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摘 要:基于原始问题的《超重与失重》的课堂设计与评价,让学生参与问题的提出、现象观察、科学实验、深入探究、探索,从而编成“习题”的全过程,让他们体验“习题”的来龙去脉;再经过习题解答、检验与评价、实践应用等,从实践中来,到实践中去,这样有助于学生构建完整性和融通性的知识结构,培养敏锐的洞察力和灵活的思维力。
关键词:原始问题;课堂设计;创造教育
原始问题是指对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的现象的描述。在对原始问题进行抽象、设置条件等加工而形成习题。传统的教学都只在已形成的习题的基础上进行演算、推导而得出结论,并关注答案的对与错;而原始问题更需要的是对结论的检验与评价。在爱因斯坦看来,科学思维的开始和终结都是超逻辑(直觉)思维,只有中间过程是逻辑思维。“纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识;一切关于实在的知识,都是从经验开始又终结于经验 [1 ] 。”由于习题教学的“掐头去尾烧中段”恰恰缺少了问题的始末两个环节,致使很多学生只知道根据已知条件去解题,遇到实际问题则常常束手无策。课堂教学中像这类原始问题的提出之“头”与对问题解决的检验与评价之“尾”的缺失,正是当前教育的主要缺陷。本文以《超重与失重》为例就基于原始问题的课堂设计与评价进行初步的探索。
1 原始问题的提出之“头”—— “习题”的编成
1.1 复习,问题的提出
将重物挂在弹簧秤下面,弹簧秤的示数等于重物的重力吗?引导学生进行以下实验:弹簧秤与重物①静止时;②在竖直方向、水平方向或斜向上(斜向下)方向匀速运动时;③向上加速运动;④向下减速运动。对照:测量时物体必须保持静止,这样物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力 [2 ]。在①、②情况下视重(弹簧秤的示数F ′)等于重力G,而③、④情况受力分析如图1所示,由于有竖直向上的加速度a,F-G=ma,F ′= F,视重F ′大于重力G ,这是超重现象,实验过程中提醒学生观察对应的现象,排除实验中伴随的其他现象的干扰,如运动之后弹簧和重物组成系统的震荡干扰。
评议:通过对重力测量的复习,巩固物体的平衡、力与加速度、力的相互作用等规律,并巧妙地引出超重现象。
1.2 现象观察
讨论上节课布置的课后作业:同学带体重计在电梯里体验超重与失重现象的现象记录和体会。然后,引导学生现场实验:甲站在体重计上,乙通过摄像头现场直播体重计的示数让同学们观察;①甲静止时体重计的示数;②甲突然下蹲时、甲突然起立时,体重计的示数是怎样变化?
通过观察发现视重(体重计的示数)时而等于重力、时而大于重力、时而小于重力。为了尽量减少观察时各种干扰因素的影响,我们应用便于正面观察且熟悉的台秤去测量运行中“老老实实”的重物来进行进一步的实验观测,如图2所示。
评议:结合同学的实践,探索科学研究中的去伪存真的过程。
1.3 科学实验
播放在电梯中用台秤测量重物质量的视频. 将观察到的现象用示意图画在黑板上,如图3所示。
总结超重现象和失重现象
①物理学中把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象称为超重现象。产生超重现象的原因是存在竖直向上的加速度。
②物理学中把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象称为失重现象。产生失重现象的原因是存在竖直向下的加速度。
一点说明:超重还是失重由a方向决定,与v方向无关。
评议:由表象到原因,训练用示意图对实验现象的记录与梳理。
1.4 深入探究
利用牛顿定律分析产生超重现象和失重现象的原因,如图4所示。
一点说明:产生超重现象和失重现象本质上是物体对支持物的压力大小变化,而物体的重力始终没有变化。
引导学生记录测量信息:(1)物体质量为m=0.54kg;(2)电梯从地面一楼启动过程中视重为m1=0.63kg;(3)电梯匀速运动过程中视重为m2=0.54kg;(4)电梯接近六楼制动动过程中视重为m3=0.45kg,根据测量信息分别计算三个过程的加速度,并要求同学如图4所示画出受力分析图。
物体向下的加速度等于重力加速度(a=g)时,将会发生什么现象?如果一个物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)为零,称为完全失重。
评议:从定性观察上升到量化分析,训练科学实验数据的记录与处理。
1.5 继续探索
引导学生用速度图像直观描述电梯的运行过程,如图5所示。
大家想想看:从电梯上升视频中提取信息,能解决有关电梯运动的什么问题?
从同学提出的五花八门的问题中挑选一个:估测大楼每层的平均高度(层高)。要解决这个问题还需要测量哪些物理量?学生讨论汇集意见:可以利用视频读出ta、tb、tc、td时刻值并求出电梯运动的时间:启动时间为t1=2s;匀速运动时间为t2=7s;制动时间为t3=2s。
评议:由表象到原因,从定性观察上升到量化分析拓展,到此,才初步完成一个原始问题的“头”。当学生面临原始问题的“头”时,由于原始问题只暴露了现象的某些特征,学生难以对它作出有效的判断,只能根据现象事实或已知理论,运用猜测、不连续、不完整和非逻辑的方法对其形成适应性、启发性的领悟,这是认识原始问题的关键一步。由此,才能形成新的观念,进行数量分析、建立方程求解,这一关键的步骤很少能用逻辑思维来完成,它需要直觉、灵感等创造性思维 [3 ]。
2 习题解答
根据以上信息提炼成一道习题:
从某电梯上升视频中提取以下信息:物体质量为m=0.54kg;电梯从地面一楼启动过程中视重为m1=0.63kg,启动时间为t1=2s;电梯匀速运动过程中视重为m2=0.54kg,历时t2=7s;电梯接近六楼制动过程中视重为m3=0.45kg,制动时间为t3=2s。根据以上信息求电梯上升的总高度及该大楼的层高。
通过列式求解一至六楼上升了30m,平均层高6m。
3 对问题解决的检验与评价之“尾”
同学们一起现场测量教室的高度3.6m,家庭住宅的层高约3m,为什么我们测得的层高会达到6m,让同学们分析原因。我们注意到视频是在观光电梯中拍摄,所观测的大楼处在城市核心区的主街,这类建筑必定是大型的商业或办公建筑,楼层高度通常是6m左右,请同学抽空前去参观一部观光电梯,用电梯测大楼的高度,并用米尺测量层高进行对比分析。
评议:当学生面临原始问题的“尾”时,也需要借助直觉和经验来判断结论的正确性和合理性。当年日本三菱重工的专家们根据中央人民广播电台播出《大庆精神大庆人》的报道,《人民日报》和《人民中国》杂志的相关报道,以及《中国画报》上的一张相关照片,准确分析出大庆油田采油的秘密,并获得巨大商机。从实践中来,到实践中去。让学生不再搞题海战,更重视解题的质量,更重视对习题以及习题有关的问题进行思考。
让学生参与编写“习题”的过程,让他们体验“习题”的来龙去脉,体会解决问题的甘苦,面对实际问题时不再一叶障目,不见泰山,而是能提出更多有价值的问题。这样有助于学生构建完整性和融通性的知识结构,培养敏锐的洞察力和灵活的思维力。在教育生态化的趋势下,我们不能再固守“习题”教学传统而裹足不前,而应当以原始问题破“创造教育”之“题”[3 ]。把现实中的原始问题引入课堂、请进考场才是当下创造教育应当思考的重要议题,对提高学生的创造力更具有实质意义。
参考文献:
[1]爱因斯坦著.许良英,李宝恒,赵中立编译.爱因斯坦文集(第1卷) [M].北京:商务印书馆,1983:541.
[2]中学物理教材编写组.普通高中课程标准实验教科书物理1(必修)[M].济南:山东科学技术出版社,2011:58.
[3]邢红军,张喜荣,胡扬洋.创造教育:文化与传统视域下的反思与对策[J].课程·教材·教法,2014,34 (5):21.
关键词:原始问题;课堂设计;创造教育
原始问题是指对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的现象的描述。在对原始问题进行抽象、设置条件等加工而形成习题。传统的教学都只在已形成的习题的基础上进行演算、推导而得出结论,并关注答案的对与错;而原始问题更需要的是对结论的检验与评价。在爱因斯坦看来,科学思维的开始和终结都是超逻辑(直觉)思维,只有中间过程是逻辑思维。“纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识;一切关于实在的知识,都是从经验开始又终结于经验 [1 ] 。”由于习题教学的“掐头去尾烧中段”恰恰缺少了问题的始末两个环节,致使很多学生只知道根据已知条件去解题,遇到实际问题则常常束手无策。课堂教学中像这类原始问题的提出之“头”与对问题解决的检验与评价之“尾”的缺失,正是当前教育的主要缺陷。本文以《超重与失重》为例就基于原始问题的课堂设计与评价进行初步的探索。
1 原始问题的提出之“头”—— “习题”的编成
1.1 复习,问题的提出
将重物挂在弹簧秤下面,弹簧秤的示数等于重物的重力吗?引导学生进行以下实验:弹簧秤与重物①静止时;②在竖直方向、水平方向或斜向上(斜向下)方向匀速运动时;③向上加速运动;④向下减速运动。对照:测量时物体必须保持静止,这样物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力 [2 ]。在①、②情况下视重(弹簧秤的示数F ′)等于重力G,而③、④情况受力分析如图1所示,由于有竖直向上的加速度a,F-G=ma,F ′= F,视重F ′大于重力G ,这是超重现象,实验过程中提醒学生观察对应的现象,排除实验中伴随的其他现象的干扰,如运动之后弹簧和重物组成系统的震荡干扰。
评议:通过对重力测量的复习,巩固物体的平衡、力与加速度、力的相互作用等规律,并巧妙地引出超重现象。
1.2 现象观察
讨论上节课布置的课后作业:同学带体重计在电梯里体验超重与失重现象的现象记录和体会。然后,引导学生现场实验:甲站在体重计上,乙通过摄像头现场直播体重计的示数让同学们观察;①甲静止时体重计的示数;②甲突然下蹲时、甲突然起立时,体重计的示数是怎样变化?
通过观察发现视重(体重计的示数)时而等于重力、时而大于重力、时而小于重力。为了尽量减少观察时各种干扰因素的影响,我们应用便于正面观察且熟悉的台秤去测量运行中“老老实实”的重物来进行进一步的实验观测,如图2所示。
评议:结合同学的实践,探索科学研究中的去伪存真的过程。
1.3 科学实验
播放在电梯中用台秤测量重物质量的视频. 将观察到的现象用示意图画在黑板上,如图3所示。
总结超重现象和失重现象
①物理学中把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象称为超重现象。产生超重现象的原因是存在竖直向上的加速度。
②物理学中把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象称为失重现象。产生失重现象的原因是存在竖直向下的加速度。
一点说明:超重还是失重由a方向决定,与v方向无关。
评议:由表象到原因,训练用示意图对实验现象的记录与梳理。
1.4 深入探究
利用牛顿定律分析产生超重现象和失重现象的原因,如图4所示。
一点说明:产生超重现象和失重现象本质上是物体对支持物的压力大小变化,而物体的重力始终没有变化。
引导学生记录测量信息:(1)物体质量为m=0.54kg;(2)电梯从地面一楼启动过程中视重为m1=0.63kg;(3)电梯匀速运动过程中视重为m2=0.54kg;(4)电梯接近六楼制动动过程中视重为m3=0.45kg,根据测量信息分别计算三个过程的加速度,并要求同学如图4所示画出受力分析图。
物体向下的加速度等于重力加速度(a=g)时,将会发生什么现象?如果一个物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)为零,称为完全失重。
评议:从定性观察上升到量化分析,训练科学实验数据的记录与处理。
1.5 继续探索
引导学生用速度图像直观描述电梯的运行过程,如图5所示。
大家想想看:从电梯上升视频中提取信息,能解决有关电梯运动的什么问题?
从同学提出的五花八门的问题中挑选一个:估测大楼每层的平均高度(层高)。要解决这个问题还需要测量哪些物理量?学生讨论汇集意见:可以利用视频读出ta、tb、tc、td时刻值并求出电梯运动的时间:启动时间为t1=2s;匀速运动时间为t2=7s;制动时间为t3=2s。
评议:由表象到原因,从定性观察上升到量化分析拓展,到此,才初步完成一个原始问题的“头”。当学生面临原始问题的“头”时,由于原始问题只暴露了现象的某些特征,学生难以对它作出有效的判断,只能根据现象事实或已知理论,运用猜测、不连续、不完整和非逻辑的方法对其形成适应性、启发性的领悟,这是认识原始问题的关键一步。由此,才能形成新的观念,进行数量分析、建立方程求解,这一关键的步骤很少能用逻辑思维来完成,它需要直觉、灵感等创造性思维 [3 ]。
2 习题解答
根据以上信息提炼成一道习题:
从某电梯上升视频中提取以下信息:物体质量为m=0.54kg;电梯从地面一楼启动过程中视重为m1=0.63kg,启动时间为t1=2s;电梯匀速运动过程中视重为m2=0.54kg,历时t2=7s;电梯接近六楼制动过程中视重为m3=0.45kg,制动时间为t3=2s。根据以上信息求电梯上升的总高度及该大楼的层高。
通过列式求解一至六楼上升了30m,平均层高6m。
3 对问题解决的检验与评价之“尾”
同学们一起现场测量教室的高度3.6m,家庭住宅的层高约3m,为什么我们测得的层高会达到6m,让同学们分析原因。我们注意到视频是在观光电梯中拍摄,所观测的大楼处在城市核心区的主街,这类建筑必定是大型的商业或办公建筑,楼层高度通常是6m左右,请同学抽空前去参观一部观光电梯,用电梯测大楼的高度,并用米尺测量层高进行对比分析。
评议:当学生面临原始问题的“尾”时,也需要借助直觉和经验来判断结论的正确性和合理性。当年日本三菱重工的专家们根据中央人民广播电台播出《大庆精神大庆人》的报道,《人民日报》和《人民中国》杂志的相关报道,以及《中国画报》上的一张相关照片,准确分析出大庆油田采油的秘密,并获得巨大商机。从实践中来,到实践中去。让学生不再搞题海战,更重视解题的质量,更重视对习题以及习题有关的问题进行思考。
让学生参与编写“习题”的过程,让他们体验“习题”的来龙去脉,体会解决问题的甘苦,面对实际问题时不再一叶障目,不见泰山,而是能提出更多有价值的问题。这样有助于学生构建完整性和融通性的知识结构,培养敏锐的洞察力和灵活的思维力。在教育生态化的趋势下,我们不能再固守“习题”教学传统而裹足不前,而应当以原始问题破“创造教育”之“题”[3 ]。把现实中的原始问题引入课堂、请进考场才是当下创造教育应当思考的重要议题,对提高学生的创造力更具有实质意义。
参考文献:
[1]爱因斯坦著.许良英,李宝恒,赵中立编译.爱因斯坦文集(第1卷) [M].北京:商务印书馆,1983:541.
[2]中学物理教材编写组.普通高中课程标准实验教科书物理1(必修)[M].济南:山东科学技术出版社,2011:58.
[3]邢红军,张喜荣,胡扬洋.创造教育:文化与传统视域下的反思与对策[J].课程·教材·教法,2014,34 (5):21.