淺談物理新情境問題教學的應用

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文標簽:物理教育論文 物理教學論文
論文作者: 未知
上傳時間:2008/5/29 11:47:00

內容提要 針對學生創造力开發創設問題情境是新情境問題在教学中的應用。本文結合新情境問题,例舉了幾種有代表性的物理問題類型,指出了加强理論聯系實際教學的方法和途徑,提出了強化方法教育和提高建模能力的措施,體現新情境问題教學對培養學生能力,提高教學效果的作用。

關鍵詞 新情境問題 物理教學 方法和途徑 主動探索

新情境問題主要以自然現象、生產、生活实際、現代科技為素材進行設置,使物理學科新情景的創設比較新穎,能真實、全面地模擬和再現了生产生活的實際場景,科學研究的過程,科学上的重大發現,高科技成果等情景。加強新情境問题的教學,使新情景与問題提出等有機結合,學生在新情景下應用所學知識分析和解决問題的能力,將理論知識與实踐相結合,引導學生學會關註和思考,有助於素質教育的實施,有助於培養和提高學生的創新意識和創新能力。
從生活走向物理,從物理走向社會,是物理新課程的基本理念,本文對中學物理學科的新情境問題的教學,作一初步的探討。

一、“新情境問題”教学過程的設計

布魯納認為:學习者在一定的問題情境中,對學習材料的親身體驗和發展過程,才是學習者最有價值的東西。如何把物理問題生活化,讓物理知識回到現實生活中,將其產生和發展過程返璞歸真,給学生創設物理現象情境,让學生通過對情境的觀察、思考,發現歸納出蘊含於情境中的物理知識就顯得尤為重要。
1、構建物理現場情境,激發學習“內驅力”
“新情境問題”教學模式要求學生去體驗情境,通過觀察、實驗和思索,觸發學生的探索意向,形成自覺的發現问題和提出問題的習慣。教師可從學生已有的認知结構和思維水平出發,圍繞一定問題,根據教材提供的材料,通過观察實驗,誘導學生主動探索。激發學生學習的內驅力,使學生亲自成為“發現者”,引起學生強烈的求知欲望。
如在“動量和沖量”一課教學中,我先精心設計一個小實驗:取幾顆橡膠彈丸,分發给學生看。將一顆彈丸裝入玩具手槍,一手持槍,一手持紙靶,沿平行於黑板的方向擊發,彈丸穿透紙靶。接着,佯裝再次裝彈(不讓學生知道是空膛),聲明數到“三”時,开槍。然後對某一區域的同學,緩缓地數出“一……二……三”,不等枪響(其實並不擊發),手槍所指的區域的同學已作出或抵擋或防禦的反應。
問題與討論:
(1)你们躲避什麽?為什麽要躲避?——子彈,會被彈丸中伤。
(2)剛才傳看子彈時,為什麽不躲閃?——子彈沒有速度,不會被彈丸中傷。
(3)空气中的氣體的分子具有很大的速度(可達105m/s),它们無時不在的撞擊著我們最珍貴也是最薄弱的部位——眼睛,為什麽我們毫不在乎?——氣體分子質量很小。
(4)手槍所指區域以外的同學,為什麽沒有做出防禦反應?——子彈不是射向他們的。
討論與小結(可由學生自主完成):運動的物體能夠產生一定的機械效果(如彈丸穿透纸靶),這個效果的強弱取決於物體的質量和速度兩個因素,且这個效果只能發生在物體運動方向上。
本实驗讓學生先產生興趣,造成懸念,繼而思索,使学生始終處於一種興奮狀态。興奮之余,研究课題“動量”已自然形成。而且,對動量的大小的取決因素和方向性都有了正確的指引作用。
2、設置探索驗證情境,激活科學思維
美國華盛頓大學內的一條幅上寫道:“聽来的,忘得快;看到的,記得牢;只有動手做,才理解得深”。接受性學習是要學生將學習內容以定論的形式接受下来,然後內化成自身的素質,然而在內化過程由于缺少自身的經驗體系,故在形成自身的科學解決問題的能力時,可能會造成聯系障礙,從而影響问題的解決。而探究性學習过程中學生是通過“做科學”來“學科學”,需要学生從情景中認識問題,提出假设,收集資料,實驗驗證,處理信息,解決問題,這些都得內化成學生的自身經驗體系,因此探索驗證是探究性學習模式中的核心环節。
此外,探索驗證過程創設類似科學家的研究情境,以觀察實驗為基礎,以假設為基本方法,以質疑驗證為基本手段,建立新舊知識的聯系網絡,直至問題的最後解決,其中既有形象思維、動作思維,又有抽象思維;既有聚合式思維,又有發散式思維,可以讓學生在學到物理基礎和基本技能的同時,受到科學思維和科學方法的訓練,受到科學作風的熏陶,有利於全面提高學生的科学素養能力。
在“超重和失重”的課堂教學中,學生或查閱資料,或收集信息,或實驗驗證,如在磅秤上測量體重時以直立姿勢下蹲和以下蹲姿勢直立磅秤示數的變化;用易拉罐自由落下來演示液體壓强消失現象;提出了在太空軌道上研制“長距離的光導纖維”,“絕對球形”的滾珠和科學設想;進而還提出了宇航員在宇航飛行中應采取何種姿態……這些不僅極大的豐富了學生視野,提高了學生的觀察力和实踐力,而且也培養了學生正確對待客觀事物的嚴谨科學態度。
3、創设設問情境,激發創新意識
教育所傳遞的內容應该有這樣三個層次:第一,應該讓教育者知道世界是什麽樣的,成为一個有知識的人,一個客觀的人;第二,應該讓受教育者知道世界為什麽是這樣的,成為一個会思考的人,一個有理性的人;第三,應該讓受教育者知道怎樣才能使世界更美好,成為一個善於提問、勇於探索和创新的人。而目前的物理課堂教學對学生實踐能力的培養,還局限於对學生實驗能力的培養,還不夠重視培養學生創新意识和實踐能力。因此,在探究性学習中問題解決之後,教師應積極引導學生將所學的知识應用於實際問題,特別是解决與社會相聯系實際問題和與現代科技發展相聯系的問題。
在創設新情境問题過程中,要自覺做到理論聯系实際,聯系科技與社會,體現現代物理的新內容、新方法、新思想、新觀念,可涉及當代科學技術的新成就,在不削弱物理基礎知识的學習,不破壞物理教學內容的系統性情況下,敢于突破物理學的框架体系,綜合其他學科的內容,用聯系的觀點將学習內容綜合化、實踐化、社会化和現代化。
把最新科技问題轉化為自然問題,在素材的選擇上要註意:一要緊跟時代步伐,及時反映最新科技成果。二是不要貪大求全。三要有利於開拓視野,启迪思維。
如在某一物理知識的教學結束时,提出一個或幾個與以後學習有關的懸念埋下伏筆,讓學生帶著如何解決這些問題的強烈願望结束對某一知識的學習,往往会取得“言雖盡,而意無窮”的教學效果。從而活躍學生的思維,激發他們進一步探究學習興趣。
在學完“熱力學第一定律——能量守恒”以後,創設設問情景,讓學生思考三個問題:
(1)大家都知道热空氣上升,冷空氣下降,因此高山頂上氣溫似乎比地面氣溫高,但實際情況並非如此,如何解釋?
(2)飛機在萬米高空飛行時,艙外气溫往往在-50℃以下,艙內由于空調的作用仍溫暖如春,但此时空調的作用不是使空气降溫,而是使空氣升溫,如何解釋?
(3)有人說,煤和石油的能量也是來自於太陽,那麽太陽能通過什麽途徑變成了煤和石油中的化學能?
在講電磁感應現象結束時,可提出這樣問題,在产生感應電流的條件的實验中,磁鐵相對線圈运動得快些與慢些,感应電流的大小如何?感應電流的大小跟什麽因素有關?學生對上述問題通過發散思維想象會做出種種設想和推測,激發學生創新思維。以期達到“課雖終,而趣不盡,思未止”,來擴展學生的學習領域,培養學生的創新意識和創新能力。

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二、創设物理模型新情境,提高建模能力

物理情境來源於實際問題;以生產、生活及新的科技成果、新的科學研究課題作為素材背景,在物理教學中就要註重模型思維的方法,培養學生的分析理解能力,提取信息並結合所学知識創造物理模型。抓住本質建立起合理的物理模型,很多新情景、新問题就會成為熟悉的物理問題迎刃而解。
由於新情境問題的綜合性、復雜性和多樣性特征,題中涉及的因素較多且相互交織在一起,問題的本質往往被表面現象所掩盖,給解題造成了一定的障礙。從学生在解決新情境問題時的表現來看,較為突出的問題是:容易受表象因素幹擾,不善於抽象出問題的本质特征,導致建立模型困難。這反映出理論聯系實際的教學確實是我們教學中的一個薄弱环節。
怎樣從錯綜復雜的實際問題中抽象出物理模型呢?這就需要對所給的信息進行提煉和加工,突出主要因素,忽略次要因素。通過思維加工,采用恰當的方法,找到新問題與熟悉的物理模型之間的聯系,使新信息與原有知識之間的聯系通道保持暢通無阻,就可以使新問題順利地实現模型化,構建起符合新情境的物理模型。如以带電粒子在復合場中的运動為素材背景,把目前世界上正在研制一種新型發電方式,即磁流体發電機的最新原理構建現代科技新情景,使學生從現代科技新情景中及時有效進行信息获取和遷移,提高建構物理模型、學以致用的能力。磁流體發電機涉及知識點較多:二力平衡、電場力、洛侖磁力、勻強電場的場強公式、閉合電路的歐姆定律、闭合電路的路端電壓等。要求學生較強知識的綜合應用能力,能將通電氣體在橫向磁場中的流動等效為導體切割磁感線,從而產生感應电動勢,同時對磁流體發電所涉及的物理問題進行準確的分析,把导體切割磁感線,回路中的电流、電離氣體受力平衡、能量轉化與守恒等聯系起來,從不同角度進行綜合分析,在實際问題的解決中,構建物理現象的場景,建立模型,應用理論規律,拓寬視野。

三、幾點啟示与思考

(1)讓新教育理念支配教學行為
新的課改理念,要求學生從“學會”轉變為“會學”,篩選,獲取和轉換信息的能力是現代社會所必須的。因此,教師必須依據學生年齡特點和認知特點,設計探索性和開放性的新情景,給學生提供自主探索的機會,讓學生在觀察、實驗、猜測、歸纳分析和整理的過程中去理解一個問題是怎樣提出來的,一個概念是如何形成的,一個结論是怎樣猜測和探索到的,以及這個結論是如何被應用的。通過這樣的形式,使學生真正體驗知識的建構過程。
(2)問題情景的設置應有層次,應有漸進性、靈活性、針對性
由於學生的原有知識結構對问題解決起著至關重要的作用,因此,在問題情景設置時应根據學生學習心理和所具有的知識結構,將要解決的問題設計成一系列漸進的問題系列,为學生提供必要的“支架”,但同時也應註意,所提供的問題情景應當不是給學生以明顯解决問題的建議,同時也要避免所提出的問題會使學生感到他們在進行一項毫無希望的活動。
(3)樹立學生學习自信心,開發非智力因素
“問題情境”教學要求每一位學生主動去感知、去接受、去探求知識,這就需要每個學生都具有學習自信心。教師如何让每一位學生樹立學习自信心呢?首先,教師应註重個體差異,尊重他們、鼓勵他们,學困生被尊重的欲望要比其它学生強烈得多,若教師尊重他们、信任他們,他們會迸發極高的學习熱情,因此,哪怕他們只有小小的進步,教師都要充分肯定和鼓勵他們,同時應不失時機地指出努力方向。其次,教師應關註學生學习的個性化特征。不同的学生有不同的思維方式,不同的興趣愛好以及不同的發展潜能。教師應關註學生的這些個性差异,允許學生思維方式的多樣化和思维水平的不同層次。教師應尊重學生的想法,不急於評價各種做法,要引導學生比較各種做法的特點,選擇適合自己的做法。鼓勵解決問題策略的多樣性,並让學生明確表達想法,強化合理判断與理性溝通的能力,在師生、生生互動中建構物理知識。
總之,在教学中教師應盡可能創設新穎的新情境,發揮教师的主導作用,讓學生主動參與,在新情境中積極探索、主動獲取知識,強化物理學習技能,促進師生之間的情感交流,提高教學效果。

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