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姚铎俟教育

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单摆教学思考  

2013-03-14 09:24:55|  分类: 教学教育探讨 |  标签: |举报 |字号 订阅

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           单摆作为一种理想化模型,其来回往返运动为简谐运动,比单摆还要简单的简谐运动模型是弹簧振子。高中物理选修3-4的教材第十一章,首先以弹簧振子为例系统地研究了简谐运动的运动学和动力学规律。所谓的运动学规律,就是研究位移和时间、速度和时间的关系问题(有时也研究位移、速度、加速度等运动学量之间的关系,例如匀变速直线运动、匀速圆周运动);所谓的动力学规律,就是研究一种运动模型受力特点,从而揭示物体受力和运动之间的关系。在高中阶段,学生并不需要掌握运动学规律和动力学规律之间的相互数学推导,但应该体验到两者的一一对应关系,即知道有什么样的受力就有什么样的运动;什么样的运动“背后”就有什么样的受力。
        作为高二下半学期的学生,理应掌握上面力学学科特点了。因此,系统学习了简谐运动的知识后,学生学习单摆就有的放矢了,课堂教学表明:在教师的引导下,大多数学生心中都有明确的学习思路(可喜的是,学生在博主的引导下终于掌握了高中物理学科的特点;遗憾的是,未能全面培养学生的自主学习习惯和能力,学生还必须在教师的“陪同”下才能得以学习后续课程)。
       这一节的教学,最值得思考的地方是单摆周期教学。教材采用了“提出问题、作出猜想、设计实验……”的探究教学思路。新课程教学理念最为重视这一教学模式,学生从初中二年级首次接触物理开始,一直采用这一教学模式。从教学实际来看,单一的教学模式极其让学生生厌;从探究特点来看,上面这一探究思路在实际科学研究中并不是主流。我们知道,物理学科发展是两条腿走路,一条腿是理论,一条腿是实验,但就物理学科而言,理论这条腿先迈更为常见,有科学家预测:理论比实验超前一百年。那么,关于单摆周期教学能否采用“理论推导——实验验证”探究教学思路呢?
       在学习弹簧振子的振动周期时,高中物理教学要求学生掌握其周期由弹簧振子的本身因素决定,而与振幅无关,并不需要学生掌握周期公式。但是,在实际教学中,几乎所有教师都会把周期公式直接告诉学生,目的不是让学生记住并运用这个公式,而是帮助学生记忆周期与弹簧振子自身因素的关系。基于此,在实际教学中,我改变了教材的编写思路。
        理论论证单摆是简谐运动之后,立刻提出这样的问题:我们知道弹簧振子的振动周期由它的固有属性(弹簧劲度系数和振子质量)决定,那么单摆的振动周期又如何呢?
    没有预习的同学很快答道:“与摆球质量和摆长有关”,他们心中确信,与摆幅或摆角无关。
    博主认为,这一教学设计达到并超出了“提出问题——作出猜想”的教学效果。
    有些学生做了预习,知道单摆周期还跟当地重力加速度有关,但是他们是单纯的“接受”,自己都可能疑惑:为什么会跟重力加速度有关呢?为什么跟摆球质量无关呢?针对部分“得意忘形”的学生,我即可反问:“重力加速度并不是单摆的自身属性啊!”学生即可就陷入沉思之中。
    这个时候,再呈现一个实际的案例:
    案例个大庆人去香港旅游,在一家大型超市以高价购买了一台精致的摆钟,买的时候走时很准。回到大庆后不到两天走时相差一分多钟。于是大呼上当,心里极其气愤。后来,他求助“消费者权益保护协会”,准备与该超市打一场索赔官司,消费者协会调查研究发现产品货真价实,那么问题出在哪儿呢?
       这个案例本身就揭示:普通百姓根据“常识”(常识未必就是正确的)认为,摆钟的走时准确与否与摆钟的自身因素有关,与摆钟放在哪个地方无关。这样的常识不也经常“左右”我们的学生吗?
       问题在哪儿呢?学生沉思一会儿,博主给出了下面可能潜在思维:
       难道弹簧振子的周期知识没有借鉴的价值?难道是“消费者权益协会”不科学、公正的裁决?抑或是我们思维简单,运用有误?
    最后我们学生都锁定信念:弹簧振子的周期有借鉴价值、可能是我们思维简单,运用有误。于是学生重新思考弹簧振子的振动周期公式(引课时回顾了这个周期公式,并且在学生锁定这个信念后,在课件上展示弹簧振子的周期公式)。
    实际课堂教学表明:思维活跃的同学,立刻就推导出了单摆的周期公式。
    为了让更多的同学能够体会到学习的喜悦,再给出提示k既是弹簧劲度系数,也是回复力中的常数。确实,大部分学生在这个提示下,自己导出了单摆的周期公式。
    于是我给出了评价:“当你们读研究生、博士生的时候,你们就能体会:做科学家并不难,每一个人都可能是科学家,我们知道每一个时代都有很多科学家;但是当科学大师很难,一个时代有一两个科学大师也就不错了。今天,同学们就当了一回科学家!”
    第一课时到此也就接近尾声了。结课时,博主还必须告诉同学们:“从理论上推导出来的结论并不具有绝对的可靠性,它还必须有实验的验证。”这就引出了下一课时的主要教学内容,课外作业是请同学们设计验证实验方案。
    博主认为,与设计“验证发散的猜想”的实验方案相比,设计“验证具体的公式”的实验方案,一方面实验设计更具有目的性、方向性;另一方面,后者思维要求更具有挑战性和发散性。这个发散性,不是简单的猜想发散性,而是验证方案的发散性。
    这是博主首次大胆地突破教材的编写思路,选择了一条符合我校教学实际的教学思路。最终取得了较好的教学效果。心中无比的喜悦!
    
       
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