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“先行組織者”策略提升物理課堂教學(xué)的三個(gè)維度

2015-05-29 16:24沈德良
關(guān)鍵詞:先行組織者標(biāo)量組織者

沈德良

學(xué)習(xí)是新舊經(jīng)驗(yàn)相互作用的過(guò)程.奧蘇貝爾認(rèn)為,要建立新、舊知識(shí)之間的聯(lián)系,促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生,最有效的策略是利用適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料對(duì)當(dāng)前所學(xué)新內(nèi)容加以定向與引導(dǎo),這種引導(dǎo)性材料就稱(chēng)為“先行組織者”.“先行組織者”能夠幫助學(xué)生有效地利用原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去同化新的知識(shí),實(shí)現(xiàn)新知識(shí)向主體知識(shí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化,并加強(qiáng)學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)的清晰性、穩(wěn)定性.

在物理課堂教學(xué)中,教師可根據(jù)教材內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo),向?qū)W生提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料,如圖片、視頻資料、體驗(yàn)活動(dòng)、問(wèn)題情境、實(shí)驗(yàn)等.這些引導(dǎo)性材料的優(yōu)化呈現(xiàn)能讓學(xué)生充分發(fā)揮主體作用,較快地對(duì)新知識(shí)進(jìn)行吸收和意義建構(gòu),從而有效地提升物理課堂教學(xué)的有效性. 筆者在《功》一節(jié)的新課教學(xué)中采用了“先行組織者”教學(xué)策略,并且將“組織者”與學(xué)生的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合,在實(shí)際教學(xué)中收到了良好的效果,具體設(shè)計(jì)如下.

一、“先行組織者”教學(xué)設(shè)計(jì)圖(如圖1)

二、教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

(一)新課引入環(huán)節(jié)

(1)復(fù)習(xí)提問(wèn):學(xué)生通過(guò)《追尋守恒量——能量》的學(xué)習(xí),已認(rèn)識(shí)到能量的抽象性和重要性.教師可提出過(guò)渡性問(wèn)題——如何來(lái)研究能量?

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)能使教學(xué)內(nèi)容承上啟下,較快地吸引學(xué)生的注意力,開(kāi)展新課教學(xué).

(2)學(xué)生活動(dòng):釋放重物、水桶搬上講臺(tái)、彈弓彈射子彈、來(lái)回搓手.

設(shè)計(jì)意圖:豐富的課堂體驗(yàn)活動(dòng)能較好地提升學(xué)生的參與度,提高其學(xué)習(xí)的積極性.學(xué)生在觀察和定性分析的基礎(chǔ)上,體會(huì)做功與能量轉(zhuǎn)化的密切聯(lián)系.

(3)滑輪提升重物實(shí)驗(yàn)(如圖2) 兩次實(shí)驗(yàn)重物均緩慢提升相同高度,并比較兩次實(shí)驗(yàn)的異同.

設(shè)計(jì)意圖:定性的體驗(yàn)活動(dòng)能提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的參與度,定量實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生較好地理解功是能量轉(zhuǎn)化量度的含義,體會(huì)“功”概念引入的必要性.

(二)概念內(nèi)涵的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.做功的要素

學(xué)生觀看舉重視頻,教師可在學(xué)生觀看視頻后設(shè)置如下問(wèn)題供學(xué)生討論.

①運(yùn)動(dòng)員將杠鈴從地面舉起的過(guò)程中有沒(méi)有做功?②杠鈴舉到最高點(diǎn)后在空中保持的3s內(nèi)有沒(méi)有做功?③杠鈴舉到最高點(diǎn)后,運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴緩慢向前移動(dòng)的過(guò)程中有沒(méi)有做功?④做功有哪些必備的要素?

設(shè)計(jì)意圖:運(yùn)動(dòng)員舉重視頻能為學(xué)生的學(xué)習(xí)增加趣味性,吸引其注意力,問(wèn)題設(shè)置能幫助學(xué)生準(zhǔn)確總結(jié)力做功的兩個(gè)要素,理解功的內(nèi)涵.

2.功的計(jì)算

功的一般計(jì)算式W=FLcosα相比于初中功的計(jì)算式具有更高概括性. 考慮到學(xué)生解決此問(wèn)題的基礎(chǔ)知識(shí)和能力都已具備,所以此環(huán)節(jié)安排學(xué)生進(jìn)行自主合作式的學(xué)習(xí)較為適宜.教師可先出示如下三種問(wèn)題情境(如圖3)供學(xué)生獨(dú)立思考,要求提供盡可能多的解決方案,然后組織學(xué)生分組開(kāi)展討論,并在小組中交換意見(jiàn).最終派學(xué)生代表匯報(bào)結(jié)果.

設(shè)計(jì)意圖:由特殊到一般的問(wèn)題情境的呈現(xiàn),能夠幫助學(xué)生分解認(rèn)知梯度.學(xué)生通過(guò)相互間的交流與合作,能夠順利找到分解力和分解位移兩種解決問(wèn)題的思路,同時(shí)也提升了表達(dá)能力.

(三)概念外延的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.辨析一:功與力的對(duì)應(yīng)性

情境1:在地面光滑和粗糙的兩種情況下,物體在相同的力F作用下(F與L成某個(gè)角度),向前運(yùn)動(dòng)L的位移,兩種情況下力F做的功一樣多嗎?為什么?

設(shè)計(jì)意圖:設(shè)置干擾因素幫助學(xué)生深化公式中F的理解,通過(guò)情境1的討論使學(xué)生知道功與力的對(duì)應(yīng)性,明確某一個(gè)力做功只與該力的大小、物體的位移及力和位移的夾角有關(guān),與其他力、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).

2.辨析二:W=FLcosα適用于恒力做功

情境2:如圖4,有一勁度系數(shù)為k的輕彈簧,左端固定在墻壁上,右端緊靠一物塊,開(kāi)始彈簧處于壓縮狀態(tài).物塊在彈簧彈力作用下從A運(yùn)動(dòng)到B處,B為彈簧原長(zhǎng)位置.AB間的距離為x,此過(guò)程中,彈簧彈力做了多少功?

教師設(shè)問(wèn):根據(jù)功的公式W=FL=kx·x=kx2,這樣算對(duì)嗎?為什么?

情境3:如圖5,在足夠長(zhǎng)的光滑水平桌面上,人對(duì)物體施加水平向右的5N的拉力作用,當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)了10m時(shí)拉力突然反向、大小不變,一直到把物塊拉回原處,在全過(guò)程中人對(duì)物體的拉力做了多少功?

教師設(shè)問(wèn):整個(gè)過(guò)程中拉力大小都為F=5N,由于總位移L=0,那W=0,對(duì)嗎?如果不對(duì)該如何分析?

設(shè)計(jì)意圖:階段式問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合作探究,成功總結(jié)出W=FLcosα適用于恒力做功,在探究過(guò)程中獲得了成功的體驗(yàn).而且情境探究式學(xué)習(xí)比直接告訴結(jié)論的接受性學(xué)習(xí)更有利于學(xué)生知識(shí)體系的意義建構(gòu).

3.辨析三:力與物體位移的對(duì)應(yīng)性

情境4:如圖6,在粗糙的水平地面上,人對(duì)物塊施加恒定的推力F,物體向前運(yùn)動(dòng)位移s1后撤去F,F(xiàn)撤去后物體又向前運(yùn)動(dòng)了位移s,則推力F在全過(guò)程中對(duì)物塊做了多少功?

設(shè)計(jì)意圖:此“先行組織者”設(shè)置的目的是,使學(xué)生明確在高中階段W=FLcosα中的位移一般指的是F作用過(guò)程中物體的對(duì)地位移.

4.辨析四:α為矢量間的夾角

情境5:物體在力F=10N的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移l=5m,分別計(jì)算以下圖7中的三種情況下力F對(duì)物體所做的功.

設(shè)計(jì)意圖:易錯(cuò)情境的設(shè)置,目的在于讓學(xué)生能夠區(qū)別實(shí)際問(wèn)題中標(biāo)注的角度與力與位移間的夾角不同,明確W=FLcosα中的夾角α應(yīng)為矢量間的夾角.

綜觀上述四個(gè)思維辨析,“先行組織者”已讓學(xué)生找到了深化功外延理解的固著點(diǎn),學(xué)生關(guān)于功的認(rèn)知體系已逐漸變得深入、清晰和可辨,較初中上升了一個(gè)層次.

(四)概念難點(diǎn)突破的教學(xué)環(huán)節(jié)

1.辨析五:功是矢量還是標(biāo)量?

由于受前概念的影響,學(xué)生很容易把功理解為矢量,認(rèn)為功的正負(fù)表示方向.功的標(biāo)量性是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn),由于此部分的教學(xué)內(nèi)容具有一定的深度,因此引導(dǎo)性材料的呈現(xiàn)可以與探究式的學(xué)習(xí)方式有機(jī)結(jié)合,以此來(lái)突破教學(xué)難點(diǎn).endprint

①提出問(wèn)題:功是矢量還是標(biāo)量?

②猜想與假設(shè):學(xué)生猜想觀點(diǎn)的陳述.

觀點(diǎn)一:速度有正負(fù),速度是矢量.功有正負(fù),所以功是矢量,功的正負(fù)表示方向.

觀點(diǎn)二:功雖有正負(fù)之分,但溫度也有正負(fù),溫度是標(biāo)量,所以功是標(biāo)量.

③制定方案:物理量是矢量還是標(biāo)量的判斷標(biāo)準(zhǔn)的討論.

設(shè)置疑問(wèn):水平面上原來(lái)靜止的物體受到向西的2N拉力作用,往西運(yùn)動(dòng)10m,拉力做了20J的正功;同樣原來(lái)靜止的物體若受到向東的2N拉力作用,向東運(yùn)動(dòng)10m,拉力也做20J的正功,兩次功的方向相反嗎?

教師點(diǎn)撥:2kg大米和3kg大米合起來(lái)是5kg大米,2℃水升高了3℃變?yōu)?℃.那2N的力和3N的力合起來(lái)一定是5N嗎?

方案確定:區(qū)分矢量還是標(biāo)量的標(biāo)準(zhǔn)在于運(yùn)算法則.標(biāo)量運(yùn)算符合代數(shù)運(yùn)算,矢量運(yùn)算符合平行四邊形定則.

④分析論證:教師可提供如下的問(wèn)題情境,使問(wèn)題的討論更具一般性.

情境6:光滑水平面上(俯視圖,圖8),物塊在水平力F1和F2(成任意夾角)的共同作用下做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),在極短時(shí)間Δt內(nèi)的位移為Δs(Δs與V同向).分別求出Δs位移內(nèi)F1做的功、F2做的功及兩者合力所做的功.

⑤評(píng)價(jià)交流.學(xué)生交流心得:在每一小段位移Δs內(nèi)功的運(yùn)算的確符合代數(shù)運(yùn)算法則,由此可推知全過(guò)程中功的運(yùn)算仍然符合代數(shù)運(yùn)算,功是標(biāo)量.合力做的功等于各個(gè)分力做功的代數(shù)和,數(shù)學(xué)工具在解決物理問(wèn)題中的重要性,微元思想在解決物理問(wèn)題中的重要意義.

設(shè)計(jì)意圖:探究學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)置,旨在讓學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程,更好地讓學(xué)生從本質(zhì)上理解功是標(biāo)量的原因,領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究方法的精髓,提高學(xué)生科學(xué)探究的能力和素養(yǎng).

2.正負(fù)功的含義

為了幫助學(xué)生更好地挖掘正負(fù)功的含義,教師可設(shè)計(jì)橡皮筋拉小車(chē)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn),如圖9.

設(shè)計(jì)意圖:首先通過(guò)形象的物理實(shí)驗(yàn),使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí),并在教師的引導(dǎo)下學(xué)生自主總結(jié)出功的正負(fù)表示的力做功的性質(zhì)(動(dòng)力或阻力),正功和負(fù)功分別代表著不同的能量轉(zhuǎn)化方向.

三、教學(xué)后記

本節(jié)課應(yīng)用“先行組織者”策略與學(xué)生自主、合作、探究等學(xué)習(xí)方式的有機(jī)結(jié)合,較好地達(dá)成了三維教學(xué)目標(biāo);通過(guò)合理地呈現(xiàn)視頻、實(shí)驗(yàn)、問(wèn)題情境等“先行組織者”,極大地提升了課堂教學(xué)的廣度,整節(jié)課課堂氣氛活躍,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚,課堂參與度高;五個(gè)思維辨析不僅深化學(xué)生對(duì)功計(jì)算式W= FLcosα中各個(gè)物理量的理解,而且使學(xué)生從本質(zhì)上理解了功的標(biāo)量性.“先行組織者”在提升課堂教學(xué)的深度上發(fā)揮了巨大的作用;“特殊到一般”“等效”“化變?yōu)楹恪薄拔⒃钡人枷敕椒ńY(jié)合教學(xué)內(nèi)容在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了有效地滲透,學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到了提升,課堂高效、有序.endprint

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