姜立東
(江蘇省姜堰第二中學(xué),江蘇 姜堰 225500)
新課程強(qiáng)調(diào)在物理教學(xué)過程中要對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育,滿足學(xué)生的個(gè)性發(fā)展,創(chuàng)造出適應(yīng)學(xué)生個(gè)性發(fā)展和符合學(xué)生身心真正需求有效的教學(xué)方式.物理科學(xué)方法教育是物理教學(xué)的“奠基工程”,教師在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中,如何進(jìn)行科學(xué)方法的教育,缺乏有效的物理科學(xué)方法教育的教學(xué)策略,所以我們要把如何實(shí)施物理科學(xué)方法教育作為課堂教學(xué)中每一個(gè)教師的追求目標(biāo),實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的深度達(dá)成.本文提出從4個(gè)維度實(shí)施物理科學(xué)方法教育,即規(guī)律中“滲透”,過程中“模仿”,實(shí)驗(yàn)中“體驗(yàn)”,運(yùn)用中“理解”.
物理概念和規(guī)律的建立往往蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)方法,通過物理概念和規(guī)律教學(xué)滲透科學(xué)方法是科學(xué)方法教育的首要途徑.人們?cè)谔剿骱桶l(fā)現(xiàn)物理規(guī)律過程中,逐漸形成了一系列研究物理學(xué)的科學(xué)方法,而每一次重大物理成果的取得,常常是科學(xué)方法上獲得一定突破與創(chuàng)新的結(jié)果,如觀察和實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹、類比、想象、假說、理想化和數(shù)學(xué)方法.在牛頓第二定律、動(dòng)量守恒定律、楞次定律等規(guī)律的教學(xué)中,學(xué)生能強(qiáng)烈感受的科學(xué)方法在發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用,激發(fā)學(xué)生自覺地學(xué)習(xí)運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題.萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、玻爾原子模型的形成等物理學(xué)史內(nèi)容在教材中均有介紹,教師可以根據(jù)這些材料來介紹科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程,也可以查閱一些資料來補(bǔ)充和豐富教學(xué)內(nèi)容.牛頓第一定律的建立和闡述包含著觀察→實(shí)驗(yàn)論證→假設(shè)猜想→實(shí)驗(yàn)抽象→修正推廣的一種,演繹重要的科學(xué)方法:理想實(shí)驗(yàn)法.在知識(shí)教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的能力,找到知識(shí)教學(xué)與能力培養(yǎng)的結(jié)合點(diǎn),突破口就在于加強(qiáng)科學(xué)方法教育.
因此,在物理概念和規(guī)律教學(xué)中有目的、有意識(shí)、有步驟地滲透和傳授物理科學(xué)研究的方法,使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練,逐步地掌握最基本的、最主要的物理科學(xué)方法.物理規(guī)律教育中滲透科學(xué)方法的意義在于訓(xùn)練學(xué)生的智力技能,能夠達(dá)到促進(jìn)三維目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、增強(qiáng)實(shí)踐能力和提高全體學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的目的.
科學(xué)方法體現(xiàn)在具體的物理研究過程中.只有把研究過程充分而合理地展現(xiàn)出來,學(xué)生才能看到科學(xué)方法有什么特征、有什么作用,是怎樣解決問題的,才能體會(huì)到掌握科學(xué)方法的意義,才能自覺地學(xué)習(xí)科學(xué)方法.
案例:教材中第4章第2節(jié)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”.這是1節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究課,教材編寫思路是:沒有給出確定的實(shí)驗(yàn)方案,要學(xué)生自己設(shè)計(jì),但是給出了實(shí)驗(yàn)的基本思路.作為提示,書中還提醒注意兩方面的問題:怎樣測量(或比較)物體的加速度;怎樣提供和測量物體所受的恒力.在思維方法上,力求突破原有教材單一方法前提下的思維格局,用綜合的方法來關(guān)注和處理單一打破后出現(xiàn)的復(fù)雜的、多維變化的信息,喚醒學(xué)生更深層次的靈活主動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育價(jià)值.
本節(jié)開展探究教學(xué)基本程序由6個(gè)要素構(gòu)成,而這6個(gè)要素的結(jié)構(gòu)關(guān)系是環(huán)環(huán)相扣,彼此促進(jìn)的.
(1)提出問題.物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量關(guān)系?
(2)猜想與假設(shè).根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)和觀察到的事實(shí),首先猜想物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有最簡單的關(guān)系,加速度與它受的力成正比、與它的質(zhì)量成反比.
(3)制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).用控制變量法研究和探討a與F 、m的關(guān)系,操作活動(dòng)感知過程.怎樣測量(或比較)物體的加速度;怎樣提供和測量物體所受的恒力.
(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù).教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng),這是必須的,記錄好數(shù)據(jù).
(5)數(shù)據(jù)處理、分析與論證.為直觀判斷a與F 、m的關(guān)系,分別以a為縱坐標(biāo),F(xiàn)、m、為橫坐標(biāo),根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn),用圖像進(jìn)行分析和判斷.
(6)交流與合作、評(píng)估.與學(xué)生進(jìn)行交流,實(shí)驗(yàn)方案的合理性、實(shí)驗(yàn)過程的科學(xué)性、數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性等等方面,實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡單的測量就能夠得出結(jié)論的,F(xiàn)=ma這個(gè)結(jié)論仍然帶有猜想和推斷的性質(zhì).
對(duì)于F=ma結(jié)論,學(xué)生僅僅出于直覺的猜想或是在先發(fā)言的學(xué)生啟發(fā)下才這樣想,思維上對(duì)于物理量之間的原理還不是很清晰的情況下,那么,教師有必要為學(xué)生的認(rèn)識(shí)補(bǔ)充、豐富其感性經(jīng)驗(yàn).教師可以進(jìn)一步提問:還有別的想法嗎?為此,教者有必要進(jìn)行一些現(xiàn)場調(diào)查和試探性提問:還有誰這樣想?還有沒有其它的答案?學(xué)生中間可能出現(xiàn)a與F、F2的關(guān)系,a與m、m2的關(guān)系,并不是所的有學(xué)生都是得出正確的結(jié)論,物理量關(guān)系多樣化的一個(gè)重要原則就是思維等價(jià).
上述過程應(yīng)該說是操作層面的.這是科學(xué)探究成功的首要條件,是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).這里面有很多的人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的一般方法,保持著科學(xué)探究的“形似”.通過這一過程,學(xué)生了解了人類對(duì)某一自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的歷史,學(xué)習(xí)了怎樣進(jìn)行科學(xué)探究,把未知變?yōu)橐阎@才完成科學(xué)探究的第一步,這也是顯性的一步.實(shí)際上,在這一過程中,更重要的是隱性部分:學(xué)生從中體會(huì)科學(xué)的研究方法、提高科學(xué)探究的能力、培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、敢于創(chuàng)新的探索精神.
“力的分解”物理科學(xué)方法,學(xué)生難于把握的是把力沿什么方向分解的問題.因此教學(xué)中先通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)際問題情景中讓學(xué)生感知力的“實(shí)際效果”,這樣最能體現(xiàn)讓學(xué)生自主探究問題解決方案.
如圖(1)-(3)所示,采取幾種簡易實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)科學(xué)方法,“體感”腰、手部受壓力,肩部受拉力,使學(xué)生體會(huì)到在交流中可以提高自己的能力,有利于知識(shí)的理解和學(xué)習(xí).
實(shí)驗(yàn)1.準(zhǔn)備器材——長為60cm的輕木桿(或竹桿),重G大約為1kg的重物,細(xì)線1根.讓木桿頂住腹部,形成如圖1所示的形狀,學(xué)生感受由于重物作用所產(chǎn)生的效果.
圖1
圖2
實(shí)驗(yàn)2.準(zhǔn)備器材——質(zhì)量M=50g的砝碼,一頭削尖的鉛筆(或圓珠筆),細(xì)線1根.讓尖的一端頂住掌心,另一端掛砝碼并系到中拇指上,形式如圖2的形狀,讓學(xué)生感受效果.
實(shí)驗(yàn)3.2位學(xué)生配合,如圖3所示,一人手撐腰,形成圖示形狀,另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力,感受向下的力所產(chǎn)生的效果.然后再相互調(diào)換.
本節(jié)課的教學(xué)已經(jīng)打破了教材的框框,這是3個(gè)合作探究實(shí)驗(yàn),以實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo),組織和實(shí)施教學(xué).這主要考慮的就是本節(jié)課對(duì)學(xué)生來說,是由抽象到具體、由理論到實(shí)踐、由教師講解到自己探究的轉(zhuǎn)變.過去我們強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn),主要所指為操作技能;現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn),除了操作技能外,希望學(xué)生更加重視實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想與技術(shù)路線.過去教材強(qiáng)調(diào)的是如何把知識(shí)講清楚,本節(jié)課強(qiáng)調(diào)的是自主探究、充分展示過程和方法.
物理科學(xué)方法教育力求貼近生活,從不屑于干巴巴的知識(shí)與方法的羅列,而總是力求以學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活為背景,運(yùn)用中“理解”物理科學(xué)方法.對(duì)于中小學(xué)生而言,其抽象思維能力尚處于不斷的發(fā)展之中,理性思維往往需要感性材料作為支撐.豐富多彩的現(xiàn)實(shí)生活是學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣之源.所以,物理科學(xué)方法教育總是力求貼近生活,從生活中挖掘豐富的課程資源,讓生活材料為課堂教學(xué)服務(wù),讓學(xué)生理解和領(lǐng)會(huì)物理科學(xué)方法.
案例:課題“圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析”中物理科學(xué)方法教育.
利用手段創(chuàng)設(shè)學(xué)生騎車拐彎錄像、魔盤、本班學(xué)生手拉手的離心游戲、棉花糖制作過程短片等真實(shí)的學(xué)生非常熟悉的生活情景,來激發(fā)學(xué)生的興趣;引入圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析.
問題1.火車車輪結(jié)構(gòu)與汽車車輪結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)?
有效感性材料:
許多學(xué)生都坐過火車,但對(duì)火車車輪結(jié)構(gòu)并不了解,這對(duì)于解決火車拐彎問題是一個(gè)難點(diǎn).突破教學(xué)中的難點(diǎn),啟發(fā)學(xué)生的思維,制作火車車輪教具,并準(zhǔn)備了兩人一組的小火車模型,在教學(xué)中先讓學(xué)生仔細(xì)觀察、描述車輪結(jié)構(gòu),然后再來討論火車在水平轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)出現(xiàn)的問題.這樣有了車輪結(jié)構(gòu)的感性基礎(chǔ),學(xué)生討論問題就容易一些.
問題2.放錄像火車轉(zhuǎn)彎的情景,當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí),我們說它做圓周運(yùn)動(dòng),那么是什么力提供火車的向心力呢?
有效感性材料:
(1)用課件分析內(nèi)外軌等高時(shí)向心力的來源(因?yàn)閷?shí)際不存在).
(a)此時(shí)火車車輪受3個(gè)力:重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力.
(b)外軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力.
(c)由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的,且由于火車質(zhì)量很大,故輪緣和外軌間的相互作用力很大,易損害鐵軌.
(2)介紹實(shí)際的彎道處的情況.
(a)用錄像資料展示實(shí)際的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌.
(b)用課件展示此時(shí)火車的受力情況,并說明此時(shí)火車的支持力N的方向不再是豎直的,而是斜向彎道的內(nèi)側(cè).
(c)進(jìn)一步用課件展示此時(shí)火車的受力示意圖,并分析得此時(shí)支持力與重力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力.
(d)強(qiáng)調(diào)說明:轉(zhuǎn)彎處要選擇內(nèi)外軌適當(dāng)?shù)母叨炔?,使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由重力G和支持力N來提供,這樣外軌就不受輪緣的擠壓了.
問題3.火車轉(zhuǎn)彎時(shí),它做圓周運(yùn)動(dòng),對(duì)應(yīng)的軌跡圓是否傾斜?
有效感性材料:學(xué)生遇到在路基傾斜的彎道上轉(zhuǎn)彎的汽車、火車的問題時(shí),最容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),是認(rèn)為運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的軌跡圓是傾斜的,不在水平面上.可結(jié)合視頻圖片,向?qū)W生展現(xiàn)出兩種轉(zhuǎn)彎軌跡(內(nèi)外軌等高時(shí)、內(nèi)外軌不等高的實(shí)際彎道處),讓學(xué)生討論可能性后,讓每一名學(xué)生利用漏斗中的乒乓球轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn),模擬出汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的水平圓軌跡,使學(xué)生從兩種可能中選出了正確地答案.
上面簡述了實(shí)施物理科學(xué)方法教育規(guī)律中“滲透”.過程中“模仿”.實(shí)驗(yàn)中“體驗(yàn)”.運(yùn)用中“理解”的4種策略.當(dāng)然,教師在課堂教學(xué)中還要針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的思維障礙特點(diǎn),努力研究學(xué)生的實(shí)際心理特點(diǎn)與現(xiàn)有知識(shí)水平,大膽創(chuàng)新,有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),讓學(xué)生真正掌握的物理科學(xué)研究方法.