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        基于學(xué)習(xí)即研究觀點的課堂重構(gòu)教學(xué)研究

        2019-10-08 09:16:10韋葉平劉霽華
        中學(xué)物理·高中 2019年9期
        關(guān)鍵詞:問題

        韋葉平 劉霽華

        摘 要:本文提出學(xué)習(xí)即研究觀點下的課堂重構(gòu)教學(xué)理念,并在研究課中實踐應(yīng)用,旨在發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng),進而提出對物理課堂教學(xué)改革方向的思考.

        關(guān)鍵詞:學(xué)習(xí)即研究;課堂重構(gòu);問題;研究式教學(xué)

        文章編號:1008-4134(2019)17-0030中圖分類號:G633.7文獻標(biāo)識碼:B

        經(jīng)過前期對學(xué)與教的方式、教學(xué)改革的方向、教學(xué)中的師生關(guān)系等方面的調(diào)研和思考,結(jié)合高中學(xué)生思維發(fā)展和物理學(xué)科的特點及江蘇省“十三五”規(guī)劃課題“基于‘學(xué)習(xí)即研究觀點的學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)研究”的研究課題,課題組提出“學(xué)習(xí)即研究”的課堂重構(gòu)觀點.在研究課“牛頓第二定律”的教學(xué)中,嘗試用此觀點創(chuàng)新設(shè)計,取得了較好的實踐效果.

        1 基于學(xué)習(xí)即研究觀點的課堂重構(gòu)的必要性

        研究課的內(nèi)容是人教版高中物理必修1第4章第3節(jié)“牛頓第二定律”.本節(jié)教材的內(nèi)容是牛頓第二定律的內(nèi)容和表達式,以及兩個例題和解析.傳統(tǒng)的“獨白式教學(xué)”是教師告知物理規(guī)律,事先概括對牛頓第二定律規(guī)律的理解,以學(xué)生能按照教材提供的例題解析規(guī)范答題作為評價的標(biāo)準(zhǔn).學(xué)生掌握了具體的知識而缺少掌握知識轉(zhuǎn)化的能力.教學(xué)中只有教師的“獨白”,而幾乎沒有學(xué)生的聲音,也就沒有了學(xué)生思維的主動發(fā)展.

        1.1 基于學(xué)習(xí)即研究觀點

        “學(xué)習(xí)即研究”的觀點是,科學(xué)學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,其本質(zhì)就是研究.學(xué)習(xí)者就是研究者,學(xué)習(xí)過程就是研究過程,不惟結(jié)論、不拘形式.要依據(jù)學(xué)生的真實思維、構(gòu)建真實的情境、以問題為紐帶、實現(xiàn)過程的體驗和方法的運用、并在質(zhì)疑評價中推進研究成果的深入和發(fā)展,進而推進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.

        課堂教學(xué)過程應(yīng)該是學(xué)生在教師引領(lǐng)下的研究過程,研究離不開問題與方法,對研究過程和結(jié)果要進行評價、質(zhì)疑和批判.筆者以“王亞平太空授課”引入新課,不再滿足于讓學(xué)生知道事實,而是引發(fā)問題,提出假設(shè),激發(fā)研究動機.問題和假設(shè)只有進入了檢驗的程序,問題才成為真正的問題,假設(shè)才成為科學(xué)的假設(shè).質(zhì)疑評價是學(xué)習(xí)即研究過程的重要環(huán)節(jié),在實驗過程中,對學(xué)生已有知識但并不理解的“m0m”進行否定再否定,最終在研究中理解“m0m”的意義,尋找創(chuàng)新解決的途徑.牛頓第二定律的應(yīng)用不再拘泥于習(xí)題的訓(xùn)練,而是滲透在問題假設(shè)、實驗檢驗和邏輯推理的研究過程中.

        1.2 基于教材的課堂重構(gòu)

        教材第2節(jié)“實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中,平衡摩擦力和“m0m”是該實驗的關(guān)鍵條件.但是,筆者在實驗教學(xué)時只能無奈地告知學(xué)生.因為,只有學(xué)習(xí)了牛頓第二定律之后才能理解,才可以給出科學(xué)的、符合理論規(guī)律的解釋.很多教師忽略了這個問題,實驗教學(xué)時讓學(xué)生死記硬背這兩個結(jié)論,學(xué)習(xí)了牛頓第二定律這個規(guī)律后,也沒有將前后知識進行串聯(lián)消除疑問.基于教材內(nèi)容的特點,有必要對課堂教學(xué)進行重構(gòu),創(chuàng)新遵循學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律的教學(xué)設(shè)計.

        學(xué)習(xí)即研究觀點的課堂重構(gòu)基本結(jié)構(gòu)是:問題→解決→質(zhì)疑評價→新問題→新的解決.物理問題的產(chǎn)生是從生活中的實際問題開始的,以問題為核心的物理教學(xué)方法,應(yīng)以問題解決為契機,避免由教師教授內(nèi)容、灌輸知識的死板做法,調(diào)動學(xué)生思維的主動性,形成以學(xué)生為主體探究、發(fā)現(xiàn)的研究過程.筆者對牛頓第二定律表達式的教學(xué)重點突出k=1的意義并解釋拓展;基于三個問題的類比與解決,理解牛頓第二定律;坐標(biāo)點6(如圖2)為什么明顯偏離擬合直線,擬合直線為什么不過坐標(biāo)原點等問題都來自學(xué)生實驗的過程中,通過對本質(zhì)的“研究”,生成了問題,學(xué)生收獲的不僅是知識,而是理論依據(jù)和形成過程.

        2 基于學(xué)習(xí)即研究觀點的課堂重構(gòu)

        本節(jié)內(nèi)容主要有牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達式的由來、內(nèi)容的理解和應(yīng)用等三個知識板塊.筆者按知識的邏輯結(jié)構(gòu),以問題為紐帶,用研究的方式展開教學(xué).教學(xué)中,教師是知識的占有者但不是過程的占用者,教師通過提供有意義的素材,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、評價問題,物理核心素養(yǎng)在研究過程中得到發(fā)展.

        2.1 創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)問題

        課堂引入不僅是激趣,更是激疑.通過情境設(shè)計問題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí).

        視頻“王亞平太空授課”的引入,失重是太空環(huán)境中獨特的現(xiàn)象,那么,航天員想要知道自己胖了還是瘦了,該怎么辦呢?……你能說出“質(zhì)量測量儀”的工作原理或提供一個測量質(zhì)量的可能性方案嗎?

        學(xué)生小組合作,通過“§4.2實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的學(xué)習(xí),學(xué)生大多從a、F、m三者關(guān)系的角度提出測量m的方案.在此基礎(chǔ)上,師生合作,從a-F、a-1m的圖線特點經(jīng)過邏輯推導(dǎo)得到等量關(guān)系F=kma.

        教師:你希望k取多少呢?

        學(xué)生:k=1(學(xué)生認(rèn)為,此問題研究似乎帶有“隨意性”).

        在17世紀(jì),國際單位之中已經(jīng)明確了質(zhì)量、加速度的國際單位,但沒有規(guī)定多大的力作為力的單位.因此,物理學(xué)界達成共識:使質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度,所需要的力叫做“一個單位的力”,后人為了紀(jì)念牛頓,把“一個單位的力”叫做1牛頓,即1N=1kg·m/s2.顯然k=1,且沒有單位.

        教師進一步PPT展示:力的常用單位還有達因(dyn,1dyn=0.00001N)、千克力(kgf,1kgf=9.80665N)、噸力(tf,1tf=9806.65N)、磅力(lbf,1lbf=4.44822N)、磅達(pdl,1pdl=0.138255N)等.如果力取這些單位,k就不一定取1了.(引導(dǎo)學(xué)生思考:若加速度、質(zhì)量是國際單位,但力的單位是達因,即1dyn=k·1kg·m/s2,則k=10-5.)

        點評:教師介紹物理學(xué)史,滲透人文性,體會物理學(xué)不僅有簡潔美,更符合科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性.學(xué)生通過問題解決知其然更知其所以然,在解決問題的過程中又生成了新的問題.這樣,在不斷的研究中,實現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

        2.2 設(shè)計問題,理解規(guī)律

        學(xué)生對牛頓第二定律的理解不是由教師簡單告知,而是通過教師創(chuàng)設(shè)的真實情境,對三個關(guān)聯(lián)問題的解決自主建構(gòu)知識體系,理解物理規(guī)律.

        教師展示一個鋼球,你能用牛頓第二定律得到鋼球下落的加速度嗎?

        教師展示兩個鋼球,你能用牛頓第二定律解釋同一高度、同時釋放的輕重不同的鋼球為什么同時落地嗎?

        教師展示一個鋼球和一個乒乓球,同一高度同時釋放,為什么不是同時落地呢?

        點評:教師以問題設(shè)計為核心,以問題解決為途徑,理解牛頓第二定律的性質(zhì)(同體性、矢量性、瞬時性、因果性等),提高學(xué)生解決問題的能力,發(fā)展學(xué)生的物理思維能力.

        2.3 回歸本質(zhì),引發(fā)問題

        實證思想是科學(xué)精神的基礎(chǔ),也是物理核心素養(yǎng)的主要價值追求.讓學(xué)生經(jīng)歷真實的探究過程,在本質(zhì)中由知道上升為領(lǐng)悟.

        請同學(xué)們觀察圖1中“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗裝置按表1要求的數(shù)據(jù)進行實驗.小車及附件的總質(zhì)量m=0.351kg并保持不變,用力傳感器測得小桶和砝碼的總質(zhì)量并測量小車的拉力F.你認(rèn)為有哪些不當(dāng)之處?

        學(xué)生指出,該裝置未平衡摩擦力,且第6組數(shù)據(jù)不滿足桶和砝碼的總質(zhì)量比小車的質(zhì)量小很多.

        教師:今天,我們用位移傳感器得到小車的加速度,并利用Dislab作a-F圖線,分析該裝置對實驗結(jié)果的影響.

        探究一:關(guān)于“m0m”的探究.

        師生合作完成實驗,得到a-F擬合直線,如圖2所示.實驗數(shù)據(jù)幾乎不落在擬合直線上,顯然不能說明:m一定,a∝F.進一步發(fā)現(xiàn),前5組數(shù)據(jù)基本在一條直線上,第6組數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點明顯偏離,a-F擬合曲線的斜率有減小的趨勢.

        教師:請同學(xué)們從牛頓第二定律定量的角度分析,為什么第6個坐標(biāo)點明顯偏離直線,且曲線的斜率有減小的趨勢?

        學(xué)生:不是因為操作錯誤而導(dǎo)致的偶然誤差,而是由于加速度較大,F(xiàn)≈m0g不成立.

        對m0:F合=m0g-F=m0a.(1)

        可得:F=m0g-m0a

        學(xué)生在實驗現(xiàn)象和理論推導(dǎo)中理解m0m的真正目的.教師進一步引導(dǎo),如果在小車前端裝一個無線力傳感器,可以直接得到F的大小,是否還需要滿足條件m0m嗎?

        探究二:關(guān)于“平衡摩擦力”的探究.

        刪除第6組數(shù)據(jù),得到較為合理的擬合直線.但是,a-F圖線并未過原點,即m一定,a∝F仍然不成立.那么,是不是研究牛頓第二定律時哪里出問題了?

        學(xué)生:沒有平衡摩擦力,表達式F=ma中F是指小車受到的合力.對m有

        F′合=F-f=ma……(2)

        可得:f=F-ma.

        學(xué)生經(jīng)過思辨的過程,理解平衡摩擦力是為了更加簡潔地找到牛頓第二定律的規(guī)律,而不是牛頓第二定律成立的前提必須要先平衡摩擦力.若橫坐標(biāo)替換成F-f,即小車受到的合外力,則擬合直線過原點.同時,我們還可以利用牛頓第二定律求出小車受到摩擦力的大小.

        上述兩個探究過程是對實驗結(jié)論:m一定,a∝F的兩次質(zhì)疑.教師基于教材內(nèi)容的統(tǒng)整和課堂教學(xué)的重構(gòu),使學(xué)生在實驗現(xiàn)象和理論推導(dǎo)中理解m0m以及平衡摩擦力的真正目的.學(xué)生會在教師指導(dǎo)下,根據(jù)教材§4.2提供的步驟完成實驗操作得到結(jié)論,但并不理解實驗設(shè)計的意圖和物理規(guī)律的深度理解等問題,突破了教學(xué)難點,建構(gòu)了邏輯性強、較為完整的知識體系.

        由表達式(1)和(2)得到系統(tǒng)滿足的物理規(guī)律:m0g-f=(m+m0)a,是對牛頓第二定律理解的思維再提升,也是對實驗操作兩個必要步驟的再否定.最后,接著看課前視頻“王亞平太空授課”,再了解“質(zhì)量測量儀”的工作原理,即牛頓第二定律在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用中結(jié)束本節(jié)課.

        物理學(xué)科核心素養(yǎng)強調(diào)科學(xué)思維和科學(xué)探究,我們需要構(gòu)建研究過程,設(shè)想、設(shè)計、設(shè)置有品質(zhì)的問題,基于問題解決,圍繞過程推進學(xué)生的學(xué)習(xí),開展真實的研究,培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、創(chuàng)造性思維等高階思維能力,實現(xiàn)核心素養(yǎng)的發(fā)展.

        3 “研究式教學(xué)”物理課堂的構(gòu)建

        傳統(tǒng)的“獨白式教學(xué)”顯然不符合新課程教學(xué)理念,不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.在課堂教學(xué)中,傳統(tǒng)的“獨白式教學(xué)”正經(jīng)歷“對話式教學(xué)”,進一步走向“研究式教學(xué)”,引導(dǎo)學(xué)生從被教師詢問到主動發(fā)現(xiàn),從被動應(yīng)答到主動探究.

        3.1 從“獨白”到“對話”

        在傳統(tǒng)的“獨白式教學(xué)”中,教師對牛頓第二定律的理解,往往歸納為“五性”,即同體性、矢量性、瞬時性、因果性、獨立性,再分別加以解釋或舉例說明.教師習(xí)慣性地滿足于講授而剝奪了學(xué)生發(fā)表意見、發(fā)展思維的機會.教師傳授的知識量更多,教學(xué)信息量更大,更容易組織和控制教學(xué)進程,但學(xué)生只記住知識而沒有知識轉(zhuǎn)化的能力,不會靈活遷移運用.

        “對話式教學(xué)”就是教師不斷地詢問學(xué)生對某個問題的解釋,使學(xué)生處于思維的應(yīng)急狀態(tài)并迅速地搜尋解題的策略.教師設(shè)計了一系列問題引導(dǎo)學(xué)生理解牛頓第二定律,通過不斷地追問和啟發(fā),使學(xué)生在問題解決過程中體會“五性”.當(dāng)然,對話式教學(xué)不是只要有教師提問、學(xué)生回答,屬于事實性的、記憶性的問題,簡單地追求課堂熱鬧,為問而問,而是能否真正啟動學(xué)生思維和引導(dǎo)思維發(fā)展方向,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.

        3.2 從“對話”到“研究”

        “對話式教學(xué)”為學(xué)生主動參與教學(xué)情境提供了機會,但又容易被教師設(shè)置的問題牢牢套住,陷入被教師追問的被動狀態(tài),缺少發(fā)問的權(quán)利和機會,只能圍繞教師提出的問題做出思考與判斷.“研究式教學(xué)”又可表述為“發(fā)現(xiàn)式教學(xué)”,主張學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)答案;有師生對話、生生對話、學(xué)生與學(xué)習(xí)材料的直接“對話”;在對話語境中,教師和學(xué)生處于一個平臺上,教師和學(xué)生的思維方式和思維成果平等地得到尊重和保護.

        本課教學(xué)中,理解“五性”的教學(xué)過程體現(xiàn)對話式教學(xué),基于實驗創(chuàng)新設(shè)計的牛頓第二定律的應(yīng)用則體現(xiàn)研究式教學(xué).學(xué)生首先對教師提供的實驗裝置提出否定,教師并沒有簡單地給出評價或根據(jù)教材提供的實驗步驟加以修正,而是用批判質(zhì)疑的思維,引導(dǎo)學(xué)生在實踐研究過程中觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、評價問題.學(xué)生對是否滿足條件“m0m”從否定到肯定,更找到了解決問題的創(chuàng)新方法(無線力傳感器的運用和從系統(tǒng)的角度理解牛頓第二定律),也增強了進一步主動探究“平衡摩擦力”的興趣和信心.

        3.3 “研究式教學(xué)”的期待

        “獨白式教學(xué)”可以最高效率、全面系統(tǒng)地講授知識;“對話式教學(xué)”使學(xué)生從“被灌輸”的境遇進入“追問”狀態(tài);而研究式教學(xué)并不滿足于學(xué)生“被追問”的狀態(tài),它進一步確立學(xué)生的主體地位,進一步釋放學(xué)生的思維潛能和保護學(xué)生的思維火花.

        《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》提出發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).素養(yǎng)是人面對的無定式復(fù)雜思維和工作的能力及品質(zhì).在物理學(xué)科中,這種能力和品質(zhì)包含科學(xué)觀念、科學(xué)推理、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度,其核心是創(chuàng)造性思維、批判性思維、問題解決.“學(xué)習(xí)即研究”觀點下的研究式教學(xué)倡導(dǎo)以“主體研究”的方式開展學(xué)習(xí),把簡單告訴轉(zhuǎn)化為問題引發(fā),把知識羅列轉(zhuǎn)化為過程建構(gòu),把被動接受轉(zhuǎn)化為主體研究,以問題解決為載體,培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維等高階思維能力,發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).

        參考文獻:

        [1]韋葉平.指向思維發(fā)展的研學(xué)物理課堂的思考與構(gòu)建探索——基于優(yōu)課評比“功”課堂教學(xué)的觀摩[J].物理教師,2017(06):14-18.

        [2]劉霽華.物理學(xué)科有意義教學(xué)的實現(xiàn)途徑[J].物理之友,2014(08):1-6.

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