学生用毛细现象解释酒精灯燃烧

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1、学生用毛细现象解释酒精灯燃烧、树枝插在红色水中插久了变色的原因。 “科学是探求意义的过程” （爱因斯坦） 。作为一种学生的学习方式，探究活动关注的重点是围绕解决问题，采用一定的方法问题进行学习。学生的探究是需要方法引导的，这种引导将经历“有结构的探究 指导性探究 自由的探究”的过程，逐步放开。 一位外国教育专家观看了这堂课后，兴奋地说： “我终于看到了儿童真实的探究。这里真是课堂改进的天堂。 ” 照片：外国专家在课堂上 外国专家在课堂上 如果文章要分两部分的话，下面为第二部分，题目不变。 3 3. 在“变式”体验中建构原理 在“变式”体验中建构原理 -中学物理杠杆 -中学物理杠杆 杠杆是一种简

2、单的机械，形状各异，但都绕一个点转动，这个点称为支点。杠杆受的力分为动力和阻力，支点到动力或阻力的作用线的距离叫做力臂，杠杆平衡的条件是：动力动力臂阻力阻力臂。 杠杆是阿基米德发现力学规律的得意之作，他得出了著名的杠杆原理。让学生在过程体验中建构概念、原理，是当前理科课程改革的主要思想之一。可是一到现实的课堂，杠杆原理与认知建构理论就怎么也不能相映成趣： 力臂的定义比较抽象，总是由教师给出、学生记住； 杠杆平衡的条件还是教师演示，学生验证。 那么能否通过适当的教学处理，让学生能生动地体验知识的发生过程，有效地建构物理概念呢？物理研究小组对杠杆这堂课的教学内容做了如下的调整。 从“扁担挑物”到水

3、平杠杆的平衡条件 最简单的杠杆是水平杠杆。学生早就有了扁担挑东西的生活经验，只要稍作概括，就可以简化成如图所示的水平杠杆。 扁担挑物 扁担挑物 水平杠杆：支点、水平力臂、重力 水平杠杆：支点、水平力臂、重力 12在水平杠杆模型中，力臂是“具体”的，与生活经验完全一致，因此不会成为学习的难点。这样，学生就可以避开难点，集中探索支点两侧力臂、重力这4 个物理量的关系，下面是学生在课堂上做物理实验填写的记录单： 实验序次 实验序次 重力F重力F1 1力臂L力臂L1 1重力F重力F2 2力臂L力臂L2 2 3 3 2 2 2 2 3 3 学生经过亲自实验，获得一批数据，然后相互合作探讨这些数据之间的关

4、系，得出水平杠杆平衡的条件，即重力与力臂之间两两乘积相等（ F F1 1 L L1 1FF2 2 L L2 2）或反比例（F F1 1 ：L ：L2 2 F F2 2 ：L ：L1 1） 。 在新设计的教学过程中，师生行为出现了明显的变化。改进前，先是由教师口头讲解或实验演示，得出上述平衡条件，然后让学生根据实验手册的要求验证这个规律。改进后，学生变得主动起来，从直觉感知出发，通过简化设计了的实验，变验证为自觉探求，亲身体验了科学家（如阿基米德）发现客观规律的过程，这样的科学加工的方法（图 6） ，在自然科学的学习与研究中很具普遍意义和思想的价值。 直觉感知 设计实验 探索规律 直觉感知 设计

5、实验 探索规律 扁担挑物 水平杠杆 符号表征 扁担挑物 水平杠杆 符号表征 （生活经验） （因素简约化） F （生活经验） （因素简约化） F1 1 L L1 1FF2 2 L L2 2图 6 体验科学家发现规律的过程 图 6 体验科学家发现规律的过程 杠杆原理与力臂定义的修正 水平杠杆是个简单的模型，把其中一端的重物换为弹簧秤竖直往下拉，结果仍然符合前述的杠杆原理。改变弹簧秤的方向，如下图所示斜拉。这时学生会 13发现，他们原来归纳得出的结论怎么不适用了，这一“错误”引起认知冲突。经过充分讨论，学生自行修正了力臂的定义支点到力的作用线的距离（上图虚线所示） ，这样杠杆原理仍然成立。最后，教师

6、适时介入，介绍生活中的杠杆（见下图） ，加深学生对于阻力、动力、阻力臂、动力臂的理解。 撬石头 大力订书机 撬石头 大力订书机 在力臂概念的教学中，教师行为的改变表现在：改进前，教师一开始就硬性灌输力臂的定义，由于概念比较抽象，学生常常不知其所以然，这就容易导致被动接受。改进课中，教师在学生对力臂意义有了初步认识的基础上，巧妙地设计了一种“变式”用弹簧秤斜拉，让学生产生认知冲突，从而完整地有效地建构起力臂的概念，准确领悟杠杆原理的内涵。 4 4. 设计“铺垫”引导探究 设计“铺垫”引导探究 -中学数学勾股定理 -中学数学勾股定理 从某种意义上说，勾股定理的教与学是数学教改的晴雨表：上一世纪五六

7、十年代数学课程中的严格论证、后来提倡的“量一量、算一算”、之后的“告诉结论” 、“做中学”，直到现在的探究式等，在勾股定理的教学中都有各自的追求。数学教学要培养学生数学计算、数学论证乃至数学推断等能力，勾股定理的教学正是一个恰当的例子。为实施探究水平的教学，研究者对教师日常的课堂行为进行分析，结果表明，教师虽有探究式教学的理念，但在师生行为的设计上有两个难解的困惑：通过度量直角三角形三条边的长，计算它们的平方，再归纳出a2+b2=c2，由于得到的数据不总是整数，学生很难猜想出它们的平方关系，因此教师常常把勾股定理作为一个事实告诉学生；勾股定理的证明有难度，一般来说学生很难自行探究，寻得解决的方

8、法。 14一项对澳大利亚、捷克、香港和上海四地勾股定理的课堂教学研究表明：澳大利亚是把勾股定理作为一个事实(知识)告诉学生，只字未提证明，捷克和香港虽然介绍了多种证明方法，但事实上只是通过演示手段，让学生直观地确认所发现的关系。 可见，直接让学生猜想和证明勾股定理是有困难的。事实上，多数教师教勾股定理，基本采用讲解的方式，在我们视野所及的范围内，即使有教师力图实施探究性教学，也只是停留于形式，称不上实质意义上的探究。那么能否通过设计合适的学习情境做铺垫，引发学生的数学猜想；能否在铺垫的基础上，通过数形结合，引导学生自行论证，并从中懂得反驳与证明的价值呢？我们在研究中做了这样的改进：运用“脚手架

9、”理论，通过“工作单”进行铺垫，为学生的学习提供一种教学协助，帮助学生完成在现有能力下对高认知学习任务的难度的跨越。 工作单 1工作单 1. 在方格纸内斜放一个正方形 ABCD， 正方形的 4 个顶点都在格点 上，每个小方格的边长为 1 个长度单位,怎样计算正方形 ABCD 的面积？ 在方格纸内斜放一个正方形 ABCD， 正方形的 4 个顶点都在格点 上，每个小方格的边长为 1 个长度单位,怎样计算正方形 ABCD 的面积？ 这一环节是教师设置铺垫，为学生的探究提供教学协助。斜放正方形的面积可按右图启示的思路计算 （正放的大正方形的面积减去 4 个阴影直角三角形的面积） 。这样所得数据都是整数

10、，有利于学生猜想直角三角形三边之间的关系。此外，这一种面积补割的方法又可以引导出勾股定理的一种证明方法。 工作单 2工作单 2. 直角三角形两条直角边（a、b）和斜边（c）之间有什么关系？ 用前面提供的方法分别计算下列四图中的直角三角形两条直角边（a、b）和斜边（c）之间有什么关系？ 用前面提供的方法分别计算下列四图中的 a2 2、b2 2 、 、2ab 及 c2的值，并填表，然 后猜测它们之间的数量关系。 及 c2的值，并填表，然 后猜测它们之间的数量关系。 香港大学黄荣金博士从上海、香港所作的 19 个勾股定理教学的现场实录，以及由第三次国际数学及科学重复录像研究项目提供的 12 个勾股定

11、理教学录像（包括实录文稿）中，选取其中四地进行了分析和研究。 15 代数项代数项 图图图图图图图 图 a a2 21 1 4 4 9 9 16 16 b b2 24 4 9 9 16 16 25 25 2ab 2ab 4 4 12 12 24 24 40 40 c c2 25 5 13 13 25 25 41 41 （注：表内数据是后来填上去的） 第二个环节是根据数据出猜想。学生运用第一份工作单提供的方法，计算并填表， 然后归纳表内数据， 猜测直角三角形两条直角边和斜边之间可能有的关系。学生通过仔细观察，很容易猜想出“a2+b2=c2” 。 出人意料的是，有的学生根据数据表还归纳出了“2ab+

12、1=c2”的猜想。对这个猜想，教师问“它是不是一个普遍的规律呢？”此时，另有学生举出了a=2、b=4 等例子作反驳，因为 2ab+1=17，而c2=20，它们并不相等，故可予以否定。那么“a2+b2=c2”是否也可举例推翻呢？例子举不胜举，但都否定不了，看来要确认它为定理，只有依赖逻辑证明这一有力手段了。在这里，学生的尝试错误已被作为一种有效的教学资源，成为他们懂得反驳与证明的价值，激发探究勾股定理证明方法的直接动因。 工作单 3工作单 3. 直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方，这一命题是从以 上几个特殊例子得出的，而对于一般的直角三角形，它是否成立呢？把图中的 方格纸 背景撤去，并且隐

13、去 a、b 的具体数值，在直角三角形 ABC 中，已知 ACB=90， BC=a， CA=b， AB=c， 利用刚才计算斜放正方形面积的方法证明 a直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方，这一命题是从以 上几个特殊例子得出的，而对于一般的直角三角形，它是否成立呢？把图中的 方格纸 背景撤去，并且隐去 a、b 的具体数值，在直角三角形 ABC 中，已知 ACB=90， BC=a， CA=b， AB=c， 利用刚才计算斜放正方形面积的方法证明 a2 2+b+b2 2=c=c2 2 这一命题的正确性。 这一命题的正确性。 第三个环节拆除了原先的铺垫，通过数形结合，让学生学会逻辑证明的一般方法。之前

14、，第一个环节计算斜放正方形面积的方法，实际上蕴含了一种通过计16算论证定理的思路： c2 =（ab）22ab，第二个环节又强化了这一条思路，到这时经过上述铺垫，定理证明的难度明显降低了，学生完全可以亲自“做出来” 。 整个过程中，学生猜想结论，证明定理，成功地亲历了知识的形成过程，又充分体验了解决问题的愉悦。 这后一种收获可以说是 “脚手架” 策略在学生情感、动机激发上起了作用。当然从铺垫的功能来说，情感的铺垫与认知的铺垫具有相须互发的关系，两者是密不可分的。 工作单 4工作单 4. 多种拼图活动及课外思考（从略） 。多种拼图活动及课外思考（从略） 。 改进前后课的价值取向可以从课堂行为结构的

15、变化进行比较，为简要起见，这里仅用 4 种课堂行为（图 7）的时间占比做说明：教师讲授从 51.2 %减少到26.7%，学生探索从 3.8%明显地增加到 46.6%，这表明改进后课的价值观正向能力取向移动；由于探索时间增加，学生课堂练习从 28.2%减少到 3.2%，但观察资料表明，学生课外思考的空间却比原来扩大了许多。可见，致力于改变学生学习方式的理念，在改进后的课中得到了有效的体现。 51.216.83.828.226.723.546.63.20102030405060 51.216.83.828.226.723.546.63.20102030405060教师讲授师生问答学生探究学生练习教师讲授师生问答学生探究学生练习百分比百分比改进前改进后图 7 课堂教学行为时间占比的对比 图 7 课堂教学行为时间占比的对比 以上是这次行动过程中所做的 4 个课例。 每个课例的设计与实施过程并非无可挑剔，甚至还会有不少问题，但这些并不重要。重要的是，这些例子都是一批长期在基层从事繁重教学与教研工作的教师在与研究者合作的平台上亲自“做”出来的，其可贵之处正在于形成这些课例的行动以及行动中教师们的成长。