小球?qū)⒈3帜乘俣纫恢边\動下去。

      提出問題:通過這個實驗,你認(rèn)為“力和運動是什么關(guān)系”?

      學(xué)生猜想:物體的運動不需要力的維持。力不是維持物體運動的原因。

      最后,教師用伽利略理想實驗演示儀演示實驗過程。

      在這個研究過程中,伽利略創(chuàng)造性地提出了“理想實驗”這種科學(xué)方法。雖然伽利略的理想斜面實驗是不能在現(xiàn)實中實現(xiàn)的,但是它反映了一種物理思想。物理規(guī)律并不是憑空臆造,而是建立在可靠的事實基礎(chǔ)之上。理想實驗以事實為依據(jù),以科學(xué)抽象為方法,運用邏輯推理深刻地揭示了自然規(guī)律,這就是科學(xué)研究的重要方法。

      設(shè)計意圖:結(jié)合物理學(xué)史,還原真實的物理情景,結(jié)合恰當(dāng)?shù)膯栴},讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,啟發(fā)思維,鍛煉其科學(xué)思維能力。同時,教學(xué)過程展現(xiàn)了嚴(yán)密的邏輯推理過程,使學(xué)生更容易理解“牛頓第一定律”的內(nèi)容。通過實驗觀察再加以邏輯推理,使得猜想得以驗證,同時使學(xué)生錯誤的前概念得到順應(yīng)。同時,滲透了科學(xué)方法的教育,啟發(fā)學(xué)生在研究科學(xué)問題時,大膽猜想、假設(shè)。

      2.3 總結(jié)歸納,得出結(jié)論

      與伽利略同時代的法國科學(xué)家笛卡兒補充和完善了伽利略的觀點,指出:除非物體受到力的作用,物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運動狀態(tài),永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運動,而是保持在直線上運動。英國科學(xué)家牛頓在伽利略、笛卡兒等前輩研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)成“牛頓第一定律”:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)?!芭nD第一定律”揭示了力和運動的關(guān)系,即力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因。

      2.4 利用近似實驗,驗證猜想

      雖然在現(xiàn)實生活中沒有絕對光滑的水平面,但是,我們現(xiàn)在的實驗儀器已經(jīng)能實現(xiàn)近似光滑。由教師簡單介紹氣墊導(dǎo)軌的原理,引導(dǎo)學(xué)生通過對比滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間是否相等驗證滑塊的運動是否是勻速直線運動。

      由教師播放氣墊導(dǎo)軌上的滑塊做勻速直線運動的視頻。通過觀察,在誤差允許的范圍內(nèi),滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間近似相等,滑塊做勻速直線運動。說明物體在忽略摩擦力時,做勻速直線運動。

      設(shè)計意圖:運用氣墊導(dǎo)軌,創(chuàng)建一個接近理想實驗條件的真實的實驗情景,進(jìn)一步證明了結(jié)論的正確性,驗證了理想實驗的神奇之處,吸引了學(xué)生的興趣。

      3 總 結(jié)

      在“牛頓第一定律”這節(jié)課中,結(jié)合物理學(xué)史,創(chuàng)設(shè)問題情境和實驗情景,還原真實的物理環(huán)境,重演物理知識的探究過程,使“牛頓第一定律”的內(nèi)容更加形象化,益于學(xué)生對“牛頓第一定律”本質(zhì)的理解。通過創(chuàng)建合適的教學(xué)情境,引發(fā)學(xué)生的主動思考,增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

      在物理教學(xué)中,創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境,可以使抽象的物理概念和規(guī)律更加形象化,易于學(xué)生理解。但是,在教學(xué)過程中,教師要注重學(xué)生的主體地位,讓學(xué)生親身體驗,獲得直接經(jīng)驗,才能取得更好的教學(xué)效果。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王賽.基于科學(xué)方法教育的物理教學(xué)設(shè)計——以“牛頓第一定律”為例[J].物理通報,2016(1):25-30.

      [2]牛英申,關(guān)廣菊,李新鄉(xiāng).《牛頓第一定律》一節(jié)的教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討,2009,27(7):29-32.

      (欄目編輯 劉 榮)

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