1、在教学案例反思中提升智慧,南京市中华中学 王高,教学案例是课堂中真实的故事，是教师在实际教学中的困惑，是足以引发教师思考和讨论的事件，是蕴含着教育理论的典型事例。,研究案例的价值（1）分享教师实践的智慧；（2）案例研究是教师专业成长的途径，教学相长的阶梯；（3）从案例研究中发展教师的自我反思能力。,教师专业成长与知识结构图,专家型教师,经验型教师,职初型教师,原理知识：教学原理、规则、教学法知识等。案例知识：教学的特殊案例、个别经验。策略知识：运用原理于案例的策略，反思能力。,这是一种费时的教学，但如果我们的目标是培养学生能创造性地解决问题和发现理论，那么这是我们所拥有的唯一方法。 美 艾伦柯
2、林斯,为什么要进行探究式教学？,过去的课程：以传授知识、强调运用知识解决 实际问题为主的物理课程体系。,现代的课程：物理作为培养未来公民科学素养的 一个核心课程，仅仅重视知识的传 授是不够的，更重要的是应该培养 学生“生产”这些“产品”的能力，即 科学探究能力。,如果将人们对自然的探究以及通过探究发现的现象、规律、建立的概念和理论视为一种社会生产活动，那么物理知识只是这一过程的一个“产品”。,授之以鱼,探，取也，尝试。,知其然，探究后知其所以然。,中国古代的“格致”也是探究的含义。,“致知在格物，格物而后知至”。所 谓“格物”就是推究事物的道理。,“探究”的探究,究，推求，追查。,认识上的一次
3、飞跃,探究：用自己的方法解决 陌生的问题！,提出问题,猜想和假设,制定计划与设计实验,评估,分析与论证,研 究 问 题进行实验与收集证据,科学探究的基本过程,交流与合作,教学上，“科学探究”既指一种教学方法，也是一个教学内容，还体现一种精神。（三维）,案例 1 实验：探究加速度与力、质量的关系,第四章教材框架结构的设计,牛顿第一定律一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,解读,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,速度恒定,物体不愿改变速度,外力迫使物体变速,物体运动状态变化,从牛顿第一定律中,a、F、m
4、的物理意义究竟该如何理解？,了解运动状态变化,把握运动状态变化规律,探究a与F、m间的关系（定量）,提出问题,问题： a与F、m之间的定量关系是什么？,猜想与假设,猜想是物理智慧中最活跃的成份，是物理探究过程中的一个重要环节 。,说明a、F、m都与物体的运动状态改变有关，也就是说它们之间存在着一定的关系,猜想背景,创设情境 竞赛用的小汽车，质量与一般的小汽车相仿，但因为安装了强大的发动机，牵引力巨大，很容易加速。一般小汽车从静止加速到100km/h,只需十几秒的时间，而满载的大货车加速就慢得多。,“相信自然界规律是简单的”，我们不妨假设a与F、m 之间的定量关系遵从简单的原则，即：aF，a1/
5、m。,1.a与F的关系（m一定）,2.a与m的关系（F一定）,F越大a越大：,a与F成正比(a=kF),a=kF2 ,m越大a越小：,a与m成反比(a=k/m),a=k/m2 ,实验设计,（4）小车是否受摩擦力作用?摩擦力对研究加速度有没有影响?如何消除摩擦力的影响?,理论分析 要验证上述假设的正确性，实验中需要解决的问题：,（1）如何测量小车的加速度a？,（2）小车的质量如何改变？,（3）力F如何提供？怎样测量力的大小？怎样改变力的大小？,m M,比较法,实验探究,定量研究,小车置于长木板上，用悬挂在盘上的砝码牵引小车做匀加速运动，用打点计时器在纸带上记录位置，应用图象对数据处理测得加速度。
6、,长木板,打点计时器,纸带数据处理,方案一,科学探究的活力在于每个具体的探究都与另一个不一样，它不是僵死的教条。教学中的探究更重视科学过程，因为探究活动在教育中的主要作用在于播种一种行为，收获一种习惯。,最佳吗？,（1）a与F的关系（M一定）,（2）a与M的关系（F一定）,数据处理与分析,列表法,图象法,以a为纵坐标，F为横坐标，把表一中的各组数据在坐标系中描点。如果这些点是在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如果不是这样，则需要进一步分析。,a 和m不是线性关系,误差分析 本实验中存在的误差及减小措施。,（1）平衡摩擦力不准造成的误差 小车与桌子之间的滑动摩擦力，是用重力的分力来平衡的，
7、但在实验中常会出现平衡不到位或平衡过了而带来的误差，表现在aF图象上的直线不经过原点。,（2）因实验原理不完善造成的误差 实验中用盘和砝码的重力替代小车的拉力，应该使盘和砝码的质量要比小车的质量小很多，但实际中往往难以达到，表现在aF图象和a1/M图象中的直线会发生弯曲。,（3）纸带上打的点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等造成的误差。,实验结论 在小车质量不变的情况下，加速度与力成正比；在小车受力不变的情况下，加速度与质量成反比。,不能叫做“探究牛顿第二定律”,教材提到通过实验得出结论需要“勇气”过去我们关于科学精神的教育主要是辛勤与严谨，这两方面的确是不可缺少的，现在还要进行这些教育。
8、但是，如果仅仅是这些，那么对于任何形式的创新都是不够的。因此，教材做了上述努力，希望它在激发学生的创新活力方面起到积极的作用。这种活力不限于物理学的研究和学习，它会表现在学生未来生活的方方面面。,评估与交流,（1） 利用打点计时器等器材做这个实验时，同学们在数据处理时得到了如下的三个图象，分析说明实验中产生图示现象的可能原因。,（2）外力能否不用砝码的重力来替代，而直接把测力计固定在小车上读出？,（3）如果研究的是小车和砝码组成的系统的加速度与外力之间的关系，还需要满足 这一条件吗？,11.（10分）“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力
9、的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=_m/s2.（结果保留两位有效数字）（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：请根据实验数据作出a-F的关系图象.（3）根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点，请说明主要原因。,2009 江苏,11（10分）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系
10、”的实验装置（如图所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。,2010 江苏,（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：请根据实验数据作出小车的v-t图像。（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。,（3）同意.在v-t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大.,原来的
11、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。,案例2 探究求合力的方法,为什么作平行四边形？,验证平行四边形定则,矢量（力）循序渐进,为平行四边形定则做铺垫，并为理解 矢量的概念做心理准备。,通过实验“得出”矢量的加法法则，给出矢量的科学定义。,教材的不同写法代表了不同的教学理念改变学习方式,通过介绍橡皮筋伸长的实验让学生了解实验的思路。不详细介绍实验步骤。
12、以探究注意问题实施启发和指导作用。用滑轮、砝码组成的实验装置不宜作为学生实验用。让学生想到平行四边形的结论有些困难。,（2011江苏）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白 记录O点的位置和拉线的方向。(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_N。(2)下列不必要的实验要求是_。(请填写选项前对应的字母)(A)应测量重物M所受的重力(B)弹簧测力计应在使用前校零(C)拉线方向应与木板平面平
13、行(D)改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置,到底有何不同？,（3）某次试验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。,参考答案：（1）将A更换成较大量程的弹簧测力计；（2）改变弹簧测力计B拉力的大小；（3）改变弹簧测力计B拉力的方向；（4）减小重物M的质量。,答案具有一定开放性,实验的教育功能,世界的永久秘密就在于它的可理解性,要是没有这种可理解性，关于实在的外在世界的假设就会是毫无意义的。 爱因斯坦 科学的理性思维强调对具体的事物进行观察、分析、概括、推理和验证，力图以逻辑推理方式发现事物的本质和普遍性。,理论探究方法：分析与综合、归纳与演绎、类比
14、、模型与假说,理论探究,案例3:万有引力定律的建立,牛顿发现行星的运动是变速运动，变速运动就一定有加速度，所以行星在运动过程中一定受到了力的作用。这种力是什么力？它是怎样产生的？,牛顿在他家的后花园中看到，成熟的苹果会从树上落下来（可能是某一次的苹果落地现象诱发了牛顿的思维）。这是一个司空见惯的现象，谁也没有也不会去思考这种现象，更不用说提出问题。只有牛顿提出了问题：苹果为什么不会飞向空中，而落到地面上呢？如果苹果树长得很高很高，苹果还会落向地面吗？ 牛顿以为，苹果落地应该与树的高度无关。那么，如果苹果树长到月亮的高度，苹果还是应该落向地面。,发现问题,问题是创造的原点,深刻的推理,月亮象一个
15、大苹果啊！月亮为什么不落向地面呢？,丰富的发散性思维！,牛顿又从下面的现象中提出了问题：如果在高山上把一个物体抛出去，物体将沿曲线运动直至落到地面上。抛物体的速度越大，物体就飞得越远。如果物体的速度足够大，那么将发生什么现象呢？,这个物体为什么不飞离地球，而“忠忠耿耿”地绕地球旋转呢？ 由此，牛顿进一步丰富了他的猜想，地球与月亮之间一定有一种相互作用的力，正是这种力使月亮绕地球旋转，使地球、火星、水星绕太阳旋转，使宇宙中的星辰按照一定的法则运行。,这些恐怕就是牛顿形成万有引力思想的过程，这个过程充满了观察、探索和猜想，充分体现了科学思想的巨大力量。,牛顿认为，物体将不会落到地面上，而是绕地球旋
16、转，这个物体多么象月亮啊,猜想,大胆的猜想,问题的提出：是什么原因使行星围绕太阳运动？猜想与假设：太阳对行星的引力 F应该与行星到太阳的距离r有关。 简化模型：行星轨道按照“圆”来处理。 演绎与推理：根据牛顿第二定律、牛顿第三定律和开普勒定律进行计算 。结论的得出 ：引力大小跟行星到太阳距离的二次方成反比,1. 太阳与行星间的引力,分析论证,为什么要消去T？,牛顿的思维火花,问题讨论1,由牛顿第三定律得到行星对太阳的引力F与太阳的质量M成正比？,而不是,问题讨论2,太阳与行星间的引力怎么变成了 呢？,问题讨论3,（1）对引力的猜想。猜想“天上”的力与“人间”的力可能出于同一本源猜想 任意两个物
17、体之间都存在引力（2）万有引力的检验。月地检验（3）万有引力定律的得出(把引力推广到宇宙中的一切物体之间)。（4）万有引力定律的检验。引力常量G的测定不断用万有引力定律成功解释新的现象，并用它去预测未知，不断得到验证。千锤百炼出真理万有引力定律。（5）万有引力定律的适用条件。,2.万有引力定律的建立,从太阳与行星间的引力：,转化到地球与月球之间的引力也可能为：,进而想到地球对月球的引力与地球对苹果的引力。,月-地检验：月球的向心加速度为地面附近物体下落加速度（重力加速度）的 ，大部分学生是不理解的，他们不明白要测量什么，验证什么。,问题讨论：月-地检验,如果,则,测量出,假设正确,当每个人都认
18、为月亮不往下掉的时候，只有牛顿这样的人才看到月亮正在往下掉。 瓦莱里（1871-1945），法国诗人和哲学家,案例4 探究弹性势能的表达式,这个探究内容不包含实验，且课标对弹性势能不做终结性要求，它为我们全面认识教学中的科学探究提供了样例。这节课的核心物理方法就是在小区间以恒力的功代表变力的功。所以，这节课的着眼点并非弹性势能的表达式，而是物理思想与物理方法。,物体各部分因弹性形变 产生弹力 因弹力存在具有对外做功本领 具有弹性势能。,物体弹性势能与哪些因素有关？有何种关系？能否得出定量表达式,实验型探索观察现象猜想、假设设计实验归纳、验证 得到结论,思辨型探索问题模型化猜想、 假设理性分析类
19、比、演绎或图 象归纳得到结论,实验验证结论,提出问题,可供借鉴知识：重力做功、重力势能、重力做功与重力势能的关系 可供借鉴的思想方法：类比、模拟、模型简化（忽略非主要因素）（1）弹性势能大小可能与哪几个物理量有关类比分析给出猜想 重力势能EP 高度h、G 弹性势能EK 拉伸的长度x、F ？,（2） 弹性势能与拉力做的功有何关系类比模拟给出猜想 重力做功 重力势能变化 EP 重力势能表达式 拉力做功 弹性势能变化 EK 弹性势能表达式（3）怎样计算拉力所做的功？运用微元累积法计算拉力做功大小类比求直线位移方法演绎得到 拉力做功W = Fl x1F2 x2F3 x3（4）怎样计算这个求和式？极限法
20、处理分段拉力做功之和类比求直线位移方法演绎得到 W = F-x图象下面积1/2kxx1/2kx2,猜想假设,物理规律教学,提出问题,总结规律,实验观察,分析归纳,(演绎法),(归纳法),案例5 伽利略对自由落体运动的研究,跨越时空的对话,究竟是什么因素决定一个下落的物体的快慢呢？,逻辑的力量,结论： 重物与轻物应该下落得同样快。,假设：重物下落快，轻物下落慢,问题：重物和轻物绑在一起速度怎样,推理：思路1相互影响 思路2总重增加,自相矛盾,上帝是万能的。上帝能否造出他自己也举不起来的石头呢？,“当我观察一块原来静止的石头从高处落下速率连续增加时为什么不应当相信速率的增加是以一种简单的，也是人们
21、最容易理解的方式在进行呢？” 自然界“总是习惯于运用最简单和最容易的手段行动”，自由落体运动速度的变化“是以极简单和为人们十分容易理解的方式进行的。”,猜想与假设,速度与位移成正比,假设一,假设二,速度与时间成正比,若速度与位移成正比,速度-距离图象的斜率有何意义？,实验验证,则可以作出如下图象,数学推理,时间,速度,逻辑推论,若速度与时间成正比,速度测量转化为距离测量,困难1：速度无法测量,困难2：下落时间无法准确测量,铜壶漏滴,伽利略的巧妙设计 “冲淡”重力的斜面实验,利用自己的脉搏测量时间,实验检验,用不同质量的小球，从不同高度开始滚动只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的,小球的加
22、速度随斜面倾角的增大而增大,伽利略用铜球从斜槽中的不同位置由静止下落，伽利略的手稿中记录的一组实验数据,等末速度法：物体从相同的位置经不同的路途 落于同一高度，终了速度大小相等 。,h,l,A1,B1,A2,B2,结论外推,结论外推,后人用伽利略的器材重复他的实验时发现：铜球沿斜面滚下，如果斜面倾角超过5度就很难准确计时了。伽利略把他的结论外推至90度是需要很大勇气的，后来他的外推被证实了！,修正推广,如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都将一样快。,在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。 -伽利略,阿波罗登月,重的物体下落得比轻的物体快?,v t,x t2,小球在斜面上
23、运动实验,外推至落体运动,对现象的一般观察,提出假设,逻辑(数学)得出推论,对推论进行检验,对假说修正和推广,伽利略的科学方法, W.C 丹皮尔（英国）,伽利略运用最大胆的思辨弥补了经验材料之间的空隙，伽利略的方法是理论和实验相结合的方法。伽利略当之无愧的成为近代物理之父,爱因斯坦,伽利略对落体运动的探究过程,1为什么要介绍伽利略对落体运动的探究过程？,伽利略在对落体运动的探究过程中，从物理学家的角度来思考方法论问题，创立了科学方法：对现象的一般观察提出问题猜想与假设逻辑推理实验验证修正与合理外推得出结论,“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。”,思考,2科学史在探究教学中的作用,完善对科学的认识；,科学不是概念和规律的堆砌，其动态的特征是不断探究的过程；科学理论的真理性是相对的，它是可变的、进化的，进化的过程就是一个不断探究的过程；科学是一个不断证伪的过程（否定旧的假说建立新的假说的过程）。,完善对科学的认识；为设计学生的探究提供摹本；,学习科学家的智慧和精神。,为学生的再探究提供材料；,科学探究的方式是多种多样的,探究没有僵化的规程，过程要素贯穿于始终：问题；猜想与假设；事实证据；解释；交流。以问题情境为动力；以科学方法为工具；以探究思维为灵魂；以发展科学素养为目标。,
