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关键词:物理定律;教学方法;多种多样
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。(5)动量守恒定律历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以不过程物理量,使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
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关键词:欧姆定律;教学设计;传感器;DIS 线性元件;非线性元件;伏安特性;屏幕广播
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2015)6-0073-6
1 教学内容分析
(1)教材分析:“人教版”高中物理(选修3-1)第二章《恒定电流》中的第3节《欧姆定律》,教材首先回顾了初中学过的电阻的定义式及欧姆定律,然后重点阐述了导体的伏安特性,并分别描绘了小灯泡、半导体二极管的伏安特性曲线,对比了它们的导电性能。
(2)《课程标准》要求:①观察并尝试识别常见的电路元器件,初步了解它们在电路中的作用;②分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线,对比它们导电性能的特点。
2 教学对象分析
(1)学生在初中已经学习过的电阻的测量、电压的调节等电路的相关基础知识,为本节实验方案设计打下了基础;
(2)初中已经学习过的欧姆定律基础知识,为欧姆定律的深化理解起了铺垫作用;
(3)学生具备了一定的探究能力、逻辑思维能力和归纳演绎能力。
3 教学目标
3.1 知识与技能
(1)了解线性元件及其特点;
(2)理解欧姆定律及其适用条件;
(3)了解非线性元件及其特点。
3.2 过程与方法
(1)通过亲历“导体伏安特性曲线”描绘的全过程,进一步熟知科学探究的各环节;
(2)通过描绘导体伏安特性曲线,体会图线法在物理学中的作用;
(3)初步掌握传感器、DIS(数字化信息系统)的操作和使用方法。
3.3 情感态度与价值观
(1)通过使用传感器和DIS(数字化信息系统),增强数字化、信息化科学意识;
(2)通过与同学的讨论、交流、合作,提高学生主动与他人合作的意识;
(3)通过多媒体教学网络广播系统共享实验结果,享受分享和成功带来的喜悦、提高学生合作共享意识。
4 教学重点
(1)线性元件与欧姆定律
(2)线性伏安特性曲线的理解与应用
5 教学难点
(1)实验方案的设计与电路连接、DIS(数字化信息系统)的使用;
(2)非线性伏安特性曲线的理解与应用。
6 教学策略设计
6.1 《课程标准》要求
(1)观察并尝试识别常见的电路元器件,初步了解它们在电路中的作用;
(2)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线,对比它们导电性能的特点。
这是采用传统的教学手段一课时不可能实现的教学目标!而采用传感器和DIS(数字化信息系统)获取导体的伏安特性曲线,利用现代化信息技术,不仅大大提高了课堂教学效率,而且增强了学生数字化、信息化科学意识。
6.2 本节课设计了四个探究环节
(1)探究环节一:描绘金属导体(合金丝绕成的5 Ω、10 Ω电阻)伏安特性曲线
该环节包括实验设计、电路连接、数据收集、数据的图线法处理,得出金属导体的伏安特性曲线是“过原点的直线”的实验结论。其中,包含了科学探究的“提出问题、设计实验、数据收集、分析论证、结论评估”诸多环节,使学生进一步熟知科学探究的各环节。
(2)探究环节二:线性元件与欧姆定律
(3)探究环节三:描绘小灯泡(二极管)的伏安特性曲线
(4)探究环节四:非线性元件与非线性伏安特性曲线的理解与应用
其中,环节一、三均采用两组差异化的实验器材――合金丝绕成的5 Ω与10 Ω电阻,小灯泡与二极管。这样设计,既提高了实验效率,又使实验具有了普遍性。而通过寻找两组不同曲线的异同,又能自然总结出线性元件、非线性元件的概念和特点。
6.3 本节课采用小组合作形式
使学生通过与同学的讨论、交流、合作,提高学生主动与他人合作的意识;通过多媒体教学网络广播系统共享实验结果,享受分享和成功带来的喜悦,提高学生合作共享意识。
7 教学设备
25组描绘导体伏安特性曲线器材、“友高”数字化实验系统、多媒体教学网络广播系统、多媒体课件展示、实物投影仪、半波全波整流、滤波线路板。
8 教学过程
引入新课
【教师】
实物投影:整流、滤波线路板,介绍元件、功能。
引入课题:该线路板为何能实现如此神奇的功能呢?那就要求设计者对各元件的性能非常了解,而导体的伏安特性就是其中一项重要的性能。
【学生】
观察、思索、好奇、兴奋。
【设计说明】
激发学生研究导体伏安特性的兴趣。
新课教学
探究环节一:描绘金属导体伏安特性曲线
(一)提出问题
【教师】
(1)今天我们就首先探究金属导体(合金丝绕成的5 Ω、10 Ω电阻)的伏安特性。
(2)划分四个研究小组,每组六台电脑。
【学生】
熟悉小组成员,选出小组长。
【设计说明】
小组合作。
(二)设计实验
(1)方案设计
【教师】
导体的伏安特性曲线――用横轴表示电压U,纵轴表示电流I,画出的I-U图线叫做导体的伏安特性曲线。
注意解决三个问题:
①如何测量导体的电流、电压?
②如何改变导体的电流、电压?
③怎样描绘导体的伏安特性曲线?
【学生】
分组讨论:
①达到实验目的所需的实验器材;
②画出实验电路图、概述实验方案。
【设计说明】
①提高学生的实验设计能力;
②利用学生在初中已经学习过的电阻的测量、电压的调节等电路的相关基础知识。
(2)方案论证
【学生】
小组长说明实验器材。
【教师】
展示实验器材实物图(图1)。
【学生】
小组长投影实验电路、简述实验方案。
【教师】
展示实验电路(图2)。
(3)方案改进
【教师】
在数字化时代,我们利用电压传感器、电流传感器替代电压表、电流表,利用“友高”数字化实验系统替代手工记录和坐标纸来完成此实验探究(图3)。
【学生】
阅读《描绘导体伏安特性曲线》操作指南。
【设计说明】
采用传感器和DIS,提高效率,完成传统实验器材不可能完成的任务。
(三)数据收集
(1)分组实验
【学生】
分组实验:1、2组10 Ω电阻;3、4组5 Ω电阻,同组成员相互协作。
【教师】
①指导学生打开软件、实验模板、传感器调零,按操作指南要求收集数据、保存实验,暂不关闭等待分享实验数据(图4)。
②巡回指导。
④利用多媒体网络广播系统了解各组实验进度情况。
(2)成果分享
【教师】
通过广播系统向全体同学展示4个小组的实验结果。
【学生】
观察、对比。
【设计说明】
采用两组差异化的实验器材,既提高了实验效率,又使实验具有了普遍性。而通过寻找两组不同图线的异同,又能自然总结出线性元件的概念。
(四)结论评估
【教师】
请分析两图线的异同。
【学生】
(1)两图线均为过原点的直线――线性元件。
(2)两图线的斜率不同――电阻值不相等。
探究环节二:线性元件与欧姆定律
(一)线性元件
【教师】
(1)金属导体的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,具有这种伏安特性的元件称为线性元件。
那么,线性元件有什么特点呢?
【学生】
观察、思考后回答。
(2)通过同一线性元件的电流强度与加在导体两端的电压成正比。
【教师】
展示两个电阻的伏安特性曲线(图5)。
【学生】
观察、思考后回答。
(3)电压一定时,通过导体的电流强度与导体本身的电阻成反比。
【教师】
线性元件这两大特点你联想到哪条规律?
【学生】
齐答:欧姆定律。
【设计说明】
线性元件与欧姆定律两知识点自然衔接。
(二)欧姆定律
【教师】
内容:通过导体的电流强度跟加在导体两端的电压成正比,跟导体本身的电阻成反比。
适用范围线性元件金属导体电解液纯电阻电路
【学生】
回顾、归纳。
【教师】
情感教育:介绍欧姆及其实验装置(图6),阐述原创性实验的开拓性及对科学发展的重大影响!
【学生】
好奇、兴奋。
探究环节三:描绘二极管小灯泡伏安特性曲线
(一)提出问题
【教师】
下面我们分四小组、两大组分别描绘二极管和小灯泡的伏安特性曲线。
【学生】
更换器材、连接电路(图7)。
(二)数据收集
(1)分组实验
【学生】
分组实验:1、2组二极管;3、4组小灯泡,同组成员相互协作。
【教师】
①指导学生打开软件、实验模板、传感器调零,按操作指南要求收集数据、保存实验,暂不关闭等待分享实验数据。
②巡回指导。
③利用多媒体网络广播系统了解各组实验进度情况。
(2)成果分享
【教师】
通过广播系统向全体同学展示4个小组实验结果。
【学生】
观察、对比。
【设计说明】
采用两组差异化的实验器材,提高了实验效率,而通过寻找两组不同图线的异同,又能自然总结出非线性元件的概念。
(三)结论评估
【教师】
请分析两图线的异同(图8)。
【学生】
(1)两图线均为曲线――二极管为非线性元件。
(2)两图线的弯曲方向不同――二极管的电阻随电压升高而减小;钨丝的电阻随电压升高而增大。
(四)知识点辨析
【教师】
钨丝(小灯泡灯丝)属于金属导体,但其伏安特性曲线为何呈现曲线?(图9)
【学生】
因为灯丝温度变化范围过大。
【教师】
动画:手工绘制钨丝伏安特性曲线。
可以看出:曲线起始端温度变化很小,呈现线性。
探究环节四:非线性元件
(一)非线性元件的概念
【教师】
(1)气态导体和二极管的伏安特性曲线不是直线,这种元件称为非线性元件。
(2)对非线性元件,欧姆定律不适用。
(3)非线性元件的电阻除了由材料本身决定外,还与加在其两端的电压有关。
【学生】
观察、思考。
【设计说明】
实验与知识点自然衔接。
(二)非线性伏安曲线的理解与应用
(1)跟踪练习――非线性伏安曲线的理解
【教师】
①小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图10所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中正确的是( )
(2)拓展练习――非线性伏安曲线的应用
【教师】
②一小灯泡的伏安特性曲线如图11所示,将该灯泡与一个R=6 Ω的定值电阻串联,接入输出电压U=3 V的恒压电源,如图12所示,试求通过小灯泡的电流强度。
【学生】
解析:在小灯泡的伏安特性曲线中做出U=3-6I 的图线(图13)。
从两图线的交点求出通过小灯泡的电流强度为I = 0.22 A。
【设计说明】
拓展学生解题思路,增强学生图线法解决问题的意识!
课堂小结
【教师】
引导学生回顾、归纳总结。
知识小结:线性元件、欧姆定律、非线性元件。
方法小结:实验探究、图线法、数字化。
【设计说明】
比知识更重要的是方法!
作业布置
【教师】
(1)课本P48页2、3、4题。
(2)请你设计一套描绘二极管完整伏安特性曲线(含正、反向电压)的方案。
(3)网上查阅欧姆定律的发现历程。
【设计说明】
三道作业分别对应“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标。
参考文献:
[1]张金权.DIS数字实验系统与物理探究教学整合的策略[J].物理教学探讨,2013,(11):56.
有效的教学应该是有序的,何为有序?对于具体的一节课而言,“起、承、转、合”几个环节环环相扣,相得益彰,那么概念图用于探究式教学的策略如何呢?
1教师精心准备
备课是上好一节课的前提,运用概念图组织探究式教学,首先就要求我们教师对教学内容需要的资源进行二次开发,尤其注重收集生活中的现象,借助于多媒体将这些资源呈现出来,既引出了探究课题,也激发了学生学习兴趣,多个有联系的资源同时呈现,这体现了构建概念图的意识和思想.同时,教学目标也可以借助于概念图完整地呈现.例如,探究欧姆定律,可以设置教学目标如图2所示.
2学生预习,初建概念图
课前预习对于一节课的学习效果而言,是至关重要的,学生通过自主预习对学习内容有一个大致的了解,那么这些内容之间及内容与原有知识之间存在怎样的联系呢?可以自己尝试着画概念图,将自己能够同化的概念课前消化一部分,同时将疑问暴露出来。例如,探究欧姆定律这节课,围绕中心概念“电流”,学生自主预习后可以构成如图3所示的概念图.
3新课引入,资源可视化
物理概念都理性化,为了便于学生内化和掌握知识,笔者认为我们课堂上给学生的学习资源一定要可视化,引入新课,可以用图片、录像、动画等媒体手段引入,也可以将自己收集到的资源以概念图的形式引入,展现给学生,帮助学生将新旧知识联系到一起.
4讲授新课,进行科学探究
探究式物理课学生的探究活动是主要内容,这个过程也是可以实现可视化的,可视化的思维过程让学生的实验方法有效地迁移到规律探究中来,当然这个过程要让学生自己来完成,切忌由教师越俎代庖,给学生留足思维的时间和空间,在学生思维出现困难时,给予必要的帮助或提示,将方法迁移过来,促使学生能够完成探究.例如,探究欧姆定律这节课,探究时涉及到控制变量法,那么如何探究呢?能够和前期哪些规律探究构成联系呢?引导学生边思考边构建概念图(图4).
5归纳总结,完善概念图
[关键词]:欧姆定律;物理结论;表述;形成过程
中图分类号:G4
物理结论常用的表达方式有:文字叙述、数学语言表达、特定表示法,初中物理中以文字叙述最为常见。物理结论的表述要求科学、准确,同时必须注意结论的严密性和逻辑性。物理结论的形成通常建立在数据分析和因果关系分析,这两种关系的分析一般采用控制变量的研究方法,如果能知道一个现象的发生是由于某个原因引起的,又能从该现象和某原因之间所存在的数量关系中找出规律,只要把这两个方面概括起来进行描述,就很容易得出实验结论。下面结合欧姆定律的形成和理解,就同学们表述物理结论时出现的错误,谈谈物理结论的准确表述及形成过程。
欧姆定律这一基本规律,是初中电学知识的基础和重点,可以说它是解决电学问题的一把金钥匙。它揭示了电流、电压、电阻三者之间的定量关系,是利用控制变量法在实验的基础上归纳总结出来的。即控制电阻不变,得到通过导体中的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体中的电流跟导体的电阻成反比。教材(北师大版九年级物理教材)中表述为:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。它的表达式为:,表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻,当导体两端的电压(U)或导体本身的电阻(R)变化时,通过导体的电流(I)将发生相应的变化。其中电流(I)、电压(U)、电阻(R) 这三个物理量必须是对应于同一导体(或同一段电路)在同一时刻(或同一段时间),也可以说是"一一对应"的,即应用欧姆定律时,必须讲究同一性和同时性。用它进行计算时,带入数据的单位必须统一为国际单位。另外,它还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若导体本身的电阻(R)不为零,两端的电压(U)为零,则通过导体的电流(I)也为零,也就是,给一导体两端不加电压,就没有电流通过;若导体是绝缘体电阻(R)可为无穷大,即使它的两端有电压(U),通过导体的电流(I)也为零,电流无法通过。
而通过欧姆定律得到的变形式表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比是一个不变的值,等于这个导体的电阻,它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,是表示导体对电流阻碍作用的本领大小,其大小只决定于导体的材料、长度、横截面积和温度,跟导体两端的电压和导体中有无电流无关,不能受数学的思维定势影响。
例题:某同学在做"探究通过导体的电流与电阻的关系"的实验中,收集了一些实验数据如下表,由表内数据可得的结论是:___________。【电压U=3V】
电流I/A
0.3
0.2
0.1
电阻R/Ω
10
15
30
【错误结论之一】当导体两端的电压一定时,导体的电阻跟通过导体的电流成反比。
【病因】颠倒因果关系,犯逻辑错误
【分析 】原因和结果,在物理实验中,通常表现为物理条件和现象,物理条件是原因,物理现象是结果,物理条件的改变引起了物理现象的变化。因此要归纳科学规律,一方面要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,另一方面还要注意两个物理量的因果关系,不能前后颠倒。由于通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻这两个因素有关,因此本实验探究通过导体的电流跟电阻的关系的方法是:保持导体两端电压不变,通过改变导体的电阻,来观察电流的变化情况。电阻的变化是原因,电流的变化是结果。因此,表述这类问题必须首先明确"那是因、哪是果"。
【错误结论之二】当导体两端的电压一定时,导体的电阻越大,导体中的电流就越小。或者,当导体两端的电压一定时,导体的电阻随导体中的电流的增大而减小。
【病因】混淆定量描述与定性分析
【分析】从表中电流、电阻的实验数据的规律表明:当导体两端的电压一定时,导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。两个物理量之间存在反比关系,属于定量关系,上述错误却表达为×××随×××的增大而减小,属于定性关系,不准确。
【错误结论之三】导体中的电流跟导体的电阻成反比。
【病因】注重结果,忽视条件
【分析】物理结论都有其成立的条件,表达时如果忽视了成立的条件,就是不准确的,甚至是错误的,这类问题常常用控制变量探究问题,分析实验数据时,要分清哪个因素是自变量(引起实验结果变化的原因),哪个因素是因变量(实验结果,其变化是由其它因素的变化引起的),哪个因素是不变量(包括相等的量),最后得出正确结论,其格式一般为"在......不变(或相等)的情况下(条件) ......(结果)"
本人在长期的教学实践中总结出,物理结论的形成一般分为以下四步:
(1)、抓问题。就是通过审题弄清要研究的问题,即研究对象。也就是说首先明确被研究量及相关的各个因素。上述问题研究的是通过导体的电流跟导体的电阻的关系。
(2)、找条件。确定结论成立的条件,即找出题目中给出的条件或控制哪些量不变。上述题目中给出导体两端的电压不变。
(3)、论关系。利用题目中的数据或现象分析物理量之间的变化关系或规律,同时明确物理量之间的因果关系。从表中电流、电阻的数据变化中可以发现:导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。也就是说通过导体的电流跟导体的电阻成反比。
论文关键词:解题思路,物理规律,物理概念
解物理题一般来说是根据题目叙述的物理情景和已知条件,运用某个物理规律或几个规律去求出待求量的答案。因此解题思路应该从物理规律中去寻找。从物理规律本身的分析中引出解题思路,是形成解题思路的基本方法。物理规律通常用一个数学公式表述,这个数学公式表述了有关物理量之间的数值关系,称之为某某定律、定理。从定律、定理中找解题思路,就要求分析定律中涉及的每一个物理量的意义和各物理量之间的相互关系。这不但有利于加深对物理概念、物理规律的理解,也有利于抽象思维能力的提高。
现举例说明上述观点。
牛顿第二定律是质点动力学的核心规律,动量定律、动能定理均可从牛顿第二定律导出。所以牛顿第二定律及其导出规律在解质点动力学问题中占有极其重要的地位。当各量都取国际单位制时,牛顿第二定律的数学表达式为F合=ma,公式中F合这一项涉及具体的性质力的规律,如万有引力定律,库仑定律等,涉及力的合成分解,以及矢量运算遵循的平行四边形法则。a这一项涉及匀变速直线运动和匀速圆周运动等运动学方面的有关规律。所以全面掌握牛顿第二定律就掌握了力学中涉及的大多数规律和法则。
牛顿第二定律反映的是物体在力的作用下如何运动的问题,所以应用牛顿第二定律时,首先必须明确研究对象,即确定研究主体,并将其从周围环境中隔离出来(所谓隔离体法)。隔离体法在处理连结体问题时,在大多数情境中是必不可少的,如果取连结体的整体,则仍然是一个确定研究主体的问题。研究主题确定了,公式中的m这一项就定了;第二步即对研究主体进行受力分析,是F合这一项的要求,只有对物体进行正确的受力分析,才能确定其所受的合力;第三步,分析研究主体运动状态的变化,从而由运动学规律确定a;第四步,建立牛顿定律的方程,随后就是解方程和讨论结果了。
综上所述,应用牛顿第二定律解题的四个步骤,不是人为的强加于学生的模式,而是应用牛顿第二定律公式F合=ma本身的需要,这就是由物理规律本身去找解题思路的道理。
再举一个电学的例子。、
欧姆定律I=是电学中一个最基本的公式,使用中要注意式中各量的值确属同一电路或电阻,也就是确属同一研究对象,即U是研究对象两端的电压,R是研究对象的阻值,I是流过研究对象的电流,防止张冠李戴。
我们举一个实例:如图,已知E=2V,r=0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,求A、B之间和A、C之间的电压。
分析:对整个闭合电路,由闭合电路欧姆定律,得:
I= (1)
隔离A、B之间的外电路,由部分电路欧姆定律,有
UAB=IRAB=I[] (2)
隔离R3,有
I3= (3)
对节点A,有 I=I1+I3 (4)
隔离R1,有 UAC=I1R1 (5)
由(1)--(5)式,代入数据,得出
UAB=1.5V
UAC=0.5V
由此可以看出,在电路问题中,所谓整体,是指具有共同的干路电流的整个电路;所谓隔离,是指对电路的某一部分或某一元件进行研究,联系各部分电路或元件的是连接处的电压和电流,它们之间的关系由串并联的电流、电压的基本关系确定;欧姆定律既适用于电路整体,也适用于某一部分电路,即电学问题也存在研究对象问题。在研究对象确定好以后,再对确定对象进行有关的物理量分析,从而代入恰当的物理方程进行计算和讨论。
可见,解题思路是在分析物理规律中找出的,解题步骤是应用物理规律的客观需要。严格按照由物理规律本身得出的解题步骤,即用有序思路去解决每一个具体的物理问题,正是为了训练正确的思维方式,提高分析问题的能力,这无疑有助于克服解物理问题时无从下手的困难,有助于克服解题时思维混乱的无序状态。
因此,为了有效地提高学生的思维素质和多方面的能力,应当从最基本之处着手,也就是让学生实实在在地准确地理解和掌握物理概念和物理规律的内涵、意义、相互关系、适用条件以及应用中应注意的问题等,并引导学生去思考、讨论、分析、比较、归纳、总结所学的物理知识,从而逐渐领会和掌握物理学的思想、观点和方法。果能如此,学生就不会被动地在茫茫题海中苦苦追求,而能看清物理知识的经纬,有目的主动巡游。其实这种从规律中引出方法的观点,不但对解决问题、应试有用,对未来大学的学习,甚至在大学以后的工作、生活中也有普遍的意义。
关键词:制定目标;回顾知识;方法指导;精选;培优补差
G633.7
复习是教学中的一个重要环节,其主要任务是使学生巩固和加深理解所学基础知识、使其系统化。还包括对各种能力进行训练和再提高。巩固掌握的知识是继续学习和灵活运用知识的前提。要巩固掌握的知识,必须跟遗忘作斗争,教育心理学告诉我们,在认识新知识的时候,遗忘也就同进开始,而且在开始时,遗忘的分量多,速度快,以后则遗忘的分量少,速度变慢,所以学习不仅必须复习,而且还要及时复习。
复习课的困难在于教学内容基本上都是学生学过的,处理不好,就往往会乏味。如何复习,怎么有效地进行复习,才能使相关联的知识进行很好的串联与衔接,这直接关系到学生的中考成绩。因此上好一堂复习课,必须从以下几个方面入手:
一、认真钻研新课程标准,制定合理的复习目标
新课程标准给教师提供了教学参考,在进行复习的同时,一定要紧扣课本,真正做到有的放失。复习目标要针对所学内容和学情来制定,不能太高,如果太高不适合学生的发展与认知水平,也不能太低,如果太低,学生的能力得不到提高。
二、根据设定的目标,回顾所学知识。
基础知识是解决问题的基础,如果对基础知识不理解,或不了解,复习效果一定不理想,所以要想上好复习课,基础知识的复习是缺少不了的。应根据自己所设定的目标及目标中所达的程度,合理的安排好基本概念的复习,公式的理解,各个知识点之间的联系。例如,对欧姆定律复习时,需要让学生了解电流、电压和电阻的概念,以及三个物理量各自的符号、单位及单位的换算,包括这三个物理量在串、并联电路中的规律等等。若将相关联的知识串联起来,还需要画出与欧姆定律内容相关的思维导图,它能帮助学生去理解与巩固欧姆定律的知识。针对这一目标,学生所要掌握的内容比较多,例如,学生要会画探究电流与电阻、电压关系的电路图,会连接实物图,会选择合适的方法进行研究,会使用电流表、电压表和滑动变阻器,会用自己的语言描述所得出的结论,分清欧姆定律表达式及它的变形式,欧姆定律表达式中各个物理量的关系等。
三、注重知识的应用,注重解题方法的指导
物理解题是复习的有效手段之一,在这一过程中要让学生的能力达到一定的程度,教师必须做到以下几点:
1.精选练习
提高学生思维和解题能力是习题课的核心任务.要达到这个目的,习题的选择是关键。选题前要做到“三了解”――了解课程标准,了解教材内容,了解学生。教师要参照新课程标准,认真钻研教材,对课本或选出的题目进行分类,所选题目的形式要多样,份量要恰当,难易程度要适宜,所选的题目要注意联系实际,联系社会,还要注意习题的一题多解,习题的变式,注重对学生能力的培养。同时所选习题既要照顾各个知识点,又要有梯度有层次,这样才能调动各类学生的积极性。通过练习、讲评、概括、归纳和总结。找出解决问题的思路和技巧,将知识转化成能力,从而提高学生的综合素质和应试能力。否则练习过繁、过多,会使学生陷于题海,难于应付。
2.精讲练习
讲解习题是整个课堂的主要过程,怎么讲解习题,采用什么样的方式讲解,关系到课堂的效率,我觉得上好一节复习课必须要考虑以下几点
首先,养成学生审题的习惯。通过解题可以使学生进一步掌握物理概念、定律及公式的意义。学生解好题,必须审好题,审题主要是弄清题意,明确题中已知是什么,要求是什么,题目中涉及哪些概念和规律,以及解答本题的基本途径。通过审题学生可以从题目中找到一些有用的信息,特别是题目中存在的隐含条件,及找到解决问题的突破口。
其次,讲解习题时,要形式多样,方法多样。每种教学方法就其本质来说都是相对辨证的,它们都既有优点又有缺点。每种方法都可能有效地解决某些问题,而相对于解决别的问题则不一定有效,每种方法都可能会有助于达到某种目的,却妨碍达到别的目的。为适应不同学生的需要,教学方法应提倡多样性,应根据不同的教学目标,不同学生的心理特征和学生的知识基础,将题目分类,提高学生概括能力。v解题目时,重点要突出,难点要突破。只有精讲,学生才有时间练习,切不可一讲到底,导致学生的思维容易混乱,学生不容易概括出解某种题型所需的方法。讲解每一个类型题目时,教师可以边讲边练,讲练结合的方式,让学生熟悉一种解题方法,总结解决这类题目的方法,然后再利用自己总结的方法去解同样类型题,提高自己的解题能力。
最后,树立学生的自信心。初三学生面临着中考,普遍学生感到中考高深莫测,是因为他们对中考题目的难易程度不了解,如果教师选择与之相类似的中考题让学生练习,他们会发现中考题不是难的,凭自己的能力完全可以解决这些题目,无形之中增强了他们的自信心。
四、培优补差
课堂复习要立足中等生,提高优等生,扶持学困生。复习进度和教法以中等学生水平为基点。要求中等学生按教师的安排进行系统的复习,注意能力方面的培养和提高。对优等学生要发挥他们的学习优势;对差生发现闪光点,及时给予表扬和鼓励,使他们增强学习物理的信心,提高复习物理的积极性和主动性。
五、重视物理实验,将实验探究引入复习课堂
一、辨析概念,夯实基础
任何知识的学习掌握都离不开基础知识。电学部分的基础知识多、散、要辨析清楚、固记脑中。
(一)、关于电路
1、串联、并联
初中物理中要求学生掌握最基本的两种连接方式:串联、并联。能否正确分析辨别他们对后面内容的学习至关重要。识别电路的类型,可以根据定义:“逐个顺次连接”为串联,各元件“首首相接、尾尾相接”并列地连在电路的两点间,(“首”为电流流入用电器的哪一端,“尾”指电流流出用电器的那一端)此电路为并联电路。
2、通路、开路、短路
电路中出现的这三种状态,其中通路为处处相通的电路,开路为电路中有处断开的电路,这两种状态易于接受,便于分清。但是学生对于短路的分辨显得力不从心,不知道何处短路,为什么短路。其实只要注意分析的要点即可辨出何处短路。电流具有走捷径的特点,捷径是指这条路径中电阻很小,小到可以忽略不计、即为空导线,当一根空导线,或开关、或电流表(电阻小到可以认为没有)与某个用电器并联时,电流只走空导线,开关或电流表而不走用电器,使该用电器被短路,从而不能工作。
(二)三个重要的物理量—电流、电压、电阻
1、概念辨析
电荷的定向移动形成电流,这是电流的形成定义,简单便于理解;电压是形成电流的原因,没有电压就没有电流;电阻是指导体对电流的阻碍作用,即阻碍作用越大,电流越小。
2、表示符号
电流、电压、电阻三物理量分别用I、U、R表示,而单位表示字母分别为A(安培)、V(伏特)、Ω(欧姆)。
3、工具的使用
电流表是测量电流的工具;电压表是测量电路两端电压的工具;调节电路中的电流和用电器两端的电压,可以使用滑动变阻器。
(三)电功(W)、电功率(P)
物理学中电功没有确切的定义,只是描述性的,当电能转为其它形式能时,就说做了电功。即电功就表示有多少电能转化为其它形式的能,如果知道了电功的多少,就知道了消耗多少电能。而用电器单位时间内消耗的电能叫做电功率。电功率的大小不仅取决于消耗电能的多少,也取决于所用的时间的长短。
二、理解规律,把握关键
(一)三个物理量在串、并联电路中的特点
在串联电路中:电流处处相等;电路两端的总电压等于部分电路两端电压之和;总电阻等于各导体的电阻之和。在并联电路中:干路中电流等于各支路电流之和;各支路两端的电压相等;并联电路总电阻的倒数等于各并联导体的电阻倒数之和。
(二)欧姆定律
一段导体的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。这个定律非常重要,一定要加强理解,熟记其使用的条件及注意事项。
(三)电功定律
某段电路上的电功,跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间成正比。物理学中用电路两端的电压U,电路中的电流I,通过的时间t,三者的乘积来计算电功。
(四)焦耳定律
导体中有电流通过时,导体就要发热,此现象称为电流的热效应。英国物理学家焦耳经过多年的研究,做了大量的实验,精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系:电流流过某段导体时产生的热量跟通过这段导体的电流的平方成正比,跟这段导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。
三、疏通关系,构建框架
在掌握了上述理论知识的基础上,还要想法疏通各个物理量之间的关系,熟悉各物理量的单位及换算关系,能够快速选择相应的计算公式,列式解答。
(一)重要的计算公式
1、三个物理量的关系公式
串联时:I=I1=I2;U=U1+U2;R=R1+R2(若有几个等阻值为R0的电阻串联则R=nR0)
并联时:I=I1+I2;U=U1=U2;1/R=1/R1+1/R2(若有几个阻值为R0的电阻并联则总电阻R=RO/n)
2、欧姆定律:I=U/R
此公式中只有电流、电压、电阻三个物理量,但它的作用非常重要。在使用公式时要注意:①三个物理量都要针对同一段导体,或同一个电路而言;②三个物理量的单位都要使用国际单位,即分别为A、V、Ω;③已知其中的任意两个量都可以求出第三个量。 3、电功公式:W=Uit;电功率公式:P=UI
电功、电功率这两个物理量的计算由于欧姆定律及其变形公式的影响,使计算电功率公式特别多,在选择使用时很难选择,所以要注意选取的技巧和方法,要求的问题所在电路为串联时:电功选用公式:W=I2 Rt,电功率选用P=I2 R;而当要求所在的电路为并联时,则分别选用W=U2/R.t,P=U2/R,这样的选择都利用了所在电路的特点(电流相等或电压相等)加快解题。
4、焦耳定律:Q=I2 Rt
焦耳定律的公式与电功公式的形式基本一样,使用时同样要注意公式的选择问题,当所求问题的电路为纯电阻(除了电能转化为内能外,别无其他形式的能产生)电路时,几个公式可以任意选取;若不是纯电阻电路只可使用公式Q=I2 Rt不然的话计算有误。
(二)单位的换算
单位换算的前提条件有两个:一是记住每个物理量的单位及表示符号;二是要牢记各单位之间的换算进率。其中电流、电压、电阻这三个物理量的单位较多,注意每个物理量的任何两个相邻的单位间的换算进率都为1000。还要注意一点,由于欧姆定律及其变形公式的影响,电功、电功率,焦耳定律的公式较多,产生的单位同样很多,使用时各物理量均使用国际单位。
四、善于总结,归纳要领
下面的这些要领非常重要。
(一)串、并联电路的识别
上面已经提到区别它们的方法,在做题中要选取适当的方法,迅速作出判断。
(二)短路的辨别
把握短路现象的真正含义——电流不经过用电器回到电源的负极。注意电流的特性——电流走捷径。当在电路中发现有空导线,开关或电流表等元件与用电器并联时,相应的用电器被短路不工作。
(三)串、并联电路中的三个物理量的关系
两种电路中的三个物理量的大小关系,前面已说得较为详细,但这一点要特别重视,牢记串联时电流相等,并联时电压相等,这一点解题时作用特别大。
(四)关于解题时公式的选择
一、物理规律教学的重要性
物理规律是物理学知识体系的核心构件,物理规律教学也是中学物理教学成功的关键环节。
1.物理规律是物理学知识体系的核心
物理学的知识体系是以一系列的物理规律凝聚而成的。在物理学发展史上,人们正是以一系列的物理规律为中心而建立了物理学的各个分支体系。例如光的反射定律和折射定律是光学知识的中心,欧姆定律、串并联电路的规律和焦耳定律是电学知识的中心等等。
2.使学生掌握物理规律是物理知识教学的中心任务
学习和研究自然科学,中心任务是掌握自然规律并用来为人类服务。物理学是自然科学中的一门重要学科,学习物理知识的中心任务应该是掌握物理规律并应用于实际。
在物理教学中,要使学生建立概念和掌握规律之间存在着不可分割的、辩证的联系。一方面,形成清晰、准确的概念是掌握规律的基础,如果概念模糊不清,就谈不上准确地掌握规律;另一方面,掌握了物理规律又可以深刻而全面地理解概念。例如,只有理解力的三要素概念(大小、方向、作用点),才能理解同一直线上或互成角度的二力合成的规律(如图1)和二力平衡条件(如2)等;反之,通过掌握力的合成规律和二力平衡条件,又能更深刻地理解力的三要素概念。所以,物理规律的应用比物理概念的应用更为广泛,理解和掌握物理规律才能更有效地利用物理知识去解决实际问题。由此可见,使学生掌握好物理规律是物理知识教学的中心任务。
二、物理规律的特点及其分类
1.物理规律的特点
物理规律反映了在一定条件下某些物理量之间内在的必然联系,它是客观存在的,不以人的主观意志而转移。它具有以下特点:
(1)物理规律只能发现,不能创生。
任何客观规律都只是被发现,而不能被“创生”,但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的。物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律,因此必然与人们认识物理世界的途径有关,即都与观察、实验、抽象、思维、数学推理等有着密不可分的联系。
(2)物理规律反映了有关物理概念之间的必然联系。
任何一个物理规律,都是由一些概念组成的,这些概念常常表现为物理量,可以用一些数字和测量联系起来,物理规律则把概念之间的一定关系用语言逻辑或数学逻辑表达出来。
例如,欧姆定律是由导体、电流(I)、电压(U)、电阻(R)等概念组成的,研究对象是导体,电流(I)、电压(U)、电阻(R)是3个可测量的物理量。它表明了通过研究对象(导体)的电流与研究对象(导体)的电阻(R是反映研究对象本身的量)和加在研究对象(导体)两端的电压(U)之间的定量关系。
2.物理规律的分类
在大千世界里,物理现象千姿百态,物理运动各有不同的形式,有宏观的、微观的,有机械运动现象、热现象、光现象、电磁现象等,所以物理规律就有多种多样,物理规律也就有不同的表述形式。中学物理规律主要包括以下类型:
(1)物理定律
一般是直接从观察实验的结果中概括总结出来的物理规律,如牛顿运动定律、能量转化与守恒定律、欧姆定律、光的反射定律、焦耳定律等。
(2)定理、原理
定律和原理一般是从已知的物理规律或理论出发,对某特定事物或现象进行演绎、推理,从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断,并经得起实践检验的物理规律。
如阿基米德原理(F浮=G排=ρ液gV)、功的原理等。
(3)方程、公式
这是利用数学式子来描述物理量之间关系的物理规律。
如串联和并联电阻的计算公式:R=R1+R2+…+Rn;
1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn。
(4)法则、定则
即利用特定方法表示的物理规律,如矢量合成的平行四边形法则、右手定则和左手定则等。
(5)其他
如力(包括二力、共点力)的平衡条件、串联电路的分压规律、并联电路的分流规律、平面镜和透镜成像规律、晶体融化和凝固规律、液体压强规律等。
三、物理规律教学的一般过程
人类在研究和探索物理规律的过程中逐步形成了物理学研究的基本方法。学生认识物理规律的过程也相当于一个探索与研究的过程,因此,物理规律的教学方法与物理学的研究方法大体上是一致的。
1.提出问题,创设便于发现规律的物理环境
作为新授课的物理规律的教学,首先要按照导入新课的方法,以提出问题的形式导入学习物理规律的课题。教师要有意识地提供一个便于探索规律、发现规律的物理环境。创设物理环境常用的方法有实验法和举例法。
(1)实验法
教师借助于演示实验或学生实验,使物理现象或过程展示出来,让学生观察。例如讲授牛顿第一定律时所做的小车分别通过毛巾、棉布、木板表面所滑动距离大小的实验(图3)。
(2)举例法
即列举出学生在日常生活中熟悉的、能引导发现规律的物理现象。例如,讲授影响蒸发快慢的因素时,举出以下例子:“同样湿的衣服,晾在树荫下干得慢”;“同样多的水,倒在碟子里干得快,装在瓶子里干得慢”。
2.探索物理事实的内在联系,形成规律
这一教学过程主要是把第一步骤所摆出来的物理事实进行抽象思维,探讨物理规律现象的内在联系,提供建立规律的科学依据。根据不同的物理规律,可以采用下列具体方法:
(1)实验归纳法
例如,用一般水做实验得到“浮力等于物体所排开的水重”,再改用煤油或酒精做实验也得到了同样的结果,而且把物体全部浸入水中或部分浸入水中做实验都得到了同样的结论,最后归纳得到了阿基米德原理。
(2)单因子实验法
对于多因子的物理过程,可运用单因子实验,先分别固定几个物理量而研究其中两个量之间的关系,最后综合为一个完整的物理规律。例如,研究电流与电压、电阻之间的关系,可以先保持电阻不变而改变电压,观察分析电流随电压的改变情况,得到电流与电压之间的关系;再保持电压不变而改变电阻,观察分析电流随电阻的改变情况,得到电流与电阻之间的关系。最后综合成为一条物理规律,即欧姆定律。
(3)先定性后定量推演法
限于中学实验条件,精确测定数据有困难,有些定量的实验不易成功,因此,可以在观察定性实验现象的基础上进行定量推演或分析介绍,最后形成规律。例如焦耳定律,实验时观察通电后煤油温度的高低来定性说明电流产生热量的多少。实验表明,电阻越大,电流强度越大,通电时间越长,电流产生的热量越多。然后介绍科学家焦耳的研究成果,进而得出定量描述,形成焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,Q=I2Rt。
3.下定论并对规律进行讨论,加深理解规律
经过第二步的探讨和思维加工,初步形成规律后,要整理成文,用科学而又简明的语言文字或数学工具来表述物理规律。
(1)规律的物理意义
解释规律的内容,说明它表示什么样的物理含义,必要时还要与相近规律进行比较。用数学公式或图像表述规律的,在教学中要引导学生讨论如何根据规律的内容得出公式或图像;反之,又如何从公式或图像来理解其物理意义。例如焦耳定律,其内容是电流通过导体时产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻、通电时间有关,这个关系是正比关系,由此得到焦耳定律的数学表达式为Q=I2Rt。
(2)规律表述中的关键词语和公式中各字母的意义
例如,阿基米德原理的公式F浮=G排=ρ液gV,公式中字母F浮代表物体所受的浮力,G排表示排开液体的重力,ρ液是液体的密度,g是重力加速度,V表示排开液体的体积。这个公式中各字母代表的物理意义,学生必须十分清楚,运用过程中才不至于出现差错。
(3)公式中各物理量的单位
中学阶段,物理单位的教学也不容忽视。
例如公式Q=I2Rt,式中I、R、t的单位分别是安培、欧姆、秒,Q的单位必须是焦耳。
物理规律的公式中各物理量的单位都是确定的,不能随便乱用。
(4)规律的成立条件和适用范围
物理规律本身是反映在一定条件下物理事物内在的必然联系,并且物理规律是在一定条件下和一定范围内总结出来的,因此,也只能在这个条件下、这个范围内才成立。学生学习物理规律时,往往只知道死背条文而忽视了成立条件和适用范围,在实际应用中乱套,在遇到情况变化时就难以下手,所以,在教学中要重视讲清规律的成立条件和适用范围。
在一般物理规律的表述中,前语是成立条件或适用范围,后语是结果,即因果关系基本连结成一个完整的句子。通过分析规律的语句结构,从字里行间就可以知道规律的成立条件和适用范围。例如牛顿第一定律,它的适用范围是“一切物体”,条件是“没有受到外力作用”(原因),结果是“保持静止或匀速直线运动状态”。
有些规律在叙述中只提出成立条件,必要时可以补充说明适用范围。例如阿基米德原理,要指出也适用于气体。有些规律限于学生的基础和认识水平,只强调成立条件,而暂不提适用范围。例如,欧姆定律、焦耳定律,不提及只适用于纯电阻电路。
四、学生学习物理规律中的常见问题
为了有效地引导学生学好物理规律,我们还必须研究和认清学生学习物理规律中的常见问题和心理障碍。在中学阶段,主要存在以下几个方面的问题:
1.感性知识不足
中学物理规律的教学,许多是从事实出发经过分析归纳总结出来的。中学生抽象思维能力不强,他们理解物理规律特别需要有充分的感性材料作基础。如果没有足够的、能够把有关的现象与现象之间的联系鲜明地展示出来的实验或学生日常生活中所熟悉的曾亲身感受过的事例作基础,势必造成学生学习上的困难。
例如,研究电磁感应和自感的有关规律,如果没有足够的、能够逐步揭示现象间本质联系的实验作基础,学生对这些规律就很难理解。
2.学生在日常生活中形成的错误观念的干扰
学生在日常生活中积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些观念。这些观念中,有的比较正确,但往往有一定的表面性和片面性,甚至是错误的观念。这些先入为主的错误观念对学生正确理解物理规律往往起着严重的干扰作用。如:学生在运动和力的关系上往往有“物体受力才能运动,不受外力,物体根本不会运动”的观念,这就给学生正确理解运动和力的关系带来了很大的困难。
3.抽象逻辑思维能力不强
在物理规律的研究和运用中,有时要进行严格的逻辑推理和科学的想象等抽象思维活动;在运用物理规律解决某些问题时,要想取得正确而全面的解答,学生要具有较高水平的思维品质。然而,中学生在心理发展上正处在思维发展过渡期,对于不同年级的学生和不同的学生个体,这个发展在迟早快慢上有差异,有些学生由于没有形成逻辑思维的习惯,抽象思维能力不强,这就使他们在学习和运用物理规律时遇到了较大的困难。
4.不会运用物理规律说明、解释现象和分析解决实际问题
中学阶段,学生在理解物理规律上,经过努力并不会感到很困难,但是运用起来常常会束手无策。形成的原因,除了知识上的欠缺和思维习惯、思维定势的干扰等因素外,最主要的是学生还未掌握运用物理知识去分析、处理、解决问题的思路和方法,因此,学生在完成认识的第二个“飞跃”上困难较大。
物理规律的教学要有阶段性,要有一个逐步深化、提高的过程。对于同一物理规律,初中、高中有不同层次的要求,因此,我们应遵循学生的认知规律,由浅入深,一步步地通过一系列的教学活动,来提高物理规律的教学水平。
参考文献
[1]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论[M]。
[2]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论(第二版)[M]。
【关键词】控制变量法 初中物理 探究实验 应用
控制变量法在研究问题时把多因素作用问题控制为只改变一个因素,然后研究改变因素对结果的影响,然后再进行综合解决,这种方法在初中物理的教学和解题中起着很重要的作用。在教学中,教师可以用控制变量法进行探究性实验教学,有利于组织教学,使得所讲问题深入浅出,学生理解问题更加深刻。在解题时,控制变量法的思想可以帮助学生快速准确地找到突破点,得出答案。
一、控制变量法概述
在自然界中,一个现象的变化往往不是由一个因素引起的,而是由许多因素引起的。这些引起变化的因素中有的因素对变化现象的影响大,有的因素对变化现象的影响小,规律各不相同。要想搞清楚每一个变化因素对变化事物的影响规律,就必须清楚变化事物中哪些是自变量,哪些是因变量,然后对研究对象进行控制,使得其他自变量不变,只改变其中的一个自变量,观察所研究因变量与这个自变量的变化关系,然后再改变其他的自变量,观察因变量与自变量的变化关系,逐一对自变量进行研究。这种对自变量分别进行控制,逐一进行研究,然后再总结归纳出每个自变量与因变量的关系的研究方法就叫做控制变量法。
物理是一门以实验为基础的学科,掌握一种重要的研究方法对于学好物理有着很大的帮助。控制变量法在初中物理学习中是一种很常用的研究方法,其中在研究蒸发快慢与哪些因素有关,摩擦力的大小与哪些因素有关,电阻的大小与导体的哪些因素有关,欧姆定律、焦耳定律等过程中都用到了控制变量法。可以说控制变量法的使用使得在研究问题的过程中变得有章可循,是物理探究性实验研究的一种好方法。
二、控制变量法在教学中的应用
控制变量法在教学中的应用突出表现在对物理规律的讲解中,比如说:“滑动摩擦力大小的研究,固体压强与受力面积和压力的关系,牛顿第一定律,欧姆定律等等。”
例如:滑动摩擦力大小的实验教学,教师可以做演示实验:用弹簧测力计拉物体匀速直线运动,通过改变物体的压力和滑动接触面来引导学生用控制变量法进行研究。在研究过程中先固定滑动接触面,研究物体承受的压力与摩擦力的关系,然后再固定物体承受的压力,研究接触面的粗糙程度与摩擦力的关系,最后总结归纳出滑动摩擦力的公式。
教学中教师在备课时要充分准备设计控制变量法的探究性实验,通过实验的教学方法来帮助学生深刻理解所学知识,建立起知识的网络,明白单一自变量对因变量的影响。然后教师再带领学生归纳总结每一个自变量对因变量的影响,验证一些重要定理公式的正确性,帮助学生在理解的基础上记忆公式定理。
三、控制变量法在解题时的应用
在初中物理的习题中,常常会出一些没有数据的实际问题,学生习惯了通过计算数据来解决问题,遇到实际问题的习题往往会感到无从下手。这时如果采用“控制变量法”的思维进行分析,就会达到事半功倍的效果。
例如:相同质量的水和煤油,如果它们吸收相同的热量,那么谁的温度变化范围大?
分析:这道题同上一道题类似,分析题意可知,要想得到结果,需要分析四个物理量,即热量公式:Q = cmt中的热量、比热容、质量、温度变化值。题中问的是谁的问题变化范围大,即t,变换公式得:t = Q/ cm,运用控制变量法的思想可知,二者吸收热量相同,质量相同,那么水和煤油谁的比热容小,谁的温度变化范围就大,答案为煤油。
对于这类型的物理题,学生要深度挖掘题意,将题中的实际问题转换为相关的定理公式,然后提炼出题干中可能影响结果有关的相同变量和不同变量,然后依据相关公式进行推导讨论,最终准确快速地得出正确的答案。
四、结束语
控制变量法在解决多变量的问题中发挥了很大的作用,在初中物理的教学中,教师要充分利用控制变量法的探究性实验来教学,帮助学生领悟所学知识的内涵,并教会学生灵活运用控制变量法,使得学生在做题时可以快速准确地得出答案,在遇到新问题时可以用这种方法进行分析探究。另外随着新课改的施行,中考物理的实验题越来越倾向于开放性的实验,这样的实验往往需要学生自己设计实验方法和实验步骤,对需要解决的问题进行分析讨论。这样的实验试题中,控制变量的方法就显示出了无可代替的优势,可以帮助学生更好地进行实验设计。所以学生深刻理解控制变量法,并能熟练地运用,对于初中物理的学习有很大的帮助。
参考文献: