江耀基 陳艷燕
摘?要:物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,本文以“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”為例,重點(diǎn)闡述如何巧用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“激發(fā)興趣”“建構(gòu)規(guī)律”“應(yīng)用規(guī)律”“遷移知識(shí)”等教學(xué)策略撬動(dòng)物理課堂,啟迪學(xué)生思維,讓學(xué)生在課堂中獲得關(guān)鍵能力,養(yǎng)成核心品格.
關(guān)鍵詞:創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系;教學(xué)策略;核心素養(yǎng)
文章編號(hào):1008-4134(2020)02-0050?中圖分類號(hào):G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
作者簡(jiǎn)介:江耀基(1976-),男,江西安福人,本科,中學(xué)高級(jí)教師,研究方向:物理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué);
陳艷燕(1974-),男,江西宜春人,本科,中學(xué)高級(jí)教師,研究方向:初中物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué).
物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,物理概念的建立,物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn),都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察認(rèn)真總結(jié)得來(lái)的.因此,創(chuàng)設(shè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境是課堂精煉的重要舉措.下面以“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”為例,結(jié)合教學(xué)片段,重點(diǎn)闡述如何巧用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“激發(fā)興趣”“建構(gòu)規(guī)律”“應(yīng)用規(guī)律”“遷移知識(shí)”等教學(xué)策略撬動(dòng)物理課堂,啟迪學(xué)生思維,讓學(xué)生在課堂中獲得關(guān)鍵能力,養(yǎng)成核心品格.
1?通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲
美國(guó)著名的心里學(xué)家布魯納指出:對(duì)所學(xué)的知識(shí)有濃厚的興趣是學(xué)習(xí)的最好動(dòng)機(jī),學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,對(duì)自己感興趣的一切事物、現(xiàn)象總是主動(dòng)、積極地去認(rèn)識(shí)和探究[1].因此,在物理教學(xué)中教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一定實(shí)驗(yàn)情境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲,使學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài).
【教學(xué)片段1】
師:能與同學(xué)們共度一節(jié)課的時(shí)間,老師非常開(kāi)心,現(xiàn)在我們來(lái)做一個(gè)游戲——“乒乓球爬坡投籃”.你們說(shuō)好不好?
生:好!
師:塑料水槽里有些乒乓球,看看它能不能爬上我手中的管子,跳入前面的網(wǎng)兜中(如圖1所示),請(qǐng)仔細(xì)觀察.
……(演示實(shí)驗(yàn))
生:掌聲!
師:實(shí)驗(yàn)成功了嗎?
生:成功了.
師:一個(gè)普通的乒乓球?yàn)槭裁磿?huì)“爬坡投籃”呢?這就是今天我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”.
【設(shè)計(jì)意圖】一節(jié)好課首先就要抓住學(xué)生的眼球,吸引學(xué)生的注意力,為了達(dá)到這個(gè)目的,在物理課堂教學(xué)中,教師們都會(huì)想很多的辦法,如利用生動(dòng)有趣的生活事例、游戲或引人入勝的實(shí)驗(yàn)等,在本節(jié)課中教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)有趣的“乒乓球爬坡投籃”實(shí)驗(yàn)情境,瞬時(shí)吸引了學(xué)生的注意,學(xué)生很好奇,乒乓球?yàn)槭裁茨堋芭榔峦痘@”呢?在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生只有對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生了興趣,才能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中迸發(fā)強(qiáng)大的內(nèi)驅(qū)力,才能使接下來(lái)的探究成為可能.
2?通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),進(jìn)行科學(xué)探究,幫助學(xué)生建構(gòu)物理規(guī)律
德國(guó)教育學(xué)家第斯多德認(rèn)為:科學(xué)知識(shí)不應(yīng)只是簡(jiǎn)單地把現(xiàn)有的結(jié)論照本宣科地傳授給學(xué)生,這將剝奪學(xué)生鍛煉思維能力的機(jī)會(huì),而是應(yīng)采用合乎邏輯的各種教學(xué)手段,啟發(fā)學(xué)生,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入思考,在活動(dòng)中去總結(jié)、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律[2].因此,在物理規(guī)律教學(xué)中,教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境,積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,幫助學(xué)生建構(gòu)物理規(guī)律.
【教學(xué)片段2】
師:通過(guò)剛才的“吹紙”“吹乒乓球”和“模擬小船航行”體驗(yàn)活動(dòng),我們初步得出流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.但是,上述體驗(yàn)中我們只能通過(guò)物理現(xiàn)象大致感知流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,無(wú)法準(zhǔn)確探究流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系.為了讓大家能更準(zhǔn)確探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,老師今天也帶來(lái)了實(shí)驗(yàn),這個(gè)儀器叫流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示儀(如圖2所示).這個(gè)儀器在底部?jī)?nèi)徑大小不同的連接處安裝了葉片,當(dāng)不同流速的流體經(jīng)過(guò)它,葉片的轉(zhuǎn)速不同,我們把它們的轉(zhuǎn)速顯示在電子顯示屏上,白色顯示屏對(duì)應(yīng)內(nèi)徑大的管子,藍(lán)色顯示屏對(duì)應(yīng)內(nèi)徑小的管子.流體流過(guò)時(shí),同學(xué)們比較電子顯示屏上數(shù)據(jù)大小,就可以知道哪個(gè)管子中流體的流速更大.
師:下面請(qǐng)一個(gè)同學(xué)用電吹風(fēng)在最左邊灌風(fēng),同學(xué)們注意觀察電子顯示屏上顯示數(shù)據(jù).
……(操作實(shí)驗(yàn),如圖3所示)
師:哪個(gè)顏色顯示屏的數(shù)據(jù)更大?
生:藍(lán)色.
師:藍(lán)色數(shù)據(jù)大得出內(nèi)徑小的管子中的流速更大,流速不同會(huì)不會(huì)造成它們的壓強(qiáng)也不同呢?我們將它們豎直的管子連上液體壓強(qiáng)計(jì)(如圖4所示),內(nèi)徑大的管子連紅色壓強(qiáng)計(jì),內(nèi)徑小的管子連藍(lán)色壓強(qiáng)計(jì),通過(guò)壓強(qiáng)計(jì)U形管兩邊的液面高度差來(lái)告訴大家它們的壓強(qiáng)大小,請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察.
……(吹風(fēng),如圖4所示)
師:哪個(gè)顏色的壓強(qiáng)計(jì)高度差更大?
生:紅色.
師:我們看到的現(xiàn)象是,空氣在內(nèi)徑小的管子里流速大,內(nèi)徑大的管子壓強(qiáng)大.水也是一樣的嗎?現(xiàn)在老師向里面灌水,請(qǐng)左邊同學(xué)觀察電子顯示屏數(shù)據(jù)大小,右邊同學(xué)觀察壓強(qiáng)計(jì)的高度差.
……(灌水,如圖5所示)
師:哪個(gè)顏色的壓強(qiáng)計(jì)高度差更大?
生:還是紅色.
師:通過(guò)上述的兩個(gè)實(shí)驗(yàn),我們得到流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系是怎樣的?請(qǐng)同學(xué)們一起大聲地告訴我.
生:流體在流速大的地方壓強(qiáng)小,流速小的地方壓強(qiáng)大.
【設(shè)計(jì)意圖】 學(xué)生通過(guò)“吹紙”“吹乒乓球”和“模擬小船航行”等體驗(yàn)活動(dòng)對(duì)流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的結(jié)論獲得感性認(rèn)識(shí).但物理規(guī)律的得出不能光憑體驗(yàn)感知,體驗(yàn)不能代替科學(xué)探究,科學(xué)探究必須由學(xué)生通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),再將鮮活的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合起來(lái),通過(guò)分析與論證得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.通過(guò)探究實(shí)驗(yàn),學(xué)生的分析能力、探究能力和思維能力在不同程度上都得到了鍛煉和發(fā)展,物理規(guī)律在學(xué)生頭腦中自然建構(gòu).
3?通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),啟發(fā)科學(xué)思維,幫助學(xué)生學(xué)會(huì)物理規(guī)律的應(yīng)用
捷克教育家夸美紐斯在《大教學(xué)論》中寫道:一切知識(shí)都是從感官開(kāi)始的,情境使學(xué)生身臨其境,有助于學(xué)生感性知識(shí)的形成,可以使得學(xué)生從形象的感知達(dá)到抽象的理性頓悟,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)習(xí)成為一種快樂(lè).因此,在物理教學(xué)中教師應(yīng)盡可能把物理規(guī)律的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)情境結(jié)合起來(lái).
【教學(xué)片段3】
師:飛機(jī)是怎樣飛向高空的呢?讓我們看一段飛機(jī)起飛的視頻.
師:視頻中,同學(xué)們看到飛機(jī)是蹭地一下飛起來(lái)的嗎?
生:不是,先滑了一段距離.
師:有哪位同學(xué)知道它滑行一段距離的目的嗎?
生:加速.
師:對(duì),飛機(jī)一定要達(dá)到一定速度才能飛起來(lái),為什么要達(dá)到一定速度才能飛起來(lái)?這就利用了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,讓飛機(jī)獲得了一個(gè)向上的力,這個(gè)力的產(chǎn)生離不開(kāi)一個(gè)重要的部件,那就是機(jī)翼,請(qǐng)仔細(xì)觀察機(jī)翼的剖面圖(如圖6所示),它的形狀有什么特點(diǎn)?
生:上凸下平.
師: 上凸下平的機(jī)翼為什么能讓飛機(jī)飛起來(lái)呢?我們?cè)僮鲆粋€(gè)實(shí)驗(yàn):模擬飛機(jī)高空飛行.老師這里有一個(gè)機(jī)翼模型,我們保持模型不動(dòng),讓空氣高速運(yùn)動(dòng)起來(lái)(圖7甲所示),大家注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;接下來(lái)我們把機(jī)翼側(cè)放、倒放,看看機(jī)翼還會(huì)不會(huì)運(yùn)動(dòng),會(huì)向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)?請(qǐng)同學(xué)們?cè)僮屑?xì)觀察(如圖7乙和丙所示).
生:總是向凸起的一側(cè)運(yùn)動(dòng).
師:通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們看到機(jī)翼模型總是向凸起一側(cè)運(yùn)動(dòng),飛機(jī)要飛向高空,就要把凸起的一側(cè)向上,機(jī)翼就要做成上凸下平的形狀.
師:上凸下平的機(jī)翼為什么能產(chǎn)生向上的升力呢?你能利用流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的知識(shí)分析解釋嗎?
生:飛機(jī)起飛時(shí)滑行一段距離后,高速飛行的機(jī)翼上方空氣的流速大、壓強(qiáng)小;下方空氣的流速小、壓強(qiáng)大.于是就產(chǎn)生了一個(gè)向上的壓強(qiáng)差,使機(jī)翼獲得向上的升力,速度大到一定時(shí),升力足夠大了,飛機(jī)就飛起來(lái)了.
……(掌聲)
【設(shè)計(jì)意圖】飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn),也是一個(gè)抽象的物理問(wèn)題,學(xué)生很難理解空氣經(jīng)過(guò)機(jī)翼上、下表面后為什么能同時(shí)到達(dá)機(jī)翼的尾部.因?yàn)閷W(xué)生的思維沒(méi)有達(dá)到一定的高度,所以教師若采用“講授”或“播放動(dòng)畫”的方式來(lái)解釋其原理,教學(xué)是低效的.此時(shí)教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)情境,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中身臨其境感知不同方向放置的機(jī)翼在氣流作用下的運(yùn)動(dòng)方向,從而找出機(jī)翼在氣流中運(yùn)動(dòng)方向的共性,再結(jié)合“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”物理規(guī)律,飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)就得以突破.所以,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境,相當(dāng)于給學(xué)生鋪設(shè)思維臺(tái)階,提高了學(xué)生理解物理知識(shí)的關(guān)鍵能力.
4?通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),促進(jìn)知識(shí)遷移,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)責(zé)任和科學(xué)態(tài)度
現(xiàn)代認(rèn)知理論認(rèn)為:學(xué)習(xí)總是相互影響的,舊知識(shí)和新知識(shí)之間相同或相似的地方越多,就越容易產(chǎn)生知識(shí)的相互遷移,教師在教學(xué)中如果能將新舊知識(shí)有效地結(jié)合起來(lái),抓住新舊知識(shí)之間的共同因素,則能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極遷移.因此,在教學(xué)中教師要善于創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境,啟發(fā)學(xué)生的思維,積極促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)遷移,從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)能力.
【教學(xué)片段4】
師:哪位同學(xué)能解釋一下開(kāi)始的乒乓球?yàn)槭裁茨堋芭榔峦痘@”?
生:電吹風(fēng)加快了上方管口的空氣流動(dòng),使上方管口處由于流速增大,壓強(qiáng)減小,下方管口流速更小,壓強(qiáng)更大,這個(gè)壓強(qiáng)差讓乒乓球順利地“爬坡投籃”了.
師:剛才同學(xué)解釋得很好,謝謝!
師:這是非洲草原犬鼠洞穴的橫截面示意圖(如圖8所示),犬鼠的洞穴有兩個(gè)出口,一個(gè)是平的,另一個(gè)則是隆起的土堆.這是為什么呢?
生:露出驚訝表情……
師:這是一個(gè)草原上犬鼠的洞穴模擬裝置(如圖9所示),它的特點(diǎn)就在它的兩個(gè)洞口是不同的,一個(gè)洞口表面是平的,另一個(gè)洞口犬鼠會(huì)在上面弄成一個(gè)小土堆.現(xiàn)在我們就用實(shí)驗(yàn)裝置(如圖10所示)來(lái)看看它的奇妙之處.
師:平行兩個(gè)洞口吹氣,管中的泡沫都從凸起端飛出(如圖10所示),同學(xué)們討論交流出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因.
……(交流討論)
生:凸起地方流速大,壓強(qiáng)小;平的地方流速小,壓強(qiáng)大,這樣空氣就從平的洞口流入,從凸起的洞口流出,從而保證洞中空氣的流動(dòng).
師:這位同學(xué)解釋非常不錯(cuò)!犬鼠聰明吧,但人類比它更聰明,設(shè)計(jì)師巧妙地將犬鼠洞的設(shè)計(jì)用來(lái)改善地下通道的通風(fēng)情況,下面就讓我們一起來(lái)看看它的動(dòng)畫演示(如圖11所示).
……(播放動(dòng)畫)
師:請(qǐng)同學(xué)們思考,改善后的地下通道的氣流方向?yàn)槭裁磿?huì)發(fā)生變化?哪個(gè)部位起了關(guān)鍵作用?
生:和犬鼠洞口一樣,通道內(nèi)凸起部分起了作用,氣流經(jīng)過(guò)凸起部分時(shí)流速大,壓強(qiáng)小,而另一個(gè)通道內(nèi)氣流流速小,壓強(qiáng)大,氣流就會(huì)通過(guò)中間的交叉口從一個(gè)通道進(jìn)入另一個(gè)通道.
【設(shè)計(jì)意圖】 學(xué)會(huì)對(duì)知識(shí)的遷移是物理學(xué)習(xí)的能力目標(biāo)之一,在物理教學(xué)中,將創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與生活實(shí)例相結(jié)合,可以使復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化,不僅使學(xué)生容易接受物理知識(shí),讓學(xué)生了解“物理來(lái)源生活,服務(wù)于社會(huì)”的理念, 還有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移,深刻領(lǐng)悟物理方法,同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)責(zé)任和科學(xué)態(tài)度.
5?結(jié)束語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ),廣大教師要時(shí)刻緊抓實(shí)驗(yàn)教學(xué)這根主線,巧用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)撬動(dòng)物理課堂,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣,啟發(fā)科學(xué)思維,建構(gòu)物理規(guī)律,在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移,讓學(xué)生的關(guān)鍵能力、核心品格在物理學(xué)習(xí)中逐步得以培養(yǎng)和提升,課堂教學(xué)質(zhì)量也會(huì)上一個(gè)臺(tái)階.
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(收稿日期:2019-09-07)