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在牛顿第一定律的教学实践中,我们发现学生在表面上能对定律的内容倒背如流,但应用定律解决问题时,就会出现不同程度的错误。例如:飞机投掷炸弹时,是在目标的正上方开始投掷,还是在未到达目标的正上方之前开始投掷?有的学生由于受平时生活经验的影响,会错误的认为在目标的正上方开始投掷。这值得我们思考的是学生为什么会出现错误的判断?这促使我们对牛顿第一定律的教学进行深层次的理性思考,需要从学生的认知心理上,对这一规律的教学进行深入的研究。
一、牛顿第一定律常规的教学模式
牛顿第一定律的常规教学方法,一般是按教材编排顺序,先进行演示实验引出课题,然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论,消除“力是维持物体运动原因”的错误观念,进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性,最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象,从而完成整个教学过程。
为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况,可用这样一道题目来检测学生,你在一辆匀速直线行驶的公共汽车车箱里突然腾空跳起后又落到车箱里,请问你是落在起跳点的原处、前面、还是后面?学生常常会错误地回答:落在跳起处的后面。
二、分析学生出现错误的原因
认知心理学的理论告诉我们,学生学习物理概念、规律时所形成的错误,常常是由于受其生活实践所形成的前科学概念的影响而造成的。所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中,各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念。比如上述例子学生出错的原因是,在他们的生活中,经历了很多类似“脚踢球,球运动”的例子,使他们早已产生了“力是维持物体运动原因”的前科学概念。因此,他们会错误的认为当人跳起后在水平方向上没有受外力作用,那一瞬间人不会向前运动,汽车却在向前运动,从而得到“人落在起跳处的后面”的结论。针对这种情况,我们在教学过程中,应根据教学内容和学生的实际情况,不断改革教学方法,使学生真正吃透教学内容。
三、教学中应注意的几个问题
1 破除学生头脑中的前科学概念
由于学生头脑中的前科学概念是在长期的生活实践中自发形成的。并且具有一定的隐蔽性和顽固性。教师在教学过程中,要让学生通过实践,在学生的头脑中引发认知冲突和危机,使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾,从而否定自己原有的认知结构,建构新的知识结构。这个过程实际上是在学生头脑中引发了一场科学革命。例如,让学生多做类似“人在匀速直线行驶的汽车车箱里腾空跳起”的实验,观察实验结果,查找实验结果为什么与自己想象的结果不一样的真正原因。从而否定“力是维持物体运动原因”的前科学概念,真正掌握牛顿第一定律。
2 教育学生建立理想模型,培养探究方法
建立理想化的物理模型是物理学研究的重要方法之一,也是一种经常应用的科学研究方法。在物理学中建立的物理模型有“质点”、“直线运动”、“匀速直线运动”、“匀速圆周运动”等等。在牛顿第一定律中涉及到的“光滑平面”就是伽俐略、牛顿研究力和运动关系时建立的一种理想模型,正因为建立了理想模型,才揭示了力和运动关系的本质,进而总结出了经典力学中一条重要的物理规律。理想模型是一种抽象的理想客体,实际上并不存在,但对我们研究问题非常重要。在教学过程中,不防以伽利略、牛顿为例子,教育学生在现实生活经验的基础上,充分发挥自己的想象力和创造力,从而培养探究科学的方法和精神。
3 注重定律中条件的内涵
牛顿第一定律的内容是:“一切物体在不受外力作用时,总保持静止或匀速直线运动状态。”定律的条件是“物体不受外力”;结论是“保持静止或匀速直线运动状态”。在教学中,很多学生不能真正理解条件的涵义,认为只有物体绝对不受外力时,才能保持静止或匀速直线运动状态;受了外力则不会有此结论。其实,我们在理解牛顿第一定律时,必须明确条件的内涵,“物体不受外力”包含两种情况:①物体绝对不受外力;②物体可受外力,但所受外力的合力为零,等效于不受外力。例如,人在匀速直线行驶的汽车车箱里腾空跳起,人在水平方向上没有受外力作用(忽略空气阻力),因此,人在水平方向将保持原来的运动状态,继续向前作匀速直线运动,由于汽车也在向前作匀速直线运动,且二者速度相同,故人将落到原来起跳处的位置。又如,马拉车在水平路面上直线行走,车在水平方向受到了两个力:马的拉力和地面的摩擦力,若这两个力始终大小相等,方向相反,则水平方向合力为零,则车在水平方向一定保持匀速直线运动状态。
4 注重科学知识、科学方法与科学精神教育相结合
牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位,而且在物理教学中也具有很好的教育价值。在教学中,不仅要注重定律本身科学知识的教学,而且要特别强调总结归纳定律所运用的科学方法,包括理论实验的方法和科学推理方法,这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面。在教学过程中要结合定律潜移默化地对学生进行科学精神教育,例如,为什么伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的人们能够接受的错误结论?为什么牛顿又能站在巨人的肩膀上归纳总结出牛顿第一定律?引导学生树立起科学的人生观、价值观和对科学的怀疑精神,树立实践是检验真理的唯一标准的信念。这样融知识、方法和精神于一体的教学,才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵。
总之,教师在物理教学过程中,要充分体现以教师为主导,学生为主体,结合学生实际,因材施教。灵活处理和解决教学中出现的问题,不断总结经验,努力改进教育教学方法,最终达到提高教学效果的目的。
一、牛顿第一定律常规的教学模式
牛顿第一定律的常规教学方法,一般是按教材编排顺序,先进行演示实验引出课题,然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论,消除“力是维持物体运动原因”的错误观念,进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性,最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象,从而完成整个教学过程。
为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况,可用这样一道题目来检测学生,你在一辆匀速直线行驶的公共汽车车箱里突然腾空跳起后又落到车箱里,请问你是落在起跳点的原处、前面、还是后面?学生常常会错误地回答:落在跳起处的后面。
二、分析学生出现错误的原因
认知心理学的理论告诉我们,学生学习物理概念、规律时所形成的错误,常常是由于受其生活实践所形成的前科学概念的影响而造成的。所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中,各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念。比如上述例子学生出错的原因是,在他们的生活中,经历了很多类似“脚踢球,球运动”的例子,使他们早已产生了“力是维持物体运动原因”的前科学概念。因此,他们会错误的认为当人跳起后在水平方向上没有受外力作用,那一瞬间人不会向前运动,汽车却在向前运动,从而得到“人落在起跳处的后面”的结论。针对这种情况,我们在教学过程中,应根据教学内容和学生的实际情况,不断改革教学方法,使学生真正吃透教学内容。
三、教学中应注意的几个问题
1 破除学生头脑中的前科学概念
由于学生头脑中的前科学概念是在长期的生活实践中自发形成的。并且具有一定的隐蔽性和顽固性。教师在教学过程中,要让学生通过实践,在学生的头脑中引发认知冲突和危机,使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾,从而否定自己原有的认知结构,建构新的知识结构。这个过程实际上是在学生头脑中引发了一场科学革命。例如,让学生多做类似“人在匀速直线行驶的汽车车箱里腾空跳起”的实验,观察实验结果,查找实验结果为什么与自己想象的结果不一样的真正原因。从而否定“力是维持物体运动原因”的前科学概念,真正掌握牛顿第一定律。
2 教育学生建立理想模型,培养探究方法
建立理想化的物理模型是物理学研究的重要方法之一,也是一种经常应用的科学研究方法。在物理学中建立的物理模型有“质点”、“直线运动”、“匀速直线运动”、“匀速圆周运动”等等。在牛顿第一定律中涉及到的“光滑平面”就是伽俐略、牛顿研究力和运动关系时建立的一种理想模型,正因为建立了理想模型,才揭示了力和运动关系的本质,进而总结出了经典力学中一条重要的物理规律。理想模型是一种抽象的理想客体,实际上并不存在,但对我们研究问题非常重要。在教学过程中,不防以伽利略、牛顿为例子,教育学生在现实生活经验的基础上,充分发挥自己的想象力和创造力,从而培养探究科学的方法和精神。
3 注重定律中条件的内涵
牛顿第一定律的内容是:“一切物体在不受外力作用时,总保持静止或匀速直线运动状态。”定律的条件是“物体不受外力”;结论是“保持静止或匀速直线运动状态”。在教学中,很多学生不能真正理解条件的涵义,认为只有物体绝对不受外力时,才能保持静止或匀速直线运动状态;受了外力则不会有此结论。其实,我们在理解牛顿第一定律时,必须明确条件的内涵,“物体不受外力”包含两种情况:①物体绝对不受外力;②物体可受外力,但所受外力的合力为零,等效于不受外力。例如,人在匀速直线行驶的汽车车箱里腾空跳起,人在水平方向上没有受外力作用(忽略空气阻力),因此,人在水平方向将保持原来的运动状态,继续向前作匀速直线运动,由于汽车也在向前作匀速直线运动,且二者速度相同,故人将落到原来起跳处的位置。又如,马拉车在水平路面上直线行走,车在水平方向受到了两个力:马的拉力和地面的摩擦力,若这两个力始终大小相等,方向相反,则水平方向合力为零,则车在水平方向一定保持匀速直线运动状态。
4 注重科学知识、科学方法与科学精神教育相结合
牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位,而且在物理教学中也具有很好的教育价值。在教学中,不仅要注重定律本身科学知识的教学,而且要特别强调总结归纳定律所运用的科学方法,包括理论实验的方法和科学推理方法,这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面。在教学过程中要结合定律潜移默化地对学生进行科学精神教育,例如,为什么伽利略能够大胆地怀疑亚里士多德延续2000多年的人们能够接受的错误结论?为什么牛顿又能站在巨人的肩膀上归纳总结出牛顿第一定律?引导学生树立起科学的人生观、价值观和对科学的怀疑精神,树立实践是检验真理的唯一标准的信念。这样融知识、方法和精神于一体的教学,才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵。
总之,教师在物理教学过程中,要充分体现以教师为主导,学生为主体,结合学生实际,因材施教。灵活处理和解决教学中出现的问题,不断总结经验,努力改进教育教学方法,最终达到提高教学效果的目的。