科学探究与教学方式的变革课件.ppt
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- 科学 探究 教学 方式 变革 课件
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1、科学探究与教学方式的变革科学探究与教学方式的变革兼论科学探究与接受学习的关系兼论科学探究与接受学习的关系问题的提出问题的提出n在中学物理课程标准中,科学探究作为课程理在中学物理课程标准中,科学探究作为课程理念、课程目标、内容标准、实施建议的重要部念、课程目标、内容标准、实施建议的重要部分,体现了科学探究在新课程中的重要地位。分,体现了科学探究在新课程中的重要地位。n从初中到高中,物理学习要求变化,理论的系从初中到高中,物理学习要求变化,理论的系统与深度、思维的要求都提高了,是否应当弱统与深度、思维的要求都提高了,是否应当弱化科学探究的要求?化科学探究的要求?n探究学习要花较多时间、较多金钱、较
2、大精力,探究学习要花较多时间、较多金钱、较大精力,考试效果未必很好,是否值得重视探究学习?考试效果未必很好,是否值得重视探究学习?核心问题核心问题n怎样理解新课程中科学探究的意义?怎样理解新课程中科学探究的意义?n科学探究与接受学习是什么样的关系?科学探究与接受学习是什么样的关系?n科学探究与物理实验是什么关系?科学探究与物理实验是什么关系?n对高中探究式学习的要求和如何设计探对高中探究式学习的要求和如何设计探究式教学活动?究式教学活动?从三个层面来理解科学探究从三个层面来理解科学探究n观念层面:科学探究体现现代科学观。观念层面:科学探究体现现代科学观。n科学不是完成和固化了的知识体系,而科学
3、不是完成和固化了的知识体系,而是人类对自然界的永无止境的探究过程;是人类对自然界的永无止境的探究过程;n科学的知识体系在探究过程中不断发展科学的知识体系在探究过程中不断发展和变化,许多结论有待证伪或修正;和变化,许多结论有待证伪或修正;n学习物理的过程是一个不断转变对自然学习物理的过程是一个不断转变对自然界的原有认识和观念的过程。界的原有认识和观念的过程。n物理概念是人类心智的自由创造,而不物理概念是人类心智的自由创造,而不是由外部世界惟一决定的,不管它看起是由外部世界惟一决定的,不管它看起来多么像是那样的。来多么像是那样的。n 爱因斯坦爱因斯坦n今天我们必须根据我们今天能认识的真今天我们必须
4、根据我们今天能认识的真理来生活,还得准备好在明天称它为谬理来生活,还得准备好在明天称它为谬误。误。n 詹姆斯,哲学家詹姆斯,哲学家n我们正在试图尽可能地证明自己错了,我们正在试图尽可能地证明自己错了,因为只有这样我们才能进步。因为只有这样我们才能进步。n 费恩曼费恩曼n我活了这么久才领悟一件事:我们的整我活了这么久才领悟一件事:我们的整个科学和宇宙真相比起来,可以说是既个科学和宇宙真相比起来,可以说是既原始又幼稚,然而它却是我们所拥有的原始又幼稚,然而它却是我们所拥有的最珍贵的东西。最珍贵的东西。n n 爱因斯坦爱因斯坦第二层面:思想与方法第二层面:思想与方法n科学探究是科学家群体在长期探索自
5、然科学探究是科学家群体在长期探索自然规律的过程中形成的有效的认识和实践规律的过程中形成的有效的认识和实践方式,其中最重要的是科学思维方式。方式,其中最重要的是科学思维方式。n虽然科学探究没有固定的模式,但有一虽然科学探究没有固定的模式,但有一些可辨别的要素,如提出问题、建立假些可辨别的要素,如提出问题、建立假设、搜集证据、提出理论与模型、评价设、搜集证据、提出理论与模型、评价与交流等。与交流等。n这些对学生的发展有长远的意义。这些对学生的发展有长远的意义。n科学方法,尽心竭力,没有清规戒律。科学方法,尽心竭力,没有清规戒律。n 布里奇曼布里奇曼n没有实验的物理理论是空洞的,没有理没有实验的物理
6、理论是空洞的,没有理论的实验是盲目的。正是实验家使理论论的实验是盲目的。正是实验家使理论家保持老老实实的态度。家保持老老实实的态度。n 帕格尔斯,物理学家帕格尔斯,物理学家n科学由事实构成,就像一所房子由石头科学由事实构成,就像一所房子由石头建成一样。但是事实的堆积不是科学,建成一样。但是事实的堆积不是科学,正像一堆石头不是房子。正像一堆石头不是房子。n 彭加勒,科学家和数学家彭加勒,科学家和数学家第三个层次:操作技能层面第三个层次:操作技能层面n具体探究过程需要某些思维和操作技能,具体探究过程需要某些思维和操作技能,如观察技能、控制变量、使用仪器、记如观察技能、控制变量、使用仪器、记录和处理
7、数据等。录和处理数据等。n不要把科学探究只看成是一种教学方式,不要把科学探究只看成是一种教学方式,虽然它是一种重要的教学方式。更不应虽然它是一种重要的教学方式。更不应当把科学探究与表面上的活动等同起来。当把科学探究与表面上的活动等同起来。塔库马大桥之难塔库马大桥之难n19401940年美国华盛顿州塔库马大桥年美国华盛顿州塔库马大桥 当 时 的 世 界 第 三 大 桥,可 抗当 时 的 世 界 第 三 大 桥,可 抗60m/s 60m/s 大风大风n建成个月后在建成个月后在19m/s19m/s的小风吹拂的小风吹拂下倒塌下倒塌n大桥倒塌的罪魁:旋涡与共振大桥倒塌的罪魁:旋涡与共振卡门涡街卡门涡街n
8、在一定条件下的定常气流或液流绕过某些物体时,物在一定条件下的定常气流或液流绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡。规则的双列线涡。n开始时,这两列线涡分别保持自身的运动前进开始时,这两列线涡分别保持自身的运动前进,n接着它们互相干扰接着它们互相干扰,互相吸引互相吸引,n而且干扰越来越大而且干扰越来越大,形成非线性的所谓涡街形成非线性的所谓涡街。卡门涡街卡门涡街n在自然界中常常可以看到卡门涡街现象。在自然界中常常可以看到卡门涡街现象。n例如水流过桥墩,定常风吹过烟囱、电线等都例如水流过桥墩,定常风吹过烟囱、电线
9、等都会形成卡门涡街。会形成卡门涡街。n由于在物体两侧不断产生新的涡旋,必然耗损由于在物体两侧不断产生新的涡旋,必然耗损流动的机械能,从而使物体遭受阻力。流动的机械能,从而使物体遭受阻力。n当涡旋脱落频率接近于物体固有频率时,共振当涡旋脱落频率接近于物体固有频率时,共振响应可能会引起结构物的破环。响应可能会引起结构物的破环。n风吹过电线时发出的嗡鸣声就是由于电线受涡风吹过电线时发出的嗡鸣声就是由于电线受涡街作用而产生的受迫振动引起的。街作用而产生的受迫振动引起的。学生学习方式的几个维度学生学习方式的几个维度n教师与学生:学生自主教师与学生:学生自主 教师指导教师指导n学生与学生:合作学习学生与学
10、生:合作学习 独立学习独立学习n探究与接受:探究学习探究与接受:探究学习 接受学习接受学习n任何学习方式都包含上述维度,只不过偏向于任何学习方式都包含上述维度,只不过偏向于两极的程度不同而已。两极的程度不同而已。n就宏观而言,应当选择三维空间中合适的平衡就宏观而言,应当选择三维空间中合适的平衡点;点;n就微观而言,应当综合考虑影响学习方式的多就微观而言,应当综合考虑影响学习方式的多种因素,选择不同的学习方式,以达到优化组种因素,选择不同的学习方式,以达到优化组合的效果。合的效果。学习方式的转变学习方式的转变n陈旧的学习方式忽视人的主动性、能动陈旧的学习方式忽视人的主动性、能动性和独立性,;忽视
11、了应当体现科学过性和独立性,;忽视了应当体现科学过程的本质特征;忽视了学习作为一种特程的本质特征;忽视了学习作为一种特定社会活动的基本特征:人的相互作用。定社会活动的基本特征:人的相互作用。n转变学习方式是指导转变单一的、他主转变学习方式是指导转变单一的、他主的、被动的学习方式。的、被动的学习方式。科学探究需要接受知识科学探究需要接受知识科学探究需要接受知识科学探究需要接受知识n提出问题时,评价问题的价值和可探究性需要提出问题时,评价问题的价值和可探究性需要一定的知识;一定的知识;n提出猜想、假设时,需要根据已有的知识和经提出猜想、假设时,需要根据已有的知识和经验;验;n设计实验时,需要掌握相
12、关的原理和方法;设计实验时,需要掌握相关的原理和方法;n只有将证据与科学知识建立联系才能得出合理只有将证据与科学知识建立联系才能得出合理的解释;的解释;n检验和评价探究的结果需要原理、模型和理论。检验和评价探究的结果需要原理、模型和理论。n而这些知识和技能不可能都由直接探究获得。而这些知识和技能不可能都由直接探究获得。科学探究需要接受学习科学探究需要接受学习n作为探究学习的特点,知识不是以定型的形式作为探究学习的特点,知识不是以定型的形式呈现给学生的,而是需要学生自己在解决问题呈现给学生的,而是需要学生自己在解决问题中去有所中去有所“发现发现”,n但是,这种短时间内的但是,这种短时间内的“发现
13、发现”常常带有很大常常带有很大的局限性,或者是定性的,或者是半定量的,的局限性,或者是定性的,或者是半定量的,即使是定量的,也只是在极有限的特殊条件下即使是定量的,也只是在极有限的特殊条件下获得的,获得的,n要形成对知识的理解,要认识探究所得知识与要形成对知识的理解,要认识探究所得知识与其他相关知识的内在联系,形成一定的知识结其他相关知识的内在联系,形成一定的知识结构,必须有内化的过程,这种内化的过程,主构,必须有内化的过程,这种内化的过程,主要是接受学习的意义建构过程。要是接受学习的意义建构过程。科学探究需要接受学习科学探究需要接受学习n就某种意义而言,学生的科学认知结构就某种意义而言,学生
14、的科学认知结构不可能由不可能由“纯粹纯粹”的探究活动形成,需的探究活动形成,需要与接受学习结合。要与接受学习结合。n如果勉强地完全由探究活动得出结论,如果勉强地完全由探究活动得出结论,将使学生产生对科学探究的曲解,它的将使学生产生对科学探究的曲解,它的危害不只是对知识的片面理解,更重要危害不只是对知识的片面理解,更重要的是不利于科学思想和态度的形成。的是不利于科学思想和态度的形成。案例案例单摆规律的探究单摆规律的探究一种方法一种方法n猜测单摆周期和哪些因素有关猜测单摆周期和哪些因素有关?n学生:摆球质量,摆角,摆长,摆球的学生:摆球质量,摆角,摆长,摆球的大小,摆动时摆球的起始高度等。大小,摆
15、动时摆球的起始高度等。n讨论:确定变量:质量,摆角,摆长,讨论:确定变量:质量,摆角,摆长,重力加速度。重力加速度。n实验:控制变量,测量数据。实验:控制变量,测量数据。n分析数据,得出结论:周期公式。分析数据,得出结论:周期公式。问题问题n依靠什么来做出猜测?依靠什么来做出猜测?n想不到的因素怎么办?想不到的因素怎么办?n对无法进行实验的因素怎么办?对无法进行实验的因素怎么办?n实验误差太大怎么办?实验误差太大怎么办?n没有能力进行数据拟合怎么办?没有能力进行数据拟合怎么办?n“纯粹纯粹”的探究是行不通的。的探究是行不通的。一种探究与接受学习结合的方案一种探究与接受学习结合的方案n自然和生活
16、中的摆动现象(包括伽利略自然和生活中的摆动现象(包括伽利略教堂观察的传说)教堂观察的传说)n研究一种最简单的情况,提出一种理想研究一种最简单的情况,提出一种理想化的模型化的模型单摆。单摆。n界定几个单摆的术语:周期,摆角,振界定几个单摆的术语:周期,摆角,振幅,摆长。幅,摆长。n创设激励探究的情景:自装一个单摆,创设激励探究的情景:自装一个单摆,测量测量15秒的振动次数。秒的振动次数。一种探究与接受学习结合的方案一种探究与接受学习结合的方案n猜想:单摆振动的周期可能和哪些因素猜想:单摆振动的周期可能和哪些因素有关?讨论:如何判断是否有关?有关?讨论:如何判断是否有关?n实验:和振幅有关吗?和摆
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