新课程理念下物理规律教学的设计理念及策略——谈“玻意尔定律”的教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,定律论文,设计理念论文,规律论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、物理规律及其分类
物理规律是物理基础知识中最重要的内容，是物理学知识体系的中心。它反映了物理现象和物理过程在一定条件下发生、发展和变化的规律。
在一定意义上说，物理规律揭示了在一定条件下某些物理概念之间内在的、必然的联系以及相互制约关系。因此，掌握物理规律是物理概念形成基础上的理性认识过程，它与相关的物理概念一起构成了逻辑上和谐的知识结构体系，即形成物理理论[1]。研究表明：物理规律具有实践性、联系性、对应性、局限性和发展性的特点[2]。
物理规律是客观存在的，它不以人们的主观意志而转移，它不能“创造”，也不能无中生有。物理规律的发现方法大致可分为两类：一类是实验法，另一类是理论演绎法。二者虽然存在很大差别，但是，一个物理规律的发现都与观察、实验、思维、想象和数学推理有着紧密的联系[3]。
一般情况下，在物理教学过程中，通过对各物理量之间必然联系的存在性和发展趋势的揭示，得到定性的物理规律；对各物理量之间必然联系的相互制约关系的揭示，得到定量的物理规律[4]。事实上，物理学科的建立和发展之所以比其他学科更迅速，是因为我们的前辈们首先找到了科学的研究方法，成功揭示了物理量之间的必然联系和相互制约关系。
中学物理规律主要包括物理定律、原理、定理、方程和公式以及法则和定则等几种类型[5]。
二、物理规律教学程序
物理规律的教学过程一般包括以下几个有序步骤。
1.导出物理规律
导出物理规律，就是要运用各种教学手段以引出问题，创设便于发现物理规律的物理环境。
这一教学环节，就是要按照物理规律课的导入方法，以提出问题的形式来导入规律性课题。接着根据“物理规律只能发现，不能创造”的教学特点，教师要有意识地提供一些便于探索物理规律、发现物理规律的物理情境。而创设物理情境常采用实验法和举例法等教学方法。
2.探求物理规律
探求物理规律，就是要探索物理事实和物理现象之间的内在联系，以形成物理规律。
这一教学环节，是基于“导出物理规律环节（导入环节）”基础上，对一些物理事实和物理现象进行思维加工，探索物理事实和物理现象之间的内在联系，提供建立物理规律的科学依据。根据不同的物理规律，可以采用以下几种常用的教学方法。
（1）实例总结法；（2）科学探究法；（3）实验归纳法；（4）控制变量法；（5）先定性后定量的推演法；（6）理想实验法；（7）理论分析法；（8）假设探讨法。
3.讨论物理规律
讨论物理规律，就是在得出物理规律之后必须对物理规律进行多维度讨论，使学生加深对物理规律的理解。
这一教学环节，是基于“探求物理规律环节”基础上，将初步形成的物理规律整理成文，用科学而又简洁的语言文字或数学表达式来表述物理规律，并冠上一个恰当的物理名称。重要的物理规律还必须从以下四个方面去认真细致地加以讨论。
（1）物理规律的意义；（2）物理规律表述中的关键词语和公式中各字母的含义；（3）物理公式中各物理量的单位；（4）物理规律的成立条件和适用范围。
4.运用物理规律
学以致用，这是物理教学目标之一。运用物理规律，就是要启发和引导学生善于用物理规律去分析解决物理问题，以巩固物理规律。
这一教学环节，是基于“讨论物理规律环节”基础上，对物理规律进行多维度讨论的前提下，启发和引导学生运用物理规律去分析解决物理问题，以训练学生思维，让学生掌握科学的学习方法，使学生进一步理解物理规律和巩固物理规律。所以，在讲授完物理规律之后，一般还要安排诸如例题讲解和课堂练习等教学活动。
应当指出，物理规律也是多种多样的，有的简单，有的复杂。对于有的物理规律，由于学生已有一定的感性经验或基础知识，容易接受；对于有的物理规律，由于学生感觉到新异生疏，所以难以理解。教师应根据实际情况，采取灵活多变的教学程序和教学方法，以期达到应有的教学目的。
三、物理规律教学的设计理念及策略
这里以“玻意尔定律”一课为例具体谈谈物理规律教学各环节的教学设计理念及策略。
1.“玻意尔定律”之导出
【教学设计理念】
在“玻意尔定律”的导入教学环节中，可以向学生例举与教学内容有关的生活实例或展示与教学内容有关的生活图片或做与教学内容有关的实验来呈现典型的物理现象，创设良好和谐的物理情境，提出要研究的物理问题，以引起学生的学习兴趣，激发学生的求知欲望，调动学生的学习主动性和积极性，引导学生积极生思维，从而导出新课题：“玻意尔定律”。
【教学设计策略】
首先，教师可向学生例举出与教学内容有关的生活实例。如轮胎充气太足，被太阳曝晒之后就容易爆胎；点燃热气球的燃烧器，能加热热气球内部的空气，把美丽多姿的热气球带上蓝天；笨重的潜水艇能在浩瀚的海洋中自由沉浮。这些生活实例都与气体的热现象有关。
其次，教师向学生做如图1所示的实验，让学生认真观察实验现象，提问学生看到了什么？（红色水柱向移动）。容器中空气的T、V、p三个参量有何变化？（空气的T、V、p三个参量都发生了不同的变化，即T↑、V↑、p↑）
教师提问学生，研究气体的三个参量之间的内在关系，应采用什么样的物理研究方法呢？紧接着，教师向学生介绍在物理学中研究多变量之间的关系常采用的一种很重要的方法，即“控制变量法”。该方法的关键点：首先在每一次实验时，都必须合理固定几个变量而研究其中剩余的两个变量之间的关系，然后分别加以分析与综合、抽象与概括，最后归纳总结出一个完整的物理规律。
教师引导学生运用“控制变量法”去进一步探讨气体的三个参量之间的关系，其探讨思路为：
今天，首先探讨T=C时，p、V间的关系，从而导出课题“玻意尔定律”。
2.“玻意尔定律”之探求
【教学设计理念】
在“玻意尔定律”的讲授新课环节中，基于导入环节中导出“玻意尔定律”的基础上，教师应向学生演示玻意尔实验，探索气体在等温情况下，压强与体积之间的关系。在教师向学生演示玻意尔实验的过程中，首先应让学生清楚实验目的、明确实验条件、实验对象、观察目标、观察方法以及实验步骤等；然后引导学生仔细观察实验，记录实验现象及收集实验数据，分析实验现象并处理实验数据；最后通过分析与综合、归纳与概括等思维活动，在此基础上，初步形成“玻意尔定律”。
教师应向学生指出：无论是运用实验归纳法还是运用理论分析法去探求物理规律，都能使学生在理解物理规律的同时掌握探求物理规律的科学方法。
【教学设计策略】
（1）教师向学生演示实验：用注射器封闭一定质量的空气，如图2所示。从注射器上的分度线直接读出空气体积，再从压强传感器上读出空气压强。
教师引导学生思考：在演示该实验的过程中，改变气体的体积一定要缓慢进行，为什么要这样做呢？（其目的是让注射器内部空气与外界空气充分进行热交换而达到热平衡，使注射器内部空气的温度始终保持不变）。
（2）教师引导学生认真观察实验现象并记录实验数据，并把所获取的实验数据记录在如下的表格中。
（3）教师引导学生分析实验数据。首先是定性分析。在教师引导学生观察了实验数据之后，问：如果气体压强变大，则气体体积将如何变化？反之，如果气体压强变小，则气体体积又将如何变化？（如果气体压强变大，则气体体积将变小；反之，如果气体压强变小，则气体体积将变大。）
教师引导学生进一步分析实验数据，不难发现：虽然在压强和体积这两个物理量中，一个物理量变大的同时另一个物理量变小，但压强与体积这两个物理量的乘积确大致相同。由此引导学生猜想：压强变化是否与体积变化成反比呢？
其次是定量分析。教师引导学生处理实验数据：以体积为横坐标，以压强为纵坐标，建立直角坐标系，根据实验数据在直角坐标系中描点连线，得到“玻意尔定律”的p-V图像。通过观察“玻意尔定律”的p-V图像，不难发现，该p-V图像基本遵循数学上的“反比律”。此时，教师应向学生进一步说明：在物理学史上，大量实验已证明，在玻意尔实验过程中，如果不考虑实验过程中的系统误差和偶然误差，“玻意尔定律”的p-V图像就一定遵循数学上的“反比律”。
（4）教师引导学生归纳总结出实验结论：对于一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。这个结论叫“玻意尔定律”，这就是玻意尔在1662年对外公布的自己的实验发现。
3.“玻意尔定律”之讨论
【教学设计理念】
在继续讲授新课环节中，基于初步形成“玻意尔定律”的基础上，教师应引导学生去准确表述“玻意尔定律”并加以讨论，使学生进一步理解“玻意尔定律”。
（1）准确表述“玻意尔定律”：①文字表达；②数学表达；③图像表达。
（2）强调“玻意尔定律”中的关键词、公式中各字母的物理意义及单位。
（3）讲明“玻意尔定律”公式中各物理量的单位。
（4）指出“玻意尔定律”的成立条件和适用范围。
【教学设计策略】
（1）教师应引导学生去准确表述“玻意尔定律”，而准确表述“玻意尔定律”有以下几种方式。
①“玻意尔定律”的文字表达
对于一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。
②“玻意尔定律”的数学表达
如果用
分别表示一定质量的理想气体在等温过程中任意两个状态的压强和体积，那么“玻意尔定律”就可以用数学表达式（公式）表达为
③“玻意尔定律”的图像表达，如图3所示，p-V图像是反比曲线，这一条反比曲线叫等温线。
（2）教师应向学生强调“玻意尔定律”中的关键词、公式中各字母的意义。
①关键词：“理想气体”、“等温”、“反比”
②公式中各字母的意义
：分别表示理想气体处于第一个状态下的压强和体积；
分别表示理想气体处于第二个状态下的压强和体积。
（3）教师应向学生讲明pV两个物理量的单位。
在用“玻意尔定律”公式进行计算时，p、V两个物理量常采用配套单位。
（4）教师应向学生指出：“玻意尔定律”的成立条件和适用范围。
①成立条件：一定质量的理想气体，温度不变。
②适用范围：温度不能过低，压强不能过大。
4.“玻意尔定律”之运用
【教学设计理念】
在“玻意尔定律”的巩固应用环节中，基于用多维度去准确表达“玻意尔定律”，弄清“玻意尔定律”的成立条件和适用范围的基础上，练习运用“玻意尔定律”去解释物理现象、推断物理结果、解决物理问题，训练学生科学思维，交给学生科学的学习方法，提高学生分析解决物理问题的能力，同时让学生能进一步理解物理规律和巩固物理规律。
【教学设计策略】
（1）如图4所示，请同学们用“玻意尔定律”解释输液器的原理。
教师引导学生解释：因为随着药液流出，瓶中的液柱稍有降低，上方气体体积稍有变大，压强稍有减小，使得瓶口处的总压强稍小于外界大气压强，外部大气压强就将空气从进气管压入瓶中加以补充，使瓶口处的压强基本上保持在一个大气压，如此等等，使药液能均匀稳定地滴下，不随瓶中药液的逐渐减少而改变。而在开始时，瓶中气体的压强大约为一个大气压，瓶口处的压强略大于一个大气压，所以在开始的一小段时间内总是滴得很快。
（2）用打气筒给一自行车内胎打气。设每按一次打气筒，可打入压强为
Pa的空气125
。这个自行车内胎容积为2.0L，假设胎内原来没有空气，那么按了20次后，胎内空气的压强有多大？设打气过程中温度始终不变。
教师引导学生解析一
以每次打入胎内的这部分空气为研究对象。
教师引导学生解析二
以打入胎内的所有空气为研究对象。
物理规律是中学物理的重要教学内容，我们应该认真去研究物理规律的教学特点，改革课堂教学方法，合理选择教学手段，娴熟运用教学技能，优化课堂教学过程，努力完成物理规律的教学任务。