基于思维视角的高中物理有效教学-案例分析课件.pptx

1、l影响影响学习的最学习的最重要因素重要因素是学生已经是学生已经知道了知道了什么，要什么，要根据学生的原有知根据学生的原有知识状况进行识状况进行教学。教学。经验、知识、思维等经验、知识、思维等物理物理观念观念科学科学思维思维科学科学探究探究科学态度科学态度与责任与责任核心核心 素养素养 高中物理高中物理课程标准课程标准u 什么什么是是物理？物理？透过现象透过现象看本质看本质知识或知识或本质本质l物理指物理指事物事物的道理。事物指身边的的道理。事物指身边的一些自然现象，道理指这些一些自然现象，道理指这些自然现自然现象象的的特点特点、规律规律或原因或原因。思维思维l现象直观现象直观形象，形象，思维投

2、入少，相对轻松思维投入少，相对轻松l从现象抽出知识从现象抽出知识，知识的记忆、理解和应用知识的记忆、理解和应用抽象复杂，思维投入大，费劲吃力抽象复杂，思维投入大，费劲吃力如何顺应、培养思维是教学重点之一。如何顺应、培养思维是教学重点之一。思维思维本质或知识本质或知识现象现象u课课标标要求：要求：l2003版：版：会用磁感线、磁感应强度描述会用磁感线、磁感应强度描述磁场磁场。l2017版：了解磁感应强度，会用版：了解磁感应强度，会用磁感线描述磁场磁感线描述磁场。u重点之一：引出磁感应强度。重点之一：引出磁感应强度。u难点或疑点：难点或疑点：l为什么为什么不用小磁针探测磁场不用小磁针探测磁场强弱强

3、弱？l用用什么方法得出磁感应强度概念什么方法得出磁感应强度概念？思维或认知困难思维或认知困难知识和技能、物理观念知识和技能、物理观念过程和方法、科学思维过程和方法、科学思维下要保底，下要保底，上不封顶上不封顶人教版教材：人教版教材：？l教师：教师：能否用小能否用小磁针磁针试探试探磁场磁场强弱强弱？l学生学生1：应该不可以，受地磁场干扰：应该不可以，受地磁场干扰l教师：我们对地磁场没有什么概念教师：我们对地磁场没有什么概念是强还是是强还是弱？弱？（不知道）（不知道）有道理有道理。u有道理，考虑全面。但是，如果地磁场比研究的磁场有道理，考虑全面。但是，如果地磁场比研究的磁场弱，是否可以忽略？弱，是

4、否可以忽略？l学生学生2：小磁针放在磁场强的地方，就会转得更快小磁针放在磁场强的地方，就会转得更快，应应该该可以可以大概表示磁场强弱大概表示磁场强弱。l教师：教师：只是大概，只是大概，很难很难求出它的力求出它的力大小大小。l教师教师：小小磁针两极同时磁针两极同时存在存在不能砍掉一个极不能砍掉一个极不不合适合适。换换谁呢谁呢？l学生：学生：通电导线通电导线类似：没有磁单极，两个极同时类似：没有磁单极，两个极同时存在，受两个力，合力为零存在，受两个力，合力为零刚才实验刚才实验可定性，难定量可定性，难定量u问题：两极受两个力，或合力问题：两极受两个力，或合力为为零，就不能测或算一零，就不能测或算一个

5、力？个力？留点弹性余地，鼓励并激发创新：老师暂时还找不到留点弹性余地，鼓励并激发创新：老师暂时还找不到办法，但相信办法，但相信“长江后浪推前浪长江后浪推前浪”，这个难题就交给，这个难题就交给大家课后思考了大家课后思考了过去过去我们经常用到转换法，把难以观测的现象转换成我们经常用到转换法，把难以观测的现象转换成容易观测的现象容易观测的现象，能能否试试否试试，看谁能找到解决办法，看谁能找到解决办法？u即使即使学生想不出，但为学生开一扇门窗，留个悬念、学生想不出，但为学生开一扇门窗，留个悬念、念念想想，总总比禁锢思维好，意味着科学永远在比禁锢思维好，意味着科学永远在路上路上以偏概全，以偏概全，禁锢思

6、维禁锢思维l演示：演示：在电磁铁一端放一个小磁针，当小磁针指在电磁铁一端放一个小磁针，当小磁针指向稳定后，改变电流，电磁铁的磁性强弱随之改向稳定后，改变电流，电磁铁的磁性强弱随之改变，但小磁针指向不变变，但小磁针指向不变。l教师：教师：说明小磁针不能反映它所受力的变化情况，说明小磁针不能反映它所受力的变化情况，因此不胜任因此不胜任“侦察兵侦察兵”l优点：优点：让学生眼见为实让学生眼见为实，用事实回答，用事实回答问题问题。l问题：小磁针的指向不变，就一定不能问题：小磁针的指向不变，就一定不能反映它受反映它受力力的变化的变化情况情况吗？吗？l只能说明只能说明所处所处位置位置的磁场强弱发生的磁场强弱

7、发生连续变化连续变化时时，小，小磁针磁针的指向不变，不能反映受力的变化情况的指向不变，不能反映受力的变化情况。l可可以以想象，想象，如果如果所处所处的的磁场强弱磁场强弱发生发生间断性间断性变化变化，或小磁针或小磁针放入放入磁场强弱不同的位置，其转动快慢会磁场强弱不同的位置，其转动快慢会不同，就像案例不同，就像案例1 1学生学生的观察结果一样的观察结果一样。这时的这时的转转动快慢动快慢能否大概反映能否大概反映受力的变化受力的变化情况？情况？l实验实验看起来很讨巧，但还不足以说明小磁针不胜任看起来很讨巧，但还不足以说明小磁针不胜任“侦察兵侦察兵”。以偏概全以偏概全l磁极磁极受力不是不能测，而是怎么

8、受力不是不能测，而是怎么测。测。l借鉴借鉴卡卡文迪许实验原理，利用文迪许实验原理，利用转换法转换法。用用一根附一根附有小平面镜的金属丝栓住小磁针的中部，放有小平面镜的金属丝栓住小磁针的中部，放入磁入磁场场中中，磁针，磁针受力受力转动转动带动带动金属丝扭转金属丝扭转。l金属丝金属丝扭转扭转带动带动平面平面镜反射镜反射光光转过转过（或反射光（或反射光斑移动距离斑移动距离S）。）。磁极磁极受受力力 F 或或 S。思维、方法思维、方法l实验实验精度未必高，而且课堂时间受限，并非一精度未必高，而且课堂时间受限，并非一定要做这个实验，但定要做这个实验，但让让一些一些学生学生了解其中的思了解其中的思想方法想

9、方法，是否是否有有助拓展眼界、启迪助拓展眼界、启迪思维思维l设想：在磁场强弱不同设想：在磁场强弱不同的位置的位置，放置小磁针。，放置小磁针。用传感器拉小磁针偏离同一个角度用传感器拉小磁针偏离同一个角度，拉力，拉力F是是否不同？否不同？l小磁针不胜任小磁针不胜任“侦察兵侦察兵”，并非其受力不能测，并非其受力不能测，而是其自身磁性特征的量化问题而是其自身磁性特征的量化问题。l电场电场强弱用比值强弱用比值F/q来来表示表示 磁场强弱用磁场强弱用比值比值F/x来来表示表示l q为反映试探电荷自身电性特征的物理量为反映试探电荷自身电性特征的物理量 x应应为为反映小磁针自身磁性特征的反映小磁针自身磁性特征

10、的物理量物理量类比方法类比方法l问题：问题：小小磁针的哪个物理量可以反映其磁性特磁针的哪个物理量可以反映其磁性特征呢征呢？l质量质量、密度密度？l小小磁针磁针自身磁性强弱自身磁性强弱（磁场强弱）（磁场强弱）？l思路：思路：求求磁铁磁铁的的磁场磁场强弱强弱 求磁针求磁针的磁场的磁场强弱强弱。l既然既然暂时找不到出路，那就另寻他法暂时找不到出路，那就另寻他法吧吧循环循环更符合更符合认知认知逻辑逻辑，更更具思维具思维训练价训练价值值为了弄清研究对象为了弄清研究对象与与多个多个变量的关系，变量的关系，逐个研究单个变量对逐个研究单个变量对研究对象研究对象的影响，同时控制其的影响，同时控制其他变量不变；最

11、后把单变量结论综合起来，得出总他变量不变；最后把单变量结论综合起来，得出总结论。结论。为了定量描述事物的某种属性，如果为了定量描述事物的某种属性，如果涉及的两个（或多个）变量在一定条件下的比值不涉及的两个（或多个）变量在一定条件下的比值不变，这个比值便反映了事物的某种属性，可以用来变，这个比值便反映了事物的某种属性，可以用来定义描述这种属性的概念。定义描述这种属性的概念。1.控制变量法：控制变量法：2.比值定义比值定义法法：l两者都是两者都是比较比较。l控制变量法是控制变量法是纵向纵向比较比较，比较因变量比较因变量在在不同时间不同时间里随着自变量的变化趋势。里随着自变量的变化趋势。p例如，平行

12、板电容器的电容跟什么因素有关？例如，平行板电容器的电容跟什么因素有关？l比值定义法是比值定义法是横向比较横向比较，在，在相同标准相同标准下下，比较同，比较同类别的不同对象在某一方面类别的不同对象在某一方面的能力的能力强弱或变化快强弱或变化快慢慢等。等。p例如，比较例如，比较两个电容器容纳电荷能力的两个电容器容纳电荷能力的强弱。强弱。l控制变量控制变量法：法：利用已有知识利用已有知识和经验，猜想和经验，猜想影响影响因因变量的变量的因素，然后进行实验、分析因素，然后进行实验、分析数据数据，得到，得到因因变量与自变量变量与自变量的关系。的关系。l比值比值定义定义法：法：利用已有知识和经验，提出利用已

13、有知识和经验，提出一种一种粗粗略描述略描述物理概念的物理概念的假设，然后通过实验假设，然后通过实验验证验证假设，假设，在在否定先前假设的基础上找到不足并修改否定先前假设的基础上找到不足并修改假设，假设，最终最终得出要定义的得出要定义的物理量。物理量。方法：在方法：在相同相同时间时间内内，比较比较路程路程。甲甲 乙乙 s t s t 500m 100s 600m 150s 5m 1s 4m 1s 5m/s 4m/s l如果如果甲乙两人甲乙两人时间和路程都不同，时间和路程都不同，甲甲500m，100s；乙乙600m，150s。怎样知道怎样知道谁快？谁快？用用除法除法进行处理进行处理，以以比值比值形

14、式比较形式比较4元元 1袋袋4元元/袋袋l问题：问题：x 与与 a、b的关系？的关系？l做法：研究做法：研究 x 与与 a 时，改变时，改变 a，同时保持，同时保持 b 不变。不变。b 不变，不变，a 变，变，x 也变也变 b 不变，不变，a 变，变，x 不变不变u问题：能否得出结论：问题：能否得出结论：x 与与 b 无关？无关？x 与与 a 有关有关x 与与 a 无无关关不能不能l 结果结果l 结论结论l演示演示1：物体逐渐浸入，浮力变化。：物体逐渐浸入，浮力变化。l教师：浮力变了，物体密度没有变。教师：浮力变了，物体密度没有变。说明浮力与物体密度有关系吗？说明浮力与物体密度有关系吗？l学生

15、声音稀疏、迟疑：没有学生声音稀疏、迟疑：没有l演示演示2、3：物体重力、体积没有变：物体重力、体积没有变u实验能实验能说明浮力与物体密度、重力、体积无关吗说明浮力与物体密度、重力、体积无关吗？u如果无关如果无关，可否可否类推得出类推得出浮力与液体密度无关浮力与液体密度无关？不肯定、不情愿不肯定、不情愿l利用测力计、水和盐水，测算出同一铁块浸没利用测力计、水和盐水，测算出同一铁块浸没在水和盐水中，受到的浮力不相等。一学生据在水和盐水中，受到的浮力不相等。一学生据此分析得出：因为铁块的重力大小不变，而铁此分析得出：因为铁块的重力大小不变，而铁块所受的浮力不等，所以铁块受到的浮力大小块所受的浮力不等

16、，所以铁块受到的浮力大小与铁块的重力无关。这个与铁块的重力无关。这个分析分析是否正确？以此是否正确？以此类推，还可以得出什么结论？类推，还可以得出什么结论？u一道中考题一道中考题浮力与浸入体积无关浮力与浸入体积无关得到得到:V V物物不变，不变，F F水水_。l生生：自由下落：自由下落时时30，慢慢滑落，慢慢滑落时时10，结论是，结论是快速的快速的电动势电动势大大。l师师：相同，时间短，相同，时间短，E就就大大。l第二次第二次对比对比实验实验：磁铁：磁铁B比比A强强，从，从同一高度自由释放。同一高度自由释放。l生生：B插入时插入时26，A插入时插入时10，结论是强结论是强磁铁的磁铁的电动势大。

17、电动势大。l师：时间相同师：时间相同，大，大，E就就大大。l师师：磁铁插入线圈，通过：磁铁插入线圈，通过G表偏转反映电动势大小。表偏转反映电动势大小。l第一次第一次对比对比实验实验：相同，时间不同相同，时间不同。用用相同磁铁，从同一高度插入线圈的同一位置，相同磁铁，从同一高度插入线圈的同一位置，磁通量磁通量变化量就相同。第一次自由释放，第二次变化量就相同。第一次自由释放，第二次慢慢插入慢慢插入，速度大，时间就短。速度大，时间就短。说明说明E与与无直接联系。无直接联系。说明说明E与时间与时间无无直接直接联系联系。l第一次：第一次：相同，时间短，相同，时间短，E就就大大。E与与时间有关时间有关 E

18、与与无关无关l第二次第二次：时间相同时间相同，大，大，E就就大大。E与与有关有关 E与与时间无关时间无关人教版人教版FILFma还有其他方法？还有其他方法？惯例，类比惯例，类比F=KmaF=EqlB的意义是什么？的意义是什么？在磁场强弱相同的位置，在磁场强弱相同的位置，F不变不变B不变不变；在在磁场强的位置磁场强的位置，F大大 B大大；在在磁场弱的位置磁场弱的位置，F小小 B小小。说明说明B与与磁场强弱有关。磁场强弱有关。生硬生硬E是比例系数，与是比例系数，与q无关无关为什么不是为什么不是FILB？磁场强弱还未量化，磁场强弱还未量化，无法得出精确的无法得出精确的FB提前交代，提前交代，有猜测性

19、有猜测性控制变量法控制变量法有实验根据，有实验根据，更合理些更合理些教科版教科版归纳推理归纳推理比值定义法比值定义法以已知推测未知以已知推测未知比值定义法比值定义法磁场强弱相同，磁场强弱相同，比值相同。比值相同。磁场强，比值大。磁场强，比值大。磁场磁场弱，比值小。弱，比值小。与力无关与力无关归纳归纳l师：师：上上节课学到节课学到，FI、FL。接下来研究接下来研究 F是不是跟是不是跟IL乘积成正比关系？如果正比，比例系数乘积成正比关系？如果正比，比例系数K能不能反映磁能不能反映磁场的某些特性？场的某些特性？l师师：L1不变，改变不变，改变I，看，看F怎样变怎样变？l生生：正比例：正比例直线，可能

20、直线，可能正比正比。有试探性有试探性l师：改变师：改变L2,还是还是一条直线，一条直线，说明说明FIL。l师：师：引入引入一个比例系数一个比例系数K，得，得F=KIL，再变形得，再变形得K=F/IL。l师：师：比例系数比例系数K能不能能不能反映反映磁场磁场的某些特性呢的某些特性呢？谨慎谨慎l师：师：比例系数比例系数K能不能能不能反映反映磁场磁场的某些特性呢的某些特性呢？l师启发：师启发：F除以除以IL，可以得到单位，可以得到单位长度、单位长度、单位电流的电流的导线所导线所受的作用力受的作用力。如果作用力越大，说明什么？。如果作用力越大，说明什么？l沉默沉默l师再启发：如果师再启发：如果单位长度

21、、单位电流的单位长度、单位电流的导线放入另外导线放入另外一个磁场中，所一个磁场中，所受的受的作用力比较小。两个相比较，说作用力比较小。两个相比较，说明什么？明什么？l生：说明相同的导线在不同的磁场中受力不同生：说明相同的导线在不同的磁场中受力不同l师：什么造成的？师：什么造成的？l生：磁场强度生：磁场强度现象的另一种表述现象的另一种表述透过现象看本质，需要递进设问引导透过现象看本质，需要递进设问引导宽泛，不聚焦宽泛，不聚焦l师：师：是不是是不是K值跟磁场强弱值跟磁场强弱有关？接下来改变磁场有关？接下来改变磁场强弱强弱l师：师：蓝蓝线表示增加线表示增加磁体，蓝磁体，蓝线的线的K值比红线的大，值比

22、红线的大，看来看来K值确实能反映磁场值确实能反映磁场强弱强弱所以所以把把K值定义为值定义为磁感应强度。磁感应强度。磁场强弱相同，磁场强弱相同，比值相同。比值相同。磁场强，比值大。磁场强，比值大。磁场磁场弱，比值小。弱，比值小。比值定义法比值定义法比值定义法比值定义法控制变量法控制变量法l师：师：如何如何定量描述磁场强弱定量描述磁场强弱？l师：师：由由F=BIL，得到得到B=F/IL，与，与E=F/q形式形式相同相同，B能否定量描述磁场强弱呢？能否定量描述磁场强弱呢？l师：师：如果如果B是我们需要的物理量，它就与是我们需要的物理量，它就与I、L无关；无关；在不同位置在不同位置B一般不同一般不同。

23、l生：控制变量法。生：控制变量法。l师：师：具体操作呢具体操作呢？借鉴借鉴电场电场比值定义法比值定义法。如何如何探究探究B与与I、L无关呢？无关呢？类比方法类比方法不提不提F，为何？，为何？u按照类比方法，研究电场强弱用比值定义法，研究磁按照类比方法，研究电场强弱用比值定义法，研究磁场强弱也应用比值定义法。场强弱也应用比值定义法。u按照按照比值定义比值定义法法。对于。对于E=F/q，已知，已知E与与F、q无关无关。那么，对于那么，对于B=F/IL，理应研究理应研究B与与F、I、L是否无关是否无关？u按照按照控制变量法，既然从控制变量法，既然从B=F/IL出发探究出发探究B，也理应，也理应研究研

24、究B与与F、I、L是否无关是否无关？u困难：如果困难：如果研究研究B与与F、I、L的关系，的关系，无法无法完全完全控制控制变量变量。u办法：办法：把把F剪掉，问题就剪裁成了剪掉，问题就剪裁成了B与与I、L是否无关是否无关？错误套用错误套用方法方法，按按需剪裁变量和需剪裁变量和问题问题比值定义法无需控制变量比值定义法无需控制变量如改变如改变L时时，无法都控制无法都控制F、I。l师：具体操作呢？师：具体操作呢？l生：生：先控制先控制F、I不变不变l师反问：力师反问：力的大小的大小？l生生马上改口马上改口：不，电流不，电流大小。大小。l师师满意了，接着问：满意了，接着问：改变改变？l生生：改变：改变

25、L（控制控制I），测出测出F；然后控制；然后控制L，改，改变变I，测出，测出Fl师补充：师补充：计算计算B的数值，进行比较。的数值，进行比较。l师表师表扬：这个方案很扬：这个方案很合理合理领会、顺应教师意图领会、顺应教师意图还没领会教师意图，还是还没领会教师意图，还是想着自己的想着自己的B与与F、I、L，而不是教师的而不是教师的B与与I、L否定式反问否定式反问这是比值定义法？这是比值定义法？还是控制变量法？还是控制变量法？控制控制I，改变，改变L控制变量法控制变量法比值定义法比值定义法l师师分析分析：由于存在误差，可以认为三次：由于存在误差，可以认为三次B相等，相等，可见在同一位置处可见在同一

26、位置处B不随不随L的变化而的变化而变化变化。控制控制L，改变，改变Il师师分析：在分析：在同一位置处同一位置处B不随不随I的变化而的变化而变化变化。l师师分析：分析：在在不同不同位置位置处处，B一般一般不同不同。l师师总结：用总结：用B定量地描述磁场强弱定量地描述磁场强弱，称为称为磁感应磁感应强度强度比值定义法比值定义法比值定义法比值定义法控制变量法控制变量法u改进：改进：既然以既然以E=F/q为类比对象，为类比对象，研究研究B的方法的方法就就应是比值定义法，而不是控制变量法应是比值定义法，而不是控制变量法。提出提出问题：能否借助通电导线的受力问题：能否借助通电导线的受力大小来大小来描述描述磁

27、场强弱磁场强弱？引发引发认知冲突认知冲突：先：先在强磁场中放入一较长但电流在强磁场中放入一较长但电流较弱的直导线，受力较弱的直导线，受力F1；再再在在弱磁场中放入一较弱磁场中放入一较短但电流较强的直导线，受力短但电流较强的直导线，受力F2。与与预期预期不同不同，产生认知冲突产生认知冲突结果结果F1 F2。新问题：新问题：用用什么方法比较电场强弱什么方法比较电场强弱？新思路：新思路：比值定义比值定义法法：F/q，在，在相同标准下比较受相同标准下比较受力大小力大小。l为了为了描述磁场强弱描述磁场强弱，也也在在相同标准下比较通电直相同标准下比较通电直导线受力导线受力。实验实验：多次变式实验。相同点，磁场强弱相同，多次变式实验。相同点，磁场强弱相同，比值相同；不同点，比值相同；不同点，磁场强磁场强，比值大，比值大 结论：结论：说明说明比值比值F/IL能描述磁场强弱能描述磁场强弱类比类比法法F除以除以电流元电流元IL，得到比值，得到比值F/IL。