時(shí)間：2022-03-06 10:55:46
導(dǎo)語(yǔ)：在大學(xué)物理論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
摘 要:文章簡(jiǎn)要介紹了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系的高能物理唯象理論和實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展現(xiàn)狀,并總結(jié)了最近幾年中取得的進(jìn)展情況.
1 引言
高能物理研究當(dāng)前仍然是基礎(chǔ)物理科學(xué)的最前沿,被認(rèn)為是最重要的學(xué)科之一.它深刻地影響著人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的基本觀念.在基礎(chǔ)理論研究方面,高能物理在不懈地探討微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用、質(zhì)量起源、時(shí)空本性等基本理論問題,這些研究又和宏觀宇宙學(xué)之間存在很強(qiáng)的互相推動(dòng)作用.
高能粒子對(duì)撞機(jī)是研究物質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)和相互作用規(guī)律的重要、有效的工具.對(duì)高能物理的研究和其研究手段的每次重大突破都會(huì)帶來物理學(xué)新領(lǐng)域、新方向的發(fā)展,甚至新的學(xué)科分支的產(chǎn)生.它對(duì)于加深人類對(duì)物質(zhì)世界更深層次基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)有著重要意義.即將投入運(yùn)行的TeV能量大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)和計(jì)劃建設(shè)的國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)(ILC)便是驗(yàn)證高能物理理論的極好的大型設(shè)備.
隨著新一代的超高能量的對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取,高能物理的研究將面臨著又一次新的重大突破.理論上預(yù)言的黑格斯粒子和可能的新物理信號(hào)將會(huì)被發(fā)現(xiàn).這些將會(huì)是本世紀(jì)初物理學(xué)的重大進(jìn)展.粒子物理的發(fā)展涉及了多種學(xué)科和前沿技術(shù).粒子物理實(shí)驗(yàn)科學(xué)實(shí)際上與加速器技術(shù)、粒子探測(cè)技術(shù)等近代物理技術(shù)密切相關(guān).實(shí)踐證明,粒子物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中諸多技術(shù)問題的解決具有重大作用.
下面我們對(duì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)科大)近代物理系的高能物理研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行兩方面的介紹:一是高能物理唯象理論研究方面;二是高能物理實(shí)驗(yàn)研究方面.
2 高能物理唯象理論研究
高能物理唯象理論研究始于1985年,當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)參加了丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的DESY MARK\|J實(shí)驗(yàn)和歐洲核子研究中心L3實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作研究.我們的唯象理論研究就是當(dāng)時(shí)針對(duì)大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象學(xué)進(jìn)行研究而發(fā)展起來的.從那時(shí)起,其研究課題就一直與國(guó)內(nèi)外的大型高能物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)緊密結(jié)合.其研究工作的特點(diǎn)是:注重研發(fā)粒子物理理論研究所需的計(jì)算物理新方法和計(jì)算程序,建立了自己獨(dú)特的高能計(jì)算物理實(shí)用軟件環(huán)境,目前該實(shí)驗(yàn)室擁有先進(jìn)的量子場(chǎng)論復(fù)雜計(jì)算的技術(shù)和能力,擁有研究室自己的高能物理理論計(jì)算和數(shù)據(jù)分析的PC FARM,并建成了DZERO SAM GRID的D0USTC節(jié)點(diǎn),使我們的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)正式成為D0合作組標(biāo)準(zhǔn)MONTE CARLO事例產(chǎn)生主要節(jié)點(diǎn).因而,該實(shí)驗(yàn)室在現(xiàn)象學(xué)理論研究和物理分析方面具有很強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力.
近年來,粒子物理唯象理論研究室的理論研究課題密切結(jié)合他們參加的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室D0組的實(shí)驗(yàn),大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC上Atlas組的實(shí)驗(yàn)和未來的國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)ILC上實(shí)驗(yàn)所涉及的TeV物理現(xiàn)象學(xué),集中研究標(biāo)準(zhǔn)模型理論的精確檢驗(yàn)和新物理信號(hào)的探索.重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容涉及:Higgs物理、Top物理、超對(duì)稱理論現(xiàn)象學(xué)、超引力模型現(xiàn)象學(xué)、額外維模型和最小Higgs模型現(xiàn)象學(xué)、超高能量下CP破壞來源研究等.考慮到未來對(duì)撞機(jī)上尋找新粒子和深入了解電弱破缺機(jī)制的物理實(shí)驗(yàn)中所處的重要地位,我們從研究如何實(shí)現(xiàn)高精度量子修正的數(shù)值計(jì)算方法問題入手解決對(duì)撞機(jī)物理現(xiàn)象中的復(fù)雜理論計(jì)算問題.重點(diǎn)解決的計(jì)算技術(shù)包括:高效率的多體末態(tài)(N≥3)蒙特卡羅相空間積分技術(shù);費(fèi)曼圖中不穩(wěn)定粒子的處理問題;在相空間邊界上多點(diǎn)積分函數(shù)(n≥5)數(shù)值計(jì)算的有效方法;紅外發(fā)散的解析處理;帶復(fù)數(shù)質(zhì)量的粒子的重整化參數(shù)和單圈積分函數(shù)的計(jì)算方法等.這些問題也一直是粒子物理現(xiàn)象學(xué)中的幾個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)問題.在這些研究中,他們已經(jīng)在單圈圖計(jì)算中,在不穩(wěn)定粒子的計(jì)算處理方法上以及在多點(diǎn)(n≥5)標(biāo)量、矢量、張量積分函數(shù)的解析和數(shù)值計(jì)算上取得了進(jìn)展.
該研究室自2001年以來,在國(guó)際國(guó)內(nèi)重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄的涉及唯象理論研究的論文58篇,被引用達(dá)300余次.作出了一批為國(guó)際同行重視的研究成果.近年來該研究室取得了以下突出的研究成果:
1997年,在國(guó)際上首先解決了四點(diǎn)積分函數(shù)在相空間邊緣發(fā)散點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算困難[1].在國(guó)際上首次解決了三體末態(tài)過程的單圈階幅射修正計(jì)算中的五點(diǎn)標(biāo)量和張量積分的計(jì)算問題,完成了關(guān)于在直線對(duì)撞機(jī)上對(duì)H\|t\|t Yukawa耦合精確檢驗(yàn)的理論研究[2].精確研究了強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上超對(duì)稱chargino/neutralino伴隨產(chǎn)生過程,以及tb-H-產(chǎn)生過程的NLO階QCD修正效應(yīng),為L(zhǎng)HC新物理尋找提供了理論依據(jù)[3].在最小超對(duì)稱模型下對(duì)ppH±bc+X味道改變過程的精確計(jì)算,首次發(fā)現(xiàn)在squark的混合機(jī)制下,超對(duì)稱QCD對(duì)H±bc耦合的修正可以使該產(chǎn)生過程的截面大大提高,這使得該過程成為發(fā)現(xiàn)帶電Higgs粒子和味道改變效應(yīng)的重要反應(yīng)道[4].T宇稱守恒和不守恒情況的最小Higgs模型下γγtt-h°+X過程中的新物理效應(yīng)的計(jì)算和討論[5],得到了可能在LC對(duì)撞機(jī)上觀測(cè)到LH/LHT的效應(yīng),或者給出對(duì)LH/LHT參數(shù)更嚴(yán)格的限制[6].完成了四體、五體末態(tài)相空間高精度積分程序的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了不穩(wěn)定粒子處理技術(shù),六點(diǎn)單圈標(biāo)量、矢量、張量積分函數(shù)的紅外分離及正確的數(shù)值計(jì)算方法和程序,并通過了若干正確性檢驗(yàn).在此軟件環(huán)境下完成了在帶電或中性Higgs尋找過程中,可能測(cè)
量到的γγtt-bb-和e+e-W+W-bb-過程的QCD輻射修正計(jì)算工作.這為Higgs粒子尋找和top物理有關(guān)理論的精確檢驗(yàn)提供了理論依據(jù)[7].
唯象理論組在國(guó)際上首先提出了在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上通過超對(duì)稱標(biāo)量中微子雙輕子共振態(tài),探測(cè)R宇稱破壞的實(shí)驗(yàn)物理分析方案,并計(jì)算了其QCD 輻射修正[8—12].該成果被Tevatron的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合作組CDF和D0先后作為其探測(cè)雙輕子高質(zhì)量共振態(tài)的主要物理動(dòng)機(jī)和數(shù)據(jù)分析依據(jù)在發(fā)表的論文中引用.費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室Fermilab Today對(duì)這一研究成果進(jìn)行了報(bào)道.該研究室對(duì)這一理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的研究,不但在唯象理論研究方面,推動(dòng)了對(duì)TeV強(qiáng)子對(duì)撞物理過程中QCD NLO效應(yīng)的精確把握,而且在實(shí)驗(yàn)物理方面,促進(jìn)中國(guó)科大D0組在徑跡探測(cè)器觸發(fā)方法研究、高亮度環(huán)境下高能電子/光子鑒別、量能器刻度等研究中做出了成果.該研究還促進(jìn)了高能數(shù)據(jù)網(wǎng)格計(jì)算節(jié)點(diǎn)建設(shè),該室建成了中國(guó)科大D0USTC網(wǎng)格計(jì)算機(jī)群,并為D0合作組產(chǎn)生106模擬事例,為中國(guó)科大高能物理研究提供了1010以上的網(wǎng)格數(shù)據(jù)分析與處理能力,從而確保最終物理成果的獲得.這些工作得到了D0合作組以及費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的高度評(píng)價(jià).韓良教授成為D0合作組Authorship Committee 7人委員會(huì)成員,負(fù)責(zé)審查合作組各單位成員作者資格.劉衍文博士成為費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室首批International Scientist Fellowship成員.第28次中美高能物理合作聯(lián)合委員會(huì)會(huì)議,確定費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)支持中國(guó)科大D0實(shí)驗(yàn)物理研究.
3 高能物理實(shí)驗(yàn)研究
高能物理實(shí)驗(yàn)研究始于1973年,在楊衍明、陳宏芳教授領(lǐng)導(dǎo)下,為云南高山站宇宙線測(cè)量研制多絲正比室.之后先后參加了德國(guó)DESY的MARK\|J實(shí)驗(yàn),是CERN LEP的L3實(shí)驗(yàn)的發(fā)起單位之一.與此同時(shí),被接受為L(zhǎng)HC大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的CMS合作組和日本KEK的B 介子工廠Belle合作組的成員.與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETHZ)合作成立了高能物理聯(lián)合研究所.1991年正式參加中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所BES合作組,成為國(guó)內(nèi)大學(xué)中最早投入國(guó)內(nèi)高能基地研究工作的BES成員,相繼參加了BESII的物理分析和BESIII的建造與物理工作.2001年10月又被接收為美國(guó)BNL的STAR合作組成員.
3.1 為STAR合作組研制的飛行時(shí)間探測(cè)器和相對(duì)論性重離子碰撞(RHIC)物理研究
多氣隙電阻板室(MRPC)是上世紀(jì)90年代后期歐洲核子研究中心(CERN) 的LHC-ALICE實(shí)驗(yàn)組首先發(fā)展起來的新型探測(cè)器.受國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)委托,該研究室于2000年8月率先在國(guó)內(nèi)開展MRPC研制.先后成功地研制了多種結(jié)構(gòu)的MRPC,其中6氣隙的MRPC時(shí)間分辨為60ps,對(duì)最小電離粒子的探測(cè)效率好于95%,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;雙層結(jié)構(gòu)10氣隙的MRPC,時(shí)間分辨好于50ps,探測(cè)效率大于99%,達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平. 并成功地研制了第一個(gè)基于MRPC技術(shù)的STAR飛行時(shí)間探測(cè)器原型TOFr Tray,性能指標(biāo)達(dá)到:平均時(shí)間分辨為85ps,探測(cè)效率好于90%,好于設(shè)計(jì)指標(biāo).并于2002年10月裝入STAR探測(cè)器,參加了2003年度氘-金核(質(zhì)心能量為200GeV/核子)和2004年度金-金核(質(zhì)心能量為200GeV/核子及62.4GeV/核子)碰撞實(shí)驗(yàn),有效提高了STAR探測(cè)器的粒子鑒別本領(lǐng),對(duì)π/K分辨的動(dòng)量區(qū)域由原來的0.6GeV/c擴(kuò)展到1.6 GeV/c,對(duì)π,K/p分辨的動(dòng)量范圍由1.0GeV/c擴(kuò)展到3 GeV/c.利用MRPC-TOF的數(shù)據(jù)和時(shí)間投影室?guī)щ娏Ｗ拥碾婋x能量損失的數(shù)據(jù)發(fā)展了一種可以鑒別高動(dòng)量區(qū)π介子和質(zhì)子的新技術(shù),把STARπ探測(cè)器介子和質(zhì)子的鑒別橫動(dòng)量區(qū)間擴(kuò)展到12GeV/c[13].是第一個(gè)運(yùn)用MRPC技術(shù)成功運(yùn)行于大型高能核核碰撞物理實(shí)驗(yàn)的大面積飛行時(shí)間探測(cè)器,使一些原來很難開展但有重要意義的物理課題有可能進(jìn)行/！/,并獲得了一些重要的物理結(jié)果.2006年4月,用于RHIC-STAR-TOF探測(cè)器的MRPC通過批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的最后評(píng)審.MRPC生產(chǎn)穩(wěn)定,質(zhì)量越來越好,性能達(dá)到指標(biāo)要求.RICE大學(xué)還專門做了報(bào)道.圖1,2分別給出了200GeV AuAu對(duì)撞中TOF的強(qiáng)子鑒別和電子鑒別能力.
利用飛行時(shí)間探測(cè)器得到的主要物理成果有:基于TOFr粒子鑒別的強(qiáng)子譜和Cronin效應(yīng)的研究[14].首次得到在氘-金碰撞與質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中重味夸克衰變的電子譜.結(jié)合低橫動(dòng)量D0粒子譜和高橫動(dòng)量單電子譜,在世界上首次給出了氘-金碰撞中雙核子質(zhì)心能量為200GeV/核子下每核子-核子碰撞中粲夸克產(chǎn)生在中快度區(qū)的微分截面[15].開展帶電強(qiáng)子橫動(dòng)量譜的研究.通過測(cè)量帶電強(qiáng)子(π±,p,p-)的單舉不變產(chǎn)額譜(0.3 對(duì)氘、氦\|3以及它們的反粒子在中橫動(dòng)量區(qū)間的不變產(chǎn)額、橫動(dòng)量譜和橢圓流的測(cè)量和研究,首次得到了輕核的結(jié)合參數(shù)B2和B3,發(fā)現(xiàn)B2與B3 具有相似的值,表明氘、氦\|3 以及它們的反粒子有相似的freeze\|out 時(shí)刻.發(fā)現(xiàn)在不同中心度對(duì)撞中,輕核的結(jié)合參數(shù)和π介子的freeze\|out體積成正比.發(fā)現(xiàn)氘核和反氘核的橢圓流近似服從組分夸克數(shù)的標(biāo)度不變性,在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證夸克融合模型.首次測(cè)量了低橫動(dòng)量的反氘核的負(fù)值橢圓流,這是RHIC上觀測(cè)到的第一個(gè)負(fù)值橢圓流,發(fā)現(xiàn)重粒子(氘)的負(fù)值橢圓流與大徑向流的理論模型相吻合[17].開展關(guān)于重味夸克產(chǎn)生截面和粲介子D0半輕子衰變道的研究.完成了200GeV 金金碰撞中D0介子以及粲粒子半輕子衰變到的電子和μ子的數(shù)據(jù)分析工作,首次在重離子實(shí)驗(yàn)中通過cμ+X道確定粲夸克(ccbar) 總產(chǎn)生截面.首次在重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中證實(shí)粲夸克截面相對(duì)于兩兩碰撞數(shù)的標(biāo)度不變性.首次利用STAR TOF探測(cè)器測(cè)量粲粒子半輕子衰變的單電子譜碰撞中心度的依賴關(guān)系.首次利用STAR TOF探測(cè)器觀測(cè)到單電子譜壓低,測(cè)量重味夸克能量損失.首次觀測(cè)到單電子譜的熱力學(xué)性質(zhì)與集體運(yùn)動(dòng)流效應(yīng)不同于輕強(qiáng)子[18].對(duì)粲粒子及其半輕子衰變的單電子橢圓流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量和唯象理論探討.理論上給出了D介子及其單電子橢圓流,并預(yù)言底夸克粒子的集體運(yùn)動(dòng)流效應(yīng)很小[19].完成了RHIC能區(qū)粲夸克產(chǎn)生截面和粲粒子半輕子衰變道的研究.2007年8月23—25日在QCD相變與重離子碰撞物理國(guó)際研討會(huì)上匯報(bào)了該項(xiàng)工作.受到Quark Matter 2008會(huì)議組委會(huì)的邀請(qǐng),于2008年2月4日—10日在印度Jaipur舉行的第20屆國(guó)際超相對(duì)論核-核碰撞(夸克物質(zhì)2008)學(xué)術(shù)大會(huì)上做了題為《Overview of the Charm Production at RHIC》的大會(huì)報(bào)告[20].進(jìn)行奇異共振態(tài)強(qiáng)子φKK 的不變質(zhì)量的重建研究.利用STAR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過僅用TPC信息和聯(lián)合TPC+TOFr信息(即要求其中的一條帶電徑跡由TOFr所識(shí)別)的比較研究,進(jìn)一步證明了,結(jié)合TOFr和TPC信息可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電徑跡的高精度鑒別,從而大大提高對(duì)奇異共振態(tài)強(qiáng)子不變質(zhì)量重建的分辨率.完成了200GeV 金金碰撞中奇異強(qiáng)子橢圓流的中心度依賴性研究,系統(tǒng)測(cè)量了KS 0, Λ,Ξ,Ω粒子的v2(橢圓流).結(jié)果表明,在低橫動(dòng)量區(qū),這些強(qiáng)子的v2符合流體力學(xué)的預(yù)言,表明早期熱化可能在RHIC形成.在中間橫動(dòng)量區(qū),v2符合組分夸克數(shù)標(biāo)度性,表明重組合是強(qiáng)子形成可能的機(jī)制,解禁閉可能在RHIC已經(jīng)形成.中心度的依賴關(guān)系表明,v2沒有初始坐標(biāo)空間各向異性的標(biāo)度性.集體運(yùn)動(dòng)在較中心碰撞中較強(qiáng),熱化有可能在中心碰撞中達(dá)到[21].v2隨碰撞系統(tǒng)的大小變化的依賴性將幫助我們驗(yàn)證早期熱化這一假設(shè).對(duì)200GeV銅銅碰撞中KS0, Λ粒子的v2也進(jìn)行了測(cè)量,并和200GeV金金碰撞的結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明,在銅銅碰撞中,KS0, Λ粒子也符合組分夸克數(shù)標(biāo)度性,但是熱化沒有達(dá)到.
3.2 與日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)(KEK)B介子工廠Belle實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作
Belle探測(cè)器于1999年開始取數(shù),2000年夏,我們從D0Kπ+道的測(cè)量開始正式參與物理分析工作,以后還選取了帶電D* 對(duì)產(chǎn)生的連續(xù)過程,用D*+D0π+衰變產(chǎn)生的軟π介子標(biāo)記D0或D-0[22,23] .給出了當(dāng)時(shí)世界上最為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并被2006年粒子物理數(shù)據(jù)庫(kù)(PDG)收錄.我們關(guān)于D0-D-0混合的第二項(xiàng)研究課題是D0Ksπ+π-道的含時(shí)達(dá)里茲分析測(cè)量,該過程的優(yōu)點(diǎn)是可以直接給出混合參數(shù)x,y和強(qiáng)混合角δ[24].
3.3 與中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的北京譜儀(BES)實(shí)驗(yàn)的合作
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)自1991年以來一直參加中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的北京譜儀(BES)實(shí)驗(yàn),在BESI和BESII上開展了物理研究,在BES3建設(shè)中,中國(guó)科大是國(guó)內(nèi)唯一參加BES3硬件設(shè)計(jì)和建造的一所大學(xué),如端蓋TOF探測(cè)器的預(yù)研和建造,亮度監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)和建造以及亮度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電子學(xué)部分,TOF和μ探測(cè)器的讀出電子學(xué)系統(tǒng)、TOF觸發(fā)子系統(tǒng)、TOF 監(jiān)測(cè)儀的電子學(xué)和BES3時(shí)鐘系統(tǒng).
從1991年至今,積極參與BES物理分析研究.如BES1-BES2的物理:Tau的米歇爾參數(shù)的測(cè)量,ψ的幾種VP和PP模式衰變道的測(cè)量和研究,J/ψ的輻射衰變,J/ψγρρ, γωω的分波分析.在BES粲物理的研究方面,通過對(duì)J/ψ的輻射衰變道J/ψγω和J/ψγωω的分波分析,仔細(xì)研究了這些反應(yīng)道中的強(qiáng)子共振態(tài)結(jié)構(gòu)和分支比測(cè)量,發(fā)現(xiàn)了ω不變質(zhì)量譜的近閾增強(qiáng)和可能存在的X(1812)態(tài)[25].
3.4 ALTAS/LHC強(qiáng)子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作
我們與中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所計(jì)算中心、中國(guó)科大計(jì)算中心合作,在中國(guó)科大搭建了網(wǎng)格計(jì)算(LCG Tier3)的工作平臺(tái)的雛形.同時(shí),我們與美國(guó)密歇根大學(xué)ATLAS合作組也開始了ATLAS物理分析合作工作,派人參加ATLAS端蓋部分muon子漂移室安裝、測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)工作.2006年,蔣一教授、韓良教授參加國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重大重點(diǎn)國(guó)際合作項(xiàng)目:“ATLAS強(qiáng)子對(duì)撞物理研究”,正式成為ATLAS合作組成員.
在物理教學(xué)中,有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育和訓(xùn)練,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要途徑。本文就怎樣在物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育談些認(rèn)識(shí)和看法。
一、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育
教師要在演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生掌握觀察的方法:
1、結(jié)合實(shí)際,啟發(fā)學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真觀察物理現(xiàn)象,勤于思考問題的習(xí)慣。例如,講“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”一節(jié)時(shí),教師可要求學(xué)生觀察以不同的參照物看物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),最好體驗(yàn)一下坐在汽車或火車上的情景。在學(xué)習(xí)“浮力”一節(jié)時(shí),教師可讓學(xué)生觀察“水中戲蛋”的試驗(yàn),即先讓雞蛋沉在清水杯底,逐漸倒入濃鹽水,發(fā)現(xiàn)雞蛋竟然會(huì)離開杯底,并且逐漸上浮,停止倒鹽水,雞蛋將“懸浮”在鹽水里,這是為什么?若繼續(xù)倒入鹽水,就會(huì)看見雞蛋又會(huì)向上浮,直到有一部分蛋殼露出水面,雞蛋漂浮在液面上為止,這又是為什么?
2、創(chuàng)造條件,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察。在學(xué)習(xí)摩擦力時(shí),教師可以自制教具做演示實(shí)驗(yàn):在一條橡皮帶上放一小木塊,小木塊連著一個(gè)指針,觀察皮帶運(yùn)動(dòng)速度和指針偏轉(zhuǎn)情況。當(dāng)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶時(shí),指針由零逐漸增大,這是為什么?通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明:開始時(shí)小木塊受到的是靜摩擦力,由小變大,達(dá)到最大時(shí)為最大靜摩擦力。當(dāng)皮帶運(yùn)動(dòng)速度加大,小木塊開始滑動(dòng)時(shí),小木塊受到的是動(dòng)摩擦力,說明動(dòng)摩擦力比最大靜摩擦力小。
3、教給學(xué)生進(jìn)行觀察的一些具體方法:對(duì)比觀察法:例如在研究透鏡成像規(guī)律中,蠟燭在焦點(diǎn)內(nèi)和焦點(diǎn)外,像的性質(zhì)有什么不同;分步觀察法:對(duì)于復(fù)雜的物理現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生按一定的步驟、程序進(jìn)行觀察;歸納觀察法:即從一個(gè)個(gè)的現(xiàn)象觀察中,先得出一個(gè)個(gè)結(jié)論,然后歸納出一般規(guī)律。例如,力的概念是從推、拉、提、壓等現(xiàn)象中,最后歸納出力是物體對(duì)物體的相互作用。
二、在概念和規(guī)律的教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育
科學(xué)方法體現(xiàn)在具體科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)過程中,只有把認(rèn)識(shí)過程充分而合理地展示出來,學(xué)生才能看到科學(xué)問題是怎樣提出來的,從什么角度、用什么方法去解決,從而學(xué)到科學(xué)的方法。這就要求我們?cè)诮虒W(xué)中注意物理概念和規(guī)律的形成過程,按照學(xué)生的認(rèn)知過程,合理的設(shè)計(jì)教學(xué)過程和教學(xué)方案。例如,在進(jìn)行牛頓第一定律的教學(xué)時(shí),可以設(shè)計(jì)如下教學(xué)程序:
提出問題——大多數(shù)人從生活經(jīng)驗(yàn)中都感受到,只有力的作用物體才運(yùn)動(dòng)。難道只有力的作用物體才運(yùn)動(dòng)嗎?沒有力的作用物體就不能運(yùn)動(dòng)嗎?
演示實(shí)驗(yàn)——讓小車從斜面頂端滑下,分別滑到鋪有毛巾、棉布和木板的平面上,觀察小車前進(jìn)的距離。
分析推論——從實(shí)驗(yàn)中看出,運(yùn)動(dòng)物體受到的阻力越小,它的速度減小得慢,它運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)。進(jìn)一步推理得出,在理想情況下,如果表面絕對(duì)光滑,物體受到的阻力為零,它的速度將保持不變,從而概括出牛頓第一定律。這樣的教學(xué)可以讓學(xué)生領(lǐng)略到物理學(xué)中應(yīng)用邏輯與直觀、抽象與形象相結(jié)合的理想化論證方法。
教師在傳授物理知識(shí)的同時(shí),一定要有意識(shí)地進(jìn)行科學(xué)方法教育,結(jié)合物理教學(xué)特點(diǎn),指導(dǎo)學(xué)生逐步掌握物理學(xué)研究的基本方法,不斷提高和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。
生物物理學(xué)生理研究方法
國(guó)內(nèi)的生物物理學(xué)教材, 多適用于物理、化學(xué)專業(yè)背景的學(xué)生。生命科學(xué)背景的學(xué)生,往往畏難于其中的公式,同時(shí)也由于公式和理論與生命現(xiàn)象的聯(lián)系缺乏具體闡述,往往讓人摸不著頭腦。本書避免了以上缺憾,并且圖文并茂,既可以作為教材,也可以用來自學(xué)。
本書共有12章,每章有4-10小節(jié)。各章的內(nèi)容分別是:1. 我們身邊的能量,能量的形式、環(huán)境能量、分子能量、分子能量吸收、能量傳遞、離子輻射、磁共振、聲波;2. 分子相互作用,解離常數(shù)、啟動(dòng)子位置和自身免疫病、測(cè)量解離常數(shù)的方法、金屬-分子配位鍵、氫鍵、非鍵分子相互作用;3. 擴(kuò)散與直接轉(zhuǎn)運(yùn),力與流體、菲克擴(kuò)散定律、布朗運(yùn)動(dòng)、離子和分子的生理擴(kuò)散、分子馬達(dá)、胞間物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn);4. 能量生發(fā),人體效能熱力學(xué)、能量分子ATP、ADP和Pi、磷酸肌酸、糖酵解、線粒體;5. 力與運(yùn)動(dòng),肌肉長(zhǎng)度-張力關(guān)系、應(yīng)力飽和時(shí)的肌肉收縮、心肌和平滑肌的長(zhǎng)度-張力關(guān)系、橫橋循環(huán)的希爾方程、肌肉收縮、伸長(zhǎng)與力量、鈣依賴的肌肉傳導(dǎo)速率、平滑肌銷、肌肉張力瞬態(tài)、空腔器官的拉普拉斯定律、非肌肉運(yùn)動(dòng);6. 負(fù)荷的承受,應(yīng)力與限制、牙齒和骨骼、血管、肌腱、關(guān)節(jié)和軟骨;7. 流體和空氣的流動(dòng),流體特性、關(guān)節(jié)滑膜液、動(dòng)脈血流、小動(dòng)脈血流、粘度和凝血、動(dòng)脈狹窄、動(dòng)脈失對(duì)稱:動(dòng)脈硬化和閉鎖,肺內(nèi)氣流;8. 生物物理界面:表面張力和膜結(jié)構(gòu)特性,表面張力、表面活性劑與肺泡張力、膜磷脂、膜的曲率、膜蛋白與碳酸微環(huán)境、膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)子、膜的組裝、超聲波成孔、膜擴(kuò)散和粘彈性、膜的乙醇效應(yīng);9. 膜的電學(xué)特性,膜電勢(shì)、戈德曼和能斯特方程、水的介電常數(shù)和表面結(jié)合、溶液中的誘導(dǎo)偶極矩取向、膜電場(chǎng)復(fù)合物解離、膜的電導(dǎo)性、心電圖、通道離子選擇性;10. 激動(dòng)劑活性與藥物分析,膜受體蛋白、藥代動(dòng)力學(xué)、量效曲線和希爾方程、胞內(nèi)分子擴(kuò)散與清除、統(tǒng)計(jì)分析、藥物研發(fā)和罕見病;11. 穩(wěn)定性、復(fù)雜性和非線性系統(tǒng),系統(tǒng)控制、負(fù)反饋和代謝調(diào)控、正反饋、穩(wěn)態(tài)模型、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、非線性系統(tǒng):分形和混沌,細(xì)胞凋亡;12. 總結(jié)。
本書作者Patrick F. Dillon是密西根州立大學(xué)自然學(xué)院的教授,具有30多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),教授的學(xué)生涵蓋了高中生到醫(yī)學(xué)院研究生等多個(gè)層次,他因教學(xué)上的突出成就被授予大學(xué)杰出員工。
本書適合生命科學(xué)領(lǐng)域的大學(xué)生、教師及其他感興趣的學(xué)者。
摘要:探究式教學(xué)法將教師單向傳遞信息的模式轉(zhuǎn)變成師生間、生生間思維互動(dòng)交流的新型關(guān)系。本文主要分析了探究式教學(xué)的特征,并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了系統(tǒng)的說明。
關(guān)鍵詞:探究式教學(xué)法;策略
早在20 世紀(jì)初,著名實(shí)用主義教育學(xué)家杜威提出了以兒童為中心、注重中學(xué)生主觀能動(dòng)性的教學(xué)方法?？梢哉f這種具有探究思想的教學(xué)方法為施瓦布提出探究式教學(xué)理論奠定了重要的基礎(chǔ)。施瓦布的探究式教學(xué)模式建立在他的學(xué)科結(jié)構(gòu)觀上, 他認(rèn)為學(xué)科的結(jié)構(gòu)處于不斷的變化中,教學(xué)不能將科學(xué)知識(shí)視為絕對(duì)的真理傳授給學(xué)生,它只能作為有證據(jù)的結(jié)論;而在教學(xué)過程中,教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)科特有的探究方法。這種探究方法促使人們思考現(xiàn)行科學(xué)教育存在的問題,積極探索學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的方法, 并設(shè)法為學(xué)生提供更多的體驗(yàn)科學(xué)探索過程的機(jī)會(huì)。
顯而易見,探究式教學(xué)有別于傳統(tǒng)的“言談”式的課堂教學(xué)。它要求師生共同參與, 學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,從學(xué)習(xí)以及社會(huì)生活中選擇和確定研究主題, 主動(dòng)地獲取知識(shí), 應(yīng)用知識(shí)并解決問題。探究式教學(xué)既是一種教學(xué)方式, 同時(shí)也是學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)方式,其本質(zhì)就是一種模擬的科學(xué)研究活動(dòng)。
1 探究式教學(xué)的基本特征
究其本質(zhì),探究式教學(xué)就是將科學(xué)領(lǐng)域的探究引入課堂的一種特殊的教學(xué)方法,在實(shí)施探究教學(xué)的環(huán)節(jié)中能體現(xiàn)其自身的一些特征。具體如下:
1. 1 問題性
任何探究均源于問題, 如何提出科學(xué)的問題至關(guān)重要。在探究式教學(xué)初始階段,問題可以由教師精心設(shè)計(jì),它應(yīng)該具有一定的挑戰(zhàn)性,但不能超出學(xué)生的能力范圍。難易適中的問題最能激發(fā)學(xué)生的好奇心,這樣才能在探究學(xué)習(xí)的過程中讓學(xué)生保持學(xué)習(xí)的熱情, 求知的
欲望。
1. 2 開放性
探究式教學(xué)所探究的內(nèi)容非常廣泛,它可以來源于教材上的知識(shí), 或自然中的各種現(xiàn)象;還可以是物理學(xué)科內(nèi)的問題, 或多學(xué)科的交叉和綜合。探究的環(huán)境可以是課堂內(nèi)或課堂外。探究涉及的范圍可大可小,內(nèi)容可深可淺。
1. 3 綜合性
在探究教學(xué)活動(dòng)中, 探討的問題往往是復(fù)雜的、綜合的, 解決這樣的問題需要多方面和多學(xué)科的知識(shí)和技能。因此, 實(shí)施探究教學(xué)對(duì)教師提出了較高的要求,教師應(yīng)該從多方面提高自身能力,從而在探究教學(xué)過程中能夠起到點(diǎn)撥的作用。
1. 4 重過程、重體驗(yàn)。
探究式教學(xué)實(shí)質(zhì)上是一種模擬的科學(xué)研究活動(dòng),強(qiáng)調(diào)探究過程并使學(xué)生在這個(gè)過程中學(xué)會(huì)觀察、學(xué)會(huì)思考, 培養(yǎng)思維能力,領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究方法, 達(dá)到提高科學(xué)素養(yǎng)的目的?？梢? 探究式教學(xué)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)與體驗(yàn)過程相當(dāng)重視。
此外,探究式教學(xué)還具有社會(huì)性、實(shí)踐性和自主性等特點(diǎn)。探究式教學(xué)重視理論聯(lián)系實(shí)際,
強(qiáng)調(diào)活動(dòng)體驗(yàn),且具有一定的社會(huì)性和實(shí)踐性。
2 探究式教學(xué)的應(yīng)用
2. 1 教學(xué)設(shè)計(jì)的思路
2. 1. 1 以實(shí)驗(yàn)為手段, 挖掘教材中蘊(yùn)含的探究因素
物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)的重要手段之一。比如,在講授歐姆定律時(shí),最初學(xué)生對(duì)于電流、電壓和電阻三者之間的關(guān)系含糊不清。因此,選擇從三個(gè)物理量的測(cè)量?jī)x器入手, 進(jìn)行電路設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法來確定三者之間的關(guān)系。
2. 1. 2 以學(xué)生為主體, 在探究過程中培養(yǎng)思維能力。知識(shí)更新的速度不斷加快, 學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)顯得尤為重要。因此在教學(xué)過程中以學(xué)生為主體,注重學(xué)生獲取知識(shí)的方法與收集資料信息能力的培養(yǎng)。探究式教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生的探究思路,只在學(xué)生出現(xiàn)思路障礙時(shí)給予點(diǎn)撥。
2. 1. 3 以方法為主線,在探究過程中掌握科學(xué)研究方法和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。
科學(xué)方法是人們?cè)诳茖W(xué)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)中逐漸形成和發(fā)展起來的。在中學(xué)物理教學(xué)中教師應(yīng)充分利用教材中的方法論,滲透科學(xué)研究方法的教育。此外, 在科學(xué)教育中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。
2. 1. 4 以情感為動(dòng)力, 在探究過程中注重情感教育
情感包含學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),以及內(nèi)心體驗(yàn)等。因此注重對(duì)學(xué)生的情感教育有利于激發(fā)主動(dòng)學(xué)習(xí)意向與主體性的發(fā)揮。
2. 2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)
探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)過程可以分為以下幾個(gè)步驟:提出問題v 查閱資料v 提出假設(shè)v 實(shí)驗(yàn)證明v 得出結(jié)論。下面以“楞次定律”為例討論探究性學(xué)習(xí)的應(yīng)用。
對(duì)于“楞次定律”的教學(xué), 傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)通常為:首先教師演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn),然后教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出楞次定律。學(xué)生主要是通過觀察現(xiàn)象加深對(duì)楞次定律的理解。在了解楞次定律后,通常以講解例題、課堂訓(xùn)練以及課后練習(xí)來鞏固所學(xué)。這樣學(xué)生雖能應(yīng)用楞次定律來判斷感應(yīng)電流的方向,但從能力發(fā)展角度看,學(xué)生只能算學(xué)會(huì),不能算會(huì)學(xué)。然而探究式教學(xué)的課堂設(shè)計(jì):首先創(chuàng)設(shè)問題情景,讓學(xué)生討論、猜想,通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出楞次定律,其后才是課堂講練。在教學(xué)過程中主要教師引導(dǎo)學(xué)生得出楞次定律。其主要教學(xué)設(shè)計(jì)如下:
2. 2. 1 創(chuàng)沒情景,指出問題
讓學(xué)生回顧感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件及右手定則,然后給出兩種典型情況, 讓學(xué)生分析其中有無感應(yīng)電流,有則確定感應(yīng)電流的方向。
情景1 :金屬棒在裸露的金屬框架上作切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。
情景2 :閉合圓形線圈靜止,磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)。
情景1 中導(dǎo)線切割磁感線,對(duì)此情景學(xué)生用右于定則很容易給出答案,但就情景2 中因沒有導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)而只有磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的問題就很難應(yīng)用右手定則了。
指出問題:能否尋找一個(gè)更普遍的規(guī)律來判斷感應(yīng)電流的方向呢?
2. 2. 2 科學(xué)猜想,發(fā)散思維
鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜測(cè):“感應(yīng)電流方向究竟由哪些因素決定呢?”。在此環(huán)節(jié)中,學(xué)生分組討論,教師適當(dāng)提示,最終根據(jù)學(xué)生猜想,總結(jié)出:因電磁感應(yīng)現(xiàn)象是由磁通量變化引起的,所以猜測(cè)感應(yīng)電流的方向與磁通量如何變化有關(guān)。
2. 2. 3 設(shè)疑集思,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
根據(jù)猜想, 列出思考題: ①感應(yīng)電流方向與磁通量的大小變化有關(guān)。怎樣研究?②列出所用器材和具體步驟;需觀察的內(nèi)容、需記錄些什么。在此基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
2. 2. 4 分組實(shí)驗(yàn),探索研究
根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì), 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用導(dǎo)線、靈敏電流計(jì)、線圈和電鍵組成閉合回路,分別
用磁鐵的北極和南極移近并插入線圈、從線圈中拔出并離開線圈,觀察指針的偏轉(zhuǎn)情況。在學(xué)生擬定方案及實(shí)施時(shí),教師檢查學(xué)生設(shè)計(jì)是否合理,儀器使用是否得當(dāng),數(shù)據(jù)記錄是否正確,并能給予適當(dāng)輔導(dǎo)。
2. 2. 5綜合分析,得出結(jié)論
學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 列表比較分析,根據(jù)數(shù)據(jù)歸納結(jié)論?？梢砸詫?shí)驗(yàn)組為單位, 推薦代表發(fā)言。在學(xué)生總結(jié)過程中, 一些關(guān)鍵點(diǎn)需教師給予引導(dǎo)。在各個(gè)組得出結(jié)論后, 教師修正學(xué)生結(jié)論,最終得出楞次定律的內(nèi)容。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得感知,再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、概括,進(jìn)行思維加工,自己總結(jié)得出結(jié)論。
2. 2. 6實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn), 驗(yàn)證楞次定律。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察閉合電鍵、移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭及斷開電鍵時(shí),大口徑線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向與用楞次定律判斷的結(jié)果是否符合。在這一環(huán)節(jié)中,注意引導(dǎo)學(xué)生歸納用楞次定律研究感應(yīng)電流方向的一般步驟:一是判定原磁場(chǎng)的方向; 二是判定原磁場(chǎng)穿過所研究平面磁通量變化情況;三是判定感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向。由實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步把所得規(guī)律應(yīng)用到新的物理情景中,激發(fā)學(xué)生的求知欲望,使學(xué)生的思維處于興奮狀態(tài)。
2. 2. 7應(yīng)用練習(xí),指導(dǎo)實(shí)踐
在這一環(huán)節(jié)中, 教師列出分層練習(xí)題, 根據(jù)反饋信息講評(píng)。學(xué)生運(yùn)用結(jié)論解決問題, 這是檢查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和鞏固的一種手段,也是遷移知識(shí),深化知識(shí)的重要途徑。通過運(yùn)用和深化,使學(xué)生的知識(shí)、技能逐漸轉(zhuǎn)化為能力。
2. 2. 8歸納總結(jié),學(xué)法指導(dǎo)
教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本課的探究過程:發(fā)現(xiàn)問題,進(jìn)行大膽猜想,對(duì)猜想進(jìn)行探索研究,最后得出結(jié)論,并用以指導(dǎo)實(shí)踐。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到此種方法是研究物理問題的基本思路之一。教育的最終目標(biāo)是“發(fā)展”與“創(chuàng)新”, 物理教學(xué)中,“發(fā)展”與“創(chuàng)新”的核心問題是開發(fā)智力、培養(yǎng)能力,全面提高學(xué)生的素質(zhì)。探究式教學(xué)正是基于這一教學(xué)思想,為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代教育目標(biāo)提供了有效途徑。
3 實(shí)施探究式教學(xué)應(yīng)注意的幾方面
3. 1教師的設(shè)計(jì)引導(dǎo)功能
教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)在深入了解學(xué)生認(rèn)識(shí)水平的前提下,精心設(shè)計(jì)教學(xué)流程。為學(xué)生鋪設(shè)符合認(rèn)識(shí)規(guī)律的思維軌道并設(shè)計(jì)合理的思維坡度,能夠坦然地面對(duì)課堂中突發(fā)問題,巧妙地引導(dǎo)學(xué)生, 使學(xué)生的信息處理和思維活動(dòng)得以順利進(jìn)行。
3. 2學(xué)生充分的自由活動(dòng)空間
教學(xué)過程中要盡可能展示學(xué)生這一年齡階段特有的好動(dòng)性、表現(xiàn)欲,從而有效地根據(jù)學(xué)生地個(gè)性并發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造能力。為此, 教師除了為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)師生之間相互尊重、相互信任、民主和諧的教學(xué)環(huán)境外,還要克服喜歡“循規(guī)蹈矩”、歧視“思維怪異”的學(xué)生的傾向。如此, 學(xué)生才能毫無顧忌地發(fā)表己見,促進(jìn)學(xué)生互動(dòng), 給學(xué)生自由的空間與互相交流的機(jī)會(huì)。
3. 3教師在教學(xué)過程中應(yīng)啟發(fā)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)
具體地講,就是學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn),獨(dú)立思考,促進(jìn)逐步理解和掌握知識(shí), 以及發(fā)生的過程與認(rèn)識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,以促使學(xué)生建構(gòu)良好的知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)。
在中學(xué)物理教學(xué)實(shí)際中并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合探究式教學(xué)。因此, 在教學(xué)中應(yīng)盡量運(yùn)用多種教學(xué)方法以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的目的。探究式教學(xué)應(yīng)該有的放矢, 科學(xué)組織, 使之真正成為有效的培養(yǎng)學(xué)生思維能力以及創(chuàng)新意識(shí)的教學(xué)方法與途徑。
1 數(shù)學(xué)知識(shí)銜接中存在的問題與對(duì)策
高一物理起始階段的教學(xué)中需要用到大量的初中數(shù)學(xué)知識(shí),像一元一次方程、一元二次方程、三角形中的正弦值、余弦值、正切值、勾股定律、相似形等等;而像在勻速運(yùn)動(dòng)中位移圖像、勻變速直線運(yùn)動(dòng)中速度圖像、力的合成中的矢量運(yùn)算等問題用到的相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí),在數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)中卻還未講到,這就必然會(huì)造成在實(shí)施物理教學(xué)活動(dòng)過程中數(shù)學(xué)這一工具運(yùn)用上的困難。
筆者對(duì)高一第一學(xué)期教學(xué)中經(jīng)常需要用到的一些數(shù)知識(shí)進(jìn)行了梳理,現(xiàn)整理如下。
代數(shù)知識(shí):正比例方程與反比例方程的轉(zhuǎn)換;一元二方程的求根;求極值的知識(shí);二元一次字方程組的聯(lián)合求的知識(shí)。
平面幾何知識(shí):相似三角形知識(shí);解三角形的基本法;圓的割線,切線,周長(zhǎng),弧長(zhǎng),面積等基本知識(shí);同位角、內(nèi)錯(cuò)角等各種角度間關(guān)系的知識(shí)。
正弦值,余弦值,正切值與三角形各邊的關(guān)系;正、余弦定理;倍角公式;勾股定理等。
圖像的知識(shí):圖像的斜率,截距,面積,交點(diǎn)等與之對(duì)應(yīng)的物理量之間關(guān)系的知識(shí)。
等比、等差數(shù)列求和。
矢量運(yùn)算知識(shí):矢量求和,矢量求差。
針對(duì)上述存在的問題,筆者在實(shí)際的教學(xué)中采取了如下的解決策略:
(1)與初中數(shù)學(xué)教師進(jìn)行溝通,了解相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中已經(jīng)達(dá)到的程度,哪些是學(xué)生一般會(huì)熟練掌握的、哪些是要求較低需要進(jìn)一步拓展的。
(2)在數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用比較集中的關(guān)鍵之處,專門增設(shè)相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)拓展、補(bǔ)充的銜接課。
(3)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)在解決物理問題時(shí)的操作方法,例如在斜面問題中,經(jīng)常需要將斜面的傾角轉(zhuǎn)為物理問題中的速度矢量(受力矢量或位移矢量)組成的角形中去,就經(jīng)常用到“兩個(gè)角度的兩條邊相互垂直時(shí),這兩個(gè)角度就相等或互補(bǔ)”這個(gè)結(jié)論,可以結(jié)合相關(guān)習(xí)題強(qiáng)調(diào)如何快速、準(zhǔn)確地尋找對(duì)應(yīng)角度的邊。
(4)采用低梯度、高密度、多反饋的教學(xué)策略,步步為營(yíng)、逐漸推進(jìn),切忌一步到位。
2 學(xué)習(xí)方法銜接中存在的問題與對(duì)策
初中學(xué)生進(jìn)入高中物理的學(xué)習(xí),從學(xué)習(xí)方法上看是一次重大的飛躍,它需要從以定性分析為主轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄐ?、半定量、定量分析相結(jié)合的方法上來;需要將以記憶為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳斫鉃橹鞯姆椒ㄉ蟻?需要將以形象思維為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕蜗笏季S、抽象思維、邏輯思維相結(jié)合的思維方法上來;需要從機(jī)械操練為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐园盐瘴锢砟Ｐ蜑橹鞯挠?xùn)練方式上來;需要更多的依賴教師的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟囊晕覟橹鞯膶W(xué)習(xí)方式上來。
上述轉(zhuǎn)變的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)漸變過程,而高一階段則是關(guān)鍵時(shí)期,擔(dān)任高一階段教學(xué)任務(wù)的教師一定要提前思考,尋找最佳應(yīng)對(duì)方法。
通過實(shí)踐筆者找到了一種實(shí)現(xiàn)銜接教學(xué)“軟著落”的有效方法,就是以教材為基礎(chǔ),編制針對(duì)概念、規(guī)律的解讀性研讀單元”,貫穿于從課前預(yù)習(xí)到課后矯正訓(xùn)練的整個(gè)過程的一種全新方法?？傮w的構(gòu)思是實(shí)現(xiàn)以下4個(gè)“一體化”:
第一,“教、學(xué)案一體化”。教師的教學(xué)實(shí)施方案與學(xué)生的學(xué)習(xí)方案融合在一起;
第二,“讀、講、練一體化”。學(xué)生對(duì)“研讀單元”的研讀、教師對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、盲點(diǎn)的講解、各個(gè)層次教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成性訓(xùn)練融合在一起實(shí)施;
第三,“課內(nèi)、外一體化”。課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)與課外需要完成的總結(jié)、作業(yè)等學(xué)習(xí)活動(dòng)融合在一起,兩者的交匯點(diǎn)就是以教材為基礎(chǔ)而重新整合的“研讀單元”;
第四,“點(diǎn)、線、面一體化”?！包c(diǎn)”就是針對(duì)“知識(shí)點(diǎn)”的教學(xué)、“線”就是針對(duì)“知識(shí)串”的教學(xué)、“面”就是針對(duì)終結(jié)性的知識(shí)結(jié)構(gòu)”的教學(xué),三者形成一個(gè)有機(jī)的序列。
具體操作方法如下:
(1)對(duì)原有教材進(jìn)行合理的分割和重組
所謂分割教材就是將原有教材的內(nèi)容根據(jù)概念、規(guī)律等形成的內(nèi)在需要,分解成若干部分,每一個(gè)部分稱作為一個(gè)研讀單元。一個(gè)研讀單元可以是原教材中的某個(gè)段落,更多的是若干個(gè)段落組成;在需要時(shí)還可以打亂原教材自然段落的順序,進(jìn)行重組;有的時(shí)候也可以將原一節(jié)教學(xué)內(nèi)容調(diào)整為兩節(jié)課時(shí)完成;還有的時(shí)候可以將前后幾節(jié)教材內(nèi)容重新組合成幾個(gè)研讀單元。這樣做的目的在于從知識(shí)本身的深度詮釋上、從知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系的深度思考上為學(xué)生提供一種更易理解的解讀性文本。
對(duì)于教材中提供的“問題與練習(xí)”中的題目,與研讀單元中的知識(shí)結(jié)合精密的可以穿插在其中讓學(xué)生在解讀文本的過程中就加以處理,有一定難度的題目則不適宜這樣處理,可以放在教學(xué)過程實(shí)施之后在配套的“回放性反饋訓(xùn)練”中處理,當(dāng)然這部分訓(xùn)練題不僅僅是教材后面的題目,還需要補(bǔ)充,在本文的后面還會(huì)加以闡述。
(2)教學(xué)目標(biāo)的情景化處理布魯姆的教育目標(biāo)分類學(xué)對(duì)“認(rèn)知、情感、動(dòng)作”三個(gè)領(lǐng)域的目標(biāo)進(jìn)行了科學(xué)的分類,是值得借鑒的目標(biāo)分類理論,在我國(guó)曾經(jīng)進(jìn)行過大規(guī)模的“目標(biāo)教學(xué)”教改實(shí)踐,筆者在80年代末期至90年代中期,也曾連續(xù)多年在高中學(xué)段進(jìn)行了研究。布魯姆的教育目標(biāo)分類學(xué)非常強(qiáng)調(diào)目標(biāo)的層次性,不同層次的目標(biāo)要用具體的、操作性的語(yǔ)言來描繪出學(xué)習(xí)行為的變化,有的時(shí)候這是不易做到的。通過實(shí)踐,筆者采用的“情景化”目標(biāo)表達(dá)方式,收到了很好的實(shí)踐效果。其實(shí)就是將要達(dá)成的某一層次教學(xué)目標(biāo)用具體的物理情景呈現(xiàn),這種情景往往具有單一的目標(biāo)承載功能,學(xué)生在完成這一情景的過程中可以表現(xiàn)出思維的軌跡。
具體來講,情景的呈現(xiàn)方式有以下幾種:
第一,與教材內(nèi)容緊密配合的自編情景。教師根據(jù)對(duì)教材的分析及達(dá)成目標(biāo)的分解,把在上課過程中要預(yù)設(shè)的授課素材,編制成表述嚴(yán)密的具體情景,附設(shè)在上述分割后的研讀單元后面,其要求是:情景簡(jiǎn)單,落實(shí)一個(gè)具體目標(biāo)層次,這樣可以實(shí)現(xiàn)教案與學(xué)案的有機(jī)結(jié)合。
第二,訓(xùn)練型情景。通過編制一道訓(xùn)練題,讓學(xué)生在嘗試完成的過程中暴露存在的問題,題目以判斷題、選擇題、填空題、配對(duì)題等為主,教材中配套的練習(xí)題也是重點(diǎn)考慮的一個(gè)方面。
第三,概念、規(guī)律的變式注解。把教材的內(nèi)容轉(zhuǎn)換一種學(xué)生更易接受的方式進(jìn)行注解式的詮釋,使得教材內(nèi)容層次更分明、要求更明確。一般來講就是將概念、規(guī)律進(jìn)行基于“關(guān)鍵詞”的解讀,引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成對(duì)概念、規(guī)律的深度剖析的習(xí)慣。
(3)設(shè)置3個(gè)層次的梯度訓(xùn)練
第一,知識(shí)回放性達(dá)成訓(xùn)練?！盎胤判杂?xùn)練”就是提供給學(xué)生在自學(xué)之后對(duì)相關(guān)概念、規(guī)律基本理解的初步回饋,所以題目以“識(shí)記”、“簡(jiǎn)單回放性理解”為主要目標(biāo),還原概念、規(guī)律的最基本含義?？梢杂媒滩呐涮椎摹皢栴}與練習(xí)”作為自學(xué)效果的回放性訓(xùn)練題,從而引導(dǎo)學(xué)生重視教材中提供的問題。
第二,形成性達(dá)成訓(xùn)練。在完成“形成性達(dá)成訓(xùn)練”之前,首先將新學(xué)習(xí)的概念、規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)單的梳理,引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)整理所學(xué)知識(shí),最好能繪制相關(guān)知識(shí)的概念圖:可以是教師上課時(shí)想要書寫的板書的再現(xiàn);也可以留下空白,讓學(xué)生進(jìn)行整理。
對(duì)于“形成性達(dá)成訓(xùn)練”題的組織要注意以下幾點(diǎn):①達(dá)成練習(xí)應(yīng)該突出“單一知識(shí)點(diǎn)”的落實(shí),是概念、規(guī)律的變式練習(xí);②目標(biāo)層次定位在“識(shí)記”到“簡(jiǎn)單理解”即可;③設(shè)置“學(xué)習(xí)札記”利于學(xué)生進(jìn)行自我反饋活動(dòng);④題量適中,一般為10道左右,題型以選擇題為主,便于概念的辨析。
第三,反饋———矯正訓(xùn)練。這種訓(xùn)練的目的在于:①對(duì)“形成性達(dá)成練習(xí)”中的錯(cuò)誤進(jìn)行矯正;②可以進(jìn)行自我認(rèn)知的總結(jié),像解題方法總結(jié)、錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的總結(jié)等等。
“反饋———矯正”訓(xùn)練題的組織要注意以下幾點(diǎn):①目標(biāo)定位在“簡(jiǎn)單應(yīng)用”到“靈活應(yīng)用”層次,是“形成性達(dá)成訓(xùn)練”的有機(jī)延伸,形成對(duì)知識(shí)理解的螺旋式上升過程;②適當(dāng)考慮知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系;③題目以計(jì)算為主,體現(xiàn)解題過程,暴露理解上的誤點(diǎn)、盲點(diǎn)。
最后要說明的是,“知識(shí)回放性訓(xùn)練、形成性達(dá)成訓(xùn)練、反饋—矯正性訓(xùn)練”三者應(yīng)該作為一個(gè)整體來考慮,目標(biāo)側(cè)重點(diǎn)各有不同,但又是一個(gè)整體,以便實(shí)現(xiàn)一個(gè)序列漸進(jìn)的訓(xùn)練梯度。
在物理課堂教學(xué)中,實(shí)施教學(xué)合理性提問,將激發(fā)學(xué)生投身于物理活動(dòng)之中。
這是由于教師所提出的問題,學(xué)生不可能照搬課本上的文字作為答案,這種提問方式能引起學(xué)生進(jìn)行積極思維活動(dòng),能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。那么,如何進(jìn)行教學(xué)合理性提問呢?建議如下:
1、激疑性提問
孔子說過:“學(xué)起于思,思源于疑”,有疑才能有思,無思則不能釋疑。設(shè)疑、釋疑是人生追求。由于中學(xué)生缺乏思維的靈活性和敏捷性,教師若能在其似懂非懂、似通非通處及時(shí)提出問題,然后與學(xué)生共同釋疑,勢(shì)必收到事半功倍的效果。例如,在浮力教學(xué)中,為了使學(xué)生弄清浮力的大小與哪些因素有關(guān),遵從什么規(guī)律,可以用學(xué)生熟悉的例子問學(xué)生:為什么木塊浮在水面上而鐵塊沉入水底?用鋼鐵制成的萬噸巨輪為什么可以浮在水面上?類似這樣的問題使學(xué)生的思維中出現(xiàn)了疑問,從而使他們產(chǎn)生了強(qiáng)烈的求知欲望。
2、探究性提問
這種提問能啟發(fā)學(xué)生思維的靈活性,也有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。例如,對(duì)于物理概念,不直接讓學(xué)生回答,而是讓學(xué)生應(yīng)用概念分析解決一些實(shí)際問題,并圍繞重要的物理過程、理論與實(shí)際的關(guān)系,深究細(xì)追。向?qū)W生發(fā)問、追究的問題要經(jīng)過周密、科學(xué)的設(shè)計(jì)。通過這樣的提問,就會(huì)把學(xué)生的認(rèn)識(shí)逐步引向深化,并有利培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。
3、發(fā)散性提問
發(fā)散思維是一種創(chuàng)造性思維,教師若能在授課時(shí)提出激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維的問題,引導(dǎo)學(xué)生從正面和反面多途徑去思考,縱橫聯(lián)想所學(xué)知識(shí),將提高學(xué)生思維能力和探索能力大有好處。這種提問難度較大,必須考慮學(xué)生知識(shí)的熟練程度。
例如,在講完一個(gè)例題后,啟發(fā)學(xué)生一題多解地提問,或題目引伸性提問,或逆著題意進(jìn)行分析。這樣的提問很自然地把學(xué)生帶入積極思考,討論,探究等生機(jī)盎然的學(xué)習(xí)境界之中,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探索能力無疑是有益的。
4、鋪墊性提問
這是一種常用的提問方式,在講授新知識(shí)之前,教師要提問與本課有聯(lián)系的舊知識(shí),為傳授新知識(shí)鋪平道路。教師應(yīng)從教材內(nèi)有規(guī)律出發(fā),針對(duì)學(xué)生的實(shí)際,在知識(shí)聯(lián)系的“掛鉤點(diǎn)”設(shè)計(jì)好問題,使學(xué)生思維有明確的目的性,啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用自己的知識(shí)、智慧,戰(zhàn)勝一個(gè)個(gè)困難,取得有創(chuàng)見的成果,以達(dá)到順利完成教學(xué)任務(wù)的目的。
5、激趣性提問
富有趣味性的提問,往往能激發(fā)學(xué)生帶著濃厚的學(xué)習(xí)興趣,以愉悅的心情去積極思維,直至問題得到圓滿的解答。例如,在講熱傳導(dǎo)時(shí),可以這樣設(shè)計(jì)問題:在裝水的試管底部放一條小魚,用酒精燈對(duì)試管上部的水加熱,當(dāng)上部的水已沸騰了,下面的小魚為什么卻安然無恙?象這類“煮金魚”以及“紙鍋燒開水”等生動(dòng)有趣的提問,會(huì)使學(xué)生的注意力高度集中,從而在主動(dòng),輕松的心態(tài)中進(jìn)入探求新知識(shí)的境界。
6、鞏固性提問
教師為了讓學(xué)生真正理解并掌握所學(xué)到的新知識(shí),應(yīng)在講授完新課,學(xué)生消化了該課內(nèi)容后,對(duì)本課內(nèi)容提出一個(gè)或幾個(gè)重點(diǎn)問題,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行概括總結(jié),以達(dá)到鞏固知識(shí)的目的。
摘 要:只有在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中多層次、多角度地滲透科學(xué)本質(zhì),讓學(xué)生在探究、實(shí)驗(yàn)、思考的過程中,學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能,培養(yǎng)科學(xué)探究能力,才能逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。
關(guān)鍵詞:初中物理; 教學(xué)設(shè)計(jì); 科學(xué)本質(zhì)
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-3315(2012)10-038-001
初中物理是一門基礎(chǔ)課程,是小學(xué)自然(科學(xué))學(xué)科的一個(gè)延伸。它是培養(yǎng)學(xué)生愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的良好素材,有利于引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用,體驗(yàn)科學(xué)探究過程,了解科學(xué)研究方法,增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,培養(yǎng)探索自然的科學(xué)精神,認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)科技進(jìn)步以及文化、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的影響,為終身發(fā)展,形成科學(xué)世界觀和科學(xué)價(jià)值觀奠定基礎(chǔ)。
1.初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)
①在課程目標(biāo)上注重提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng);②在課程結(jié)構(gòu)上重視基礎(chǔ),體現(xiàn)課程的選擇性;③在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時(shí)代性、基礎(chǔ)性、選擇性;④在課程實(shí)施上注重自主學(xué)習(xí),提倡教學(xué)方式多樣化;⑤在課程評(píng)價(jià)上強(qiáng)調(diào)更新觀念,促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。
從以上特點(diǎn)可以了解:初中物理課程旨在從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三方面,進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。而課堂教學(xué)更加要求通過多樣化的教學(xué)設(shè)計(jì),讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考,使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。
2.如何在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)
新課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師重構(gòu)課堂。在課堂教學(xué)中,當(dāng)學(xué)生從學(xué)科或現(xiàn)實(shí)生活中選擇和研究專題,通過獨(dú)立自主地發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)驗(yàn)操作、調(diào)查、信息搜索與處理、表達(dá)與交流等探索活動(dòng)時(shí),教師的職責(zé)是引導(dǎo)學(xué)生不斷地提出問題,使學(xué)習(xí)過程變成學(xué)生不斷提出問題、解決問題的探索過程。
教師不僅要對(duì)課程有一個(gè)整體的把握,還要精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué),把“科學(xué)本質(zhì)”教育細(xì)化滲透到課堂學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)的具體指導(dǎo)上。
2.1提問的科學(xué)性是課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的首要要求。主要體現(xiàn)在能創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膯栴}情景,有利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),即課堂提問具有啟發(fā)性;同時(shí)還能促進(jìn)學(xué)生深入思維,積極探究,嘗試解決問題,即課堂提問具有生成性。
情景創(chuàng)設(shè)是課堂教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分,選擇具有針對(duì)性、啟發(fā)性、能吸引學(xué)生注意和激發(fā)興趣的材料,設(shè)計(jì)一些典型的簡(jiǎn)單事例,使學(xué)生對(duì)物理概念、規(guī)律在生產(chǎn)和生活中的實(shí)際應(yīng)用以及科學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間的關(guān)系有更深的認(rèn)識(shí)。
例如:“帕斯卡定律”中演示液壓機(jī)不僅笨重、搬動(dòng)困難,而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察。改用“氣體千斤頂”,效果明顯:取一個(gè)醫(yī)用500ml~1000ml引流袋(新的),這就是一個(gè)很好”氣體千斤頂”。把引流袋平放在桌面上,在它上面壓上5-6塊磚頭就被舉起來了,并翻到(學(xué)生發(fā)出驚呼聲)。為了讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn),親生體驗(yàn),我將8個(gè)500ml(或4個(gè)1000ml)的引流袋平放在桌面上,用一塊60cm×45cm的木板放在這些引流袋上,再請(qǐng)一個(gè)同學(xué)坐在木板上,另外又請(qǐng)八個(gè)同學(xué)同時(shí)向袋內(nèi)吹氣。這時(shí)坐在木板上的同學(xué)被頂起來了。“嘿,吹氣竟然能把人頂起來!”(學(xué)生贊嘆)精彩的實(shí)驗(yàn),再一次使學(xué)生的情緒達(dá)到高潮。本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生深切感受到了從生活走向物理、從物理走向社會(huì)。
2.2培養(yǎng)質(zhì)疑精神是體現(xiàn)科學(xué)研究的根本。學(xué)生能在課堂教學(xué)的過程中提出有意義的問題或能發(fā)表個(gè)人見解,從而提高學(xué)生有效思維的長(zhǎng)度。
曾經(jīng)設(shè)計(jì)了這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn):在一支試管中裝入水,并放一條小魚,實(shí)驗(yàn)前問學(xué)生:“如將裝有小魚的試管放在酒精燈上加熱一段時(shí)間后,小魚會(huì)怎么樣呢?”學(xué)生不假思索地回答:“小魚會(huì)死?！薄敖Y(jié)果究竟如何?請(qǐng)同學(xué)們注意觀察實(shí)驗(yàn)?！边@時(shí),教室里鴉雀無聲,個(gè)個(gè)聚精會(huì)神地觀察老師的實(shí)驗(yàn)操作,教師先用酒精燈加熱試管上半部分的水,一段時(shí)間后,試管上半部分的水已經(jīng)沸騰了。教師提醒學(xué)生:“此時(shí),小魚怎么樣了呢?”學(xué)生回答:“小魚在試管底部自由自在地游動(dòng)?！彪y道小魚有驚人的耐熱力嗎?不是的,那為什么魚不死呢?同學(xué)們展開了激烈的討論,最后教師請(qǐng)同學(xué)們摸一下試管的底部,盡管試管上半部分的水已經(jīng)沸騰了,而試管底部仍然是涼的。這個(gè)結(jié)果又會(huì)激起學(xué)生新的思考,這既可說明物理道理,又可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)延長(zhǎng)了學(xué)生有效思維的長(zhǎng)度。
2.3用證據(jù)說話是科學(xué)的本質(zhì)要求。物理學(xué)是自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科,研究物質(zhì)最基本運(yùn)動(dòng)形態(tài)的規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)。所以,用事實(shí)說話,注重證據(jù)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)的要求。
例:在教學(xué)力的概念時(shí),為了解釋力能使物體發(fā)生形變,教學(xué)時(shí)可以采用不同物體來演示。例如用力壓海綿,海綿發(fā)生明顯變化;但也有些物體的形變不明顯,例如用力擠壓硬質(zhì)扁玻璃瓶,看不出變化。為此,改進(jìn)儀器,將一木塞塞緊瓶口,在木塞中間插入一細(xì)玻璃管。用力擠壓玻璃瓶時(shí),會(huì)看到細(xì)管中液面的上升。但是學(xué)生又進(jìn)一步提出質(zhì)疑:“是不是熱脹冷縮的原因?”此時(shí)只需從側(cè)向再次擠壓玻璃瓶,將會(huì)看到細(xì)管中液面下降,學(xué)生即可體會(huì)到微小形變的存在。
2.4嚴(yán)密的邏輯思維是科學(xué)素質(zhì)的必要因素。實(shí)驗(yàn)是學(xué)生喜歡的探究活動(dòng),為思維加工提供大量的素材,實(shí)驗(yàn)中遇到的問題能體現(xiàn)和鍛煉學(xué)生邏輯思維能力。分組實(shí)驗(yàn)多以測(cè)量性、驗(yàn)證性和實(shí)用性實(shí)驗(yàn)為主。要提高學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果,就必須使學(xué)生真正進(jìn)入角色,手、眼、腦并用地進(jìn)行有目的的探索活動(dòng)。老師如何上好學(xué)生實(shí)驗(yàn)課,關(guān)鍵在于如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論、總結(jié)歸納。學(xué)生通過主動(dòng)參與教學(xué),在教師的積極指導(dǎo)下獲得物理知識(shí),則會(huì)印象更加深刻,并增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。下面我就凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)課,談一下個(gè)人體會(huì):
在教學(xué)過程中,啟發(fā)學(xué)生思考:凸透鏡成像,如果成實(shí)象則用光屏能接受到;如果成虛象用眼睛能觀察到;那么,如何用光屏來接受到實(shí)象呢?光屏的位置放的不正確,即使成了實(shí)象也接不到。
引導(dǎo):實(shí)象是由光會(huì)聚而成,而經(jīng)過凸透鏡光心的光線不改變方向,因而實(shí)象肯定在燭焰、凸透鏡光心這兩點(diǎn)所在的一條直線上,所以應(yīng)把光屏、燭焰、凸透鏡三者的中心放在同一高度。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并從中發(fā)現(xiàn)新的問題:當(dāng)u 分析:u=f時(shí),變成平行光。
這樣學(xué)生邊做邊學(xué),邊學(xué)邊想,思維能力無形中獲得了提高。
物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)的整合初探
長(zhǎng)陽(yáng)高家堰中心學(xué)校 鄒君 郭玲玲
歷史的車輪轉(zhuǎn)到20世紀(jì)下半葉時(shí)，社會(huì)進(jìn)入了信息化時(shí)代，由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，知識(shí)總量迅速膨脹，被人們形象地稱為“知識(shí)爆炸”。信息社會(huì)帶來的知識(shí)爆炸，引發(fā)了一場(chǎng)學(xué)習(xí)的革命，從而帶來了新一輪的物理教學(xué)改革。信息技術(shù)進(jìn)入教育教學(xué)領(lǐng)域，是教育現(xiàn)代化的基本特征，是教育進(jìn)入信息時(shí)代的必然，為適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)給教學(xué)帶來的變化，教師必須進(jìn)行角色的轉(zhuǎn)換，不斷提高信息素養(yǎng)。教師的信息素養(yǎng)不只包涵教師信息技術(shù)的應(yīng)用水平，還包括教師的信息意識(shí)。在進(jìn)行基礎(chǔ)教育改革的今天，擺在物理學(xué)科面前的重要任務(wù)，就是努力推進(jìn)物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)的有機(jī)整合，讓信息廣泛進(jìn)入物理課堂。
一、改變教育觀念，增強(qiáng)信息意識(shí)是推進(jìn)物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)整合成功的前提條件。
信息的價(jià)值在不斷地被越來越多的人逐漸認(rèn)識(shí)，對(duì)信息的追求和捕捉不同于一般憑直覺和經(jīng)驗(yàn)的信息感知。時(shí)代明確告訴我們信息處理能力將是21世紀(jì)的人應(yīng)具有的如同“聽、說、讀、算”同樣重要的生存能力，在不斷涌現(xiàn)的浩若煙海的信息中要準(zhǔn)確地選擇，迅速地獲取所需要的那部分特定的信息，往往取決于此。教師信息意識(shí)的培養(yǎng)，信息技術(shù)的應(yīng)用不是一朝一夕的，還要有一段從認(rèn)識(shí)到自覺應(yīng)用的過程。為了使信息革命的浪潮加速學(xué)校教育的“技術(shù)化”，使計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)最大限度地優(yōu)化教育教學(xué)環(huán)境，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，全面融入新一輪的基礎(chǔ)教育改革大潮中。我們要加強(qiáng)教師對(duì)現(xiàn)代教育理論的學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)討論，促進(jìn)了教師教育觀念的轉(zhuǎn)變，使大家普遍認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代教師不僅要有愛崗敬業(yè)的精神、淵博的學(xué)科知識(shí)以及先進(jìn)的教育思想，還要具有運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)的能力。建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，增添了我們探索計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的信心，因而教師應(yīng)積極主動(dòng)的運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息，從網(wǎng)絡(luò)上下載可用的課件和信息，運(yùn)用到課堂教學(xué)中去。由于應(yīng)試教育體制的影響，部分學(xué)校教師僅以教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容為主，不注重自身知識(shí)的更新，信息意識(shí)下降的現(xiàn)象普遍存在。俗話說：“教人一滴水，自己要有一桶水”。要提高教學(xué)質(zhì)量，首先要提高教師的教學(xué)水平和學(xué)術(shù)水平。要求教師在教學(xué)之余，不斷地獲取信息，增長(zhǎng)新知識(shí)，教師要積極利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息資料，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。
只要物理教學(xué)與教師的信息素養(yǎng)有機(jī)整合，一方面，可以超越狹隘的教育內(nèi)容，讓師生的生活和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入教學(xué)過程，讓教學(xué)“活”起來，從而喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使他們想創(chuàng)新，敢創(chuàng)新，會(huì)創(chuàng)新；另一方面，可以改變學(xué)生在教學(xué)中的地位，從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變成為知識(shí)的探究者、建構(gòu)者，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
二、提高教師信息技術(shù)水平是推進(jìn)物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)整合成功的關(guān)鍵。
沒有較高信息素養(yǎng)的教師，在教學(xué)改革和教學(xué)研究方面會(huì)受到很大的限制，是很難成為“名師”的。尤其在進(jìn)行基礎(chǔ)教育課程改革的今天，提高教師的素質(zhì)顯得尤為重要。既然提高教師的信息素養(yǎng)已成為必需，那么如何來提高教師自身的信息素養(yǎng)呢？
教師應(yīng)積極參加各種有針對(duì)性的培訓(xùn)，如我們物理教師應(yīng)用軟件制作簡(jiǎn)單動(dòng)畫模擬物理實(shí)驗(yàn)。教師利用業(yè)余時(shí)間自學(xué)必須是長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，必須成為自身的自覺行為，把提高學(xué)習(xí)做為工作的一部分。同時(shí)制定一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)計(jì)劃，是教師自覺提高自身信息技術(shù)素質(zhì)的良好開端。這里強(qiáng)調(diào)的是長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)計(jì)劃，不是為了一次公開課，一次比賽，一次評(píng)比而進(jìn)行的短期行為。如果只是為了應(yīng)付公開課，應(yīng)付評(píng)比，臨時(shí)急急忙忙地“拼湊”出一個(gè)課件來，只是“就課論課”，事先沒有準(zhǔn)備，課后無總結(jié)，公開課后，什么都丟向腦后，沒有什么有益的東西留下，就談不上培養(yǎng)技能，提高素質(zhì)了。反之，如果我們確立目標(biāo)制訂計(jì)劃，有步驟地實(shí)現(xiàn)，在過程中發(fā)現(xiàn)問題，則結(jié)果就大不一樣。教和學(xué)都是長(zhǎng)期的行為，一種素質(zhì)和技能的養(yǎng)成需要長(zhǎng)期細(xì)致的勞動(dòng)和積累，不可能一蹴而就。制訂學(xué)習(xí)的計(jì)劃，確立各階段的目標(biāo)，循序漸進(jìn)，日積月累，才可能得心應(yīng)手。
因而，我們可以用多種途徑提高自身的信息素養(yǎng)：（1）多在網(wǎng)絡(luò)上閱讀。信息技術(shù)的飛躍發(fā)展使閱讀方式發(fā)生了變革，在不遠(yuǎn)的將來，網(wǎng)絡(luò)閱讀將成為教師獲取知識(shí)進(jìn)行教學(xué)和科研的重要手段。重視并堅(jiān)持網(wǎng)絡(luò)閱讀是培養(yǎng)教師信息素養(yǎng)的重要途徑。（2）多用電腦寫作。在電腦上寫作，除了方便編輯、修改和保存外，很重要的一點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)閱讀與寫作的互補(bǔ)，有利于提高應(yīng)用信息技術(shù)的水平。（3）多在電腦室上課。想不想，敢不敢，能不能在電腦室上課，是教師信息素養(yǎng)提高過程中的分水嶺。要充分創(chuàng)造條件，將信息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，不要求一節(jié)課從頭到尾都要用信息技術(shù)，也不要等自己的技術(shù)水平很高后再用。（4）多用電腦處理日常事務(wù)，只要能用電腦處理的事
情，就要盡可能讓電腦來做，如學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)、電話號(hào)碼管理等，教育必須面對(duì)信息化社會(huì)，迎接信息化挑戰(zhàn)，實(shí)施教育信息化戰(zhàn)略，帶動(dòng)整個(gè)教育體制和教育模式的革新，作為教育中的關(guān)鍵元素，教師在信息化社會(huì)教育中的作用顯得尤為重要，教師必須適應(yīng)信息化社會(huì)所提出的新要求，加強(qiáng)自身信息素養(yǎng)培養(yǎng)，適應(yīng)信息化浪潮。三、運(yùn)用好網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源是物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)整合成功的根本保證。
為便于信息的獲取，使網(wǎng)絡(luò)資源適于教學(xué)，我們要逐步構(gòu)建好物理的教學(xué)資源庫(kù)。為了更好地采用各種現(xiàn)代化手段，以多媒體的形式將物理內(nèi)容科學(xué)的，有機(jī)的“整合”，使學(xué)生進(jìn)入視聽、思考并用的教學(xué)環(huán)境，使抽象思維與形象思維共同參與學(xué)習(xí)過程，使教學(xué)活動(dòng)更為符合人的認(rèn)知規(guī)律，達(dá)到突破抽象思維的難點(diǎn)與局限，以獲得更好的教學(xué)效益和更高的學(xué)習(xí)效果，我們可以從以下幾個(gè)方面探索，研究實(shí)踐以完成資源庫(kù)中課件集成的整合。（1）超越時(shí)空展示日常生活中物理現(xiàn)象和科技成果。有些物理現(xiàn)象只能在特定的環(huán)境下才能觀察到，有的科技成果受到時(shí)間、空間的限制，一時(shí)無法“搬到”課堂上，則把這些做成多媒體課件如“海市蜃樓”、“火箭發(fā)射”等及時(shí)地再現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生有身臨其境之感，真實(shí)地再現(xiàn)物理現(xiàn)象和科技成果，與學(xué)生發(fā)生“共鳴”。（2）形象展示復(fù)雜物理現(xiàn)象和過程。對(duì)許多復(fù)雜物理現(xiàn)象和過程在物理教學(xué)中用語(yǔ)言、文字、圖片很難把它們講清楚，學(xué)生很難想象出它們的具體情景，則利用多媒件課件如“水的沸騰”、“聲音的傳播”、“凸透鏡成像規(guī)律”等變靜為動(dòng)，變難為易，形象地幫助學(xué)生理解具體情景。（3）生動(dòng)剖析抽象的物理概念和規(guī)律。過去對(duì)難以理解和掌握的抽象物理概念和規(guī)律的教學(xué)只重視概念的背誦和結(jié)論的記憶，而忽略對(duì)概念和規(guī)律的探究過程，則可利用多媒件課件如“演示慣性的模型”等變抽象為具體，有利于學(xué)生直觀生動(dòng)地理解。（4）模擬實(shí)驗(yàn)。物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但有的實(shí)驗(yàn)初中階段由于受條件的限制，如“牛頓第一定律”、“托里拆利實(shí)驗(yàn)”等，利用多媒體課件進(jìn)行模擬，化靜為動(dòng)，再現(xiàn)歷史，淋漓盡致地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，在佩服科學(xué)家的聰明才智的同時(shí)，科學(xué)思想也將會(huì)在學(xué)生的頭腦里潛移默化。
物理教學(xué)與教師信息素養(yǎng)的“整合”，是一個(gè)教學(xué)改革的過程，要破要立?！罢稀钡恼麄€(gè)過程是先進(jìn)教學(xué)理念，教學(xué)思想的展現(xiàn)，是在教學(xué)理論指導(dǎo)下的大膽嘗試，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的過程。我們物理教師大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，努力發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有用的學(xué)習(xí)工具，進(jìn)行新型物理教學(xué)模式的大膽嘗試。
從學(xué)生的“感受”中，我們可清楚看到，學(xué)生渴望在老師地引導(dǎo)下進(jìn)行自主探究，他們渴望自己能體驗(yàn)到學(xué)習(xí)過程的快樂，渴望自己能帶著問題進(jìn)行探究。因而我們每一個(gè)物理教師應(yīng)本著“一切為了每一位學(xué)生的發(fā)展”，努力地把物理教學(xué)與自身信息素養(yǎng)進(jìn)行有機(jī)地整合，為培養(yǎng)將來社會(huì)需要的現(xiàn)代化人才而不懈努力。