人文精神在物理教学中渗透途径的探究——以“反冲运动 火箭”教学为例

发表时间:2020/7/1   来源:《教育学文摘》2020年35卷6期   作者:袁晓芹 王玉春
[导读] 本文是基于物理教学实践中人文渗透案列的分析
        摘  要:本文是基于物理教学实践中人文渗透案列的分析,探讨在实际的物理教学中如何进行人文渗透?以及物理教学中人文渗透的途径,促进课堂中人文素养和科学思维融合,拓展课堂教学的视角。
        关键词:物理教学、人文渗透、反冲运动。
        引  言
        物理教学因为需要关注高考,实际教学中更多的倾向于物理知识教学,忽视科学思维与人文精神的融合,单纯的知识教学固然可以有效的强化知识教学效果,然而物理知识中包含的科学与人文精神层面的思考,常常被忽视,学生物理知识得到有效提升,情怀和视角被限制,思考问题单一,不会多角度考虑实际问题,针对高中物理教学实践的问题,合肥十中物理组成立专门的课题组,研究这一实践问题,力求改变物理教学中困境。
        在课题研究中,我们发现在教学中融入人文知识,营造人文情境,在课堂教学挖掘科学思维中包含的人文精神,科学与人文的碰撞,更好的培养学生认识和完善自己,与他人合作,通过实践教学,学生在掌握了科学文化知识后,能更好的关注社会和自然,能思考科学、科技及社会的关系,学生的科学素养和人文情怀都达到了提升,课堂教学的效果和氛围也明显的好转,抽象的物理理论在人文融合中变得形象、生动,学生的思维广度得以拓展,解决了物理教学实践中存在的上述问题。
        这是我课题组在问题探究中的收获和教学实践经验的总结,探讨了物理教学中人文渗透的有效途径。本文主要对“反冲运动 火箭”的教学实践中人文渗透的途径,进行总结,提炼,在对此案例分析中,明确人文精神在物理教学中渗透的有效途径,为物理教学打开新的视角,下面就本节内容在课堂导入、问题建模以及课堂总结等三个方面的人文渗透进行案例分析。
         一、观察生活、合作探究
        反冲运动的导入从观察海洋中水母的运动开始,提示学生认真细致的观察水母运动的姿势,通过观察猜想水母运动的原因(向前吐水后退)。
        1引导学生合作
        针对学生的猜想,引导学生利用已有器材(事先给学生准备一些器材,提供给学生们选择),设计实验验证猜想,通过小组讨论,推选发言人,解释验证结果。
        2验证实验
        (1)利用气球验证,将气球充满气,松手,观察气球的运动情况,评估气球与水母运动是否一致,验证猜想,在实验中学生还讨论了水阻力对水母以及空气阻力对气球运动的影响,是一个非常好的收获。
        (2)利用小风扇固定在小车,开动风扇,利用小车的运动模拟水母的运动。
     经过充分的讨论,学生了解水母运动的原因,向前吐水后退,在得到这个初步结论时,进一步引导学生思考两个问题。
        1这类型运动在生活生产中是否普遍存在,生产中有没有应用的意义?
        2能不能建立一个简洁方程式,来描述这类运动的规律?
        通过师生互动、小组讨论,学生们认识到这类运动的普遍性,因此,对这类运动进行理想化定义(忽略阻力影响),得到反冲运动的定义,并利用动量守恒定律描述这类运动。
        反冲运动的导入部分就此完成,通过导入部分的互动,使学生明白物理理论来源于生活、生产实践,通过合作探究就可以完善和提升自己,同时也让学生多角度的思考问题,在探究结束留下一个看似不合常理的问题:水母等海洋生物是否了解动量守恒定律。
        课堂导入通过观察生活,在合作中完成,培养学生学会合作,关注社会和自然。
         二、体验情景、升华情感
        通过对反冲运动的定义及规律归纳,进一步学生思考如何离开地球,开展对宇宙的探索,过度中引入敦煌壁画中飞天以及嫦娥奔月的故事,在教学中增添人类的飞天梦想,在科学探究中体验人文精神。
        神话的展示,引入到实践的探索上,把万户的探究过程作为本节课物理建模的背景,使学生在理解物理知识的同时,提升人文情怀,在科学与人文融合中提升学生的价值观,使学生肩负起社会责任感。
        1探究背景
        陶广义,浙江金华人,明太祖赐名“成道”,封万户,史称万户,钱学森先生称其为中国火箭第一人,万户的突出贡献在于为实现中华民族千年飞天梦想,亲身实践,不惧生死,为后世闯出了一条探天的道路,被科学界公认为“航天始祖”,为了纪念他,科学家们将月球上的一座环形山命名为万户山。
        利用上述背景的介绍,使感受科学探究的神圣性,使学生重视将生活、生产问题转化为物理模型,提高学生解决问题的能力。
        2物理建模
        万户在万家山上的探究过程,进行简化,根据实际赋值研究。
        假定火箭装置总重55kg,点火后喷出高速气体的质量为5kg,喷出气体的速度为2000m/s,求出火箭剩余部分上升的最大高度?(气体喷射一次,喷射时间极短,忽略空气阻力的影响)

        利用动量守恒定律进行估算,检验模型是否可行?以及与实际情况进行比较,能否更进一步优化方案,对实际模型进行修正,以适应一般情况。
        3模型修正
        假定火箭装置第二次喷气前瞬间的速度为v0,点火后喷出物体的质量为m,喷出气体的速度为v1,探究火箭剩余部分(质量M)速度的变化量?(气体喷射时间极短,忽略空气阻力的影响)
        采用动量守恒定律解得:
       
        4设计反思
        通过科学探究,初步了解万户探究的理论依据,进一步引导学生思考,科学探究中包含的人文精神,对万户方案进行反思,减少探究悲剧发生,提升探究的安全性、可行性以及对问题的多角度思考。
        (1)实验的安全性
    由于时代的限制,万户用生命开启了人类的飞天梦想,探究的悲剧不能重复发生,引导学生对规范探究过程的思考,如何提高探究的安全性,对比今天航天探究的装备,在安全性方面的提升。

        (2)实验的可行性
        通过对万户探究结果的分析,根据万户的设计,其“火箭”最大上升高度为2km,实际情况达不到,比较地球的大气层的一般厚度(100 km),和地球与月球的平均距离(384403.9km),可以分析出万户的探究注定失败,不能达到预期结果,引导学生思考,如何改进万户的方案。
        (3)实验的改进方案
        通过对火箭运动规律的分析,火箭速度取决于①喷气速度②质量比,两个因素,自然可以通过增加火箭携带燃料的办法,改进方案,达到航天探究的目的,在学生通过小组讨论得到这个结论时,向学生展示科学家们也是如此解决的,并介绍第一个提出此方案的是苏联科学家齐奥尔科夫斯基,现代航天最终的方案就是多级火箭。
        物理建模在情景体验中进行,在完成物理理论学习的同时,理性与人文慢慢融合,提升了学生的人文情怀。
         三、人文凝结、提升视角
        物理建模后,为了进一步引导学生从科学与人文的角度对本节教学进行交流和讨论。提升学生多视角的思考问题,通过科学家的贡献,展现中国科学家在航天事业中家国情怀,通过学习之问进行首位呼应,引导学生多角度思考问题,拓展学生的视野。
        1中国贡献

        2学习之问
        课前之问:乌贼、章鱼、水母这些美丽的海洋的生物,它们懂得动量守恒定律吗?
        钱学森之问:为什么中国培养不出杰出人才?
        李约瑟之问:为什么近代自然科学只能起源于西欧,而不是中国或其他文明?
        通过学习之问,渗透人文情怀,引导学生思考科学、科技及社会的关系,解决反冲运动的理论,可以进行航天探究,也能制造杀人的武器,有用科学技术既可以沐浴在和平阳光里,也可以带来深深灾难。
        科学知识的学习中,凝结人文情怀,提升学生思考视角,多角度的思考问题,或许才是科学持续发展,科技持续进步,社会可以持续和平的前提。
         尾 声
         新课程改革中,物理的核心素养概括为物质观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任,本身就是要求物理教学中,加强人文精神与科学精神的融合,针对物理教学,渗透人文精神的有效途径,重视观察,加强合作,物理理论教学情景化,在情景中让学生感受科学精神中人文情怀,使学生获得更广泛的视角,获得人文和理性的熏陶。
参考书目
【1】本文是《人文精神在物理教学中渗透的实践研究》课题的研究成果
【2】普通高中物理课程标准(2017年版)
【3】普通高中物理课程标准(2017年版)解读
【4】人教版课本必修1、必修2、选修3-1
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