高中物理教學演示的優化探索——利用物理知識的形成過程來構建探究式的教學演示

許華軍

浙江省蕭山中學

?

高中物理教學演示的優化探索
——利用物理知識的形成過程來構建探究式的教學演示

許華軍

浙江省蕭山中學

本文旨在探討構建探究式教學演示的新思路.使學生能參與到教學過程中進行自主性的學習。從而改變教師只管教，學生只管學的傳統教學模式。這就要求教學設計應當依托于教材但又不拘泥于教材，所構建的教學演示要最大程度的有利于學生的參與。本文探討了利用物理知識的形成過程來構建探究式教學演示的一種方式。

知識形成過程；構建；探究式教學；教學演示

一、引言

隨著時代的不斷發展，教學改革也從未間斷過。既有教學內容的改變，也有教學方式、方法的改進。但我們可以看到，不論如何改革，課堂教學始終是我們教學過程的主要陣地。所以課堂教學環境的改善，課堂教學模式的創新是教學改革的一個重要環節。

課堂教學的改進，事實上也從未停止過，無論是教學領導機構指導思想的更新，還是一線教師具體教學時方式方法的創新。作為教學主陣地的課堂教學的改革將永遠的進行下去。就當前來說，課堂教學要求為學生創設一個能積極參與的教學過程，這也就是我們所說的探究式的教學過程。要達到這一目的，就在于能否構建一個可探究的教學演示，使教學過程在這一演示的展開中移步換景層層深入，從而使學生在探究中學習，在學習中探究。

二、教學實例

下面以原子的核式結構這堂典型的物理課為例來進一步探討。

(一)新課引入：用不同時代科學水平對比來構建演示引入新課。經過歷史檢驗的科學定律是有著極強生命力的，不僅過去、現在適用，未來依然成立。我們學習這些知識時不僅站在現在的時代背境下學，還應對當時的科學發展水平和歷史背境也有一定的了解。通過現在和過去的對比來了解知識的形成過程。在具體教學演示設計時可以利用“現在對比過去，歷史襯托現在”的思路來進行新課的引入。比如原子核式結構的教學引入本人從現在和過去兩方面對比激發學生興趣來引入的：

演示描述1：在上原子核式結構這一節課前，學生對核式結構模型都已熟知。為了引起學生的學習興趣，我們可以將當代最先進的顯微鏡依然無法看清原子，更無法看清原子內部結構這一事實與早在100多年前科學家就已得出構式結構模型作對比來引入新課。

演示實施1：

教師：現在原子內部結構是否能用科學儀器看清楚，請學生討論。

學生：提出了許多方法，有顯微鏡、X光機、B超等方法。

教師：呈現電子掃描隧道顯微鏡圖片說明用現代最先進的儀器也無法觀察到原子內部結構。那么100年前盧瑟福是如何對原子內部結構進行探索的？

學生：在這一教學演示呈現后既使他們產生了疑惑也激發了他們對學習的興趣。思維也開始被教師所構建的教學演示所吸引。

教師：介紹發現核式結構的科學家：盧瑟福的成就及背景。

演示點評1：用100年前建立的原子核式結構模型，到現在依然是無法被觀察到的這一教學演示為入口，以知識形成的歷史環境和現在的時空差異來引發學生思考要學習的物理知識是在當時何種條件下形成的，這樣既交代了知識形成的歷史年代，又順利的引入了新課教學。

(二)新課展開：用引發科學探究的歷史原因來構建探究式教學演示。新出現的科學現有已有的科學知識無法解釋，這是科學探究過程的起因，隨著社會的不斷發展和對自然界認識的逐步深入，在不同的歷史時期都出現了這樣那樣的物理現象與人們原有認識產生沖突，正是這種沖突引發了新的科學探究。本人認為，用知識形成的歷史原因為突破口來構建教學演示，使學生也經歷一次認知沖突，帶著疑惑不知不覺的參與到教學過程中來。

演示描述1：在學習核式結構前，非常有必要了解當時科學家發現在原子中還打出了帶負電的物質，從而打破了原子不可分的傳統觀點，引發新的科學探究過程。電子正是原子核式結構的發現的前提。

演示實施1：

1．教師：化學反應中，原子的種類、數目都不變，直到19世紀末，人們一直認為原子是不可分的，直到電子的出現。(提問：我們高中學過那個儀器能發射電子？)

學生：因對陰極射線管不很熟悉，多數學生不能回答出來。

2．教師：出示陰極射線管，演示陰極射線實驗。通過課堂的實驗儀器和歷史照片對比說明1897年，英國物理學家湯姆生就是在實驗室用這個實驗發現了這種從陰極打出來的物質。(提問：我們用什么方法可以驗證這種物質的電性？這是一個探究過程的開始)

學生：在這一問題的分析過程中學生參與積極，有用加電場來驗證，有用加磁場來驗證，還有用驗電器等。對電子帶電性質的檢驗體現了探究過學習的思路。

演示點評1：以湯姆生發現電子過程為發展線索，用現在高中課堂實驗儀器重現當時電子的發現場景，用重現歷史曾經出現的“新現象”來構建出一個“新的可探究的教學演示”，使學生在這一演示中既回顧歷史，又參與探究，更增長了知識。

演示描述2：通過換位思考，全面展開探究式教學；比如核式結構一課中，可以讓學生站在100年前的歷史背境中，讓他們來對電子的發現作一些合理，合情的科學猜想和探究。

演示實施2：

教師：如果你是當時的科學家，面對原以為不可分的原子中又打出了帶負電的物質，你會對原子結構做哪些猜想？

學生：當時學生根據已有認知提出了多種可能的情況，比較典型的有以下三種類型。

以上猜想是否合理的，正是探究式教學的典型教學過程。在課堂上本人作了以下引導：

首先讓學生通過日常生活的經驗來分析以西瓜的肉和籽是均勻分布，而非一半是籽，一半是肉。說明科學猜想也要合乎常理。是建立在日常生活經驗基礎上的。

通過多媒體展示湯姆生模型的結構，通過正負電核的受力分析說明力學上的英國科學家湯姆生的棗糕模型更為穩定，而且湯姆遜原子模型提出后能夠解釋當時的一些實驗現象如原子發光，原子呈電中性等問題，所以在當時是最為合理也為大家所接受的原子模型設想。

演示點評2：對新事物，新現象先做出自已合理的猜想是探究過程的第一步，但這種猜想并不是毫無根據的胡思亂想，而是建立在已有知識和經驗基礎上的合理猜想。當然，科學猜想的合理性并不能等同于這種猜想的正確性，所謂猜想的合理性是相對當時技發展條件下與已有的認知水平下最為可能的猜想，至于是否正確是要隨著科學的發展和科技的進步來檢驗的。

通過我們現在的猜想與歷史上曾經有過的猜想對比，使學生加深了對科學探究方法的體會。并在充份了解時代背景的情況下對當時科學家提出的觀點與自已提出的觀點進行比較來領會如何根據科學現象通過分析來提出一個較為合理的猜想。

(三)知識探究重現：緊扣知識形成的“關鍵步驟”來構建探究式教學演示：隨著歷史的一步步發展，科學猜想也經歷著一個不斷完善的過程。在新認識的逐步形成過程中科學家們嘗試了許多探究過程，其中為新理論的形成起突貢獻的幾個關鍵探究過程是我們用來構建探究式教學演示的最好元素。比如實驗在科學探究中有著無可替代的作用，所以重現形成新知識，新理論的核心實驗，讓學生通過重做知識形成的關鍵性實驗來學習物理知識，是探究性學習的有效方式。如核式結構一課中，當時科學家們為了驗證湯姆生的棗糕模型是否正確就是用實驗來進行的。

演示描述1：設計探究式實驗來驗證新理論的合理性：以模型類比為引導，說明如何對看不見，摸不著的原子的內部結構進行探測？

演示實施1：

教師：出示一個雜交蘋果。要求學生在不剖開蘋果的前題下設些法對該蘋果是“有核”還是“無核”進行驗證。

學生：經過討論后形成兩種主要觀點，一種用針刺探，另一種用X射線掃描。

教師：在沒有先進儀器的情況下可用一根長針進行刺探，根據針的受力感覺來大致判斷蘋果內部的密度和結構等情況。原子核式結構的發現就是運用了這種方法。

演示點評1：類比分析后引出對原子的內部結構的探究也可用同樣的思路往原子內部打入一了些東西來進行研究。(當遇到對學生來說過難的知識時，可以通過多媒體手段來輔助教學，在這里就可以用電腦動畫來模擬當時的實驗。作為課堂的探究性實驗。)

演示描述2：用現代科技手段來模擬知識形成過程中的關鍵實驗，利用重復實驗的方法來重新完成一次科學探究，既可以使原本學生無法完成的實驗在課堂中得以展現，又能去繁存簡的讓學生領會科學探究的根本方法。如在核式結構的教學中可以配合多媒體模擬粒散射實驗。

演示實施2：

在此教師要通過問題帶動學生進行逐步探究，用知識形成過程的實際問題來營造出探究式教學演示：

(1)為什么實驗裝置要放在真空環境中？

(2)為什么在這個實驗中采用金泊作為粒子的轟擊對像？

(3)為什么要對少數大角度偏轉的粒子重點進行偏轉原因分析，而不作為誤差而忽略不計？

(4)根據已有的實驗現象，建立新的核式結構模型，并用新模型來合理解釋實驗結果。根據散射的實驗結果估算出原子核的體積只有原子體積的萬億分之一，若原子核有芝麻大小(約1mm)，則原子的體積是高達近百米的大廈。最后，對盧瑟福實驗進行適當的反思指出該模型的成功與不足來加深學生對該結構探索過程的了解。

演示點評2：利用重現知識發展過程中的關鍵性實驗，根據課堂教學的需要對原實驗進行重構，刪繁就簡，重點突出對探究式教學有用的過程。圍繞教學目標有選擇性的帶動學生對實驗進行有效探究。這種緊扣知識形成的“關鍵步驟”，再現知識的發展過程。讓學生通過模擬歷史上科學探究過程來掌握新知識，無疑將比聽老師介紹更能提高學生的思維分析能力。

(四)探究拓展：緊跟科學發展，用新科技為物理教學注入生命力。通過對知識形成過程的學習和知識產生背境的重現，就會對課本知識有個全面而深入的了解，在此基礎上進行拓展性學習，可以結合學生現有知識，結合現代社會的新環境，思考在當前條件下對原有的知識探究過程可作哪些改進？

演示描述1：在現代成熟的科技手段下分析能否用X光對原子內部進行X光拍照，來更清晰的了解原子核內部的結構？

演示實施1：

教師：在病院普遍使用的X光機能否用來對原子拍照，來看清原子的內部結構？

學生：雖然知道X光機不能照出原子內部結構，但多數學生只知其然而不知其所以然。

演示點評1：X光是一種波長極短的電磁波。雖然在當時已經有成熟的X光拍照技術，但用X光是無法對比它波長還要小的原子及其內部進行拍攝的。因為會發生衍射現象，無法照出原子的像。這種將歷史上形成的知識放在當前時代背景下再來反思討論的方法使探究式教學演示構建得以延伸和拓展。

三、總結

(一)探究式教學演示要體現科學探究的基本過程。知識形成過程能有效構建教學演示，在教學演示的構建過程中要體現出科學探究的基本方式方法。一個新理論建立的基本過程大多經過以下幾步(發現問題——提出假設——實驗驗證——得出結論)其具體形成過程可用下圖來表示：

以原子核式結構為例來看：由于電子的發現，人們認識到原子還可再分，這一新的認識，引起人們對原子結構模型的探索。引發了原子科學的新發展。在科學史上，原子子核式結構的建立也經歷了科學發展的幾個典型過程：

(二)體會與反思。用知識形成過程來構建教學演示，使學生在探究式的教學演示下進行學習，對知識不僅能知其然，而且能知其所以然。因此對物理知識的教學，要對知識的形成的歷史背景進行拓展性學習，讓知識的形成過程作為豐富教學內容的血與肉。讓歷史重演，讓時光倒流，通過追本溯源，透徹理解知識的成因進而學會一種科學的態度和科研的方法。

將知識的發展背境與課堂教學過程有機結全，以背境促教學，以背境帶教學。通過這樣的教學處理，課堂的知識內涵就得到了挖掘，知識點得到了加深，學生的思維也得到了有效煅煉，更能使教學過程顯的生動，教學氣氛變的熱烈。