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翻转课堂模式下的量子力学教学探索

时间:2023-10-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:这就要求学生在预习时要能发现问题,因此首先需要培养学生的发现问题的能力和质疑能力。针对培养学生发现问题的能力和质疑能力,我们初步尝试了一个比较简单的方法,要求学生在学习教材内容时,将教材呈现的语句做三个改变:将陈述性句变成疑问句。通过要求学生在学习中经常提问与反思,学生将逐渐养成提问和发现问题的习惯。

翻转课堂模式下的量子力学教学探索

爱因斯坦说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。在学习过程中,学生基于已有知识基础和认识方法,对现有知识内容提出不同认识,这既是学生批判性思维能力的体现,也是学生观察、发现和解决问题的基础,同时还是学生培养和发展创新能力的开端。“先学后教”是翻转课堂的自然要求,学生在走进课堂之前,必须对教学内容形成自己的认识和判断,才能够在课堂活动中收获学习效果。与传统教学模式中对学生的预习要求仅仅是阅读教材不同,实施翻转课堂教学前,学生预先要掌握教材内容中比较简单的部分,并对一些过程、结果和结论形成一定的批判性认识。这就要求学生在预习时要能发现问题,因此首先需要培养学生的发现问题的能力和质疑能力。

针对培养学生发现问题的能力和质疑能力,我们初步尝试了一个比较简单的方法,要求学生在学习教材内容时,将教材呈现的语句做三个改变:

(1)将陈述性句变成疑问句。比如教材内容“这种当时把物理学的理论认作‘最终理论’的看法显然是错误的”,这是一个陈述性语句,对此可以提出两个问题:①人们为什么在当时把物理学的理论认做“最终理论”?②为什么把物理学的理论看做“最终理论”的看法“显然”是错误的?类似的提问不但能够使学生可以更深刻地理解教材,还可以使学生围绕相应问题整合教材内容。如果有更深的要求,还可以进一步搜索更多的文献资料,对相应的问题作答。

(2)问发生条件或存在环境。比如,教材中定义绝对黑体为“一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射的物体”。这是一个物理理想模型,在现实中并不存在。基于理性模型可以问:“生活和科研中的物体,哪些物体最接近黑体?”由此引发对黑体近似物体的讨论,这种提问方法可以很容易地诱导学生调研关于黑体的研究进展及其应用前景,同时也可以追踪人类关于最黑材料研究的历史,从而激发研究兴趣。

(3)将判断性结论变成质疑性结论。在对光电效应解释后,爱因斯坦得出假设,光既有波动性也有粒子性。可以提问“爱因斯坦假设光子既具有波动性又具有粒子性,这个假设合理吗?”从而思考爱因斯坦利用光子假说解释光电效应现象过程中,哪些方面体现了光子的波动性,哪些方面体现了光子的粒子性,并可以进一步思考和认识波动性和粒子性的本质特征。经过这样的提问和回答,辨明和加深对光子具有波动性和粒子性两种属性的认识和理解。

通过以上课程预习方法的转变,学生既可以在预习材料时进行提问和质疑,又可以通过对教材内容的信息处理进行自问自答。如果能够圆满答出所提出的问题,说明在学习过程中,这个问题已经得到了解决。如果回答存在不确定的地方,或者不能很好地回答提出的问题,说明对提出的问题存在理解困难,需要通过与其他同学交换意见来解决。如果课前通过各种方法都不能解决的,说明需要教师在课堂上予以学习指导,此时需要及时将预习中的问题提交给教师,由教师在课前制订课堂对策。毫无疑问,这种“提问—回答”式的互动式预习在增强学生提问和质疑能力的同时,也增强了学生信息加工能力和学习效果检验能力。

这里以学习光电效应的实验为例,讨论如何使学生提出问题。光电效应是在量子力学发展早期对认识光的波粒二象性本质具有关键作用的一个实验。在教学任务中,主要是通过对光电实验的认识及物理解释,理解光具有波粒二象性的本质。围绕这一目标,我们提出以下思路,由学生体验在课前预习中如何提出问题:

(1)围绕概念类和定义类问“**是什么?特点是什么?”

(2)围绕时代背景问“当时的实验水平是什么?哪些人有相关的研究?”

(3)围绕实验设置问“测量什么物理量?实验条件是什么?如何观察到?”

(4)围绕实验现象和结果问“观察到什么?数据怎么样?”

(5)围绕实验分析问“物理规律是什么?理论困难是什么?有什么假设?”

(6)围绕结论问“结论合理吗?有什么创新与发展?”

(7)围绕实验的利用和再开发问“现代对这个实验有什么应用?还可以再做什么改进?”(www.xing528.com)

下面这张问题单可作为教师布置给学生的预习任务。

光电效应问题发现单

请根据教材内容和调研材料,围绕下列提示提出相关问题,与小组同学交流讨论得出结果,将不能解决的问题凝练出来反馈给老师(反馈时应说明发生困难的原因)。

1.光电效应是什么?

2.实验能够发生的条件有哪些?

3.实验中观察到什么?

4.与现有哪些知识有联系?

5.如何基于已有知识解释现象?遇到什么困难?

6.谁最终提出了什么解决思路?解决问题的关键是什么?

7.问题解决得出什么结论?具有什么意义?

8.你认为实验能从哪些方面进行调整或改进?

9.经过小组研讨,你认为对光电效应学习中还存在什么困难?困难的原因是什么?

通过要求学生在学习中经常提问与反思,学生将逐渐养成提问和发现问题的习惯。对于学生来说,这种“提问—探究—回答”的过程相当于进行了一次小型的主题式探究性学习,必然会增强学习能力。随着学生提问、质疑和解决问题能力的提高,教师实施翻转课堂教学的机会将越来越成熟。

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