我对高中物理新课程的认识.docx
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我对高中物理新课程的认识
我对高中物理新课程的认识
课程教材研究所(人民教育出版社)张大昌
zhangdc@
一、新课程的理念
●强调课程的三维目标
知识与技能
过程与方法
情感、态度与价值观
例如
抛体运动的研究
研究平抛运动的等时性
过去(教学大纲):
“平抛运动(B)”
实际教学过程:
1.实验结论――平抛运动由两个运动叠加
2.在两个方向上计算它的位置
3.在两个方向上计算它的瞬时速度
4.计算速度的大小和方向
得到的是一套解决平抛运动的方法,不涉及斜抛运动
研究红蜡块的运动
现在(课程标准):
“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动”
建议的教学思路
1.以红蜡块的运动为例,研究解决二维运动的方法
“我们看出蜡块是向右上方运动的。
那么,蜡块的合运动是匀速运动吗?
合运动的轨迹是直线吗?
这些都不是单凭观察能够解决的。
”
坐标
x=vxt
y=vyt
轨迹――消去t
y=
x
速度
v=
2.例题:
求飞机在水平方向和竖直方向的分速度。
巩固以上方法。
悟出的道理:
相互垂直方向的运动可以分别研究,然后求它们的合运动。
3.把这个道理应用于平抛运动
水平方向F=0,v0=v,x=vt
竖直方向F=重力,加速度=g,v0=0,y=
gt2
速度的大小……速度的方向……轨迹……
4.如果抛出时的速度不沿水平方向,那么……
得到的是解决抛体运动的一般性方法
又如
向心加速度的方向
过去:
绳系石块的圆周运动→石块受力指向圆心→加速度也指向圆心
现在:
研究匀速圆周的加速度的方向
提倡理性思维
然而
受到什么启示?
直接经验的作用――科学的价值观和科学方法
学生学过科学课程之后,将
以不同的视角、不同的方法看世界
提高了认识世界的能力
相对论以深奥难懂著称。
其实,以少数不深奥、不难懂的原理为基础,经过可信的逻辑推理,你会看到,那些神奇的结论竟是十分自然的!
2.科学的方法与科学的价值观
经验-实验
↓
假设-理论
↓
实践的检验
3.体会人的直接经验的局限性――仍是情感态度价值观的教育
太阳使星光偏折
理性思维与实践――
目的仍在科学价值观的教育
●改变学生的学习方式
过去:
老师讲、学生听、学生练
我们希望:
独立思考、同伴交流、师生互动
例如
公式x=
at2的得出(课堂实录)
由速度求位移
老师拿来了一位往届同学所做的“探究小车的运动规律”的测量记录(见下表),表中“速度v”一行是这位同学用某种方法(方法不详)得到的物体在0、1、2……5几个位置的瞬时速度。
原始的纸带没有保存。
位置编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
速度v/(m·s-1)
0.38
0.63
0.88
1.11
1.38
1.62
以下是关于这个问题的讨论。
老师:
能不能根据表中的数据,用最简便的方法估算实验中小车从位置0到位置5的位移?
学生A:
能。
可以用下面的办法估算:
x=0.38×0.1+0.63×0.1+0.88×0.1+1.11×0.1+1.38×0.1
=……
学生B:
这个办法不好。
从表中看出,小车的速度在不断增加,0.38只是0时刻的瞬时速度,以后的速度比这个数值大。
用这个数值乘以0.1s,得到的位移比实际位移要小。
后面的几项也有同样的问题。
学生A:
老师要求的是“估算”,这样做是可以的。
老师:
你们两个人说得都有道理。
这样做的确会带来一定误差,但在时间间隔比较小、精确程度要求比较低的时候,可以这样估算。
要提高估算的精确程度,可以有多种方法。
其中一个方法请大家考虑:
如果当初实验时时间间隔不是取0.1s,而是取得更小些,比如0.06s,同样用这个方法计算,误差是不是会小一些?
如果取0.04s、0.02s……误差会怎样?
欢迎大家发表意见。
又如
实验:
验证机械能守恒定律
过去:
如何如何操作……得出什么结论
现在
验证机械能守恒定律
实验方法所用装置如图。
重物的质量用天平测出,纸带上某两点的距离等于重物下落的高度,这样就能得到重物下落过程中势能的变化。
重物的速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出,这样也就知道了它在各点的瞬时速度,从而得到它在各点的动能。
比较重物在某两点的动能与势能之和,就能验证机械能是否守恒。
要注意的问题
1.重物下落过程中,除了重力外会受到哪些阻力?
怎样减少这些阻力对实验的影响?
2.重物下落时,最好选择什么样的两个位置作为过程的开始和终结?
3.为了增加实验结果的可靠性,可以重复进行多次实验,还可以在一次下落中测量多个位置的速度,比较重物在这些位置上动能与势能之和。
4.实验报告中要写明这次实验的目的、原理、器材、主要实验步骤、数据的分析、结论,以及对结论可靠性的评估(包括对可能产生的误差的分析)。
求瞬时速度
速度的测量利用纸带测量瞬时速度,所用的方法大家已经熟悉……学过了匀变速运动的规律,并且已经知道自由落体的运动是匀变速运动,我们就可以用一个更简单、更准确的方法测量重物下落时的瞬时速度了。
如果A、B、C是纸带上相邻的三个点(如图)……所以
vB=
……
体现了:
独立思考,师生互动
二、关于科学探究
●科学探究贯穿于整个课程
教学中的科学探究是课程理念的体现
以上课堂实录为一例,以上实验也是一例
前人探究的历史也是科学方法与科学精神教育的很好素材
●科学探究不搞形式主义
教学中的科学探究不是新八股
不追求探究的“完整性”
科学探究没有一定的模式
“要素”不等于“环节”
(提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析与论证、评估、交流与合作)
科学探究不一定都要做实验
要提高教学效率
例如
超重和失重(课堂实录)
讨论:
乘电梯时的感觉
看录像:
在电梯中,人站在体重计上,展示电梯运动时读数的变化
演示:
手提测力计,下面有砝码,观察上下运动时读数的变化
小结:
加速运动时读数会有变化
什么道理?
可以用牛顿第二定律来研究!
分析:
用牛顿第二定律列方程,求解,得出定量关系
讨论:
各种情况下物体对支持物的压力与物体重量的关系――超重和失重
讨论:
生活中的超重和失重、航天活动中的超重和失重
演示+看录像:
漏水的瓶子,自由下落时不再漏水
练习:
解计算题
另一种意见:
走到电梯中去,实际测量电梯运动时读数的变化,总结规律,这才叫探究
――没有必要
三、新课程与高考
(黄恕伯先生的研究成果)
取得好成绩的前提是学好物理学
--“会当凌绝顶,一览众山小”
新课程理念有利于提高考试成绩
●独立思考是学生解题的基本条件
学生在新课程中养成的自主学习能力为解题奠定了良好的基础
●实践意识是审题环节的基本素质
飞镖和“墨水旋风”
实践活动:
按图制作飞镖,抛出后观察飞镖飞行方向的变化和落地时插入泥土的方向。
实践活动:
“墨水旋风”
例(2004年高考全国理综试卷Ⅱ第25题)
求加速度满足的条件
一个小圆盘静止在桌布上,位于一个方桌的水平桌面的中央。
桌布的一边与桌的AB边重合,如图。
已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1,盘与桌面间的动摩擦因数为μ2。
现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面,加速度的方向是水平的且垂直于AB边。
若圆盘最后未从桌面掉下,加速度a满足的条件是什么?
(以g表示重力加速度)
解设圆盘质量为m,桌长为l,圆盘相对桌布、桌面的加速度分别为a1和a2,于是
μ1mg=ma1①
μ2mg=ma2②
设圆盘离开桌布时的速度为v1,相对桌面移动了距离x1,然后又在桌面上运动了距离x2后停下,因此有
v2=2a1x1③
v2=2a2x2④
圆盘不会从桌面掉下的条件是
x1+x2≤
⑤
设圆盘在桌布上运动的时间为t,这段时间内桌布相对桌面移动的距离为x,于是有
(根据实际情况不难想到:
桌布加速度的大小影响圆盘在桌布上的运动时间t)
x=
at2⑥
x1=
a1t2⑦
x=x1+
⑧
解得
a≥
⑨
本题满分:
20分
平均得分:
3.5分
难度:
0.175
例:
一个题目
要测量一个准确弹簧秤内弹簧的劲度,说出至少需要的器材。
错误答案:
砝码和刻度尺。
没有知识问题,缺少实践意识。
意识很难通过集中灌输来建立
新课程的各种体验性活动有利于实践意识的形成
●掌握科学方法是解题的必要条件
新课程注重使学生掌握科学思想、科学方法
方法通常指解决某个问题的程序。
理解某个方法并不等于会运用这个方法。
运用某一方法的前提是具有运用这种方法的意识。
这种意识的建立难以通过“讲”来完成,它需要经历相应“过程”的体验。
新课程重视学习的过程,让学生在自主学习的过程中总结、领悟解决问题的思路,为掌握科学的思维方法创造了基本的条件。
例题
质子流
来自质子源的质子(初速度为零),经加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流,已知质子电荷e=1.60×10-19C。
这束质子流每秒打到靶上的质子数为________。
在质子源到靶之间的加速电场是均匀的。
在质子束中,与质子源相距l和4l的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1和n2,则n1与n2之比为_______。
思路:
质子在全过程中做匀加速运动(速度变);在极短长度内可看为做匀速运动(速度不变)。
知识:
●匀加速运动v2=2al
●匀速运动Δs=vt
●相等长度下n与Δs成反比
难点:
学生缺乏“变与不变”的思想
高考统计:
得分率0.093,主要错在后一问。
多数学生不会运用“变与不变”的思想分析具体的问题。
——“变与不变”的思想在新课程中的体现举例
新课程对重要方法的教学进行了系统化、结构化的处理
例如:
对于“变”与“不变”关系的处理
△讲解:
平均速度和瞬时速度——渗透“极限”(P18)
平均速度和瞬时速度一般说来,物体在某一时间间隔内,运动的快慢也不一定是时时一样的,所以由
(1)式求得的速度,表示的只是物体在时间间隔Δt内的平均快慢程度,称为平均速度(averagevelocity)。
显然,平均速度只能粗略地描述运动的快慢。
为了使描述精确些,可以把Δt取得小一些。
物体在从t到t+Δt这样一个较小的时间间隔内,运动快慢的差异也就小一些。
Δt越小,运动的描述就越精确。
可以想像,如果Δt非常非常小,就可以认为
表示的是物体在时刻t的速度,这个速度叫做瞬时速度(instantaneousvelocity)。
△实验:
测速度——用平均速度代表瞬时速度(P23)
用打点计时器测量瞬时速度在图示的例子中,测量后计算得出的是D、G两点间的平均速度。
如果速度变化得不很剧烈,我们又不要求很精确,用这个平均速度粗略地代表E点的瞬时速度,也未尝不可。
然而,如果把包含E点在内的间隔取得小一些,例如图中的DF,那么根据D、F两点间的位移Δx和时间Δt,算出纸带在这两点间的平均速度,用这个平均速度代表纸带经过E点时的瞬时速度,就会更准确。
用打点计时器测量瞬时速度
△讨论:
已知各时刻速度,是否可以估算位移(P40)
老师拿来了一位往届同学所做的“探究小车的运动规律”的测量记录(见下表),表中“速度v”一行是这位同学用某种方法(方法不详)得到的物体在0、1、2……5几个位置的瞬时速度。
原始的纸带没有保存。
位置编号
0
1
2
3
4
5
时间t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
速度v/(m·s-1)
0.38
0.63
0.88
1.11
1.38
1.62
以下是关于这个问题的讨论。
老师:
能不能根据表中的数据,用最简便的方法估算实验中小车从位置0到位置5的位移?
学生A:
能。
可以用下面的办法估算:
x=0.38×0.1+0.63×0.1+0.88×0.1+1.11×0.1+1.38×0.1
=……
由速度求位移
△推导:
用v-t图象导出匀变速运动的位移公式(P41)
墙前落石
△做一做:
通过照片估算照相机的曝光时间(P47)
计算变力做的功
△探究:
怎样计算变力做的功?
(物理2,P16)
例:
一道高考题
真空中速度为v=6.4×107m/s的电子束连续射入两平行极板之间,极板长度为l=8.0×10-2m,间距d=5.0×10-3m。
两极板不带电时,电子沿两极板之间的中线通过。
在两极板间加50Hz的交变电压u=U0sinωt。
如果所加电压的最大值U0超过某一值Uc时,开始出现以下现象:
电子束有时能通过两极板;有时间断,不能通过。
(1)求Uc的大小。
(2)Uc为何值才能使通过的时间Δt通跟间断的时间Δt断之比Δt通:
Δt断=2:
1?
习题训练之所以受到普遍重视,甚至发展为“题海”,就是只有经历过程才能学到方法。
但是,在很多情况下“题海”练习是一种盲目、杂乱、单调和简单重复的过程。
如何把学生的习题训练,改进成目标科学、程序清楚、形式多样的优化过程,是摆在我们面前的一个极有实践价值和理论意义的研究课题。
肤浅的、形式主义的做法不等于新课程
单纯的操练不是提高考试成绩的最佳途径
四、教科书的作用
●教科书为课程目标导向、为学习方法导向
正文以及“思考与讨论”、“说一说”、“实验”、“演示”等各种栏目都要为此服务
例如
第一宇宙速度的引入
思考与讨论
驾驶员与座椅间的压力是多少?
地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球的半径。
会不会出现这样的情况:
速度大到一定程度时,地面对车的支持力是零?
这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?
……
(探究式学习――提出问题、猜想与假设、分析论证,以及评估、交流与合作)
例如
强相互作用的引入
说一说
质子带正电,但质子(与中子一起)却能聚在一起构成原子核。
根据你的推测,原因可能是什么?
(探究式学习――提出问题)
例如
力的平行四边形定则
教材的不同写法代表了不同的教学理念
原来的教材
图示为橡皮条GE在两个力的共同作用下,沿着直线GC伸长……所以力F等于F1和F2的合力。
在力F1和F2的方向上各作线段OA和OB,使它们的长度分别表示力F1和F2。
以OA和OB为邻边作平行四边形。
量出这个平行四边形的对角线的长度。
可以看出,合力F的大小和方向可以用对角线OC表示出来。
某种新课标教材
图甲表示橡皮条GE在两个力的共同作用下,沿着直线GC伸长……所以力F等于F1和F2的合力。
我们需要研究的是:
合力F与分力F1、F2有什么关系?
探究时要注意下面几个问题。
1.几个力的方向是沿着拉线方向的,因此要把拉线的方向描在木板的白纸上。
2.几个力的大小由所挂砝码决定,用力的图示法在纸上画出表示几个力的箭头。
3.怎样表述合力的大小、方向与分力的大小、方向的关系?
建议用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接,也许能够得到启示。
4.得出你的结论后,改变F1和F2的大小和方向,重做上述实验,看看结论是否相同。
演示实验只写做法,不写将要出现的现象,更不写结论。
目的:
鼓励学生
――细心观察、独立思考、同伴交流、师生互动
――改变学习方法
●教科书要成为教师的好帮手
循序渐进,分散难点
(落实三维课程目标的前提是“学懂”)
“没有不能攀登的高山,只有上不去的台阶”
(泰山:
1524m;一个峭壁:
5m)
在教学设计上多替教师做些工作
例如
矢量的教学――不要“一步到位”
(1)通过位移初步接触矢量
指出特点:
大小、方向
(2)通过思考与讨论“领悟”矢量相加的特殊规律
通过位移了解矢量
一位同学从操场中心中发,向北走了40m,到达C点,然后又向东走了30m,到达B点……你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗?
(这时还不要求得出这个法则,但要思考)
(3)通过实验“得出”矢量的加法
通过实验研究力的合成的法则
(4)给出矢量的科学定义
强调两点:
有方向
平行四边形定则
(5)通过“说一说”深化矢量相加的法则
怎样找出Δv?
一个物体的速度v1在一小段时间内发生了变化,变成了v2,你能根据v1、v2,按照三角形定则,找出变化量Δv吗?
(6)矢量概念的进一步运用
在向心加速度的学习中运用矢量概念
●教科书要提供物理情景和学习资料
飞机起飞时每隔4s曝光一次所得照片。
这张照片说明什么问题?
提供物理情景例1
提供物理情景例2
滑动摩擦与静摩擦
提供学习资料例1
生活语言与科学语言的差别
提供学习资料例2
墙前落石
从某砖墙前的高处使一个石子自由落下,拍摄石子在空中的照片如图。
由于石子的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹。
已知每块砖的平均厚度为6cm,拍摄到的石子位置A距石子起落点的竖直距离约2m。
怎样估算这个照相机的曝光时间?
石子从A到B的运动能否按匀速运动处理?
――“变”与“不变”的关系
提供学习资料例3
科学漫步
全球卫星定位系统(GPS)
手持式GPS定位器
这个GPS定位器此刻处于我国哪个城市的什么部位?
从显示屏中你还能获得哪些信息?
车载GPS定位系统1
车载GPS定位系统2
教科书提供的学习资料包括文字资料
例如
速度与现代社会
●教科书不是“圣经”
过去:
教科书上的每一句话都要学懂、学透
教科书外的任何(物理)知识都可以不学
教师应该阅读多种教科书
五、避免进入误区
●不可能对知识要求做出刚性的解释
“刚性的解释”:
是否要求计算、所用公式能否变形、综合应用时解题过程不能超过几步……
例如
《课程标准》10页要求“知道万有引力定律”,而在6页关于行为动词的说明中,“知道”与“计算”不是同一层次的要求。
有人由此得出结论:
对于万有引力定律不要求计算(?
)
于是说课标应该修改万有引力定律要求的表述,或者修改行为动词的解释。
另一方面
如果“知道”层次排除计算,13页“知道胡克定律”该怎么办?
如果“知道”层次都要求计算,47页“知道电子云”该怎么办?
结论
课标给出的“知道”、“理解”等要求是相对的
教材编写者、教师、考试命题者都有足够的能力根据知识在物理学中的地位、高中学生的基础和学习能力等几方面的因素,做出正确处理。
几十年来的中国中学物理教育史证明
在教学大纲、课程标准中用文字来限制知识与习题难度的企图是做不到的。
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