許華軍

浙江省蕭山中學(xué)

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高中物理教學(xué)演示的優(yōu)化探索
——利用物理知識(shí)的形成過(guò)程來(lái)構(gòu)建探究式的教學(xué)演示

許華軍

浙江省蕭山中學(xué)

本文旨在探討構(gòu)建探究式教學(xué)演示的新思路.使學(xué)生能參與到教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行自主性的學(xué)習(xí)。從而改變教師只管教，學(xué)生只管學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式。這就要求教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)依托于教材但又不拘泥于教材，所構(gòu)建的教學(xué)演示要最大程度的有利于學(xué)生的參與。本文探討了利用物理知識(shí)的形成過(guò)程來(lái)構(gòu)建探究式教學(xué)演示的一種方式。

知識(shí)形成過(guò)程；構(gòu)建；探究式教學(xué)；教學(xué)演示

一、引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，教學(xué)改革也從未間斷過(guò)。既有教學(xué)內(nèi)容的改變，也有教學(xué)方式、方法的改進(jìn)。但我們可以看到，不論如何改革，課堂教學(xué)始終是我們教學(xué)過(guò)程的主要陣地。所以課堂教學(xué)環(huán)境的改善，課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新是教學(xué)改革的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

課堂教學(xué)的改進(jìn)，事實(shí)上也從未停止過(guò)，無(wú)論是教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)指導(dǎo)思想的更新，還是一線教師具體教學(xué)時(shí)方式方法的創(chuàng)新。作為教學(xué)主陣地的課堂教學(xué)的改革將永遠(yuǎn)的進(jìn)行下去。就當(dāng)前來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)要求為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)能積極參與的教學(xué)過(guò)程，這也就是我們所說(shuō)的探究式的教學(xué)過(guò)程。要達(dá)到這一目的，就在于能否構(gòu)建一個(gè)可探究的教學(xué)演示，使教學(xué)過(guò)程在這一演示的展開(kāi)中移步換景層層深入，從而使學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中探究。

二、教學(xué)實(shí)例

下面以原子的核式結(jié)構(gòu)這堂典型的物理課為例來(lái)進(jìn)一步探討。

(一)新課引入：用不同時(shí)代科學(xué)水平對(duì)比來(lái)構(gòu)建演示引入新課。經(jīng)過(guò)歷史檢驗(yàn)的科學(xué)定律是有著極強(qiáng)生命力的，不僅過(guò)去、現(xiàn)在適用，未來(lái)依然成立。我們學(xué)習(xí)這些知識(shí)時(shí)不僅站在現(xiàn)在的時(shí)代背境下學(xué)，還應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)展水平和歷史背境也有一定的了解。通過(guò)現(xiàn)在和過(guò)去的對(duì)比來(lái)了解知識(shí)的形成過(guò)程。在具體教學(xué)演示設(shè)計(jì)時(shí)可以利用“現(xiàn)在對(duì)比過(guò)去，歷史襯托現(xiàn)在”的思路來(lái)進(jìn)行新課的引入。比如原子核式結(jié)構(gòu)的教學(xué)引入本人從現(xiàn)在和過(guò)去兩方面對(duì)比激發(fā)學(xué)生興趣來(lái)引入的：

演示描述1：在上原子核式結(jié)構(gòu)這一節(jié)課前，學(xué)生對(duì)核式結(jié)構(gòu)模型都已熟知。為了引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們可以將當(dāng)代最先進(jìn)的顯微鏡依然無(wú)法看清原子，更無(wú)法看清原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)這一事實(shí)與早在100多年前科學(xué)家就已得出構(gòu)式結(jié)構(gòu)模型作對(duì)比來(lái)引入新課。

演示實(shí)施1：

教師：現(xiàn)在原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否能用科學(xué)儀器看清楚，請(qǐng)學(xué)生討論。

學(xué)生：提出了許多方法，有顯微鏡、X光機(jī)、B超等方法。

教師：呈現(xiàn)電子掃描隧道顯微鏡圖片說(shuō)明用現(xiàn)代最先進(jìn)的儀器也無(wú)法觀察到原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。那么100年前盧瑟福是如何對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索的？

學(xué)生：在這一教學(xué)演示呈現(xiàn)后既使他們產(chǎn)生了疑惑也激發(fā)了他們對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。思維也開(kāi)始被教師所構(gòu)建的教學(xué)演示所吸引。

教師：介紹發(fā)現(xiàn)核式結(jié)構(gòu)的科學(xué)家：盧瑟福的成就及背景。

演示點(diǎn)評(píng)1：用100年前建立的原子核式結(jié)構(gòu)模型，到現(xiàn)在依然是無(wú)法被觀察到的這一教學(xué)演示為入口，以知識(shí)形成的歷史環(huán)境和現(xiàn)在的時(shí)空差異來(lái)引發(fā)學(xué)生思考要學(xué)習(xí)的物理知識(shí)是在當(dāng)時(shí)何種條件下形成的，這樣既交代了知識(shí)形成的歷史年代，又順利的引入了新課教學(xué)。

(二)新課展開(kāi)：用引發(fā)科學(xué)探究的歷史原因來(lái)構(gòu)建探究式教學(xué)演示。新出現(xiàn)的科學(xué)現(xiàn)有已有的科學(xué)知識(shí)無(wú)法解釋?zhuān)@是科學(xué)探究過(guò)程的起因，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的逐步深入，在不同的歷史時(shí)期都出現(xiàn)了這樣那樣的物理現(xiàn)象與人們?cè)姓J(rèn)識(shí)產(chǎn)生沖突，正是這種沖突引發(fā)了新的科學(xué)探究。本人認(rèn)為，用知識(shí)形成的歷史原因?yàn)橥黄瓶趤?lái)構(gòu)建教學(xué)演示，使學(xué)生也經(jīng)歷一次認(rèn)知沖突，帶著疑惑不知不覺(jué)的參與到教學(xué)過(guò)程中來(lái)。

演示描述1：在學(xué)習(xí)核式結(jié)構(gòu)前，非常有必要了解當(dāng)時(shí)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在原子中還打出了帶負(fù)電的物質(zhì)，從而打破了原子不可分的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，引發(fā)新的科學(xué)探究過(guò)程。電子正是原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)的前提。

演示實(shí)施1：

1．教師：化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類(lèi)、數(shù)目都不變，直到19世紀(jì)末，人們一直認(rèn)為原子是不可分的，直到電子的出現(xiàn)。(提問(wèn)：我們高中學(xué)過(guò)那個(gè)儀器能發(fā)射電子？)

學(xué)生：因?qū)﹃帢O射線管不很熟悉，多數(shù)學(xué)生不能回答出來(lái)。

2．教師：出示陰極射線管，演示陰極射線實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課堂的實(shí)驗(yàn)儀器和歷史照片對(duì)比說(shuō)明1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆生就是在實(shí)驗(yàn)室用這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了這種從陰極打出來(lái)的物質(zhì)。(提問(wèn)：我們用什么方法可以驗(yàn)證這種物質(zhì)的電性？這是一個(gè)探究過(guò)程的開(kāi)始)

學(xué)生：在這一問(wèn)題的分析過(guò)程中學(xué)生參與積極，有用加電場(chǎng)來(lái)驗(yàn)證，有用加磁場(chǎng)來(lái)驗(yàn)證，還有用驗(yàn)電器等。對(duì)電子帶電性質(zhì)的檢驗(yàn)體現(xiàn)了探究過(guò)學(xué)習(xí)的思路。

演示點(diǎn)評(píng)1：以湯姆生發(fā)現(xiàn)電子過(guò)程為發(fā)展線索，用現(xiàn)在高中課堂實(shí)驗(yàn)儀器重現(xiàn)當(dāng)時(shí)電子的發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景，用重現(xiàn)歷史曾經(jīng)出現(xiàn)的“新現(xiàn)象”來(lái)構(gòu)建出一個(gè)“新的可探究的教學(xué)演示”，使學(xué)生在這一演示中既回顧歷史，又參與探究，更增長(zhǎng)了知識(shí)。

演示描述2：通過(guò)換位思考，全面展開(kāi)探究式教學(xué)；比如核式結(jié)構(gòu)一課中，可以讓學(xué)生站在100年前的歷史背境中，讓他們來(lái)對(duì)電子的發(fā)現(xiàn)作一些合理，合情的科學(xué)猜想和探究。

演示實(shí)施2：

教師：如果你是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家，面對(duì)原以為不可分的原子中又打出了帶負(fù)電的物質(zhì)，你會(huì)對(duì)原子結(jié)構(gòu)做哪些猜想？

學(xué)生：當(dāng)時(shí)學(xué)生根據(jù)已有認(rèn)知提出了多種可能的情況，比較典型的有以下三種類(lèi)型。

以上猜想是否合理的，正是探究式教學(xué)的典型教學(xué)過(guò)程。在課堂上本人作了以下引導(dǎo)：

首先讓學(xué)生通過(guò)日常生活的經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析以西瓜的肉和籽是均勻分布，而非一半是籽，一半是肉。說(shuō)明科學(xué)猜想也要合乎常理。是建立在日常生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。

通過(guò)多媒體展示湯姆生模型的結(jié)構(gòu)，通過(guò)正負(fù)電核的受力分析說(shuō)明力學(xué)上的英國(guó)科學(xué)家湯姆生的棗糕模型更為穩(wěn)定，而且湯姆遜原子模型提出后能夠解釋當(dāng)時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如原子發(fā)光，原子呈電中性等問(wèn)題，所以在當(dāng)時(shí)是最為合理也為大家所接受的原子模型設(shè)想。

演示點(diǎn)評(píng)2：對(duì)新事物，新現(xiàn)象先做出自已合理的猜想是探究過(guò)程的第一步，但這種猜想并不是毫無(wú)根據(jù)的胡思亂想，而是建立在已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的合理猜想。當(dāng)然，科學(xué)猜想的合理性并不能等同于這種猜想的正確性，所謂猜想的合理性是相對(duì)當(dāng)時(shí)技發(fā)展條件下與已有的認(rèn)知水平下最為可能的猜想，至于是否正確是要隨著科學(xué)的發(fā)展和科技的進(jìn)步來(lái)檢驗(yàn)的。

通過(guò)我們現(xiàn)在的猜想與歷史上曾經(jīng)有過(guò)的猜想對(duì)比，使學(xué)生加深了對(duì)科學(xué)探究方法的體會(huì)。并在充份了解時(shí)代背景的情況下對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)家提出的觀點(diǎn)與自已提出的觀點(diǎn)進(jìn)行比較來(lái)領(lǐng)會(huì)如何根據(jù)科學(xué)現(xiàn)象通過(guò)分析來(lái)提出一個(gè)較為合理的猜想。

(三)知識(shí)探究重現(xiàn)：緊扣知識(shí)形成的“關(guān)鍵步驟”來(lái)構(gòu)建探究式教學(xué)演示：隨著歷史的一步步發(fā)展，科學(xué)猜想也經(jīng)歷著一個(gè)不斷完善的過(guò)程。在新認(rèn)識(shí)的逐步形成過(guò)程中科學(xué)家們嘗試了許多探究過(guò)程，其中為新理論的形成起突貢獻(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵探究過(guò)程是我們用來(lái)構(gòu)建探究式教學(xué)演示的最好元素。比如實(shí)驗(yàn)在科學(xué)探究中有著無(wú)可替代的作用，所以重現(xiàn)形成新知識(shí)，新理論的核心實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)重做知識(shí)形成的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，是探究性學(xué)習(xí)的有效方式。如核式結(jié)構(gòu)一課中，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們?yōu)榱蓑?yàn)證湯姆生的棗糕模型是否正確就是用實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的。

演示描述1：設(shè)計(jì)探究式實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證新理論的合理性：以模型類(lèi)比為引導(dǎo)，說(shuō)明如何對(duì)看不見(jiàn)，摸不著的原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)？

演示實(shí)施1：

教師：出示一個(gè)雜交蘋(píng)果。要求學(xué)生在不剖開(kāi)蘋(píng)果的前題下設(shè)些法對(duì)該蘋(píng)果是“有核”還是“無(wú)核”進(jìn)行驗(yàn)證。

學(xué)生：經(jīng)過(guò)討論后形成兩種主要觀點(diǎn)，一種用針刺探，另一種用X射線掃描。

教師：在沒(méi)有先進(jìn)儀器的情況下可用一根長(zhǎng)針進(jìn)行刺探，根據(jù)針的受力感覺(jué)來(lái)大致判斷蘋(píng)果內(nèi)部的密度和結(jié)構(gòu)等情況。原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)就是運(yùn)用了這種方法。

演示點(diǎn)評(píng)1：類(lèi)比分析后引出對(duì)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探究也可用同樣的思路往原子內(nèi)部打入一了些東西來(lái)進(jìn)行研究。(當(dāng)遇到對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)過(guò)難的知識(shí)時(shí)，可以通過(guò)多媒體手段來(lái)輔助教學(xué)，在這里就可以用電腦動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。作為課堂的探究性實(shí)驗(yàn)。)

演示描述2：用現(xiàn)代科技手段來(lái)模擬知識(shí)形成過(guò)程中的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，利用重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)重新完成一次科學(xué)探究，既可以使原本學(xué)生無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)在課堂中得以展現(xiàn)，又能去繁存簡(jiǎn)的讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究的根本方法。如在核式結(jié)構(gòu)的教學(xué)中可以配合多媒體模擬粒散射實(shí)驗(yàn)。

演示實(shí)施2：

在此教師要通過(guò)問(wèn)題帶動(dòng)學(xué)生進(jìn)行逐步探究，用知識(shí)形成過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題來(lái)營(yíng)造出探究式教學(xué)演示：

(1)為什么實(shí)驗(yàn)裝置要放在真空環(huán)境中？

(2)為什么在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中采用金泊作為粒子的轟擊對(duì)像？

(3)為什么要對(duì)少數(shù)大角度偏轉(zhuǎn)的粒子重點(diǎn)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)原因分析，而不作為誤差而忽略不計(jì)？

(4)根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建立新的核式結(jié)構(gòu)模型，并用新模型來(lái)合理解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算出原子核的體積只有原子體積的萬(wàn)億分之一，若原子核有芝麻大小(約1mm)，則原子的體積是高達(dá)近百米的大廈。最后，對(duì)盧瑟福實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆此贾赋鲈撃Ｐ偷某晒εc不足來(lái)加深學(xué)生對(duì)該結(jié)構(gòu)探索過(guò)程的了解。

演示點(diǎn)評(píng)2：利用重現(xiàn)知識(shí)發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)課堂教學(xué)的需要對(duì)原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重構(gòu)，刪繁就簡(jiǎn)，重點(diǎn)突出對(duì)探究式教學(xué)有用的過(guò)程。圍繞教學(xué)目標(biāo)有選擇性的帶動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效探究。這種緊扣知識(shí)形成的“關(guān)鍵步驟”，再現(xiàn)知識(shí)的發(fā)展過(guò)程。讓學(xué)生通過(guò)模擬歷史上科學(xué)探究過(guò)程來(lái)掌握新知識(shí)，無(wú)疑將比聽(tīng)老師介紹更能提高學(xué)生的思維分析能力。

(四)探究拓展：緊跟科學(xué)發(fā)展，用新科技為物理教學(xué)注入生命力。通過(guò)對(duì)知識(shí)形成過(guò)程的學(xué)習(xí)和知識(shí)產(chǎn)生背境的重現(xiàn)，就會(huì)對(duì)課本知識(shí)有個(gè)全面而深入的了解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)，可以結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)代社會(huì)的新環(huán)境，思考在當(dāng)前條件下對(duì)原有的知識(shí)探究過(guò)程可作哪些改進(jìn)？

演示描述1：在現(xiàn)代成熟的科技手段下分析能否用X光對(duì)原子內(nèi)部進(jìn)行X光拍照，來(lái)更清晰的了解原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)？

演示實(shí)施1：

教師：在病院普遍使用的X光機(jī)能否用來(lái)對(duì)原子拍照，來(lái)看清原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？

學(xué)生：雖然知道X光機(jī)不能照出原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但多數(shù)學(xué)生只知其然而不知其所以然。

演示點(diǎn)評(píng)1：X光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波。雖然在當(dāng)時(shí)已經(jīng)有成熟的X光拍照技術(shù)，但用X光是無(wú)法對(duì)比它波長(zhǎng)還要小的原子及其內(nèi)部進(jìn)行拍攝的。因?yàn)闀?huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，無(wú)法照出原子的像。這種將歷史上形成的知識(shí)放在當(dāng)前時(shí)代背景下再來(lái)反思討論的方法使探究式教學(xué)演示構(gòu)建得以延伸和拓展。

三、總結(jié)

(一)探究式教學(xué)演示要體現(xiàn)科學(xué)探究的基本過(guò)程。知識(shí)形成過(guò)程能有效構(gòu)建教學(xué)演示，在教學(xué)演示的構(gòu)建過(guò)程中要體現(xiàn)出科學(xué)探究的基本方式方法。一個(gè)新理論建立的基本過(guò)程大多經(jīng)過(guò)以下幾步(發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——提出假設(shè)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——得出結(jié)論)其具體形成過(guò)程可用下圖來(lái)表示：

以原子核式結(jié)構(gòu)為例來(lái)看：由于電子的發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識(shí)到原子還可再分，這一新的認(rèn)識(shí)，引起人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的探索。引發(fā)了原子科學(xué)的新發(fā)展。在科學(xué)史上，原子子核式結(jié)構(gòu)的建立也經(jīng)歷了科學(xué)發(fā)展的幾個(gè)典型過(guò)程：

(二)體會(huì)與反思。用知識(shí)形成過(guò)程來(lái)構(gòu)建教學(xué)演示，使學(xué)生在探究式的教學(xué)演示下進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)不僅能知其然，而且能知其所以然。因此對(duì)物理知識(shí)的教學(xué)，要對(duì)知識(shí)的形成的歷史背景進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)，讓知識(shí)的形成過(guò)程作為豐富教學(xué)內(nèi)容的血與肉。讓歷史重演，讓時(shí)光倒流，通過(guò)追本溯源，透徹理解知識(shí)的成因進(jìn)而學(xué)會(huì)一種科學(xué)的態(tài)度和科研的方法。

將知識(shí)的發(fā)展背境與課堂教學(xué)過(guò)程有機(jī)結(jié)全，以背境促教學(xué)，以背境帶教學(xué)。通過(guò)這樣的教學(xué)處理，課堂的知識(shí)內(nèi)涵就得到了挖掘，知識(shí)點(diǎn)得到了加深，學(xué)生的思維也得到了有效煅煉，更能使教學(xué)過(guò)程顯的生動(dòng)，教學(xué)氣氛變的熱烈。