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        基于學(xué)習(xí)進階理論的教學(xué)實踐

        2023-05-30 10:48:04黃河
        中學(xué)理科園地 2023年1期
        關(guān)鍵詞:問題設(shè)計

        黃河

        摘 ? 要:通過從特殊到一般的情境引入,幫助學(xué)生搭建新舊知識間的臺階,有效突破本節(jié)課的重、難點,達到學(xué)習(xí)進階目的。通過合理猜想、實驗探究、理論推導(dǎo)得出共點力的平衡條件,促進學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:問題設(shè)計;學(xué)習(xí)進階;共點力平衡

        1 ?學(xué)習(xí)進階及學(xué)習(xí)進階的基本構(gòu)成

        所謂“學(xué)習(xí)進階”,是指學(xué)生對某一主題(概念或規(guī)律等)從初級理解水平,到達高級理解水平的過程;是學(xué)生思維逐漸復(fù)雜、邏輯逐漸嚴謹?shù)倪^程[ 1 ]。

        學(xué)習(xí)進階過程一般由進階起點、中間水平和進階終點構(gòu)成。學(xué)習(xí)進階起點可以理解為“學(xué)前認知”,一般根據(jù)課程標準的要求和學(xué)生的學(xué)段來確定。學(xué)習(xí)進階理論認為,學(xué)生對某一主題的學(xué)習(xí)是一個漸進過程,需要經(jīng)歷不同層級的中間過程,需要教師合理的引導(dǎo)。就高中階段而言,學(xué)習(xí)終點的確定一般根據(jù)新的課程標準,以及學(xué)生的認知水平來確定[ 2 ]。

        基于“最近發(fā)展區(qū)理論”[ 2 ]的學(xué)習(xí)進階,重點在于找到學(xué)習(xí)過程中不同階段的“最近發(fā)展區(qū)”,從而采取最恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)措施。

        2 ?“共點力的平衡”主題的學(xué)習(xí)進階過程建構(gòu)

        進階起點: “共點力的平衡”出現(xiàn)在魯科版必修一第四章第三節(jié)。學(xué)生通過第四章第一節(jié)“科學(xué)探究:力的合成”、第二節(jié)“力的分解”的學(xué)習(xí),理解了合力與分力的等效替代關(guān)系、掌握了利用平行四邊形定則求合力和分力;學(xué)生在初中階段掌握了牛頓第一定律和二力平衡的相關(guān)知識,并能應(yīng)用二力平衡解決相關(guān)實際問題。

        進階目標:理解三個共點力(以下簡稱三力)以及多個共點力的平衡的條件;能應(yīng)用共點力的平衡條件處理與相關(guān)的實際問題;能推導(dǎo)出矢量三角形等有關(guān)推論;通過對動態(tài)平衡問題的分析,提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力;體會物理世界的平衡美。

        進階過程中可能存在的困難與障礙:本節(jié)課內(nèi)容涉及平行四邊形定則的應(yīng)用、等效替代的物理思想。學(xué)生雖然在本章內(nèi)容的前兩節(jié)有學(xué)習(xí),但是因為該部分內(nèi)容過于抽象,所以掌握的可能還沒很熟練,無法靈活運用;學(xué)生無法理解為什么要將力進行合成與分解。

        【學(xué)習(xí)進階過程的構(gòu)建】

        2.1 ?基于“最近發(fā)展區(qū)理論”的問題設(shè)計

        結(jié)合學(xué)生已有知識和能力,找到“最近發(fā)展區(qū)”,建構(gòu)進階式的教學(xué)活動,更符合學(xué)生思維的發(fā)展路徑,也更容易讓學(xué)生達到預(yù)期目標,保證進階式教學(xué)活動的有效性。

        問題一:二力平衡的條件?

        問題二:如何求解兩個力的合力?(層次較低的學(xué)生可能出現(xiàn)的錯誤:兩個力直接相加減)

        教學(xué)設(shè)計:

        (1)求兩個共線的力的合力;

        (2)求兩個互成角度的力的合力;

        (3)結(jié)合已有知識猜想三力平衡的條件,并通過實驗驗證三力平衡條件。

        設(shè)計意圖:

        (1)鞏固力的矢量性;理解二力平衡;

        (2)通過應(yīng)用平行四邊形定則,求兩個互成角度的力的合力的過程來加強對“等效替代”思想的理解,為后續(xù)將三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡問題作鋪墊。

        進階起點:二力平衡、平行四邊形定則。

        【課堂實錄】

        例、如圖1所示,靜止懸掛的電燈G=20 N,電線的拉力T=?

        教師活動:如果電燈受到三個共點力的作用,處于平衡狀態(tài)。那么這三個共點力應(yīng)該滿足什么條件?如圖2所示。

        教師活動:結(jié)合二力平衡條件,以及牛頓第一定律,引導(dǎo)學(xué)生對三力平衡的條件作出合理的猜想。

        分組實驗(如圖3):

        ①實驗?zāi)康模候炞C三力平衡的條件是F合=0。

        ②實驗原理:平行四邊形定則、二力平衡。

        ③實驗步驟:(略)。

        ④實驗結(jié)論:三個共點力平衡的條件是F合=0。

        設(shè)計意圖:

        通過讓學(xué)生經(jīng)歷合理猜想、到動手實驗、最后再通過實驗事實得到結(jié)論的過程,引導(dǎo)學(xué)生體驗伽利略的科學(xué)推理方法,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、求實的科學(xué)態(tài)度。

        進階水平一:提高學(xué)生“科學(xué)探究能力”的物理核心素養(yǎng),掌握三個力的平衡條件。

        2.2 ?以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為目標的問題設(shè)計

        引導(dǎo)學(xué)生更深入地體會“等效替代”的物理思想,讓學(xué)生在合理猜想、細心觀察、動手實驗的基礎(chǔ)上,再通過科學(xué)推理和科學(xué)論證的方法得到結(jié)論,以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

        問題三:利用合力與分力的關(guān)系,將電燈的受力由三力轉(zhuǎn)化為二力,再根據(jù)二力平衡,得到三力的平衡條件?

        【課堂實錄】

        教師活動:根據(jù)合力與分力的等效替代關(guān)系,現(xiàn)在我們用T12這一個力來替代電燈受到的兩個力(T1、T2),那么T12從大小和方向兩個角度而言應(yīng)該具有什么樣的特點?

        學(xué)生活動:T12應(yīng)該與G等大反向,因為此時我們可以認為電燈只受到兩個力(T12、G)的作用而處于平衡狀態(tài),結(jié)合二力平衡的條件可以得到上述結(jié)論。

        教師活動:我們從理論的角度再一次得到了三個共點力的平衡條件(F合=0)。我們的策略是:先利用“等效替代”的物理思想,將三力問題轉(zhuǎn)化為二力問題,再由二力平衡的條件得出三力平衡的條件。

        設(shè)計意圖:

        “等效替代”物理思想的實際應(yīng)用,提高學(xué)生應(yīng)用物理思想和物理方法解決實際問題的能力。

        進階水平二:

        從實驗和科學(xué)論證兩方面得出三力平衡的條件,理解平衡條件概念的延伸;提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決實際問題的能力。

        2.3 ?以培養(yǎng)學(xué)生“應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題”的核心素養(yǎng)的問題設(shè)計

        引導(dǎo)學(xué)生通過力的合成,將三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡;結(jié)合平行四邊形定則,將共點力的平衡問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)的三角函數(shù)問題。

        問題四:T12與G等大反向,那么T1、T2和G又有什么關(guān)系?

        問題五:不改變其它條件的前提下,將T1逆時針轉(zhuǎn)動90°的過程中,T1、T2的大小將如何變化?

        【課堂實錄】

        (1)引導(dǎo)學(xué)生將力的平行四邊形轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型(如圖4),再利用三角函數(shù)列出T1、T2與G的函數(shù)關(guān)系。

        cosα=,tanα=,且T12=G

        所以:T1=Gtanα ,T2=

        (2)引導(dǎo)學(xué)生理解力的矢量三角形,用矢量三角形處理動態(tài)平衡問題(如圖5)。

        T1逆時針轉(zhuǎn)動90°的過程中:T1先變小再變大,且當(dāng)T1垂直于T2時,T1有最小值;T2一直變小。

        設(shè)計意圖:(1)引導(dǎo)學(xué)生在“等效替代”的思想下,將三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡;

        (2)培養(yǎng)學(xué)生將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型的能力,提高學(xué)生“應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題”的學(xué)科核心素養(yǎng);

        (3)通過用矢量三角形處理動態(tài)問題,檢測學(xué)生建模能力的達成水平。

        進階水平三:

        學(xué)會將三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡;能夠?qū)⒘Φ钠叫兴倪呅无D(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型;最后能綜合上述知識和三角函數(shù)知識解決三力平衡的實際問題,培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力。

        2.4 ?以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維為目標的問題設(shè)計

        引導(dǎo)學(xué)生在“力的分解”的基礎(chǔ)上,將三力平衡轉(zhuǎn)化為“二力平衡”問題,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維能力。

        問題六:上述問題的處理方法,我們可以稱之為“力的合成法”,我們是否還有其它的方法求出T1、T2?

        【課堂實錄】

        (1)利用平行四邊形定則,將G分解到與T1、T2共線的兩個方向(如圖6): ? ? ? ? ;

        (2)T1、T2與G1、G2的大小關(guān)系?

        教師活動:

        (1)T1與G1、T2與G2一定大小相等,否則T1、T2,G1、G2四個力的合力不可能為0。所以有:T1=G1=Gtanα,T2=G2=

        (2)平衡條件的推論:若F合=0,則物體在各個方向上的合力都為0。

        設(shè)計意圖:

        (1)始終貫徹“利用等效替代思想將三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡”的思路,保證學(xué)習(xí)進階的有效性;

        (2)學(xué)生通過將三力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡的過程,進一步理解前期所學(xué)“力的合成”“力的分解”的實際意義,強調(diào)學(xué)科知識內(nèi)在的邏輯性。

        進階水平四:

        (1)通過平衡條件概念的外延,深入理解共點力的平衡條件;

        (2)能運用矢量三角形處理相關(guān)動態(tài)平衡問題;

        (3)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性科學(xué)思維能力。

        3 ?基于“最近發(fā)展區(qū)理論”,通過進階式問題鏈的教學(xué)設(shè)計展開教學(xué)活動

        根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)理論”設(shè)計的進階式教學(xué)活動,一般可以歸納為以下三個過程:(1)基于課程標準和學(xué)生的“學(xué)前認知”,以學(xué)生為中心,從學(xué)生認知和知識體系兩個角度來建構(gòu)學(xué)習(xí)進階;(2)在教學(xué)實施中圍繞具體的探究主題(如物理概念、物理規(guī)律等)設(shè)計出有效的進階式問題鏈;(3)圍繞進階式問題鏈展開教學(xué)活動,促進學(xué)生由較低層次的“學(xué)前認知”向更高認知水平進階。

        參考文獻:

        [1] 周丏曉,劉恩山. 學(xué)習(xí)進階研究述評及其對我國科學(xué)教育的啟示[J].生物學(xué)通報,2019(3):11.

        [2] 陳華強,黃小春,高亞浩.基于學(xué)習(xí)進階的概念復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計初探[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2020(1):57.

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