重视知识形成过程培养物理应用意识

重视知识形成过程培养物理应用意识
在物理学习过程中,如何培养学生的物理应用意识和能力?对此问题,建构主义理论认为学习是一个以学生已有的知识和经验(已有认知结构)为基础的主动建构过程. 新课程标准明确把“尝试与探索,经历与体验”的过程与方法作为三维教学目标之一,突出解决问题的知识为什么来、怎样来、为什么用、怎样用. 因此,物理教学过程中应积极营造探究的氛围,必须向学生展示物理知识的形成过程. 本文就物理教学过程中,如何通过物理知识的形成过程,培养物理应用意识和能力,略抒己见.
一、突出概念、规律的建立过程,培养物理应用意识
物理教学的实质是学生知识发生的过程,是使静态的书本知识内化到动态的学生物理思维中去思考和认识的过程. 因此,在教学中教师应该协助学生经历感知物理的背景→体验物理本质→概括物理抽象→反思物理应用的完整的物理学习过程,通过背景创设把新的物理知识多方位、多角度地同自己内部的知识和经验建立起联系,在心理上建构新知识的意义.
如在“简谐运动图象的描绘”的教学中:
1. 让一学生提着摆线的一端O点(摆线的另一端套着装有适量红墨水且瓶口倒置的盐水瓶),如图1(甲)所示,在A点释放盐水瓶,使其在同一竖直面上稳定地左右摆动.
设问一:漏下的红墨水在水平地面上留下的痕迹是什么图形?
2. 让该学生以适当的速度在水平地面上匀速向前走.
设问二:此时水平地面上留下的痕迹又是什么图形?与刚才比有什么变化?
【设计意图】创设应用背景,让学生形成表象,初步感知简谐运动的图线形状.
3. 设问三:猜想人不走动,假设地面会向后匀速运动,留下的痕迹又会是什么形状?
【设计意图】培养学生发散思维,引导学生应用已有知识经验解决问题.
4. 呈现自制教具,我们可以用如图1(乙)的装置来验证设问三. 以装适量红水的注射器借助橡皮筋的作用射出红墨水来代替盐水瓶漏下红墨水,用匀速拉动木板来代替地面的匀速运动. 注射器在竖直面内左右摆动平稳后,安排学生匀速拉动铺了白纸(纤化纸)的木板.
设问四:注射器做的是什么运动?在白纸上形成的曲线形状是什么?
【设计意图】提取物理模型,类比拓展知识,建构新知识的意义.
5. 布置每个学生独立地利用书上数据在坐标纸上半定量描绘图线的形状
设问五:在坐标纸上得到的简谐运动图象类似于数学上的什么图形?
【设计意图】在探究活动中,由学生亲自获得知识,充分体验知识获取的过程.
教学前不少学生难以想象:始终在一段有限弧度上做往复运动的物体,其位移竟然会随时间按正(余)弦规律变化,究其原因还是学生缺乏必要的感性素材,应用能力匮乏所致. 因此,教师能在课堂上尝试该板块物理知识的发生、发展,展示学习的完整过程,再以彼此相关、逐次递进的探索性问题群来点拨学生的思维,让学生亲自描绘出图象的形状,这样不仅能让学生在应用中体味到学习的乐趣,在学习中主动地内化知识,而且能有效地提高学生应用知识的自觉性和主动性,提升知识应用的能力.
二、重视实验的设计、分析过程,培养物理应用意识
物理学是一门实验科学,物理学中任何一个基本概念、规律的产生、形成和发展都离不开实验,而实验的设计、实验条件的选取、实验现象的观察和对实验结果的分析等,都需要进行科学的思维. 因此,在物理教学中,重视实验的设计、分析过程,可以十分有效促进物理应用意识的养成. 如在《自由落体运动》教学片断中,自由落体运动是匀变速直线运动规律在实际中的一个重要的应用. 而这堂课要解决的一个重要问题,就是自由落体运动是一种什么性质的运动,为了使学生对这一概念有较为清晰的认识,在开门见山地提出自由落体运动定义的基础上,可设计如下演示实验.
实验1:大小相同的硬纸片与薄纸片在同一高度自由释放;
实验2:薄纸片揉成纸团与硬纸片在同一高度自由释放;
实验3:取一张薄纸与粉笔头由同一高度自由释放;
实验4:把薄纸揉成纸团与粉笔头由同一高度自由释放.
问题一:是重的物体下落快,还是轻的物体下落快?(有时重的物体下落快,有时轻的物体下落快,从而论证了物体下落快慢并不取决于物体的重量)
问题二:怎样从道理上论证物体下落快慢并不取决于物体的重量?(自学教材中的伽利略的推理,着力培养学生自学能力)
问题三:是什么原因导致有时重的物体下落快,有时轻的物体下落快?(是空气的阻力)
实验5:把形状和质量都不同的金属片、小羽毛、小软木塞、小玻璃球等放入牛顿管中,在管内有空气和抽成真空两种情况下,把牛顿管倒立过来,观察比较这些物体下落的快慢.
问题四:我们应该怎样研究物体的下落运动?又怎样做才能使物体做自由落体运动?(没有空气阻力,物体在只受重力作用下,轻或重物体下落快慢相同)
展示:自由落体的闪光照片. (由图可以看出,相等时间内,小球下落的位移越来越大,表明速度也越来越大. 让学生动手测量,相邻的位移之差是否相等,由刻度尺量出相邻位移之差相等,因此,可以得出自由落体的运动性质)
该实验的设计,能使学生的情感、兴趣、动机都处于积极状态,能有效地把观察、分析、讲解等有机地结合在一起,促使学生对自由落体有认识上的转化和飞跃;而且使学生在获取新知识的同时,还亲身体验科学研究的方法,进一步培养了能力.
三、展示、反思问题的解决过程,培养物理应用意识
学习物理最重要目的在于应用物理知识解决实际问题和进行科学发现,因此在物理教学中,应充分展示应用物理知识解决实际问题和进行科学发现的思维过程. 同时,由于在解题过程中,难免会出现这样或那样的错误,因此,在解题过程中还应对解题思路和解题策略进行反思,通过反思解题过程中自己是怎么想的,有什么规律性的经验可以吸收,自我剖析找出原因;反思自己的思考与老师、同学的思考有什么不同,比较借鉴教师和其他同学的解题思路,改进自己的思维方式,熟练掌握解题技能,培养良好的思维习惯,优化物理的应用意识.
如一圆盘静止在桌布上,位于水平桌面的中央. 桌布的一边与桌的AB边重合,如图2所示. 已知盘与桌布间的动摩擦因素为μ1,盘与桌面间的动摩擦因素为μ2. 现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面,加速度方向是水平且垂直于AB边. 若圆盘最后未从桌面掉下,则加速度a满足的条件是什么?(以g表示重力加速度)
解析:设圆盘的质量为m,桌长为L,圆盘在桌布上的加速度a1=μ1g,桌布抽离后圆盘在桌面上的加速度a2=μ2g;设圆盘刚离开桌布时的速度为v,移动的位移为x1,离开桌布后在桌面上再运动的位移为x2后静止,则有:v2=2a1x1=2a2x2;
解此题时,有较多的学生对盘、布分离状态分析错误,以为桌布运动到桌边时盘、布才分离,若果真如此,此刻圆盘也该运动到桌边,且具有向前速度,那势必会掉离桌面. 反思此题,其实圆盘参与了两个物理过程:首先在桌布上做初速度为零的匀加速直线运动,滑动摩擦力μ1mg为动力,之后在桌面上做匀减速直线运动直至停止,滑动摩擦力μ2mg为阻力. 所以解决此题的关键是正确理解、分析两个临界状态,一个是桌布何时与圆盘分离,另一个是圆盘恰好不掉离桌面的临界条件. 所以只有这样做好对解题过程的反思,才能弄清问题的细节、深刻认识问题的本质,进而实现知识与能力的有机转化.。