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1、高中物理新课程教学设高中物理新课程教学设计与课堂教学案例评析计与课堂教学案例评析齐齐哈尔教研院齐齐哈尔教研院陈文陈文C主要内容主要内容用科学探究的思想指导高中用科学探究的思想指导高中物理教学改革物理教学改革探究探究建构式教学建构式教学新课程教学设计新课程教学设计案例评析案例评析用科学探究的思想指导用科学探究的思想指导高中物理教学高中物理教学 新课程提出了三维教学目标，注重探新课程提出了三维教学目标，注重探究式的学习方式。从理论上说，这两究式的学习方式。从理论上说，这两者在本质上是统一的，任何目标和它者在本质上是统一的，任何目标和它的实现方式都是不可分离的。很难设的实现方式都是不可分离的。很难设
2、想单纯传授知识型的教学方式能发展想单纯传授知识型的教学方式能发展学生的科学探究能力。因此，探究式学生的科学探究能力。因此，探究式教学是实现三维目标的必然要求。教学是实现三维目标的必然要求。但是探究式教学受到多种条件限但是探究式教学受到多种条件限制，尤其在高中阶段，学生学习制，尤其在高中阶段，学生学习任务重，升学压力大，许多教师任务重，升学压力大，许多教师感到在高中实施探究教学有很多感到在高中实施探究教学有很多困难。这就需要根据正确理解科困难。这就需要根据正确理解科学探究和探究式教学。学探究和探究式教学。美国科学教育标准关于科学探究美国科学教育标准关于科学探究的定义的定义科学探究指的是科学家们用
3、科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。的多种不同途径。科学探究也指的是学生用以科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想获取知识、领悟科学的思想概念、领悟科学家们研究自概念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各然界所用的方法而进行的各种活动。种活动。科学探究的涵义是广泛的。科学探究的涵义是广泛的。探究式学习探究式学习探究是一种复杂的学习活动，它探究是一种复杂的学习活动，它涉及到观察现象；提出问题；查涉及到观察现象；提出问题；查阅书刊及其他信息资源以便了解阅书刊及其他信息资源以便了解已有
4、的知识；设计调查和研究方已有的知识；设计调查和研究方案；根据实验证据来核查已有的案；根据实验证据来核查已有的结论；结论；运用各种手段来搜集、分析和解运用各种手段来搜集、分析和解释数据；得出答案、进行解释并释数据；得出答案、进行解释并作出预测；把结果告之于人。探作出预测；把结果告之于人。探究需要明确假设、运用批判性思究需要明确假设、运用批判性思维和逻辑思维、考虑各种可能的维和逻辑思维、考虑各种可能的解释。解释。科学探究的五个基本特征：科学探究的五个基本特征：学习者围绕科学性问题展开探学习者围绕科学性问题展开探究活动。究活动。学习者要优先考虑证据，证据学习者要优先考虑证据，证据可以帮助他们解释科学
5、性问题可以帮助他们解释科学性问题并对提出的解释予以评价。并对提出的解释予以评价。学习者要从证据中提炼学习者要从证据中提炼出解释，对科学性问题出解释，对科学性问题做出回答。做出回答。学习者通过比较其他的学习者通过比较其他的解释，特别是那些体现解释，特别是那些体现出科学性理解的解释，出科学性理解的解释，来评价他们自己提出的来评价他们自己提出的解释。解释。学习者要交流和论证他学习者要交流和论证他们所提出的解释。们所提出的解释。从物理教育的角度来看，可以从从物理教育的角度来看，可以从以下三个层面来理解科学探究：以下三个层面来理解科学探究：首先是观念层面，科学探究体现着现首先是观念层面，科学探究体现着现
6、代科学观。科学不是已经完成和固化代科学观。科学不是已经完成和固化了的知识体系，而是人类对自然界的了的知识体系，而是人类对自然界的永无止境的探究过程。科学的知识体永无止境的探究过程。科学的知识体系在探究过程中不断发展和变化，许系在探究过程中不断发展和变化，许多科学的结论是待证伪的，是在发现多科学的结论是待证伪的，是在发现新的证据之后需要修正的。新的证据之后需要修正的。人类对自然界的认识尚且如此，人类对自然界的认识尚且如此，对学生而言，其个体的认识也需对学生而言，其个体的认识也需要在探究过程中不断发展和改变。要在探究过程中不断发展和改变。因此，学习物理的过程是一个不因此，学习物理的过程是一个不断转
7、变对自然界的原有认识和观断转变对自然界的原有认识和观念的过程，是一个自觉的实现观念的过程，是一个自觉的实现观念自我更新的过程念自我更新的过程。第二是思想方法层面第二是思想方法层面科学探究是科学家群体在长期探科学探究是科学家群体在长期探索自然规律的过程中所形成的有索自然规律的过程中所形成的有效的认识和实践方式，其中最重效的认识和实践方式，其中最重要的是科学思维方式，即我们通要的是科学思维方式，即我们通常所说的科学思想方法。常所说的科学思想方法。当代科学教育理论认为，科学当代科学教育理论认为，科学探究没有固定的模式，但有一探究没有固定的模式，但有一些可辨别的要素，如提出科学些可辨别的要素，如提出科
8、学问题，建立假设，搜集证据，问题，建立假设，搜集证据，提出理论或模型，评估与交流提出理论或模型，评估与交流等，这些都是科学思想和工作等，这些都是科学思想和工作方式的体现。方式的体现。在物理课程标准中，根据在物理课程标准中，根据这些要素提出了对学生理这些要素提出了对学生理解科学探究和发展科学探解科学探究和发展科学探究能力的要求。究能力的要求。任何实验探究过程都需要任何实验探究过程都需要一定的操作技能，如控制一定的操作技能，如控制变量、使用仪器、记录和变量、使用仪器、记录和处理数据等。处理数据等。第三是操作技能层面第三是操作技能层面从以上分析可见，除了第从以上分析可见，除了第三个层面要求学生必须动
9、三个层面要求学生必须动手实验之外，前两个层面手实验之外，前两个层面都可以体现在物理教学过都可以体现在物理教学过程之中。程之中。用科学探究的思想指导用科学探究的思想指导高中物理教学是完全可高中物理教学是完全可以实现的。以实现的。科学探究与知识建构是统一的科学探究与知识建构是统一的在物理教学改革中，有许在物理教学改革中，有许多人担心强调科学探究会多人担心强调科学探究会影响学生掌握物理知识。影响学生掌握物理知识。用科学探究的思想指用科学探究的思想指导物理教学不是忽视导物理教学不是忽视物理知识的学习，而物理知识的学习，而是注重了学生对物理是注重了学生对物理知识的自主建构过程知识的自主建构过程.科学探究
10、与知识的建构科学探究与知识的建构是在同一过程中发生的。是在同一过程中发生的。建构知识与传授知识的本建构知识与传授知识的本质区别在于：传授是自上质区别在于：传授是自上而下的，知识的来源是教而下的，知识的来源是教师和教材，接受者是学生。师和教材，接受者是学生。而建构则是自下而上的而建构则是自下而上的.物理知识的获得必须通过自物理知识的获得必须通过自主建构过程主建构过程学生的头脑本来就不是一张白纸，学生的头脑本来就不是一张白纸，他们对于物理现象和问题存在着他们对于物理现象和问题存在着大量的前概念和常规的认识和思大量的前概念和常规的认识和思维方式，这些原有认识只有在科维方式，这些原有认识只有在科学探究
11、的过程中经过冲突和挑战学探究的过程中经过冲突和挑战才可能真正转变，科学的观念和才可能真正转变，科学的观念和思维方式才能真正建立起来。思维方式才能真正建立起来。国内外物理教育的大量研究结果国内外物理教育的大量研究结果表明，学生学习物理知识的过程表明，学生学习物理知识的过程是在原有认识的基础上自主建构是在原有认识的基础上自主建构知识的过程，学生的原有认识和知识的过程，学生的原有认识和在探究过程中产生的认知冲突在在探究过程中产生的认知冲突在物理知识的建构过程中起着十分物理知识的建构过程中起着十分重要的作用。重要的作用。一个关于学生学习的模型一个关于学生学习的模型关于学生前认知的研究成果关于学生前认知
12、的研究成果国内外大量研究表明，学生在正国内外大量研究表明，学生在正式学习有关的物理知识之前，头式学习有关的物理知识之前，头脑中业已存在着一定的原有认识脑中业已存在着一定的原有认识和该认识赖以形成的思维方式，和该认识赖以形成的思维方式，我们统称为我们统称为前认知，前认知，它们在很大它们在很大程度上决定着学生对新知识的理程度上决定着学生对新知识的理解。解。研究表明，学生学习物理的过程研究表明，学生学习物理的过程不是简单地把书本上和教师课堂不是简单地把书本上和教师课堂讲授的内容装入自己头脑的过程，讲授的内容装入自己头脑的过程，而是一个在一定的教学情境中转而是一个在一定的教学情境中转变和发展自己的前认
13、知的过程，变和发展自己的前认知的过程，是认知结构和认知模式的变化过是认知结构和认知模式的变化过程。在这些研究成果的基础上，程。在这些研究成果的基础上，研究者建立了关于学生学习物理研究者建立了关于学生学习物理的新模型的新模型.认知具有生产性和创造性 不仅仅是所存信息的重演认知冲突的教学策略认知冲突的教学策略请看以下情境素材。请看以下情境素材。【情境素材情境素材1】变压器教学片段（视频素材）变压器教学片段（视频素材）1 （视频素材（视频素材1-2-2A）1本案例摘自本案例摘自“2005年全国第三届中学物年全国第三届中学物理教学改革创新大赛理教学改革创新大赛”一等奖作品：江苏一等奖作品：江苏省徐州一
14、中省徐州一中 张翔凤张翔凤“变压器变压器”教学片断教学片断理论基础知识维探究建构式教学 在物理教学中，如果我们尝在物理教学中，如果我们尝试运用知识维模型来指导教试运用知识维模型来指导教学过程，将科学探究真正作学过程，将科学探究真正作为科学知识建构过程中的一为科学知识建构过程中的一个必经途径，不论是引导学个必经途径，不论是引导学生自主开展科学探究活动，生自主开展科学探究活动，还是展示科学家在解决问题还是展示科学家在解决问题中的探究过程，都努力使学中的探究过程，都努力使学生的认识过程按照知识建构生的认识过程按照知识建构的科学模式发展，以此指导的科学模式发展，以此指导学生的思维活动，使之在探学生的思
15、维活动，使之在探究过程中自觉地建构合理的究过程中自觉地建构合理的知识体系，形成科学的价值知识体系，形成科学的价值判断，就可以实现物理教学判断，就可以实现物理教学中知识与过程的统一。可以中知识与过程的统一。可以预测，这种教学将会使学生预测，这种教学将会使学生获得最大的发展。我们将建获得最大的发展。我们将建立在上述理论和模型基础上立在上述理论和模型基础上的教学称为探究的教学称为探究建构式教建构式教学。学。传统教学设计传统教学设计-以教师为中心以教师为中心1.确定教学目标确定教学目标2.分析学生特征分析学生特征3.根据教学目标确定教学内容、教根据教学目标确定教学内容、教学重点和教学顺序学重点和教学顺
16、序4.根据教学内容和学生特征确定教根据教学内容和学生特征确定教学难点学难点5.选择和制定教学策略选择和制定教学策略6.选择与设计教学媒体选择与设计教学媒体7.进行教学评价进行教学评价评述评述优点：目标明确，能充分发挥教优点：目标明确，能充分发挥教师作用，传授知识量大。师作用，传授知识量大。缺点：以教师为中心，强调教而缺点：以教师为中心，强调教而忽视学，教得多而学生真正学到忽视学，教得多而学生真正学到得少。学生处于被动接受状态，得少。学生处于被动接受状态，积极性、主动性、创造性很难发积极性、主动性、创造性很难发挥。挥。现代教学设计现代教学设计-以学生为中心以学生为中心以学生为中心以学生为中心强调
17、强调“情境情境”对意义建构的作用对意义建构的作用强调强调“合作学习合作学习”对意义建构的关对意义建构的关键作用键作用强调对学习环境的设计强调对学习环境的设计强调利用各种信息资源来支持强调利用各种信息资源来支持学习学习强调学习过程的最终目的是完强调学习过程的最终目的是完成意义建构成意义建构评述评述优点：以学生为中心，学生的优点：以学生为中心，学生的主动性可以得到充分发挥，有主动性可以得到充分发挥，有利于培养创造性人才。利于培养创造性人才。缺点：对教师和学生要求高，缺点：对教师和学生要求高，知识教学效率较低知识教学效率较低探究探究建构式教学设计：建构式教学设计：以问题为中心以问题为中心传统教学传统
18、教学设计的优点设计的优点现代教学现代教学设计的优设计的优点点 探究探究 建构式建构式 教学设计教学设计情境创设情境创设学生学习物理的过程是一个既艰巨又复杂学生学习物理的过程是一个既艰巨又复杂的过程，需要在教师精心设计的系列教学的过程，需要在教师精心设计的系列教学情境中，经过学生的自主建构来完成。情境中，经过学生的自主建构来完成。情境认知与学习理论认为知识不是抽象的，情境认知与学习理论认为知识不是抽象的，而是一种高度基于情境的实践活动。而是一种高度基于情境的实践活动。因此，在教学中教师需要给学生创设恰当因此，在教学中教师需要给学生创设恰当的教学情境，才能促进学生的知识建构。的教学情境，才能促进学
19、生的知识建构。教学设计步骤教学设计步骤确定教学目标确定教学目标分析教学内容分析教学内容确定焦点问题确定焦点问题分析学生状况分析学生状况创设问题情境创设问题情境选择和设计指导学生探究的教学策略选择和设计指导学生探究的教学策略选择和设计指导学生建构知识的教学选择和设计指导学生建构知识的教学策略策略反思与评价反思与评价教学流程图教学流程图创设问题情境引导学生确定焦点问题引导学生围绕焦点问题展开探究活动评价与交流探究结果新知识的应用：解决焦点问题新知识的拓展案例一案例一 力的合成力的合成一、一、前测设计与分析前测设计与分析 1.前测的设计前测的设计 学生常见到物体受多个力的情学生常见到物体受多个力的情
20、况，在初中学过初步的力的合成知况，在初中学过初步的力的合成知识。通过本测试了解学生对力的合识。通过本测试了解学生对力的合成的前认知。成的前认知。2.前测题前测题1.合力和分力是否可以相互代替？合力和分力是否可以相互代替？A.可以可以 B.不可以不可以2.作用在不同物体上的两个力能不能进行力的合成作用在不同物体上的两个力能不能进行力的合成？A.能能 B.不能不能3.合力一定大于分力吗？合力一定大于分力吗？A.一定大于一定大于 B.不一定大于不一定大于4.怎样求两个分力的合力？怎样求两个分力的合力？A.相加相加 B.相减相减 C.相加或者相减相加或者相减 D.其它方法其它方法 5.两个分力成一定角
21、度，两个力之间的夹角变化时，两个分力成一定角度，两个力之间的夹角变化时，合力的大小是否变化？合力的大小是否变化？A.变化变化 B.不变化不变化 6.作用在一个物体上的两个力作用在一个物体上的两个力F1=2N,F2=3N,两个力两个力的合力可能是多少？的合力可能是多少？F1=2N,F2=3N A.5N B.1N C.5N或或1N D.以上都不正确以上都不正确 7.如图所示，作用在一个物体上的两个力如图所示，作用在一个物体上的两个力F1=2N,F2=3N,两个力的合力可能是多少？两个力的合力可能是多少？A.5N B.1N C.两个都不对两个都不对F1F23.前测的分析前测的分析 在初中时学过同一直
22、线上两个力的合成。在初中时学过同一直线上两个力的合成。学生对于两个力同向和反向时力的合成学生对于两个力同向和反向时力的合成掌握的比较好，而对于成一定角度的力掌握的比较好，而对于成一定角度的力的合成存在错误认识，认为只存在相加的合成存在错误认识，认为只存在相加或相减的情况。当给出学生力的示意图或相减的情况。当给出学生力的示意图时，学生才会考虑两个成一定角度的力时，学生才会考虑两个成一定角度的力合成时，能不能直接相加、相减的问题。合成时，能不能直接相加、相减的问题。二、教学设计二、教学设计1.知识内容分析知识内容分析 力的合成是在学生学习力的概念和常见力的力的合成是在学生学习力的概念和常见力的基础
23、上研究多个力的合成问题。依据等效思想，基础上研究多个力的合成问题。依据等效思想，在实验基础上得出矢量运算普遍遵守的法则在实验基础上得出矢量运算普遍遵守的法则 平行四边形定则。平行四边形定则。矢量运算始终贯穿在高中物矢量运算始终贯穿在高中物理知识内容的全过程中理知识内容的全过程中,具有基础性和预备性具有基础性和预备性,为以后学习速度、加速度、位移、动量等矢量运为以后学习速度、加速度、位移、动量等矢量运算奠定了基础。算奠定了基础。因此本节内容具有承上启下的因此本节内容具有承上启下的作用。作用。矢量概念是高中物理教学中引进的重要矢量概念是高中物理教学中引进的重要概念之一概念之一,是初中知识的扩展和深
24、化。是初中知识的扩展和深化。2.学生分析学生分析 学生对力的概念有较深刻的认识；学生对力的概念有较深刻的认识；学生已掌握了力的图示法；具备了一定学生已掌握了力的图示法；具备了一定的数学基础知识。通过前测，发现学生的数学基础知识。通过前测，发现学生存在一些错误概念和学习困难。对于力存在一些错误概念和学习困难。对于力的合成，存在着错误的认识：力的合成的合成，存在着错误的认识：力的合成就是两个力相加或相减，合力一定比分就是两个力相加或相减，合力一定比分力大。在理解力的矢量性和掌握用图示力大。在理解力的矢量性和掌握用图示法处理问题的方法上存在着一定的困难。法处理问题的方法上存在着一定的困难。3.3.教
25、学设计思路教学设计思路 教学设计应该充分考虑学生的原认教学设计应该充分考虑学生的原认知，在学生原有认识的基础上建构科学知，在学生原有认识的基础上建构科学知识。在初中物理中知识。在初中物理中,学生只学习了同学生只学习了同一直线上的力的合成一直线上的力的合成,“代数和代数和”的运的运算在学生头脑中已成定势算在学生头脑中已成定势,造成了学生造成了学生思维断层思维断层,因此理解平行四边形定则是因此理解平行四边形定则是本节教学的重点本节教学的重点,突破思维定势、降低突破思维定势、降低思维难度是本节教学的关键。思维难度是本节教学的关键。考虑到学生存在的困难，针对学生考虑到学生存在的困难，针对学生的错误概念
26、，教学时从学生熟悉的日的错误概念，教学时从学生熟悉的日常生活中物体受到两个力的情况出发，常生活中物体受到两个力的情况出发，引导学生用力的图示表示出两个力。引导学生用力的图示表示出两个力。首先分析两个力在同一直线的情况，首先分析两个力在同一直线的情况，学生利用初中知识，很容易用学生利用初中知识，很容易用“代数代数法法”求出两个力的合力，教师引导学求出两个力的合力，教师引导学生用生用“作图法作图法”求两个力的合力，为求两个力的合力，为后面探究成一定角度力的合成时采用后面探究成一定角度力的合成时采用“作图法作图法”求合力奠定基础。求合力奠定基础。接着，分析成一定角度的两个力的合接着，分析成一定角度的
27、两个力的合力，学生会发现运用相加或相减的代数力，学生会发现运用相加或相减的代数法有问题，产生了认知冲突，激发了学法有问题，产生了认知冲突，激发了学习的内在动机。由于刚才已经用图示表习的内在动机。由于刚才已经用图示表示出两个力，学生就会考虑同一直线上示出两个力，学生就会考虑同一直线上的两个力合成时可以作图法求合力，成的两个力合成时可以作图法求合力，成角度时是否可以用作图法求合力？如何角度时是否可以用作图法求合力？如何求合力？从而引出学生的探究活动，探求合力？从而引出学生的探究活动，探究成一定角度的两个力合成的规律。探究成一定角度的两个力合成的规律。探究结束后，教师帮助学生整理探究过程究结束后，教
28、师帮助学生整理探究过程得到的结论，得出平行四边形定则。得到的结论，得出平行四边形定则。日常生活中物体往往受到日常生活中物体往往受到多个力，需要继续深入研究多个力，需要继续深入研究多个力合成的情况，学生在多个力合成的情况，学生在掌握两个力合成的基础上，掌握两个力合成的基础上，很容易探究多个力合成的方很容易探究多个力合成的方法。法。4.教学步骤教学步骤 第一步，创设问题情境。由于学生第一步，创设问题情境。由于学生初中学过同一直线上两个力的合成，初中学过同一直线上两个力的合成，学生很容易求出两个力的合力。分析学生很容易求出两个力的合力。分析成角度的两个力的合力，学生会发现成角度的两个力的合力，学生会
29、发现当两个力成角度时，运用相加或相减当两个力成角度时，运用相加或相减的代数法有问题，产生了认知冲突。的代数法有问题，产生了认知冲突。由此引出焦点问题：如何求成一定角由此引出焦点问题：如何求成一定角度的两个力的合力？度的两个力的合力？首先引导学生考虑同一直线上的两首先引导学生考虑同一直线上的两个力合成时可以作图法求合力，成个力合成时可以作图法求合力，成角度时是否可以用作图法求合力？角度时是否可以用作图法求合力？如何求合力？从而引出学生的探究如何求合力？从而引出学生的探究活动，探究成一定角度的两个力合活动，探究成一定角度的两个力合成的规律。成的规律。第二步，围绕焦点问题设计探究活动：第二步，围绕焦
30、点问题设计探究活动：指导学生通过设计和进行实验，指导学生通过设计和进行实验，观察、记录并分析处理数据，观察、记录并分析处理数据，得出结论。得出结论。第三步，引导学生总结归第三步，引导学生总结归纳，明确力的合成时的规律纳，明确力的合成时的规律-平行四边形定则。平行四边形定则。第四步，在得出了两个力合成第四步，在得出了两个力合成的规律基础上进一步扩展，日常生的规律基础上进一步扩展，日常生活中物体往往受到多个力，需要继活中物体往往受到多个力，需要继续深入研究多个力合成的情况，学续深入研究多个力合成的情况，学生在掌握两个力合成的基础上，探生在掌握两个力合成的基础上，探究多个力合成的方法。究多个力合成的
31、方法。第五步，明确力的矢量性，了解第五步，明确力的矢量性，了解平行四边形定则是任何矢量合成平行四边形定则是任何矢量合成时都遵守的定则。时都遵守的定则。三、教学实施过程与分析三、教学实施过程与分析四、评价与反思四、评价与反思 1.分析同一直线上两个力合成时，学生很容分析同一直线上两个力合成时，学生很容易得出答案，教师仍要求学生用易得出答案，教师仍要求学生用“作图法作图法”求合力，目的是为后面探究过程中学生在处求合力，目的是为后面探究过程中学生在处理成角度的力的合成时作以铺垫，给学生的理成角度的力的合成时作以铺垫，给学生的探究活动降低难度。学生对于用作图法处理探究活动降低难度。学生对于用作图法处理
32、数据，寻找规律的方法并不常用，如果不经数据，寻找规律的方法并不常用，如果不经提示学生很难想到这种方法。提示学生很难想到这种方法。2.教学设计要分析学生的具体情教学设计要分析学生的具体情况，包括学生的前认知和学生可况，包括学生的前认知和学生可能遇到的困难，精心设计问题情能遇到的困难，精心设计问题情境和问题的梯度，引起学生的兴境和问题的梯度，引起学生的兴趣，引导学生通过自己的思考和趣，引导学生通过自己的思考和探究来解决问题。本节课的成功探究来解决问题。本节课的成功之处，就在于根据学生的情况采之处，就在于根据学生的情况采用了适当的教学策略。用了适当的教学策略。3.3.将实际问题抽象为模型进行研将实际
33、问题抽象为模型进行研究对于学生来说是一个难点，也究对于学生来说是一个难点，也是学生必须掌握的方法。研究问是学生必须掌握的方法。研究问题时，教师要逐步培养学生科学题时，教师要逐步培养学生科学抽象的能力。抽象的能力。4.4.矢量性对于学生来说，矢量性对于学生来说，第一次接触，学生很难想第一次接触，学生很难想到平行四边形定则。在探到平行四边形定则。在探究过程中，应该加强对学究过程中，应该加强对学生的指导，可以和学生一生的指导，可以和学生一起共同讨论实验结论。起共同讨论实验结论。案例二案例二 原子结构原子结构 教学目的：教学目的：知识与技能：知识与技能：了解人类认识原子结构的了解人类认识原子结构的历史
34、进程历史进程知道原子的核式结构模型知道原子的核式结构模型过程与方法过程与方法：了解了解粒子散射实验的实验过程及现象粒子散射实验的实验过程及现象引导学生通过分析引导学生通过分析粒子散射实验结果建粒子散射实验结果建立原子的核式结构模型立原子的核式结构模型帮助学生了解物理学认识客观世界的帮助学生了解物理学认识客观世界的“现象假设（解释现象）现象假设（解释现象）模型新的模型新的实验现象实验现象新假说新假说新模型新模型”这样一种这样一种不断证伪，不断接近事物本质的研究方不断证伪，不断接近事物本质的研究方法法情感、态度、价值观情感、态度、价值观通过对这一过程物理学通过对这一过程物理学史的学习，培养学生的史
35、的学习，培养学生的科学态度，重点是质疑、科学态度，重点是质疑、创新精神。创新精神。教学重点：教学重点：由由粒子散射实验现象分析原子结粒子散射实验现象分析原子结构构,建立正确的原子模型建立正确的原子模型教学难点：教学难点：引导帮助学生根据实验现象分析引导帮助学生根据实验现象分析原因，建立正确的原子及原子核原因，建立正确的原子及原子核模型模型,物理学研究问题的科学方法物理学研究问题的科学方法教学设计：教学设计：学生已经了解原子是由原子核学生已经了解原子是由原子核及核外电子组成，也知道原子及核外电子组成，也知道原子核由质子和中子组成。但对原核由质子和中子组成。但对原子内部的情况仍缺乏认识。因子内部的
36、情况仍缺乏认识。因此，在本节课的教学中，重点此，在本节课的教学中，重点是通过了解物理学史上的实验是通过了解物理学史上的实验认识原子的内部结构，建立原认识原子的内部结构，建立原子的核式结构模型。子的核式结构模型。在教学过程中，按照古希腊对于原在教学过程中，按照古希腊对于原子的论述、子的论述、1717世纪科学家对原子的世纪科学家对原子的认识、汤姆生发现电子、提出原子认识、汤姆生发现电子、提出原子的枣糕模型、卢瑟福的枣糕模型、卢瑟福粒子散射实粒子散射实验，原子核式结构这一物理学史的验，原子核式结构这一物理学史的演进，通过对演进，通过对粒子散射实验现象粒子散射实验现象的讨论，让学生去思索探究原子的的讨
37、论，让学生去思索探究原子的核式结构，帮助学生建立正确的原核式结构，帮助学生建立正确的原子模型。子模型。因为在中学物理实验条件下有因为在中学物理实验条件下有些实验不能实际操作，因此，些实验不能实际操作，因此，借助多媒体辅助教学，通过动借助多媒体辅助教学，通过动画方式帮助学生了解实验现象。画方式帮助学生了解实验现象。结合实验，让学生了解汤姆生、结合实验，让学生了解汤姆生、卢瑟福、玻尔等物理学家生平卢瑟福、玻尔等物理学家生平事迹，培养学生以事实为依据，事迹，培养学生以事实为依据，不迷信权威，敢于质疑的科学不迷信权威，敢于质疑的科学精神。精神。教学用具：教学用具：阴极射线管、磁铁、多媒体教学阴极射线管
38、、磁铁、多媒体教学系统系统教学过程：教学过程：创设问题情境创设问题情境 请同学回忆关于物质组成的知识：请同学回忆关于物质组成的知识：物质是由分子组成的分子是由原子物质是由分子组成的分子是由原子组成的原子由原子核和核外电子组组成的原子由原子核和核外电子组成的原子核是由质子和中子组成的。成的原子核是由质子和中子组成的。原子的内部结构是看不见的，科学家原子的内部结构是看不见的，科学家们是怎样得到这些结论的？们是怎样得到这些结论的？焦点问题的提出焦点问题的提出自古以来，人类一直想从千变万化的自然现象中找到如自古以来，人类一直想从千变万化的自然现象中找到如何认识物质世界的客观规律，从而知道各种物质来源于
39、何认识物质世界的客观规律，从而知道各种物质来源于何处？它们是由什么东西组成的？人类早期对物质结构何处？它们是由什么东西组成的？人类早期对物质结构的认识影响最大的要算由德谟克利特首先提出的的认识影响最大的要算由德谟克利特首先提出的“原子原子说说”，他认为万物皆由大量不可分割的微小物质粒子组，他认为万物皆由大量不可分割的微小物质粒子组成，这种粒子被称为原子成，这种粒子被称为原子(希腊文希腊文“不可分割不可分割”之意之意)。于此同时，德谟克利特还认为于此同时，德谟克利特还认为“原子原子”具有不同的性质。具有不同的性质。这就是说，在大自然中能够同时存在各种各样的原子。这就是说，在大自然中能够同时存在各
40、种各样的原子。有些原子很轻，空气和其它各种气体就是由这类轻原子有些原子很轻，空气和其它各种气体就是由这类轻原子所组成的。相比之下，液体中的原子要重一些，它们虽所组成的。相比之下，液体中的原子要重一些，它们虽然相互粘连在一起，但仍能流动，故液体具有体积不变然相互粘连在一起，但仍能流动，故液体具有体积不变而形状可任意改变的特性。至于固体中的原子，一定是而形状可任意改变的特性。至于固体中的原子，一定是更大、更重的。它们相互结合得更紧密，同圆润而又光更大、更重的。它们相互结合得更紧密，同圆润而又光滑的液体原子相比，固体原子表面想必是粗糙不平的，滑的液体原子相比，固体原子表面想必是粗糙不平的，因此团体原
41、子间能互相钩牢而不能自由转动，结果形状因此团体原子间能互相钩牢而不能自由转动，结果形状和体积都可保持不变。由此可知，早期的原子说虽粗浅，和体积都可保持不变。由此可知，早期的原子说虽粗浅，但仍能像现在一样，可用来解释固体、液体和气体的某但仍能像现在一样，可用来解释固体、液体和气体的某些物理现象。些物理现象。到了十七世纪，由于科学技术的发展，各种发明和到了十七世纪，由于科学技术的发展，各种发明和发现纷至沓来，从而加深了人们对客观世界的认识。发现纷至沓来，从而加深了人们对客观世界的认识。人们开始不仅限于用头脑思考提出各种概念，而是人们开始不仅限于用头脑思考提出各种概念，而是力求用实验来验证对自然现象
42、所作的种种假说。英力求用实验来验证对自然现象所作的种种假说。英国化学家道尔顿与意大利化学家阿伏加德罗提出了国化学家道尔顿与意大利化学家阿伏加德罗提出了“原子分子学说原子分子学说”。各种元素、单质都是由原子微。各种元素、单质都是由原子微粒所组成。同种元素的原子都是相同的，反之则不粒所组成。同种元素的原子都是相同的，反之则不同。另外，他又设想，在物质起变化时，一种原子同。另外，他又设想，在物质起变化时，一种原子可和其它原子结合。例如，木材燃烧时，一个碳原可和其它原子结合。例如，木材燃烧时，一个碳原子和两个氧原子结合成二氧化碳。当时把这种不同子和两个氧原子结合成二氧化碳。当时把这种不同原子的结合称为
43、原子的结合称为“复合原子复合原子”。1897年，汤姆生在对阴极射线的研究中，通过研究阴极年，汤姆生在对阴极射线的研究中，通过研究阴极射线的速度及在电场中偏转，否定了阴极射线是电磁波的说射线的速度及在电场中偏转，否定了阴极射线是电磁波的说法，并且通过实验验证了阴极射线是一种粒子流，测出了这法，并且通过实验验证了阴极射线是一种粒子流，测出了这种粒子流的粒子的质量及电性。并且发现，许多物质中都包种粒子流的粒子的质量及电性。并且发现，许多物质中都包含这种粒子。因此他确定这种粒子是包含在原子之中的构成含这种粒子。因此他确定这种粒子是包含在原子之中的构成物质的一种基本微粒，将其命名为物质的一种基本微粒，将
44、其命名为“电子电子”。电子是人类认。电子是人类认识的第一个基本粒子，在物理学史上是有划时代意义的。识的第一个基本粒子，在物理学史上是有划时代意义的。实验演示：阴极射线在磁场中的偏转（说明阴极射线是实验演示：阴极射线在磁场中的偏转（说明阴极射线是带电粒子流）带电粒子流）我们知道，我们知道，原子本身电中性的，既然原子中存在带负原子本身电中性的，既然原子中存在带负电的电子，则原子中一定还有带正电的物质。也就是说，原电的电子，则原子中一定还有带正电的物质。也就是说，原子并不是不可再分的，而是有内部结构的。原子的内部结构子并不是不可再分的，而是有内部结构的。原子的内部结构究竟是什么样的？究竟是什么样的？
45、三、展示物理学史上围绕焦点问题开展的研究工作三、展示物理学史上围绕焦点问题开展的研究工作 根据已知的实验事实，汤姆生提出了第一个原根据已知的实验事实，汤姆生提出了第一个原子结构模型子结构模型枣糕模型。汤姆生认为：原子是一个枣糕模型。汤姆生认为：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像枣糕球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像枣糕里的枣那样镶嵌在原子里面。汤姆生的模型可以解里的枣那样镶嵌在原子里面。汤姆生的模型可以解释一些实验事实，但是不久，这一模型就被新的实释一些实验事实，但是不久，这一模型就被新的实验事实否定了。验事实否定了。图片演示汤姆生的原子模型，简要介绍汤姆生图片演示汤姆生
46、的原子模型，简要介绍汤姆生的生平事迹的生平事迹 1909年，卢瑟福年，卢瑟福（简要介绍人物）（简要介绍人物）作了作了一个历史上非常有名的实验一个历史上非常有名的实验粒子散射实验粒子散射实验（介绍实验装置），按照汤姆生的枣糕模型，（介绍实验装置），按照汤姆生的枣糕模型，由于由于粒子质量远远大于电子的质量，又以很粒子质量远远大于电子的质量，又以很大的速度轰击原子，就好像大的速度轰击原子，就好像“空气中的尘埃空气中的尘埃对飞行的子弹的影响一样对飞行的子弹的影响一样”，不会对其运动，不会对其运动产生影响。但实验的结果却是：当粒子穿过产生影响。但实验的结果却是：当粒子穿过金箔时，大多数沿原方向前进，少数
47、粒子发金箔时，大多数沿原方向前进，少数粒子发生了大角度的偏转，偏转角在生了大角度的偏转，偏转角在90以上的约占以上的约占1/8000，极少数粒子偏转角达，极少数粒子偏转角达180。卢瑟福。卢瑟福对实验结果非常惊讶。他说：对实验结果非常惊讶。他说：“它是这样叫它是这样叫人难以相信，正好像你用人难以相信，正好像你用15英寸的炮弹射击英寸的炮弹射击一张薄纸，而炮弹居然反弹回来把你打中了一张薄纸，而炮弹居然反弹回来把你打中了一样。一样。”（多媒体演示实验现象多媒体演示实验现象）四、引导学生评价与交流探究结果（学生思考讨论，四、引导学生评价与交流探究结果（学生思考讨论，教师引导得出）教师引导得出）问题一
48、：问题一：请同学们根据上述实验现象思考原子的结请同学们根据上述实验现象思考原子的结构构 大多数大多数粒子不偏转的原因是什么？这种现象说明粒子不偏转的原因是什么？这种现象说明什么？什么？（它们运动过程中没有受到阻碍，说明原子内几乎（它们运动过程中没有受到阻碍，说明原子内几乎是是“空空”的。）的。）少数少数粒子发生较大偏转说明什么？粒子发生较大偏转说明什么？（有带正电的物质对它们产生库仑斥力的作用。）（有带正电的物质对它们产生库仑斥力的作用。）极少数极少数粒子发生大角度偏转，甚至反弹回来，粒子发生大角度偏转，甚至反弹回来，这种现象说明什么？这种现象说明什么？（它们和某种物质发生了撞击，而且这种物质
49、占据了（它们和某种物质发生了撞击，而且这种物质占据了很小的空间。）很小的空间。）问题二：由于原子核在原子中所占问题二：由于原子核在原子中所占的体积非常非常小，可以说，原子内的体积非常非常小，可以说，原子内部是非常空旷的，核外的电子将由于部是非常空旷的，核外的电子将由于受库仑力的作用被吸引到原子核，从受库仑力的作用被吸引到原子核，从而造成原子而造成原子“坍塌坍塌”，但结果并不是，但结果并不是这样，为什么？这样，为什么？教师引导：电子在核外绕原子核教师引导：电子在核外绕原子核作圆周运动，库仑引力充当向心力，作圆周运动，库仑引力充当向心力，所以可以保证原子的结构稳定。所以可以保证原子的结构稳定。五、
50、焦点问题的解决：五、焦点问题的解决：引导学生建立卢瑟福原子引导学生建立卢瑟福原子核式结构：原子中心存在一个原核式结构：原子中心存在一个原子核，集中了原子的全部正电和子核，集中了原子的全部正电和几乎全部的质量，核外电子绕合几乎全部的质量，核外电子绕合作圆周运动。作圆周运动。六、概念延伸六、概念延伸 简单介绍卢瑟福原子结构的成功与简单介绍卢瑟福原子结构的成功与不足：不足：卢瑟福原子核式结构成功解释了卢瑟福原子核式结构成功解释了原子的一些现象，但由于受经典物理原子的一些现象，但由于受经典物理学的限制，仍存在许多缺陷。后来，学的限制，仍存在许多缺陷。后来，卢瑟福的学生玻尔引入量子理论，在卢瑟福的学生玻