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        “支架式教學(xué)”在概念型新課中的應(yīng)用

        2016-05-09 18:21:09王祥東
        物理教學(xué)探討 2016年4期
        關(guān)鍵詞:物理概念支架式教學(xué)摩擦力

        王祥東

        摘 要:概念教學(xué)一直是高中物理教學(xué)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。學(xué)生建立正確的物理概念, 靈活應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的解決中,也是一大難點(diǎn)。了解學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),設(shè)計(jì)支架式的教學(xué)模式,在概念型的新課教學(xué)中可以把物理概念呈現(xiàn)得直觀、生動(dòng)。不僅能使學(xué)生抓住概念的本質(zhì),還能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

        關(guān)鍵詞:物理概念;支架式教學(xué);摩擦力

        中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2016)4-0015-4

        高中物理《摩擦力》一節(jié)的教學(xué),是力學(xué)部分概念教學(xué)的重點(diǎn),同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn),更是廣大物理教師關(guān)注度很高的教學(xué)內(nèi)容。大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的過(guò)程中,對(duì)摩擦力的產(chǎn)生、摩擦力方向的判定以及摩擦力的理解都感到一定的困惑。因?yàn)橛谐踔械闹R(shí),往往誤認(rèn)為壓力的大小總是跟物體所受的重力相等。同樣,由于對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”和“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的理解較為抽象,學(xué)生對(duì)摩擦力方向的判斷也容易出現(xiàn)障礙。因此,在教學(xué)過(guò)程中,教師根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇學(xué)生的“問(wèn)題生長(zhǎng)點(diǎn)”,在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)設(shè)置科學(xué)的“教學(xué)支架”,及時(shí)為學(xué)生提供幫助,讓學(xué)生建立起正確的物理概念,是達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的有效途徑。

        支架式教學(xué)是以學(xué)習(xí)者當(dāng)前的發(fā)展水平為基礎(chǔ),系統(tǒng)有序地運(yùn)用多種方法,引導(dǎo)學(xué)習(xí)者不斷建構(gòu)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),將學(xué)習(xí)者的智力從一個(gè)水平引導(dǎo)到更高水平的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式是教師在教學(xué)的過(guò)程中,為學(xué)生內(nèi)化知識(shí)提供一種框架,框架的搭建充分考慮學(xué)生的實(shí)際發(fā)展水平,通過(guò)把復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解,逐層遞進(jìn),使學(xué)生掌握建構(gòu)和內(nèi)化所學(xué)知識(shí)的技能,從而進(jìn)行更高水平的認(rèn)知活動(dòng)。教學(xué)活動(dòng)中搭建支架的方式是多種多樣的,根據(jù)實(shí)際情況,“經(jīng)驗(yàn)”“問(wèn)題”“引導(dǎo)”“假設(shè)”“推導(dǎo)”“建議”和“實(shí)驗(yàn)”等都可以作為支架。支架式教學(xué)的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)教師指導(dǎo)干預(yù)的逐步減少和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的逐步增加。以下是筆者對(duì)高中物理《摩擦力》一節(jié)采用“支架式教學(xué)”的嘗試。

        1 了解學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),有針對(duì)性地準(zhǔn)備腳手架

        學(xué)生在初中就已經(jīng)對(duì)摩擦力有了一些定性的了解,在這之前也學(xué)習(xí)了重力和彈力。但是,學(xué)生對(duì)摩擦力的產(chǎn)生缺乏科學(xué)的認(rèn)識(shí),對(duì)摩擦力方向的判斷模棱兩可,對(duì)摩擦力大小的定量計(jì)算是不清楚的,對(duì)摩擦力概念的理解也是混淆的。只有了解學(xué)生在“摩擦力”這一問(wèn)題上的最近發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū),教師有針對(duì)性地準(zhǔn)備的“腳手架”才能真正成為合理的支架去助推學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

        2 以生活經(jīng)驗(yàn)為支架,構(gòu)建準(zhǔn)確的物理概念

        教學(xué)片段一:理解摩擦力的概念,判斷摩擦力的方向

        情景 將一木刷放在水平桌面上(如圖1所示)

        設(shè)問(wèn)1:木刷受幾個(gè)力作用?

        設(shè)問(wèn)2:如果用水平向左的外力推木刷,而木刷未動(dòng),觀察木刷底下鬃毛的形狀有什么變化?這時(shí)木刷受幾個(gè)力作用?(可讓學(xué)生參與)

        木刷靜止時(shí)受重力和支持力,木刷的鬃毛呈豎直狀態(tài)。當(dāng)向左推木刷而未推動(dòng)時(shí),木刷有相對(duì)地面向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),底部的鬃毛向右傾斜,說(shuō)明鬃毛受到了地面阻礙它相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的力,此時(shí)木刷受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基礎(chǔ)上可以順利總結(jié)出靜摩擦力的概念和方向。

        設(shè)問(wèn)3:如果用水平向左的外力推木刷,木刷向左運(yùn)動(dòng),觀察木刷底下鬃毛的形狀有什么變化?這時(shí)木刷又受到了幾個(gè)力的作用?(可讓學(xué)生參與)

        當(dāng)用力向左推木刷,木刷向左運(yùn)動(dòng)時(shí),底部的鬃毛向右傾斜,說(shuō)明鬃毛受到了地面阻礙它相對(duì)滑動(dòng)的力,此時(shí)木刷仍然受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基礎(chǔ)上水到渠成地總結(jié)出滑動(dòng)摩擦力的概念和方向。

        反饋 以“木刷模型”為支架來(lái)建立摩擦力的概念,理解摩擦力的方向,不僅具有趣味性,學(xué)生能有相當(dāng)?shù)母行哉J(rèn)識(shí),而且可以讓每個(gè)學(xué)生參與其中,全方位地實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng),更能生動(dòng)形象地展現(xiàn)摩擦力的產(chǎn)生和方向。這樣既避免了直接灌輸式的講解,又延緩了物理概念形成的過(guò)程,為學(xué)生深刻理解物理概念的內(nèi)涵和外延打下了基礎(chǔ)。

        3 以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為支架,理解摩擦力大小的決定因素

        教學(xué)片段二:滑動(dòng)摩擦力大小的確定

        情景1 用彈簧秤拉著長(zhǎng)方體物塊A勻速運(yùn)動(dòng)(如圖2甲所示);將物塊A換一種放置方式再用彈簧秤拉著它勻速運(yùn)動(dòng)(如圖2乙所示)。

        設(shè)問(wèn):兩種情況的示數(shù)相同嗎?這說(shuō)明了什么?

        通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)條件,會(huì)看出物體和桌面的接觸面積是不同的,而兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是相同的。由此得出:滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積的大小無(wú)關(guān)。

        情景2 用彈簧秤拉著長(zhǎng)方體物塊A以較小速度v1勻速運(yùn)動(dòng)(如圖3甲所示);將物塊A用彈簧秤拉著以另一較大的速度v2勻速運(yùn)動(dòng)(如圖3乙所示)。

        設(shè)問(wèn):兩種情況的示數(shù)相同嗎?這又說(shuō)明了什么?

        通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)條件,會(huì)看出物體在桌面勻速運(yùn)動(dòng)的速度不同時(shí),兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是相同的,由此得出:滑動(dòng)摩擦力的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)。

        情景3 用彈簧秤拉著長(zhǎng)方體物塊A分別在下列兩種情況下勻速運(yùn)動(dòng)(如圖4甲和圖4乙所示)。

        設(shè)問(wèn):兩種情況下彈簧秤示數(shù)相同嗎?這又說(shuō)明了什么?

        通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)條件,會(huì)看出接觸面的粗糙程度不同時(shí),兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是不同的。由此得出:滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān),且接觸面越粗糙,滑動(dòng)摩擦力越大。

        情景4 用彈簧秤拉著長(zhǎng)方體物塊A分別在下列兩種情況下勻速運(yùn)動(dòng)(如圖5甲和圖5乙所示)。

        設(shè)問(wèn):物體A對(duì)地面的壓力如何變化?彈簧秤的示數(shù)又怎樣變化?

        通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)條件,會(huì)看出物體對(duì)桌面的壓力不同時(shí),兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是不同的,由此得出:滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面間的壓力大小有關(guān),且接觸面間的壓力越大,滑動(dòng)摩擦力也越大。再進(jìn)一步通過(guò)師生的總結(jié)、分析得出:滑動(dòng)摩擦力的大小跟正壓力成正比,即F=μFN。

        教學(xué)片段三:靜摩擦力大小的確定

        情景1 如圖6所示,放在水平桌面的物體,通過(guò)水平繩跨過(guò)定滑輪,由右端懸掛的鉤碼拉著。

        設(shè)問(wèn)1:當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛1個(gè)鉤碼物體靜止時(shí),它受的靜摩擦力方向如何?大小又是多少?

        設(shè)問(wèn)2:當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛2個(gè)鉤碼物體靜止時(shí),它受的靜摩擦力方向如何?大小又是多少?

        在師生總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上容易得出:靜摩擦力的大小沒(méi)有一個(gè)確定的值,其大小隨拉力的變化而變化,當(dāng)物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),靜摩擦力的大小總是等于水平拉力的大小。

        設(shè)問(wèn)3:當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛的鉤碼增加到N個(gè)時(shí),可剛好使物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)(教師應(yīng)提前實(shí)驗(yàn)好),物體剛要滑動(dòng)時(shí)受的靜摩擦力有多大?此時(shí)的靜摩擦力又叫什么?

        在此基礎(chǔ)上容易總結(jié)出最大靜摩擦力的概念和最大靜摩擦力大小的確定。

        情景2 如圖7所示,在圖6的基礎(chǔ)上,將另一重物加在物體上,仍然通過(guò)水平繩跨過(guò)定滑輪,由右端懸掛的鉤碼拉著。

        設(shè)問(wèn)1:物體與桌面間的壓力怎樣變化?當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛1個(gè)、2個(gè)鉤碼物體靜止時(shí),它受的靜摩擦力方向如何?大小又分別是多少?

        在此基礎(chǔ)上容易總結(jié)得出“靜摩擦力的大小與壓力大小無(wú)關(guān)”的結(jié)論。

        設(shè)問(wèn)2:當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛的鉤碼增加到N'個(gè)時(shí),可剛好使物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)(教師也應(yīng)提前實(shí)驗(yàn)好),物體剛要滑動(dòng)時(shí)受的最大靜摩擦力是多大?

        通過(guò)比較不難得出“最大靜摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)”的結(jié)論。

        反饋 以最為經(jīng)典的4組“彈簧拉木塊模型”為支架來(lái)探究滑動(dòng)摩擦力大小的決定因素,又以經(jīng)典的“連接體模型”為支架來(lái)探究靜摩擦力和最大靜摩擦力大小的決定因素,讓學(xué)生通過(guò)鮮明的對(duì)比,清晰地得出結(jié)論。而且,上述實(shí)驗(yàn)都是可以由教師和學(xué)生在課堂上共同演示來(lái)完成的。這樣的教學(xué),以教師精心創(chuàng)設(shè)的一系列支架為切入點(diǎn),通過(guò)師生互動(dòng)、合作或?qū)W生獨(dú)立探究,使學(xué)生真正成為課堂學(xué)習(xí)的主體,縮短了學(xué)生原有知識(shí)水平與既定目標(biāo)之間的距離。

        4 以實(shí)用的課堂演示為支架,深入理解物理概念

        教學(xué)片段四:對(duì)摩擦力的深入理解

        問(wèn)題1 靜止的物體能受滑動(dòng)摩擦力嗎?運(yùn)動(dòng)的物體能受靜摩擦力嗎?

        情景1 如圖8甲所示,放在靜止斜面B上的物體A沿斜面下滑到底端;如圖8乙所示,物體A相對(duì)斜面B靜止,隨斜面一起勻速運(yùn)動(dòng)。

        在學(xué)生列舉多種實(shí)例的基礎(chǔ)上,師生均可獨(dú)立演示以上兩種情形。圖8甲中靜止的斜面B受到了滑動(dòng)摩擦力;圖8乙中運(yùn)動(dòng)的斜面B和物體A都受到了靜摩擦力。

        問(wèn)題2 運(yùn)動(dòng)物體受靜摩擦力時(shí),摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同還是相反?

        情景2 如圖9甲所示,物體A相對(duì)斜面B靜止,一起沿斜面向下的方向勻速運(yùn)動(dòng);如圖9乙所示,物體A相對(duì)斜面B靜止,一起沿斜面向上的方向勻速運(yùn)動(dòng)。

        9 斜面+物體模型

        在學(xué)生思考、討論的基礎(chǔ)上,同樣師生均可獨(dú)立演示以上兩種情形。圖9甲中物體A受的靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,圖9乙中物體A受的靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同。很容易得出“靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向可相反也可相同”的結(jié)論。靜摩擦力可以是阻力也可以是動(dòng)力。

        問(wèn)題3 物體受滑動(dòng)摩擦力時(shí),摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同還是相反?

        情景3 如圖10所示,物體A靜止在木板的右端,迅速拖動(dòng)木板使A相對(duì)木板向左移動(dòng)一段距離,而A相對(duì)地面向右移動(dòng)。

        同樣是在學(xué)生思考、討論的基礎(chǔ)上,師生均可獨(dú)立演示以上的情形。圖10中,在A與木板的接觸面上,木板受的滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,A受的滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同。很容易得出“滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向可相反也可相同”的結(jié)論?;瑒?dòng)摩擦力可以是阻力也可以是動(dòng)力。

        反饋 以最實(shí)用的“斜面+物體模型”和“物體+木板模型”為支架來(lái)深入理解滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力。教師和學(xué)生通過(guò)共同的演示,得到了對(duì)摩擦力精準(zhǔn)、透徹的理解。在這樣的教學(xué)中,教師能夠把學(xué)習(xí)任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)移給學(xué)生,當(dāng)學(xué)生達(dá)到預(yù)設(shè)的水平后,再逐漸移去支架,教師的指導(dǎo)和干預(yù)也逐步減少,最終也能使學(xué)生具有獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

        支架式教學(xué)模式應(yīng)用到概念型的物理新課中是與創(chuàng)設(shè)有效的物理情景相聯(lián)系的。通過(guò)有效的物理情景,在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū)之間搭建科學(xué)的支架,進(jìn)行合理的預(yù)設(shè),充分考慮設(shè)問(wèn)的邏輯性,通常以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組合作討論的方式組織教學(xué)。教學(xué)中,教師需要精心選擇與學(xué)生水平能力相適應(yīng)的問(wèn)題,多層次、多角度搭建遞進(jìn)式的支架,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的逐步深入。同時(shí),教師也應(yīng)該逐步放手讓學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題,在移去支架后,學(xué)生同樣能夠抓住物理問(wèn)題的本質(zhì),順利地解答出問(wèn)題。只有這樣,才能真正促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的提升,使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的成就感。

        參考文獻(xiàn):

        [1]左祥勝.支架教學(xué)在習(xí)題講評(píng)課中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,44(11):44—45.

        [2]栗曉光. 支架式教學(xué)模式在高中物理概念教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].蘭州:西北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013:15—25.

        [3]高秀娟,孫豐富.巧搭思維腳手架 助力物理學(xué)習(xí)過(guò)程[J].物理教學(xué)探討,2013,31(12):18—19.

        [4]孫春鳳.用支架教學(xué)改善低效的物理習(xí)題講評(píng)課[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,44(1—2):11—13.

        (欄目編輯 趙保鋼)

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