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例谈“问题导学式”课堂教学设计

来源:  时间:2015-02-04 08:41:10  
作者:王涛
 
摘要:在物理课堂教学过程的提问设计环节中,问题设计的是否必要,指向性是否精准,表述是否清晰,问题与问题之间是否具有严密的逻辑性将直接影响课堂教学效果。笔者认为物理教学中的很多内容均可以将其转化为“问题”的形式呈现,以问题作为思维导向,启发思维,深化思维。本文以“物体是有大量分子组成的”一课为例,以“问题链”的形式呈现课堂教学内容,实现教师“主导”,学生“主体”的角色扮演,进而实现高效物理课堂的构建。
关键词:   问题设计   活动    思维  高效课堂   
 
    培养学生的“观察、提问、交流、探究、实践、创新、反思”的物理学科素养,这已经成为广大教育工作者的共识。因此,如何建构能体现物理学科素养特点的“素养课堂”理论体系在我校应运而生。“问题导学”课堂模式是指根据教学内容及要求以问题的解决为中心,通过问题的发现、分析和解决等步骤去掌握概念规律,培养学生问题意识和问题能力的一种教学模式。通过学生对问题的探索和交流,澄清模糊认识,正确建立概念和理解概念,让学生在问题解决中体会到学习的快乐和成功。
教学过程:
 
一:引入新课
[活动一]:观察实验,引入课题
    实验:出示相同棉纱布两块,其中有一块表面喷有纳米材料,请几位同学绷起棉布使布面处于水平面,向棉布上倒入一小杯水,观察实验现象。通过实验,学生可以很明显地观察到其中一块纱布很快将水吸入,而另一块纱布则不能将水吸入,迅速引起学生好奇心。
    教师:为什么其中的一块纱布不透水呢?其实生活中也有类似的现象发生,比如水滴落在荷叶上,会变成了一个个自由滚动的水珠(莲花效应);市场上有一种衣服叫防油水服装也有相同的功能。
    为什么会发生以上的现象呢?(引入选修教材3-3)
    教师:热学研究的内容包括两个方面:一方面是关于热现象的宏观理论,它研究的是现象的一般规律;另一方面是关于热现象的微观理论,从分子运动的角度研究宏观热现象的规律。本章所要学习的分子动理论是热现象微观理论的基础。(引入第七章:分子动理论)
 
二:进行新课
[活动二]:播放视频,切入课题
【问题1】:物体是由大量分子组成的,通过预习你知道热学中讲的分子和化学中讲的分子有什么不同呢?
学生:研究物质化学性质时,我们认为组成物质的微粒是分子、原子或者离子。在热学中,我们研究其运动规律不必区分它们在化学变化中所起到的不同作用,而把它们统称为分子。
【问题2】:分子如此之小,如何才能观察到呢?
学生:利用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜观察
教师:投影扫描隧道显微镜的实物图片和所拍摄的物质表面原子的照片
 
教师补充:通过扫描隧道显微镜拍摄的图片可以更加直观的看到物体是由大量分子组成的
【问题3】:大量和微小是对立的还是统一的?
学生:大量和微小是统一的。
教师:为什么?
学生:因为微小所以大量。
【问题4】:人类对微观世界的探知过程是先知道大小还是先知道多少的呢? 
学生:先知道大小。
教师:为什么?
学生:因为物质是由大量的分子组成的,分子很小、很多,数不清楚。
教师:不仅是因为小、多才数不清楚,后面通过学习我们还将知道分子运动太乱,正因为它的多、小、乱所以数量上我们无法识别。
问题过渡:有没有方法能测量它的大小呢?(引入油膜法估测分子的大小)
[活动三]: 阅读教材,获取信息
阅读教材第2~第3页的实验内容,了解实验相关设计
【问题5】:该实验的原理是什么?
学生:d= V / S。
教师:其中物理量V、S、d分别指代什么?
学生:V是油酸的体积;S是油膜的面积;d是油膜的厚度。
教师(追问):你想让油膜多厚?为什么?
学生:想让油膜尽可能接近分子层的厚度,这样测出的d就是分子的直径。
教师:为什么用油酸分子做研究?
学生:因为油酸分子的一部分对水很有亲和力;另一部分对水没有亲和力而要冒出水面,因而油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。
教师:研究时做了这样的“简化处理”?
学生:把油酸分子简化成“球体模型”处理。
教师:实际上油酸分子的结构很复杂,把其简化成“球体模型”(理想化模型)是物理问题处理的常见的科学方法。
教师:播放幻灯片,投影示意图。
 
教师(总结):尽管分子很小,但是我们可以利用“测宏观量求微观量”的方法测出分子的尺度,这是一种重要的科学方法。
【问题6】:怎样获得少量的油酸?
学生:用酒精稀释。
教师:为什么选用酒精稀释?
学生:因为酒精易挥发,易溶于水,帮助油酸分子扩张形成单分子油膜。
【问题7】:如何测出少量(一滴)油酸的体积(V)?
学生:油酸和酒精按照一定的比例配比,利用“测多算少”的方法测出一滴油酸的体积。
教师:投影图片并播放事先录好的视频,让学生更加直观的看到把油酸酒精溶液递到水面上的实验效果。
教师:从视频中为什么能看到边缘的轮廓?
学生:因为水面上撒了痱子粉。
【问题8】:如何测得油膜的面积(S)?
学生:利用玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下油酸膜的形状,再将该玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。把正方形的个数乘以单个正方形的面积就得到油膜的面积。
教师:投影播放实验操作的具体模拟过程,给学生以更为直观的认识。
 
教师(总结):得到了V和S后,便可利用d= V / S算出油酸分子的直径。
【问题9】:既然是估测就一定有误差,你认为实验的误差来源有哪些?
学生:油酸酒精溶液的实际浓度和理论浓度间存在的偏差;
一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在的偏差;
油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层” 间存在偏差;
计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差;
……
教师(追问):既然误差来源这么多,这样的测量还有意义吗?
学生:有意义,因为是实验是估测,只需粗略地描述即可,所以我们得到的分在尺度的数量级仍然是可靠的。
[活动四]:投影例题,估算直径
【例题1】:把体积1mm3 的油酸滴在水面上,假设油酸在水面上形成面积为3.5m2 的单分子油膜,是估算油酸分子的直径
学生:d=v/s=(1×10-9m3 )/3.5m2=2.86 ×10-10 m
教师:通过模型类比,让学生感受分子很小,例如分子放大至网球这么大,相当于将网球放大至地球大小。
[活动五]:开放问题,讨论交流
思考与讨论:如果用M表示摩尔质量,m0表示分子质量,ρ表示物质的密度,V表示摩尔体积,v0表示分子体积,NA表示阿伏加德罗常数,写出这些量之间的关系。
学生小组合作讨论交流。
学生:到黑板上展示讨论结果。
教师:总结评价,给出“示范”并引导学生从推演过程中发现“阿伏加德罗常数”是联系微观世界和宏观世界的桥梁。
教师:阿伏加德罗常数是自然科学的一个重要常数。物理常数是物理世界客观规律的反映,物理学家想出各种办法来测量它,现在测定它的精确值是NA=6.02×1023mol-1。
[活动六]:拓展问题,渗透模型
【问题10】:如果把水换为标准状况下的水蒸气,能利用“分子球体模型”求得分子的间距吗? 
教师介绍气体分子的尺度与分子间距的大小关系,引导学生进行小组合作讨论交流。
学生:类比求油酸分子的尺度,把气体分子所占据的空间当做成“球体模型”,进而我们可以用类似的方法求得气体分子的间距。
教师:对学生提出的想法予以肯定。
教师:把分子所占的空间当做“球体模型”进行计算对结果有什么影响?
学生:由于“球体”间存在间隙,计算的误差可能会大些。
教师:有没有更好的办法或者“模型”?
学生:把气体分子所占的空间当做“立方体”模型,这样就可以减小“间隙”带来的误差影响。
教师:肯定学生的回答,展示两种模型的示意图让学生更加直观的比较,深化学生对“分子球体模型”和“分子立方体模型”的认识和理解。
 
三:课堂小结
估测分子的大小:  单分子油膜:d= V / S
分子直径的数量级:10-10m
阿伏加德罗常数:NA=6.02×1023mol-1 ——联系微观与宏观物理量的桥梁
科学方法:(1)理想化模型(2)测宏观量求微观量(3)测多算少
[活动七]:前呼后应,激发热情
    教师:介绍“莲花效应”产生的原理,让学生知道在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构,了解到微观世界的神奇,增强学生对微观世界的认识,进一步激发学生的对微观世界探知的热情。
    高中物理教学,涉及严谨的物理概念、严密的数理逻辑和奇妙的物理思想,精心地设计层次分明、形式多样、逻辑严密的问题,选择恰当的环节和时机,由表及里、由浅入深、由特殊到一般,让学生在课堂中经历质疑、思考、交流、共鸣的思维过程。
从教学环节和进程上看,可以把课堂提问划分为:导入提问、过渡提问、分析提问、归纳提问、拓展提问等。笔者以《物体是有大量分子组成的》的教学内容为素材,在问题设计上以精准的指向、清晰的表述、严密的逻辑为要求,以导入、过渡、分析、归纳、拓展等提问方式循序渐进地呈现课堂教学内容,把课堂教学的重点和难点交给了“什么?”、“为什么?”、“如何?”、“怎样?”等问题的讨论交流中,这样的设计不仅突出了教学重点,化解了教学难点,更实现了课堂的高效。
    高中物理内容较多,难度较大,灵活性较强,对学生的思维能力要求较高。若能在实际的课堂教学中,把教学“内容”的突出转化为“问题”的设计,以问题作为思维导向,启发思维,深化思维,我想这样的“问题导学式”课堂教学一定是高效的。