物理課程與教學論第一頁，共78頁。中學物理教學論李奇云Email:

第二頁，共78頁。第十三、十四章中學物理疑難問題與實驗研究第三頁，共78頁。問題的提出進入21世紀以來，義務教育和高中物理課程標準相繼出臺，它是指導物理課程教學的重要文件。課程標準中首次提出了“科學探究”這個術語，并且相當地強調了它的重要性。標準實施以后，科學探究進入課堂正在改變學生的學習方式，給課堂帶來新的生機，但在廣大教師中也出現了許多困惑和困難。多少年來，物理教學中一直強調物理實驗，把實驗看作為物理的一個重要特點，那么物理實驗與科學探究又有什么樣的關系呢？第四頁，共78頁。物理實驗的特點可以概括為：目的性，能動性，過程性和理論指導性。1.物理實驗可以簡化和純化研究過程；2.物理實驗可以強化研究條件；3.物理實驗可以加速或延緩物理過程；4.物理實驗可以再現和重復物理過程。第五頁，共78頁。物理實驗在物理學發展中的作用發現新的現象，揭示新的矛盾，為探索新的規律和開拓新的領域奠定基礎；檢驗理論（假說）的正確性及其適用范圍；測定物理常數，研究物理規律的內在聯系；開拓物理學應用的新領域。第六頁，共78頁。實驗在物理教學中的地位實驗是物理教學的重要基礎；實驗是物理教學的重要內容；實驗是物理教學的重要方法。第七頁，共78頁。物理實驗對學生發展的作用實驗有利于激發學生的好奇心和求知欲，培養學生的學習興趣；實驗能創設有效獲取和掌握知識的學習環境；實驗是培養各種能力和訓練科學方法的有效途徑；實驗有利于培養學生良好的道德素養和科學作風。第八頁，共78頁。物理教學中實驗的分類課堂演示實驗；學生分組實驗；課堂邊學邊實驗；課外實驗作業與課題研究。第九頁，共78頁。繼承中的發展多少年來，不少物理教育工作者和第一線的物理教師致力于物理實驗及教學的研究，積累了許多寶貴的經驗和成果，新課程的實驗需要在這些基礎上創新。

第十頁，共78頁。上世紀后期中學物理實驗的變化關注激發學生學習的興趣網外高壓電閃，網內安然無恙瓦碎蛋全第十一頁，共78頁。上世紀后期中學物理實驗的變化加強實驗的探索性，如：研究加速度與力的關系，研究加速度與質量的關系；描繪小燈泡的伏安特性；練習使用多用電表，探索黑箱中的電路元件；第十二頁，共78頁。上世紀后期中學物理實驗的變化關注實驗的設計思想，如：用單擺法測定重力加速度；用油膜法估測分子的大小；測定玻璃的折射率；用雙縫干涉測光的波長。第十三頁，共78頁。上世紀后期中學物理實驗的變化加強技術設計性的實驗，如：練習使用示波器；傳感器的簡單應用；研究玩具電動機的能量變化加強隨堂性的物理實驗，如：研究磁場對電流的作用研究電磁感應現象。第十四頁，共78頁。看法我們應當歷史地看待課程理念的變化，看待我們曾經做過的研究工作，將繼承與創新統一起來。新的課程標準從科學本質和科學素養的高度論述了加強科學探究的意義及其培養科學探究意識和能力的內涵，使我們對加強物理實驗教學有更深的理解和明確的方向。第十五頁，共78頁。看法加強物理實驗是我國物理教學的歷來主張。物理實驗體現了自然科學的重要特點，是物理科學探究的重要思想和方法，物理實驗的素養（觀念、思想方法、技能方面）是科學素養形成和發展的基礎和組成部分，因此加強科學探究，特別在高中物理課程中，關鍵是要加強物理實驗。抓好了物理實驗教學，基本上就使加強科學探究落到實處。第十六頁，共78頁。看法對待物理實驗的態度是真正實施物理新課程的試金石。如果在物理新課程的實施中忽視了物理實驗，那就意味著倒退。新的課程要求重視物理實驗，還要深刻理解和體現探究的本質特征和物理思想，努力避免形式化的東西。第十七頁，共78頁。新課程的實驗創新隨著新課程的實施，實驗的研究和創新主要反映在如下方面：一是實驗內容的創新；二是實驗手段的創新；三是實驗教學方法的創新。第十八頁，共78頁。實驗創新中提出的三大問題1。內容的拓展與基礎性實驗應有什么關系？2。現代技術的應用與常規及低成本教具的應用應有什么關系？3。探究式教學與接受式教學應有什么關系？第十九頁，共78頁。一、充分重視激發學生的好奇心和求知欲培養學生學習的內部驅動力提高學生問題意識和發現問題的能力第二十頁，共78頁。看了如下的實驗，你有什么感受有一支蠟燭固定在碗底，碗里有水，水面在蠟燭上端面的下方。點燃蠟燭以后，可能會出現哪些現象？請你猜一猜？第二十一頁，共78頁。看了如下的實驗，你有什么感受當蠟燭燃燒到上端面與水面相齊后，會出現什么現象？實驗以后，你有什么感受？你能解釋你看到的現象嗎？第二十二頁，共78頁。看了下面的實驗，你有什么感受？聲波具有能量。聲波能把酒杯震碎，你相信嗎？聲波在什么條件下能把酒杯震碎？第二十三頁，共78頁。靜電散花請觀察：描述你看到的現象。你能提出什么樣的問題？哪些問題你還不能回答？第二十四頁，共78頁。靜電散花為什么要摩擦塑料膜？把金屬盤放到塑料膜板上時，你看到了什么現象？金屬盤放在塑料膜板上后，為什么板上的紙屑不飛起來？第二十五頁，共78頁。靜電散花把金屬盤下的塑料膜板移開后，盤上的紙屑為什么就飛起來了？能從電荷相互作用的角度來解釋你看到的現象嗎？能從電勢變化和電場變化的角度來解釋你看到的現象嗎？第二十六頁，共78頁。

——靜電飛花為什么紙屑會飛起來？第二十七頁，共78頁。靜電飛花的解釋第二十八頁，共78頁。第二十九頁，共78頁。現實的反思孩子們多么希望有一種能滿足他們好奇心的創造性的學習平臺，然而，我們現在給孩子們的卻是讓他們好奇心逐漸磨滅的令人窒息的學習環境。我們期待新課程給孩子們帶來希望，還孩子們幸福成長的童年。

第三十頁，共78頁。二、在“形成假說”上下功夫只要自然科學還在思維著，它的發展形式就是假說——恩格斯第三十一頁，共78頁。以猜想和假設（假說）為探究的紐帶不同層次的猜想和假設：猜一猜：隨機猜想。發散性的猜想：搜集一切可能有關的因素。推斷型猜想：以一定的經驗事實和已有的理論為基礎，經過邏輯推理，做出一定判斷。創造型的猜想：以表象為基元，通過聯想、想象，運用直覺和靈感等非邏輯思維，并與邏輯思維結合，做出一定的猜想和假設。第三十二頁，共78頁。案例一、探究求合力的方法怎樣為學生猜想提供鋪墊？第三十三頁，共78頁。案例：探究求合力的方法（人教版）由圖甲和圖乙使橡皮筋伸長到同樣的位置，說明力F等于F1和F2的合力。再說明實驗的目的：我們需要研究的是：合力F與分力F1、F2有什么關系？

第三十四頁，共78頁。案例：探究求合力的方法（人教版）探究時要注意下面幾個問題。1.幾個力的方向是沿著拉線方向的，因此要把拉線的方向描在木板的白紙上。2.幾個力的大小由所掛砝碼決定，用力的圖示法在紙上畫出表示幾個力的箭頭。3.怎樣表述合力的大小、方向與分力的大小、方向的關系？建議用虛線把合力的箭頭端分別與兩個分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示。4.得出你的結論后，改變F1和F2的大小和方向，重做上述實驗，看看結論是否相同。第三十五頁，共78頁。對該案例的評價教材改變了驗證平行四邊形法則的模式，采用了探究求合力的方法——由實驗歸納得到平行四邊形法則。教材改變了“教學生做實驗”的傳統寫法，給學生較多獨立思考的空間，但又不失用靈活的形式給學生必要的提示和指導。第三十六頁，共78頁。問題：是否是把“驗證”變為“歸納”就是探究？猜想和假設是科學探究的關鍵要素，它與胡猜亂想有什么區別？科學的猜想和假設需要經驗或（和）一定的理論依據，經過一定的邏輯思維或想象推理，才能形成一定的假設。實驗的技術方案需要綜合考慮探究的可行性、誤差影響、技能訓練等因素，力求選擇優化的方案。第三十七頁，共78頁。對該案例的評價讓學生做出平行四邊形的猜想，有些困難。學生既缺少經驗，也沒有可供思考的理論依據。作為學生實驗，力的大小只能以一個砝碼為單位躍變式的選擇，力的方向通過改變滑輪位置來改變，實際操作比較困難。第三十八頁，共78頁。對該方案的修改建議一、教師演示：用3、4個砝碼牽引橡皮筋，求兩分力成直角時的合力——（右圖）。二、學生猜想：合力和分力可能有什么關系？三、學生實驗：用兩個彈簧測力計拉伸橡皮筋，驗證你的猜想。第三十九頁，共78頁。驗證你的猜想第四十頁，共78頁。改變后的方案的特點演示實驗，教師操作且只演示一種特殊情況，實驗難度降低，通過它說明力的合成的概念；演示實驗只給出了一種特殊情況下的信息，它為學生提供猜想的依據，而不是實驗的結論；選用一種有較大嘗試空間且操作難度較小的實驗方案，讓學生動手，驗證自己提出的猜想。第四十一頁，共78頁。案例二、電阻定律的探究

選取個別化的典型進行推理——提出具有普遍意義的猜想和假設第四十二頁，共78頁。案例：電阻定律的探究初中：電流——電壓——電阻——歐姆定律。實驗：猜想影響電阻大小的因素；用控制變量方法；用電流強度比較；要求：定性的結果。初中實驗：探究影響電阻大小的因素：A第四十三頁，共78頁。怎樣在初中實驗的基礎上深化？初中提出猜想的層次：經驗型，發散型。高中：僅僅是定量分析歸納結論嗎？怎樣體現整體探究的思想？如何在猜想和形成假設上下功夫？如何體現“假設需要實驗檢驗”的思想？第四十四頁，共78頁。（一）形成猜想和假設1.有n個相同材料、相同長度和截面積的電阻絲串聯在電路中，設每一段電阻絲的電阻為r，長度為l，根據串聯電路的特點：R=nr，又因為總長度L=nl，由此可知：第四十五頁，共78頁。（一）形成猜想和假設2.有n條電阻絲并聯在一起，每條電阻絲的截面積為s1，長度和材料均相同，根據并聯電路的特點：同時可知，第四十六頁，共78頁。（二）設計實驗，驗證假設假設是在兩種特殊情況下得來的，是否具有普遍意義，需要實驗的驗證。怎樣設計實驗？需要驗證的假設：R與L、S的定量關系；怎樣測量R：應用部分電路歐姆定律。怎樣控制變量？第四十七頁，共78頁。技術方案1：在初中方案中改進AV第四十八頁，共78頁。技術方案2V第四十九頁，共78頁。（三）處理數據，形成規律實驗測量，記錄數據；分析數據；形成規律：電阻定律闡明公式的物理意義。第五十頁，共78頁。案例三、探究影響滑動摩擦力的因素質疑——綜合分析——選擇和評價可控變量第五十一頁，共78頁。探究影響滑動摩擦力的因素初中物理中的內容及要求：發散性地猜想：滑動摩擦力的大小可能與哪些因素有關？教材給出某些猜想。控制變量，進行實驗：勻速拉動木塊，讀出測力計的讀數。分析實驗數據，得出定性的結論。第五十二頁，共78頁。如何在初中的基礎上深化？借用初中實驗得到的數據完全可以直接歸納出滑動摩擦力與壓力成正比的結論。然后得出表達式，引入并闡明動摩擦因數的概念。是否僅此而已？第五十三頁，共78頁。在形成“猜想與假設”上下功夫討論：在提出猜想和假設的過程中，我們是怎樣思考的？為什么我們會提出滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關？——經驗。為什么會提出與壓力有關？——經驗。第五十四頁，共78頁。請大膽質疑：1.我想：滑動摩擦力發生于有相對運動的兩物體接觸面間的一種作用力，壓力作用效果與壓強有關，能否認為滑動摩擦力的大小與壓強有關？2.我認為：滑動摩擦力的大小應當與接觸面積大小有關，例如滑冰運動員鞋底裝上冰刀后摩擦力減小了，為什么初中說與接觸面積大小無關呢？第五十五頁，共78頁。一種思考過程從個別到一般的思考：經驗告訴我們，可能說明：壓強越大，滑動摩擦力越大。不能說明：滑動摩擦力與面積有關。第五十六頁，共78頁。一種思考過程經驗還告訴我們，壓強相同，但滑動摩擦力大小不同。說明：不能由壓強來決定滑動摩擦力的大小。由兩例可以說明：壓力越大，滑動摩擦力越大。第五十七頁，共78頁。方法點撥當我們做出某種猜想時，可以提出可能與許多因素有關，這些因素彼此間應當是相互獨立的，例如，我們提出滑動摩擦力與壓強和面積有關，壓強與面積不是獨立變量，而壓力和面積就是獨立的變量。又如，閉合電路的路端電壓與哪些因素有關，可以提出：電流，內電壓，電動勢，外電阻，內電阻等，應當審視哪些之間是獨立的變量，哪些是自控的變量，從而提練出合理而可探究的猜想和假設。第五十八頁，共78頁。實驗檢驗假設滑動摩擦力的大小與接觸面間的壓力有關，并探究其關系。拉動托板測力計物塊滑輪第五十九頁，共78頁。三、各種技術手段與資源的整合與應用系統優化的思想第六十頁，共78頁。（一）DIS實驗系統的應用DIS系統是傳感技術、計算機技術與真實實驗的結合。它有利于使學生了解現代實驗技術的思想方法；有利于解決教學中的難點實驗；有利于提供更多的探究實驗課題；有利于學生進行某些探究實驗設計和探究技能的訓練。有其優勢，也有其不足，需要選擇能發揮其優勢的實驗內容和應用合適的教學方法。第六十一頁，共78頁。案例一、用傳感器和計算機實驗驗證有關運動圖象的猜想數字化輔助實驗系統的應用第六十二頁，共78頁。問題——思考——驗證假定你從靜止開始沿直線向前走去，走5m后再沿原路線倒退到出發點。請畫出定性的描述運動的位移圖象和速度圖象。畫好以后再觀察用小車做的模擬演示，用位移傳感器采集位移隨時間變化的數據，并由計算機給出圖象。看看它與你的猜想相似嗎？第六十三頁，共78頁。實驗裝置第六十四頁，共78頁。與你畫出的圖象相似嗎？第六十五頁，共78頁。案例二、下落雞蛋與承接面的碰撞研究數碼相機的應用第六十六頁，共78頁。顯微攝像——布朗運動第六十七頁，共78頁。案例三、應用液氮的幾個實驗實驗內容的前沿化和綜合化傾向第六十八頁，共78頁。實驗內容的前沿