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将科学论证过程融入教学的案例

2020-03-24  |  所属栏目: 来稿选登  |  阅读次数: 

作者:王蔚 袁雪平 本文字数:2558
  [摘           要]  将科学论证过程融入五年制高职物理课堂中,可提升学生的科学思维。在“自由落体运动”教学中,将传统的演示实验教学重新进行教学设计,加入学生设计实验方案的过程,学生观察实验,开展论证,同时要求学生课后完成探究报告,并开展学生互评等过程,引导学生体验科学论证的过程,培养学生的核心素养。
  [关    键   词]  五年制高职;物理;论证教育;科学思维
  [中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2019)36-0150-02
   近年来,五年制高等职业教育普遍重视学生核心素养的培养。通过教学改革,重点是加强对学生能力、性格和价值观的培养,以满足学生的终身发展和未来的社会需求。作为五年制高职的基础学科,物理学在培养学生的科学素养中起着非常重要的作用。科学思维是物理核心素养的重要方面。在物理教学中,教师应使学生敢于求真质疑、尊重证据、严格的科学态度,同时培养学生运用科学思维方法解决实际问题的能力。笔者在五年制高职物理教学中进行了一些实践,重点加强了学生科学论证能力的培养。
   本文以自由落体运动探究为主线进行论证式教学重构,包括指导学生设计实验方案,完成实验,收集实验数据,分组汇报结果。同时,要求学生课后写探究报告,进行互相评价,引导学生参与体验科学论证的过程,激发学生理性思考物理现象,培养学生的科学思维。
   一、情景引入,提出问题
   教师演示:将小金属球和纸片举高,同时释放,金属球和纸片从静止开始下落。可以看到,金属球先落地,纸片后落地。教师介绍亚里士多德的观点:“重的物体比轻的物体下落得快。”物体下落的过程有没有一定的规律可循呢?要求学生扮演科学家身份完成一个课题——“探究自由落体运动”。
   教师:影响物体下落速度的可能因素有哪些?质量、形状、體积?你能证明你的观点吗?
   二、分组初步实验探究
   提示课堂中可以使用的实验器材,硬币(若干一元和五角)、纸片、羽毛、胶带纸。按教师事先准备好的提示模板,进行实验方法设计,讨论。每组用白板展示实验方案、观察到的现象和结论。
   现象和结论1:同时释放一枚一元硬币和一个与硬币面积相同的纸片,硬币和纸片从同一高度开始下落,可以观察到硬币比纸片下落得快,,说明质量大的物体下落得快。
   现象与结论1:1元硬币与一张纸片同时下落,纸片面积与硬币相同。可以看出,硬币比纸下落得快,这说明重的物体下落得快。
   现象和结论2:取两张相同的纸片,将其中一张团成小纸球,让纸片和纸球从相同的高度同时释放,可以看出纸球的下落速度比纸片快,说明相同质量形状较小的物体下落得快。
   现象和结论3:当1元硬币和5角硬币同时从同一高度释放时,可以看到它们下落的速度是一样的,这表明不同质量的物体下落的速度是一样的。
   三、初步论证归纳:影响物体下落快慢的因素究竟是什么
   指导学生阅读课本伽利略的“两难推理”,了解“归谬”论证法。伽利略设想把大石头和小石头连成一体,运用亚里士多德的论断作为前提,来推理这个连体的下落速度,得出自相矛盾的结论,故亚里士多德“重的物体比轻的物体下落得快”的论断是错误的。
   教师实验演示“牛顿管”的实验。将牛顿管的阀门打开,迅速倒置,看到小铁片比羽毛先落到管底。将牛顿管抽气后关闭阀门,迅速倒置,看到小铁片和羽毛,几乎同时落到管底。
   启发学生得出结论:空气阻力是影响落体运动速度的主要因素,如果没有空气阻力,只在重力作用下,那么,不同质量的物体下落快慢是相同的。
   四、资料学习
   引导学生阅读课本上关于自由落体运动的定义和特点,使学生了解什么样的运动称为自由落体运动。需要满足两个条件:一是初速度为零;二是只受重力作用,不受阻力作用。
   资料:物理探究小组进行自由落体运动实验时,用相机频闪模式拍得两张照片A和B,教师向学生展示照片,照片A拍摄的是质量相同的纸片和纸团从同一高度下落,照片B拍摄的是体积相等的铅球和木球从同一高度下落,引导学生讨论照片中观察到的现象。
   教师:引导学生思考什么样的物体可以看成自由落体:
   地球表面附近有大气层,当一个物体从高处落下时,它会受到空气阻力。因此,严格地说,在现实生活中,只受重力的自由落体运动是不存在的。
   如果一个物体下落时,所受的阻力和重力小得多,它的下落就可以看作是自由下落。例如,固体金属球、硬币、小石头等,在其运动速度较小的情况下,可以忽略空气阻力的影响,将其自由落体视为自由落体运动。
   但如果它们从很高的地方开始下落,情况就不同了。当它们的速度增大到一定程度时,空气阻力就不能忽视了,所以它们运动的整个过程就不能被认为是自由落体。
   对于其他物体,如纸、棉花、羽毛等,从空中落下时,与重力相比,空气阻力的作用太大,不容忽视,其运动不能视为自由落体。
   五、论证自由落体运动的规律是匀加速直线运动,估算自由落体加速度
   教师:自由下落的物体位置的变化很快,凭眼睛观察记录难以准确。其实,用数码相机连拍功能可以记录重物的下落过程。实验中使用的照相具有运动连拍模式或多次曝光模式(要求每秒10桢以上)。可将金属球置于一个高2米的刻度尺前自由下落,连续多次拍摄质量不等的3个小金属球的自由下落的过程。

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