开放性物理问题的设计及教学策略
摘 要:本文从开放性物理问题的提出,然后就一些具体教例谈谈开放性物理问题的设计,最后结合教学实践谈开放性物理问题的教学策略。关键词:开放性物理问题 设计 策略 探究 合作
一、开放性物理问题提出的背景
随着我国加入WTO的日益临近,我们的教育将以自信的态度和饱满的热情迎应随之而来的机遇和挑战,那么,学校应该提供什么样的教育呢?这不能不引起广大教育工作者深层次的思考。基于WTO的三大原则,我们应该充分认识到学校教育应体现主体性,要不断适应变化,汲取外部能量,追求持续发展,并且考虑学生差异,让全体学生都在原有基础上有所发展。然而,纵观物理教育的现实,“重形式、重验证、重书面、重记忆”的现象仍然在延续,学科中心的课程体系和过多的限制性问题的重复演练,一定程度上抑制了学生的探究活动和创新精神,不利于全体学生的发展,不利于学生的全面发展,不利于学生主动学习能力的发展,不利于发挥学生的个性特长,更不利于学生的可持续发展。
鉴于此,教育部考试中心在题型功能和题型改革的研究中,已高度关注发挥非选择题的作用,强调答案的多样化,鼓励考生多角度、多侧面、多层次地回答问题。教育部关于2000年中考改革的指导意见中也明确指出,理科考试应适当增加开放性题目,鼓励学生提出自己的见解。[1]因此,引入更多的开放性和探究性问题,不仅体现了考试改革的方向,更重要的是能逐渐改变传统物理课堂教学模式,使学生在解决问题的过程中感受乐趣、探求知识、激发求知欲,逐步培养学生开放化的全球意识和主动创新的能力。
二、开放性物理问题的设计
E1:实验桌上有盛开水的保温瓶、一只茶杯、一张纸。请你用这些器材设计下列三个小实验:①惯性实验;②证明大气压存在实验;③光的折射实验;(1999年全国初中物理知识竞赛试题)
E2:如图1所示:试根据一名宇航员“漂浮”在地球外层空间的照片,提出与物理有关的问题。(2000年全国高考试题)
E3:在做“研究凸透镜成象规律”的实验中,某同学先把凸透镜固定在光具座上,然后将光屏和点燃的蜡烛分别放置在凸透镜的两侧,如果他在光具座上无论怎样左右移动光屏,在光屏上都不能呈现烛焰的象,则可能有哪几种原因?(2000年苏州市中考试题)
E4:尽可能多的写出辨别电源正负极的方法;
E5:请利用铅笔、图钉自制一只简易密度计,测出家里的食用油、盐水、黄酒、酱油等液体的密度。
E6:如图2所示的电路,R1与R2并联,已知电阻R1的电流I1=3安,请你再补充一个条件(数据自定,但不得相类同),然后求出电阻R2的电功率的大小。
①补充条件 ,计算: 。
②补充条件 ,计算: 。
③补充条件 ,计算: 。
E7:有一个形状不规则的石蜡块。现在要测出它的密度,但身边没有天平,也没有量筒,只有两个可以放进石蜡块的杯子和一根自行车胎气门芯用的细长的橡皮管,还有一桶水和一根大头针,请你设计一个实验来测出这块石蜡块的密度。
1、旧题新说。物理问题中所涉及的情境对学生来说并不是全新的,学生通过运用现有的知识和经验,能对问题发表自己的见解,不同能力水平的学生可以发表各自不同层次、不同知识范围的看法。如问题E1的设计是由旧题重组而成的,这样的形式使每一个学生都能设计出一些解决的方案。
2. 联系生产生活实际。问题的背景要尽可能地联系真实的物理现象和生产、生活实际,让不同学力的学生能够找到知识的切入点,为他们构建知识的平台。如问题E2就要求学生能从照片中提供的情景与学生的已有的物理知识建立联想,多渠道检索信息,从中寻找出有意义、有价值的问题,如:此宇航员是否受地球引力的作用?此宇航员受力是否平衡?宇航员背后的天空为什么是黑暗的?宇航员是怎么进行信息交流的?他们如何进行日常生活的?[2]
3.不拘泥于教材。开放性物理问题可以是对实验、图表、模型、装置和自然现象的认识,也可提出相关的建议和方案。如问题E3着重考查了学生对实验的理解程度和理解层次。根据现有教材的内容或改变某些习题的结构可形成开放性问题。如问题E4是对原有限制性习题放宽条件后所得的条件开放题,问题E5则是直接利用教材中的演示实验形成的过程开放题。
4.条件不确定、答案不唯一。以考查学生综合运用物理知识解决物理问题而设计的开放题,在所求问题多元的情景中,着重于分类思想、演绎推理、发散思维的训练。如问题E6,条件不全,答案不定,需要学生进行正向思维和逆向思维,横向比较分析和纵向假设计算,演算虽然简单,却需要扎实全面的基本功。
5.编制设计性实验。设计性实验即要求学生根据设计性题目中的实验目的、器材(也可以不给器材)和要求,推证有关实验原理,提出符合设计要求的某种设想、确定实验方案和方法、拟定实验步骤、分析实验结果。如问题E7不用课内学习过的器材来完成,而用课外的器材(细长的橡皮管)来做,且用的方法是教材中未涉及到的数液滴法来完成。[3]
三、开放性物理问题的教学策略
1.把握开放性问题教学的最佳时机
开放性物理问题不能简单地取代常规性练习。因为它的解决离不开基本的物理规律、计算技能和逻辑推理能力,因而两种问题模式交替使用,能起到互相弥补的作用。当学习材料含有开放性的要素,适于创设开放的问题情境,或以讨论的方式学习物理知识时,可考虑引入开放性问题。如学习“重力”、“摩擦力”这两节时,可引入“假如地球上没有重力、摩擦力,会有哪些现象发生?”这样的开放性问题。学生能自觉运用已有的知识,充分发挥想象力,使课内知识向课外拓展。
在一个单元的教学中不宜集中涉及开放性问题。例如:在“阿基米德原理”这节教学时,若要学生设计不同的实验来验证该定律,不仅会人为造成课堂教学探究的真空,而且造成知识点的罗列和堆积,缺乏系统性,学生难以总体把握,从而增加学生的学习负担。此外,开放性问题应在日常教学实践中加以渗透,不必为应试而去搞题战术!
2.让所有学生参与问题解决的全过程
对于问题E1学生可从物理现象、规律、性质和生活常识等方面去思考,每一个小实验又可找出若干种设计途径。对于光的折射实验,同学们设计了一些非常简便易行的小实验。如茶杯中倒入水,杯底看起来变浅了;将手放在有水的茶杯后面看起来变粗了。有的实验是课本上实验的“拷贝品”,如:一张纸托住一茶杯水的实验;而部分同学有所创新,如将茶杯先放在干燥的桌面上,较容易拿起;而若将茶杯放在一滩水上(杯底放出空气泡)再去竖直拿起茶杯就感到非常吃力。
3.在问题解决过程中进行科学方法训练
过程开放题往往借助“现象——整理——实证——发展”的思维模式完成探究过程。如对于问题E4,课堂上我们观察到这样的现象:通电螺线管对小磁针的作用,电流方向影响着小磁针的偏转方向。整理:通过小磁针的偏转,我们可以用右手螺旋定则来判别电源的正负极。实证:通过对一个正负极模糊的铅蓄电池进行实际操作。发展:将其它一些鉴别电源正负极的方法进行对比。(见表一)另外象E5这类问题的改进,可以引导学生广泛联系生活实际,不仅使学生增加动手的机会,更让学生体验到科学研究的乐趣和科学方法的魅力。
4.在开放性教学中培养学生的合作精神
开放性物理问题的教学形成了交流、讨论的民主氛围,体现了教师与学生之间、学生与学生之间积极探究的平等参与关系。教师与学生一样进入问题情境,充当角色,参与小组讨论,成为学生的高级合作伙伴,并且鼓励学生提出各种可能的假设,互相评论和补充,进行交流和比较,
【表一】
方法
所需器材
操作的简要步骤
辨别电池正负极的方法
1
电流表、定值电阻、开关各一只、导线若干
将电流表、定值电阻、开关与电池组成串联电路
闭合开关,若指针正偏,则与它正接线柱相连的那个极为电池正极。
2
电压表、开关各一只、导线若干
将电压表、开关与电池组成串联电路
闭合开关,若电压表指针正偏,则与它正接线柱相连的那个极为电池正极
3
开关一只、碳棒两根、盛有适量硫酸铜溶液的烧杯一只、导线若干
将两碳棒插入烧杯中(不接触),将此装置与开关、电池组成串联电路
闭合开关,通电一段时间,一碳棒上出现红色的铜,则与它相连的那个极为电池负极 。
4
玩具电动机、开关、已知正负极的电池组各一个、导线若干
分别将电动机、开关与已知正负极的电池组或待测电池组成串联电路
用已知电池供电,闭合开关,确定电动 机转向,换用待检电池供电,闭合开关,若电动机转向不变,则待检电池极性与已知电池一致。
5
定值电阻(阻值较大)、开关、发光二极管各一个、导线若干
定值电阻、开关、发光二极管与电池组成串联电路
闭合开关,若发光二极管发光(正向导通),则与二极管正向相连的一极为电池正极。
6
阴阳电极一对、烧杯、水、开关一只、导线若干
将电极插入烧杯里的水中,将电极、开关、与电池组成串联电路
闭合开关,产生较多气体(氢气)的电极为阴极,则与它相连的电池一极为负极。
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