新课程理念下的高中物理教学

新课程理念下的高中物理教学北京教育学院张维善一、课程改革的追求1.人才培养目标的发展与完善●从科学知识、科学过程和科学文化的三个维度进行教学，使学生把握科学的完整内涵，全面提高科学文化素质。●在上述基础上，发展个性，鼓励质疑，培养批判性思维，为造就一批又一批新知识的创造者，新技术的发明者、新学科的创立者打好基础，从而实现把中国建设成为创新型国家的宏伟目标。2.人才培养模式的发展与完善●不同的培养模式反映着不同的培养目标和价值取向，不同的培养模式决定着不同的培养目标和价值取向的实现。例1．中国的“四多”和美国的“四多”之比较例2．培养“考生”与培养“学生”的不同特征●在不否定启发式接受性学习的教学方式的同时，大力倡导学生的自主学习和科学探究的教学方式。这是人才培养模式发展与完善的重要表现。二、物理教学的变化1．教学结构：必修与选修；模块式教科书与学分式教学2．教学目标：从一维目标到三维目标的转变●三维目标的含义●三维目标下知识与技能的教学重在哪里？●把科学过程与方法引入物理教学的意义——使学生有身临其境之感，领略前辈大师的研究方法、科学思想、科学精神和科学态度。得其精髓，有所借鉴。例：自由落体运动的教学要历史地展现伽利略的批判精神、逻辑推理的方法、猜想与假说的魄力和实验验证的科学作风。使学生认识到“伽利略之前的科学行走于泥途荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学大门从此打开”。——过程与方法重在感悟，而不应变为“知识条条”，让学生死记硬背。●情感、态度与价值观的教育从何入手？——科学改变社会科学改变生活——科学改变人类的自然观、世界观和思维方式——科学大师的感召力与青年人心中的楷模●教学目标中三个维度的关系及应该注意的问题3．教学方式：从“教师教授、学生接受”向“倡导自主学习”、“重视科学探究”转变，实现教学方式多样化。●倡导自主学习的意义与作法●科学探究的理解与实践——过程与方法的一部分——两个重心的转移：从被动接受向主动获取；从继承向探究。——播种一种行为，收获一种习惯●多种教学方式互补4．教学原则：从生活走向物理，从物理走向社会●理论联系实际原则的发展——引导学生从身边的自然和生活现象开始，探索和认识物理知识，研究方法以及科学观点，并以此联系实际，扩展视野，观察更广阔的自然与社会。就是“从生活走向物理，从物理走向社会”。——杨振宁说：“只有骨干的物理学是骷髅。物理学要有骨干，还要有血有肉。有血有肉的物理学才是活的物理学。”与生活、生产实践中的物理现象的联系，物理学与人类社会发展的联系，就是物理学的血肉。●从生活走到物理是“从生活走向物理”的应有之意——非科学的常识的科学化——知识的科学化伴随思维的科学化●“从生活走向物理，从物理走向社会”的一种模式举例——复杂问题简单化；简单问题理论化；理论问题具体化；具体问题形象化●科学与社会的关系：科学的价值5．教学品味：融合科学文化与人文文化，培养追求真、善、美的健全人格●两种文化的关系及举例——科学文化以求真求实为特征，人文文化以求善求美为特征，但在深层底蕴和价值取向上是一致的，即追求真善美的统一。——有人把科学、人文和艺术比喻为三棱锥形高塔的三个侧面，认为“当人们站在他的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了，并在最高点融合在一起。”可见，物理教学以往对两种文化的融合几近漠视，只是因为我们站得不高——日心说与人文文化——伽利略的命运说明了什么◆只讲科学不讲民主，从来没有成功的先例◆阻碍科学，就失去历史的光辉三、高中物理教科书的编写意图举例《第一章运动的描述》物体的运动质点的运动参考系（坐标系）位置时刻时间位移例1、质点的概念在教学中应该关注的问题·为什么要建立质点这一理想模型？——源于描述实际物体运动状态的复杂性。·什么情况下，实际物体的运动才能看作质点的运动？——学者论质点：“牛顿三个运动定律中的物体，严格意义上说，应指质点。质点是宏观物体最简化的模型。一个物体各个点部位的运动情况有可能完全相同，即每一时刻各点部位的速度，加速度等完全相同，位置和轨道经平行移动后完全重合，这样的运动称为平动。物体平动时，各个点部位的运行可以用一个点的运动来表示，于是整个物体的运动可模型化为一个点的运动，将物体的质量赋予该点，便成质点。一个物体各个点部位的运动情况也可能彼此不同，但如果考察的是物体某种大范围运动内容，运动线度远大于物体结构线度，那么可以略去点部位间运动差异，将物体运动处理成一个点的运动，物体又平均速度瞬时速度速度时间图象速度的测量平均加速度瞬时加速度模型化为质点。例如考察地球绕太阳运动时，因地球半径远小于地球到太阳的距离，可以略去地球各部位的运动差异，将地球模型化为位于地球中心的质点。”——结论之一：能否把物体看成质点，取决于所研究物体的运动特性，平动的刚体可以模型化为质点。其具体意义在于，尽管刚体的形状，大小不能忽略，但由于刚体内各点的运动情况相同，因而可用其上任一点的运动来描述该刚体的运动。——结论之二：能否把物体看成质点，还取决于物体的形状，大小对于所研究的问题是否可以忽略。其具体意义在于可将其视为一个物质点。·质点概念的重要性——质点概念的重要性还在于它的建立揭示了“理想模型”在物理学中的必要性，并给出了建立“理想模型”的一般原则。——建立理想化的物理模型，是进行科学抽象的一种重要形式，也是一种深刻的科学思想方法。——“理想模型”是一种抽象的理想客体，原则上只能在思维中才能实现。但没有它，科学将无法面对错综复杂的现实世界。一句话，没有理想模型，就没有科学。——物理学科学方法的精髓在于：用模型描述自然，用数学表达模型；用实验检验模型。《第二章匀变速直线运动的研究》一个教学中的实验一个历史上的实验例1、教学思路的一种转变：在探究中学习知识，在学习知识中感悟研究方法·不是根据平均加速度的定义tVVat0，再假定a不变的情况下，从公式变形得出atVVt0·研究一种实际运动：小车在重物牵引下的运动-测量在一系列时刻t的一系列速度v，作出v-t图-发现v-t图为斜直线-从v-t图求a，发现a不随t而变，从而定义匀变速直线运动-求斜直线方程，得出atVVt0·不是从tVx出发，得出x=v0t+at2(此法有逻辑倒置之嫌)而从匀速直线运动中的x=vt相当于v-t图线下的“面积”获得启发，遵循“化整为零，以恒代变；积零为整，再取极限”的方法，求得2021attVx。伽利略对落体运动的研究处理变量问题方法匀速直线运动的位移匀变速直线运动的位移1212自由落体运动匀变速直线运动atuut0速度时间图像20021attuxx)(20202xxauut·此种教学思路的特点——本质上是一种科学探究——即有过程又有方法，既有行为又有思维。实验观察能力与逻辑思维能力的培养融于一个科学问题的解决之中。——提供了一种处理变量问题的典型的科学思想方法：“化整为零，以恒代变；积零为整，再取极限”。——物理教学的与时俱进也要解决思想，破除一些思想障碍。例如上述处理变量问题的思想方法就是微积分的思想方法。都说微积分难，但世界上绝大多数国家的高中都教微积分；都说相对论难，但世界上绝大多数国家的高中都教相对论。为什么会这样？这就是一个值得思考的问题，一个解放思想的问题。微积分的思想并非深奥莫测。微商就是变化率，是自变量变化很小时的函数的变化率，积分就是无限多项的无限小量的求和。高中学生是可以认识和理解的。新教科书中的做法，就是让学生感悟一个求知的过程，一种思想方法，一种用“已知”求解“未知”的精妙，让学生领悟和欣赏物理学家怎样看待自然界中的事物，怎样在说明自然界如何运行时，能够采取的“意料之外”又在“情理之中”的思维方式和研究方法，诸如现在的“以恒代变”，以后的“以圆代曲”等等。这对学生的情感、态度和价值观也会产生潜移默化的影响。（《秦伯益文》）。例2、自由落体运动的教学注重什么？·培养“考生”：把有问题的教得没有问题把自由落体运动当作匀变速直线运动的一个特例来教，就是把三个问题：——什么叫自由落体运动？——自由落体运动的规律是什么？——自由落体的加速度是多少？它随着地球的纬度怎样变化？教得没有问题了。·培养“学生”：把没有问题的教得有问题——杨福家：成功的教学必须诱发问题：听了课、读了书、只感到“听得舒服，读来都懂”是不够的，真正的收获还应该反映在有没有产生新的问题。知识的增长必然孕育着新问题的产生。让同学们在年轻的心灵中留下或产生一些新问题，准备在今后的岁月里去寻求答案。这是有益的。——把自由落体运动的研究当作开启近代科学大门的划时代贡献来教，就应该而且可以诱发许多新的、有意义的科学问题，例如：落体运动司空见惯，何以成为物理学的源头之一？智慧博学如亚氏者，何以铸成大错，且一错近二千年。可悲的是谁？可怕的是什么？—伽利略的高明之处是什么？自由落体运动的研究可以迁移到其他天体上吗？g值的不同可能导致何种现象？如果g值在白天和黑夜不一样，会有什么后果？g值为什么随着纬度不同而不同？·伽利略自由落体运动的研究在物理学和物理教学中的意义。——开创了新的科学思维方式伽利略敢于忽略空气的阻力，是他研究落体运动获得成功的思想基础。与亚里士多德不同，他指出：在科学研究中，懂得忽略什么与懂得重视什么同等重要。这是一种新的科学思维方式，是理性思维，扬弃经验论的一种表现。正如后来爱因斯坦所说：虽然事件和经验事实是整个科学的根底，但是它们并不构成科学的内容和它的真正本质。科学的内容和本质还需要理性思维的构造。——开创了新的科学研究方法伽利略认为自然界是一个有秩序的服从某种规律的整体，要了解它，就必须进行系统的、定量的实验观察，找出精确的数量关系。为此，他倡导并实施了数学与实验相结合的研究方法。他还展现了这种方法的一般步骤：（1）先从现象中提取主要的直观认识，并用数学公式表示出来，以建立量的概念；（2）从公式出发，根据数学导出（另）一个易于为实验证实的数量关系；（3）通过实验证实（或证伪）这种关系。对此，爱因斯坦评价道：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”——开创了科学实验是检验科学真理标准的科学观念以科学实验检验科学假说的正确与否，是他及后人在科学研究中不断取得重大成果的源泉。对于物理学来说，实验是最基本的，实验推动了物理学的进展。实验是人类与自然界的主动对话。实验也是理性思维指导下的观察方法。任何假说只有在被实验测试后才会引起认真对待。这是区分物理学与形而上的惟一方法。伽利略多次强调这一点。他的实验结果能够推翻亚里士多德提出的处于支配地位达2000年的观点，是物理学走向近代科学的标志。——伽利略的批判意识，逻辑推理方法，猜想与假说的魄力和实验验证的科学作用，是物理教育的宝贵素材。《第三章相互作用》四种基本相互作用引力作用电磁作用强作用弱作用重力弹力几种常见的力摩擦力正压力支持力拉力、张力弹簧的弹力静摩擦力滑动摩擦力滚动摩擦力例1、力的合成的理论基础及实验依据。·问题的提出所谓“力的合成”问题就是力是否能够按平行四边形法则进行叠加的问题，也就是力是否具有矢量性的问题。在高中物理教学中，总是从力使弹性体发生形变的角度来研究力的合成。基本思路是当某两个力作用在弹性体上，弹性体会产生一定的形变，若有另一个力作用在该弹性体上时，弹性体也产生相同的形变，就说这后一力的作用效果与前两个力的作用效果相同，并把后一力叫做前两力的合力，前两力叫后一力的分力，进而通过实验测量得出由分力求合力的方法规律，即平等四边形法则，并定义这种操作为“力的合成”。但是，若作用在弹性体上的两个力F1和F2大小相等，方向相反，且在一直线上时，依据平形四边形法则，其合力F2=F12+F22-2F1F2cos(1800-δ)，此种情况下，F1=F2，δ=1800，则必有合力F=0。这就是说，这两个力的作用效果与没有力作用的效果相同。可是，实际情况是，没有力作用时，弹性体无形变，而在F1和F2作用下，弹性