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基于网络的探究性学习活动是借助网络营造信息化的学习环境,充分发挥网络在收集信息、分析信息、共享信息、反馈信息、评价信息上的独特优势,充分发挥学生在学习活动中的主体地位,以探究性的学习方式完成学习任务。
我多年来一直积极探索信息技术与物理课程整合的有效途径,积极实践了高中物理学科基于网络的探究性教学活动,本文的案例是高中物理课程中的《单摆》一节。
一、教学目标
知识与技能:能够准确复述单摆模型的基本要素;能准确写出单摆周期公式;能在具体情境中正确判断振幅、摆长、摆球质量、重力加速度等因素对单摆周期大小的影响;能在具体的情境中计算单摆的周期大小。
过程与方法:熟悉物理模型方法;用实验定量探究单摆的运动规律,得出周期公式;体验“合理猜想、实验探究、采集数据、动态拟合、得出规律”的物理探究性活动的一般范式。
情感、态度与价值观:用规范的科学探究方法进行定量化的探究活动,培养学生敢于进行科学探究的精神,激发学生探索科学规律的兴趣。
二、教学重点、难点
还原单摆的物理模型、单摆周期公式及在具体情境中的应用;单摆周期公式的定量探究。
三、网络化学习环境的开发
本次教学活动是基于网络环境的探究性学习,所有的探究活动全部在网络环境中完成,其界面如图1所示。
图1中左侧安排的主要栏目有:自学导航、理想模型、受力分析、实验探究、数据处理、成果展示、在线测试、缤纷单摆、科学人物、你问我答。
四、教学过程
1.学习活动的导入
一首名为《单摆》的小诗给学生带来一个“意外”的同时,也激发了他们对单摆的学习兴趣。随后自然过渡到“自学导航”栏目,引入本次学习活动的主题(图2)。
设计意图:“自学导航”中介绍了整个学习活动的安排,在网络环境中学习,这是一个必要而且需要精心设计的环节。
2.单摆的物理基础知识
(1)单摆模型:结合实物装置介绍,突出理想化的模型方法。
(2)回复力分析:结合实物及一个用“几何画板”自主开发的积件来分析回复力的特点,并进一步证明单摆运动是简谐运动的条件。
单摆的“几何画板”积件界面如图3所示。
上述积件中突出了以下几点。
①设置了“振幅调节”、“摆长调节”,供对比研究。
②将偏角和其正弦值同屏对比,两者在小角度时近似相等的结果一目了然。
③设置了名为“振动”的动画按钮,回复力的动态变化过程可清晰地表现在屏幕上。
设计意图:这个环节中,小积件通过数形结合的方式实现了单摆摆动过程中回复力随偏角的变化而变化的过程,让学生在动态观察中得出回复力的规律。
(3)实验研究:教师演示两个实验,一是周期与振幅的大小无关;二是周期与摆球质量的大小无关。
3.探究周期与摆长的关系
(1)学生实验
每两名学生为一组,至少测出一组周期与摆长的实验数据。由于课堂时间的限制,每名学生不可能在课堂上测量出很多组数据。全班分为28个小组,至少可以有28组数据供大家共享。这里网络共享的功能就得到了充分的发挥。要求学生将自己测出的摆长和周期的数据发布在课件的“数据处理”栏目中(图4)。
(2)学生处理数据
每个实验小组从网络上收集其他同学的实验数据,从网络课件上下载一个“几何画板”积件处理这些数据。具体处理时的操作方法在图5的积件界面中有相关说明,学生将处理后的数据再上传到课件上的“成果展示”栏目中发布。
4.教师总结,得出结果
教师分析学生作品,突出蕴含在其中的物理研究方法,得出单摆的周期公式。下面是我针对一名学生上传的作品做的分析。
(1)界面中预先构造好了一个L=Tn/K的函数,坐标系中的曲线就是对应的图像。
(2)调节界面上的参数更改点“n值调节”、“K值调节”,屏幕上的图像会发生同步改变,直到图像与描绘的数据点拟合得最好。
(3)结论:此时K值在4左右、n值在2左右,说明L=T2/4(g/4π2≈4),即周期T的平方与摆长L成正比。
(4)界面中的Y点明显偏离了拟合的曲线,通过测量其坐标查找出这组数据为(0.72,1.47),分析中应将该组实验数据剔除。
5.答疑、总结
(1)学生利用设置的交互栏目“你问我答”交流学习体会,提出疑问,帮助其他同学解答问题。
(2)在线测试:学生完成6道测试题,提交后通过反馈信息了解自己的完成情况。
(3)学生自己总结本次学习活动的主要知识,要求用Word文档或者PowerPoint演示报告展示自己的作品。
五、教学反思
1.“几何画板”以动态的几何关系直观地反映现象背后的数学规律,不需任何编程就可以实现复杂的数形结合过程。教师从简单的知识传授者转变为学生活动的设计者、学习情境的设计师、学生学习过程中的导师和伙伴。学生在探究过程中一定会有这样那样的问题和障碍,教师不应只看重学生探究的结果,更应重视这一过程中出现的学习主动性、学生思维上表现的创造性。
2.整个教学设计以“学生学习活动”为中心,突出了学生的主体地位。学习活动中涉及重点内容单摆的周期与摆长的定量关系,是通过一个精心设计的“几何画板”积件,由学生自主完成的。
3.坚持了物理作为实验性学科的基本要求。探究的基础是真实实验中获得的数据,同时利用了网络在收集信息、处理信息、共享信息方面的优越性。
4.整合资源是基础。网上的资源与要实施的学习课程之间往往结合得不十分紧密,需要将之与课程整合才能服务于教学。网络学习更强调个性化的学习,个性化的学习资源更具吸引力。
5.问题情境的设置是关键。问题情境设置得好,可以帮助学生在解决问题的过程中变事实性的知识为解决问题的工具,遵循的是“归纳式”的学习方法。我在设置每一个问题情境时,重点考虑的是如何把情境创设得更具开放性,把学生的思维引向深入。
6.互动、交流是灵魂。只有信息的流动、思想的碰撞,才能共享理解和智慧。预设的、静态的目标无法促进学生真正的学习过程的开展。学生提出的疑问、提交的作品等留下的是一个个鲜活的思维轨迹,是促进群体达成共识过程中真正有价值的信息。
(作者单位:江苏常熟市教育局教科室)
我多年来一直积极探索信息技术与物理课程整合的有效途径,积极实践了高中物理学科基于网络的探究性教学活动,本文的案例是高中物理课程中的《单摆》一节。
一、教学目标
知识与技能:能够准确复述单摆模型的基本要素;能准确写出单摆周期公式;能在具体情境中正确判断振幅、摆长、摆球质量、重力加速度等因素对单摆周期大小的影响;能在具体的情境中计算单摆的周期大小。
过程与方法:熟悉物理模型方法;用实验定量探究单摆的运动规律,得出周期公式;体验“合理猜想、实验探究、采集数据、动态拟合、得出规律”的物理探究性活动的一般范式。
情感、态度与价值观:用规范的科学探究方法进行定量化的探究活动,培养学生敢于进行科学探究的精神,激发学生探索科学规律的兴趣。
二、教学重点、难点
还原单摆的物理模型、单摆周期公式及在具体情境中的应用;单摆周期公式的定量探究。
三、网络化学习环境的开发
本次教学活动是基于网络环境的探究性学习,所有的探究活动全部在网络环境中完成,其界面如图1所示。
图1中左侧安排的主要栏目有:自学导航、理想模型、受力分析、实验探究、数据处理、成果展示、在线测试、缤纷单摆、科学人物、你问我答。
四、教学过程
1.学习活动的导入
一首名为《单摆》的小诗给学生带来一个“意外”的同时,也激发了他们对单摆的学习兴趣。随后自然过渡到“自学导航”栏目,引入本次学习活动的主题(图2)。
设计意图:“自学导航”中介绍了整个学习活动的安排,在网络环境中学习,这是一个必要而且需要精心设计的环节。
2.单摆的物理基础知识
(1)单摆模型:结合实物装置介绍,突出理想化的模型方法。
(2)回复力分析:结合实物及一个用“几何画板”自主开发的积件来分析回复力的特点,并进一步证明单摆运动是简谐运动的条件。
单摆的“几何画板”积件界面如图3所示。
上述积件中突出了以下几点。
①设置了“振幅调节”、“摆长调节”,供对比研究。
②将偏角和其正弦值同屏对比,两者在小角度时近似相等的结果一目了然。
③设置了名为“振动”的动画按钮,回复力的动态变化过程可清晰地表现在屏幕上。
设计意图:这个环节中,小积件通过数形结合的方式实现了单摆摆动过程中回复力随偏角的变化而变化的过程,让学生在动态观察中得出回复力的规律。
(3)实验研究:教师演示两个实验,一是周期与振幅的大小无关;二是周期与摆球质量的大小无关。
3.探究周期与摆长的关系
(1)学生实验
每两名学生为一组,至少测出一组周期与摆长的实验数据。由于课堂时间的限制,每名学生不可能在课堂上测量出很多组数据。全班分为28个小组,至少可以有28组数据供大家共享。这里网络共享的功能就得到了充分的发挥。要求学生将自己测出的摆长和周期的数据发布在课件的“数据处理”栏目中(图4)。
(2)学生处理数据
每个实验小组从网络上收集其他同学的实验数据,从网络课件上下载一个“几何画板”积件处理这些数据。具体处理时的操作方法在图5的积件界面中有相关说明,学生将处理后的数据再上传到课件上的“成果展示”栏目中发布。
4.教师总结,得出结果
教师分析学生作品,突出蕴含在其中的物理研究方法,得出单摆的周期公式。下面是我针对一名学生上传的作品做的分析。
(1)界面中预先构造好了一个L=Tn/K的函数,坐标系中的曲线就是对应的图像。
(2)调节界面上的参数更改点“n值调节”、“K值调节”,屏幕上的图像会发生同步改变,直到图像与描绘的数据点拟合得最好。
(3)结论:此时K值在4左右、n值在2左右,说明L=T2/4(g/4π2≈4),即周期T的平方与摆长L成正比。
(4)界面中的Y点明显偏离了拟合的曲线,通过测量其坐标查找出这组数据为(0.72,1.47),分析中应将该组实验数据剔除。
5.答疑、总结
(1)学生利用设置的交互栏目“你问我答”交流学习体会,提出疑问,帮助其他同学解答问题。
(2)在线测试:学生完成6道测试题,提交后通过反馈信息了解自己的完成情况。
(3)学生自己总结本次学习活动的主要知识,要求用Word文档或者PowerPoint演示报告展示自己的作品。
五、教学反思
1.“几何画板”以动态的几何关系直观地反映现象背后的数学规律,不需任何编程就可以实现复杂的数形结合过程。教师从简单的知识传授者转变为学生活动的设计者、学习情境的设计师、学生学习过程中的导师和伙伴。学生在探究过程中一定会有这样那样的问题和障碍,教师不应只看重学生探究的结果,更应重视这一过程中出现的学习主动性、学生思维上表现的创造性。
2.整个教学设计以“学生学习活动”为中心,突出了学生的主体地位。学习活动中涉及重点内容单摆的周期与摆长的定量关系,是通过一个精心设计的“几何画板”积件,由学生自主完成的。
3.坚持了物理作为实验性学科的基本要求。探究的基础是真实实验中获得的数据,同时利用了网络在收集信息、处理信息、共享信息方面的优越性。
4.整合资源是基础。网上的资源与要实施的学习课程之间往往结合得不十分紧密,需要将之与课程整合才能服务于教学。网络学习更强调个性化的学习,个性化的学习资源更具吸引力。
5.问题情境的设置是关键。问题情境设置得好,可以帮助学生在解决问题的过程中变事实性的知识为解决问题的工具,遵循的是“归纳式”的学习方法。我在设置每一个问题情境时,重点考虑的是如何把情境创设得更具开放性,把学生的思维引向深入。
6.互动、交流是灵魂。只有信息的流动、思想的碰撞,才能共享理解和智慧。预设的、静态的目标无法促进学生真正的学习过程的开展。学生提出的疑问、提交的作品等留下的是一个个鲜活的思维轨迹,是促进群体达成共识过程中真正有价值的信息。
(作者单位:江苏常熟市教育局教科室)