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一、寓培养学生实事求是的科学态度于学生实验操作之中
欧姆定律是一个实验定律,因此在教学“欧姆定律”一节时,教师必须在学生对“电流与电压、电阻”之间关系进行猜想假设的基础上,引导学生设计实验方案,精心组织学生进行实验。在实验前指导学生:(1)根据电路图准确连接电路;(2)仔细检查电路及电表、滑动变阻器等连接是否准确;(3)在确认无误时,动手实验,并认真观察、精确记录数据;(4)明确滑动变阻器在两次实验中的作用:使定值电阻两端电压成整数倍变化和保持电阻两端电压不变;(5)分析实验中可能出现的数据差异原因,重复实验,直至准确。对于在实验中怕麻烦、凑数据的学生及时用科学家尊重事实、刻苦钻研及时教育他们,端正他们态度,帮助他们用实验得出准确结果。通过实验,使学生得到了欧姆定律实验所需要的数据,也培养了学生观察实验能力和实事求是、客观、细致的科学态度,从而激发学生勤奋求真的热情。
二、寓培养学生科学方法于分析实验数据和归纳出实验结论之中
在得出实验数据之后,就着手组织学生分析数据、归纳出结论。在引导时,引导学生回忆“探究影响导体电阻大小的因素”的实验方法,并要学生用之中方法研究电流跟电压、电阻两个因素的关系,即(1)固定电阻不变时,研究电流跟电压的关系;(2)固定电压不变时,研究电流跟电阻的关系。最后将两次结论综合起来,应用数学函数知识得出电流跟电压、电阻的关系。接着,根据学生实验数据组织讨论,并分析归纳实验结论。(1)分析“研究电流跟电压关系”表格:电流随电压增大而增大,且电压增大几倍电流也增大几倍。得出结论1:当电阻一定时,电流与电压成正比。(2)分析“电流与电阻关系”表格:电流随电阻的增大而减小,且电阻增大几倍,电流就减小到原来的几分之一。得出结论2:当电压一定时,电流与电阻成反比。归纳结论1、2,即得欧姆定律。在整个研究、分析、抽象,归纳过程中,使学生潜移默化地学会了:(1)研究问题的方法――控制变量法;(2)对实验数据的综合――分析――抽象――归纳的处理方法,从而学到了由特殊、个别推到一般的逻辑推理方法。这些方法都是学生终生受益的科学研究方法。在得出实验结论――欧姆定律后,教师接着就组织学生用他们已学过的数学知识推导欧姆定律的计算公式:(1)把电流与电压成正比表达成I∝U;(2)把电流与电阻成反比表达成I∝1/R,把(1)、(2)结合起来得出计算公式:I=U/R;通过公式推导使学生了解到不同学科之间的联系,它不仅开阔了学生的视野,也可使学生学到物理公式常用的科学的数学方法。
三、寓培养学生科学思想于理解、应用定律之中
对于实验定律――欧姆定律,在理解其内容时,引导学生讨论:能不能把定律叙述的导体的电流与导体两端电压成正比、与导体两端电阻成反比改叙述成导体两端电压与导体电流成正比、导体电阻与导体电流成反比?让学生在讨论中明白:叙述定律时只能按课本那样叙述,否则是错误的。这是因为事物内部矛盾的双方有主有次,这里电压、电阻是矛盾的主要方面,是事物变化的依据,对事物变化起决定作用的;而电流则是矛盾的次要方面,它是随电压、电阻变化而变化的,在事物变化中处于服从地位;这样使叙述在讨论中理解了定律,在理解定律过程中获得了一次科学的认识教育。
在讲解定律公式的应用时,如教师通过P111教材例1的讲解,强调了定律的应用是有条件的,即(1)同体性:只能适用于同一段电路中的电流、电压以及电阻之间的关系的运算;(2)同时性;(3)计算时数字代入单位必须是国际单位制中主单位。引导学生认识到真理是有局限性的,是离不开特定条件的。又如教师通过课本例2讲解,强调了定律的应用性,即通过欧姆定律可以求出导体的电阻值,也就是可用伏安法测未知电阻,使学生体会到:理论的实践性以及理论与实践的一致性。此外取平均值可以减小实验误差;表格可以得到实验结论1等。
四、寓培养学生的科学精神于介绍科学家的事例之中
结合课本中“信息库”介绍,使学生了解德国的物理学家欧姆发现了电路中遵循的基本“交通规则”,但他幼年家贫,曾中途辍学,后全凭自己努力,完成学业。他为了得到欧姆定律,花费了十年心血。当时的实验条件非常差,他自制了测电流的电流扭秤,花五年时间才找到电压稳定的电源。经过长期细致的研究,终于取得了成果。在教学中把欧姆的对学习勤奋刻苦,对科学知识的执著追求,在科学研究道路上勇于探索、百折不挠的献身精神及对人类社会的贡献,展现在学生面前,使学生从中接受了热爱科学、追求真理的科学接受教育。
教育者在实施科学素养教育时不是生硬的说教,应有机结合教材适时适量地渗透;科学素养教育是素质教育的核心,在实施时教师还应当有意识、有目的地进行,同时联系教材中其他素质教育因素如能力、智力、科学美等全方位地开展,并做到主、次得当,这就需要安排好教学过程和节奏,从而使素质教育得到全面培养。
【参考文献】
在1826~1827年,德国物理学家欧姆用实验和理论确立了欧姆定律。
然而,在德国,只有费西内尔和斯威格尔等极少数科学家接受欧姆的发现,而绝大多数则反对欧姆的“歪理邪说”。例如,物理学家鲍尔就撰文煽动舆论,攻击欧姆的著作:“以虔诚眼光看待世界的人不要去读这本书,因为它纯粹是不可置信的欺骗,它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”
但是,在“曾经沧海”和“除却巫山”15年之后的1841年,科学界终于承认了欧姆的成果――英国皇家学会授予欧姆皇家学会的最高科学奖科普利奖章,还吸收他为学会的外籍会员。
这“花开德意志,果结英格兰”的成果,使欧姆的祖国终于认识到了他的价值。1849年,慕尼黑大学终于聘请60岁高龄的欧姆为教授……
花发神州果结美洲――“女生”、“施泰纳”远涉重洋
“请我去讲学?讲组合数学?你们中国不是有陆家羲博士么?”1983年,中国某单位邀请两位世界组合数学专家――加拿大多伦多大学的门德尔松教授与滑铁卢大学的郝迪教授来中国讲学,并出席在大连举办的中国首届组合数学学术讨论会。对此,他俩睁大了眼睛,门德尔松还疑惑不解地这样用反问来回答。
他俩为什么会如此惊诧呢?
在1961~1979年间,包头九中物理教师陆家羲先后6次向国内有关研究机构和刊物寄出有关“柯克曼女生问题”的论文。但是,他得到的回答不是“无价值”或“改投其他刊物”,就是退稿或石沉大海没有回音!
“柯克曼女生问题”,是美国数学家柯克曼在1850年提出来的组合数学问题。和“女生”相关的,还有出生在瑞士的德国数学家施泰纳提出的“施泰纳系列问题”。它们都是100多年以来没有得到彻底解决的世界性数学难题。
到了1980年春,陆家羲又攻克了“施泰纳”,并立即把有关论文寄往北京。后来,按苏州大学朱烈教授的建议,他把论文投寄给《组合论》杂志。为杂志审查论文的世界组合学权威之一门德尔松高度评价说:“这是世界上十年来组合设计方面最重大的成果之一。”1983年3月,他的6篇论文在《组合论》杂志上正式发表。
陆家羲死后4年的1987年,国家科委把他的一个成果评为国家自然科学一等奖。
带着“远行”去远行――无线电“离家出走”
1896年初夏,一个容貌清秀的青年提着一个大箱子,登上了一艘从意大利开往英国的邮船。他踌躇满志而又恋恋不舍――毕竟,要离开自己的祖国,的确“别有一番滋味在心头”。
这个青年,就是意大利发明家马可尼。那么,他为什么要“从故乡到异乡”呢?
1894年的一天,马可尼的母亲目睹了儿子的发明――楼上的无线电试验装置使楼下的电铃响了起来。1895年夏,他把信号传送距离扩大到2.7千米……
初步成功和经费紧缺,促使马可尼向他的农场主父亲借钱,还写信向意大利邮电部求助,但都没有得到支持。于是,他只好“离家出走”去远行――大箱子里就是能让电波“远行”的无线电设备。
1896年12月12日,伦敦科技大厅座无虚席,英国邮电总局总工程师、英国电信界权威普利斯做完了无线电的科普讲演之后,把马可尼和他的无线电报装置介绍给了大家,并当场作了表演,从而使“整个大厅变得比游艺场还热闹”。也是在这一年,马可尼在英国取得了无线电发明的专利权。
1897年5月11日,马可尼和乔治・肯普首次完成了不用导线把信号传过英国的一个海湾的壮举……
就这样,在南欧开花的无线电,在英伦结了果。
苏格兰播种美利坚收获――青霉素穿越大西洋
1928年,出生在苏格兰的英国医学家弗莱明发现了青霉素。然而,“小扣柴扉久不开”――由于当时弗莱明和他的合作者无法解决产销问题,它被尘封了10年。
在“二战”隆隆的炮声中,牛津大学的弗洛里和他年轻的助手――德国化学家钱恩在图书馆里翻阅资料的时候,发现了当年弗莱明关于青霉素的论文。
1941年,英国分析化学家马丁和英国生物化学家赛恩其发明了分离复杂化学物质的纸层分析法。借助于这种方法,弗洛里和钱恩解决了青霉素的提纯问题。然而,在生产青霉素的方面,他俩却“雪拥蓝关马不前”了――许多英国药厂因德寇飞机时常空袭而拒绝投产,英国帝国化学工业公司只能生产出少量的青霉素。不知“云横秦岭家何在”的弗洛里和钱恩,只好带上青霉素样品穿越大西洋,到美国去寻找合作者。1944年,美国大量生产的青霉素在英美普通公民中广泛使用。青霉素的大量生产,拯救了千百万伤病员,成为第二次世界大战中与原子弹、雷达并列的三大发明之一。
就这样,由苏格兰人播种的青霉素,在美利坚得到丰收。
观念、环境和评价机制――“红杏出墙”的启迪
为什么科技史上会有这么多“墙内开花墙外红”的现象呢?它又给我们什么启迪呢?
第一个原因是观念的陈旧。
观念陈旧的表现之一,是科学方法观念的陈旧。
欧姆定律起初没有被德国科学家普遍承认,原因之一就是他们片面强调实验的重要性,忽略理论的概括作用,更忽略了伽利略开创的数学物理演绎法。例如,德国物理学家孟克就曾说:“我们更需要的是观察和实验,而不是计算和几何公式。”
科学方法观念的陈旧,还表现在推导欧姆定律的时候。欧姆采用了傅立叶在均匀热传导时金属导线与外界完全绝热的方法,而德国的一些实验物理学家们认为这根本不可能。但在事实上,这种方法正是伽利略和牛顿早已采用过的“理想实验”的基本物理方法之一。
由此可见,只有破除陈旧的科学方法,科学理论才有可能破土而出。
观念陈旧的表现之二,是“大人物”忽视“小人物”。
一些科学家认为,欧美第一流的科学家尚未解决的问题不会如此简单,作为“小小的中学教师”的欧姆不可能解决。
陆家羲的成果最早不是在国内得到承认,多少也有忽视“小人物”的因素。
观念陈旧的表现之三,是对科学研究和技术开发的轻视。
青霉素之花之所以在异地大量结果,还有一个重要原因:英国重视科学,相对轻视技术;而美国则两者并重。按人口平均计算,标志着科学水平三个自然学科(物理、化学和医学)诺贝尔奖得主的人数,英国至今仍居世界第一。然而,英国的经济发展速度,却只居西欧共同体的倒数第二――更不能和美国及其他发展快的国家比肩!在这种科技政策下,青霉素“异地结果”就不足为奇了。
第二个原因是环境影响科研成果。
许多英国药厂当年拒绝研究青霉素的规模化生产的重要原因是,“二战”时德寇的飞机时常空袭,而美国本土则没有这种空袭。陆家羲的论文之所以被多次忽略,原因之一也是因为他投寄论文时的社会环境是在“”时期。
由此可见,和谐、安定的社会环境,对科研(和其他活动),是多么重要。
第三个原因是评价机制。
欧姆和陆家羲的成果之所以没能在“本土”及时得到公认,与当时评价机制的失误有关。
奥地利生物学家孟德尔发现的生物遗传学规律,在死后16年的1900年,才在荷兰的德・弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的西森内格・契马克完成的“再发现”后得到公认,也与评价机制不健全有关。
关键词:课程改革;物理规律;规律教学
中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2008)5(S)-0032-3
物理规律教学在中学物理教学中占有重要地位,其教学成效直接影响到物理教学质量和学生科学素养的培养。提高物理规律教学效果的前提是了解物理规律内涵、本质和特征,并在此基础上结合学生的认知特点设计科学的教学策略。
1 物理规律的内涵
“规律就是相互联系着的事物、现象、分子、元素(因素、要素)或方面的本质之间的关系”。相应的,物理规律就是物理现象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的内在、必然的联系。
1.1 物理规律的类型
经过2000多年的建设,物理大厦恢宏庞大,其组成规律自然纷繁复杂。为了认识物理规律本身,我们有必要对物理规律进行必要的分类。从物理规律获得途径的角度来看,物理规律可分为实验规律和理论规律;从物理规律知识形式的角度来看,物理规律可分为定律、定理、原理等类型;从过程中不同质的运动角度来看,物理规律可分为力学规律、热学规律、电磁规律、光学规律等;从“定性―定量”维度来看,物理规律可分为定性规律、定量规律。
1.1.1 实验规律与理论规律
从物理规律建立基础和过程的不同,可以将物理规律划分为实验规律和理论规律两种。实验规律是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,中学物理中的绝大多数规律都属于实验规律。如电磁感应定律、欧姆定律等即为实验规律。理论规律是由已知的物理规律经过理论推导,得出的新物理规律。动能定理、万有引力定律等即为理论规律。我们以万有引力定律为例来说明一下理论规律的建立过程。牛顿在伽利略的自由落体运动定律、牛顿自己的第三定律、开普勒的行星运动第三定律等前人工作的基础上,应用他超凡的数学才能,通过理论计算建立了万有引力定律。
1.1.2 定律、定理与原理
从物理规律知识形式的角度来看,可以将物理规律划分为物理定律、定理与原理三种类型。通过大量具体事实(包括实验和观察)归纳而成的结论称为物理定律,如牛顿第二定律、电磁感应定律、光的折射和反射定律等。通过一定的论据,经过逻辑推理而证明为真实的结论称为物理定理,如动量定理、动能定理等属于物理定理类。对大家公认的具有普遍性,而且可以作为其它规律基础的物理规律一般称为物理原理,如我们中学阶段比较熟悉的功能原理、叠加原理等即属于物理原理类。
1.1.3 定性规律与定量规律
从“定性―定量”维度来看,可以将物理规律划分为定性与定量两种类型。定性规律揭示的是各物理量间必然联系的存在和发展趋势;定量规律揭示的是必然联系中量的相互制约。例如牛顿第一定律就定性的描述了一切物体在不受外力作用或所受合外力为零的情况下的运动趋势,不反映外力与运动趋势之间的量化关系,属于定性规律。而定量规律则不同,如欧姆定律,除文字描述外,我们还可以用公式I=U/R来揭示各物理量之间的相互制约关系。
不同的物理规律分类之间并不是完全对立的,比如欧姆定律即属于物理定律,又是实验规律,同时也属于定量规律。
1.2 物理规律的特点
1.2.1 物理规律的实践性
物理学是一门以实验为基础的自然学科。中学物理的众多规律都是在实践、实验的基础上建立起来的。新课程标准倡导“从生活走向物理,从物理走向社会”,在教学中应重视引导学生运用物理规律解决生活实际问题,在使用中进一步加深学生对物理规律及其物理意义的理解,这对学生能力的发展、科学素养的提升,显得尤为重要!
1.2.2 物理规律的联系性
物理规律都存在一定的联系,包括物理规律内在的概念、现象之间的联系;规律与规律之间的关系。
以牛顿运动定律为例,牛顿第一定律是说物体不受外力时做什么运动;牛顿第二定律公式F=ma揭示了物体的惯性质量、所受到的合外力与由此而产生的加速度之间的关系,是阐述物体受力时做什么运动,二者是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例,但不能取消第一定律。
1.2.3 物理规律的对应性
物理规律中的各物理量都针对于某一研究对象。如果是状态量则对应于某一时刻、某一位置、某一状态。如果是过程量则对应于某一段时间、某一个过程、某一空间等,这就是物理规律的对应性。如,欧姆定律U=IR中各量均对应于同一导体、同一段电路在同一时刻的量值。
1.2.4 物理规律的因果性
因果性是物理规律的重要特点,任何物理规律都是在规律所表述的具体条件下才具有规律所阐述的结论。例如牛顿运动定律是在研究宏观低速运动物体的“前因”下,才有其结论的“正果”修成。
1.2.5 物理规律的发展性
物理规律是认识的结果,是在一定的事实基础上,归纳、推理得出的结论,具有历史局限性,只能部分地反映客观世界及其内在联系。规律会随着人的认识能力的提高和认识的深入不断发展。发展有时是温和的――是对已有规律的修正、丰富;有时是激进的――是对已有规律的否定、颠覆。换言之,物理规律不是绝对的真理,而是逐渐发展变化的,具有一定的相对性。如从经典力学到相对论、量子力学的发展变化过程。
2 物理规律教学的重要性
物理新课程改革强调改变过去过于注重知识传授的一维目标而向三维课程目标迈进。教学要以人为本,在学生获得知识的过程中,同样注重学生终身学习与发展所需的各种能力的培养。如何实现物理规律教学由传统向新课程理念的转变,应进一步明确物理规律教学在新课程实施过程中所发挥的重要作用。
2.1 物理规律教学,有助于学生对知识的理解
新课程改革倡导从三个维度对学生进行全面的培养,知识的理解历来是一个重要培养目标。依据布鲁纳的认知结构学习理论,我们教学的目的,就是引导学生建构一个理解物理知识的学科结构,从而运用知识解决具体问题。在最终建构的物理知识结构中,分散的各个点表示物理概念,联接各点的线就代表了物理规律,通过点和线及其之间的相互联系的讲解,引导学生在头脑中建构物理知识网络图。
2.2 物理规律教学,有助于学生思维能力的发展
作为智力核心的思维能力的培养对学生的发展是至关重要的。物理规律教学既是物理知识教学的核心内容,同时也是对学生思维能力培养的重要途径。
物理规律教学是在学生的感性认识(已有的对实验和事实认识)基础上,教师指导学生探索物理规律的过程。根据规律建立的思维过程和学生的认知特点,选择适当的途径方法,指导学生对感性材料进行思维加工,认识到物理规律中某些物理概念之间的内在联系,考虑到物理规律的近似性与局限性,从而概括出物理规律。作为近似反映物理对象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的物理规律的建立,离不开观察、实验和数学推理,也离不开物理思维,是诸多因素相结合的产物,学生在理解具有这些特点的物理规律的同时,其思维能力就会得到培养。
2.3 物理规律教学,有助于学生科学方法的掌握
物理规律的教学过程,其实也是科学方法教育的过程。我们知道物理规律的获得,少不了一些科学方法的使用,在物理规律教学过程中,合理运用一些研究方法并适时适当地进行显性教育,使学生不仅学到了物理规律,同时也学到了科学方法,培养了能力,可谓一举多得。
例如,在牛顿第一定律的教学过程中,教师重点要向学生说明的,除了牛顿第一定律的内容外,就是讲解这个规律获得过程中所用到的一个重要的科学方法――理想实验法。在欧姆定律、牛顿第二定律等的实验探究过程中,可以重点要求学生设计实验方案,在这一过程中,使学生明确研究3个变量的关系时,通常采用“控制变量”的方法。
2.4 物理规律教学,有助于学生科学探究能力的形成
提倡对学生进行科学探究能力的培养,是新课程改革的一大亮点,在新教材的编写中贯穿了科学探究精神并安排了一些科学探究的内容。由于物理规律的实践性特点,便于在课堂教学中开展实验教学,创设问题情境,从而激发学生探究物理问题的兴趣,经历物理规律发现的过程,培养学生的科学探究能力,并能使学生更好地运用物理规律去解释生活中的物理现象、解决生活中遇到的物理问题。
2.5 物理规律教学,有助于学生情感、态度与价值观的培养
我们知道,情感、态度与价值观培养,是物理新课程改革所倡导的三维课程目标中的一个维度。在物理规律的教学过程中,无时无刻不渗透着对学生情感、态度与价值观的培养。我们在进行物理规律教学时,可以通过创造良好的物理学习氛围、对相关物理学史内容的选择性介绍、开展科技创作活动、采用科学探究的教学方式等等,对学生进行情感、态度与价值观的培养。
比如,在进行牛顿第一定律的教学过程中,就可以适当地给学生讲述一下它的发展历史,激发学生的学习兴趣,同时使学生在了解亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿等大科学家的观点的基础上,使其不畏权威、理性求真的科学态度与科学精神得到培养。而在进行万有引力定律教学的时候,可以联系神舟六号载人飞船的发射与回收过程进行讲解,把物理知识与科技发展、应用技术相结合,能使学生获得一个更为宽广的视野,有助于学生形成科学的价值观。
3 物理规律教学的基本策略
当明确了物理规律教学在新课程实施过程中所发挥的重要作用之后,为行之有效的进行物理规律教学,我们提出以下基本策略。
3.1 活化物理实验教学:为学生提供主动获得规律的机会
在物理学的产生、建立和发展过程中,物理实验是归纳物理规律、产生物理假说的实践基础,是验证理论预言和假说的主要依据;在物理规律教学中,物理实验是培养学生操作技能的主要途径,是发展学生非智力因素的一个重要环节。通过实验重现物理规律的发现历程,使学生在实验操作过程中体悟物理规律所反映的各物理量之间的相互关系,有助于更新学生头脑中的物理观念、提高物理规律的教学质量。
3.2 强化物理思想教学,使学生感受物理学的理性美
在进行物理规律教学时,为了让学生最有效地掌握好物理规律,达到课程标准所规定的能力要求,应该在规律教学的过程中渗透科学史、科学思想的教育,引起学生对物理思想在物理规律建立过程中所发挥作用的重视,使学生感受到物理学的理性美,同时给学生以更多的启示。
教师在采用此策略教学时,应明确两点:一是渗透物理思想的教学策略主要是指向学生展示物理规律建立的思想史;二是科学史的历史发展逻辑与课本上的知识逻辑并不相同,规律教学过程中要引导学生感悟到二者的异同,处理好二者之间的辨证关系,在了解真实历史发展过程的同时明了知识逻辑的呈现脉络。
3.3 重视规律应用教学,让学生体会物理学在社会发展中的作用
物理规律来源于生活实践,反过来应锻炼学生将物理规律运用于社会生活实际的能力。因此,在教学中应重视引导学生利用物理规律解决实际问题,让学生体会到物理学在社会发展中的重要地位,增强学习兴趣,进而在使用中进一步加深学生对物理规律及其物理意义的理解,这对学生能力的发展、科学素养的提升,显得尤为重要!
3.4 提升教师科学素养,为实施新课程背景下的物理规律教学奠定良好基础
我们将其作为一项策略提出,重在强调教师对新课程理念与目标的钻研、对物理规律的理解、对物理规律教学的整体认识与把握等。同时该策略也是关系到物理规律教学实施效果的重要因素,教师应努力提升自己的科学素养,进而才会有足够的信心调控物理规律教学,为学生的全面发展创造最好的先决条件,从而取得最佳教学质量。
参考文献:
《导体的电阻》是新课标物理选修3-1的第二章《恒定电流》第六节的内容,它是电学的基本规律之一,本节内容安排在部分电路欧姆定律知识之后,起到了承上启下的作用,部分电路的欧姆定律是研究导体两端电压、流过的电流等外界条件与导体电阻的数量关系而非决定关系;电阻定律是研究导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系。学生在初中已经定性研究了导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系,本节在此基础上通过实验分析进行定量描述的研究,同时突出了“电阻率”这一物理概念,这部分知识与现代科技、生活、生产等有着密切联系。本节课以问题为主线,通过同手实验、观察分析,辅助以多媒体进行教学。
2.教学目标
2.1知识目标
(1)通过探究“导体电阻与其影响因素的定量关系”这个实验,探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系,体会控制变量法在科学研究中的重要作用。
(2)通过逻辑推理,探究导体电阻与长度、横截面积的定量关系。
(3)通过运算,知道电阻率的的物理意义及电阻定律的内容和表达式。
(4)通过“加热日光灯丝,观察欧姆表示数变化”这个实验,了解电阻率与温度的关系。
2.2能力目标
(1)经历实验探究或逻辑推理探究导体电阻与其影响因素的定量关系的过程,使学生进一步掌握控制变量的科学方法。
(2)通过探究活动,培养学生科学思维的能力和合作交流的能力。
2.3情感目标
(1)通过对各种材料电阻率的介绍,加强学生安全用电的意识。
(2)培养实事求是、严谨认真的科学态度。
(3)让学生在自主学习中体会成功的喜悦,激发求知欲望,增强学习兴趣.
3.教学重难点
重点:电阻定律;
难点:电阻率。
4.器材准备
电压表,电流表,直流电源,滑动变阻器,电阻丝示教板,酒精灯,电阻丝(一根),多用电表。
5.教学流程
环节一 旧知链接,多媒体展示问题。
(1)电阻的定义式:,电阻是反映的物理量。
(2)n个阻值同为R的电阻串联,电路的总电阻为,n个阻值同为R的电阻并联,总电阻为。
设计意图:复习旧知,为学习新知识热身。
环节二提出问题,引入新课。
(师)问题1、为了改变电路中的电流,应该如何操作?
根据欧姆定律可知,只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可。
(师)问题2、给定一个导体,如何测量它的电阻?(学生自己设计电路)
从上述问题可以看出,导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关,那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢?
设计意图:通过问题引导学生思考导体的电阻究竟跟什么因素有关,激发学生学习兴趣
环节三 新课教学,分组实验、探索定律。
(1)影响电阻的因素可能有哪些呢:(材料、长度、横截面积、温度……)
(2)解决办法——控制变量法 引导学生设计表格。
(3)实验探究:
A、引导学生设计实验电路图(教师投影打出)。
B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料。
C、引导学生连接电路,并说明注意事项。
D、依次对四种金属材料的电阻进行测量。
E、对数据进行分析:
定性观察——R与长度、横接面积有关。
设计意图:通过自己设计实验,小组合作动手做实验,测量数据,通过比较电阻与长度、横截面积的关系,初步得出电阻与长度、横截面积的关系,培养学生动手实验能力和数据分析能力。
(4)逻辑推理探究:
分组活动:A、理论探讨电阻R与长度L的关系 n个电阻串联。
B、理论探讨电阻与横截面积的关系n个电阻并联。
投影展示电路图
设计意图:通过理论探讨得出分析导体的电阻与和它的长度的关系、与它的横截面积的关系
(5)实验:探究导体电阻与材料的关系(投影展示):
A、根据以上分析,我们可以等式的形式写出用导体长度l、导体横截面积S表示电阻R的关系式,比例系数用一常量表示,此等式为_____________。
B、已知上述试验中,导体长度l=50cm,直径d=0.50mm,横截面积S=1/4πd2=1.96×10-7m2,根据上述实验数据,分别计算上面四个导体的比例系数,并填入填入表格。
C、分析上述比例系数的物理意义:
设计意图:通过对实验数据的分析,得出比例系数即是电阻率,并使学生清楚的知道不同物体的电阻率不同,从而得出电阻定律的表达式。
环节四 总结规律,深化理解。
由学生总结电阻定律:
(1)内容:同种材料的导体的电阻R跟它的长度L成正比,跟它的横截面积S成反比;导体电组与构成它的材料有关。这就是电阻定律。
(2)公式:R=ρ
教师指出:式中ρ是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
电阻率ρ:
(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量。
(2)单位:欧·米(Ω·m)
[投影]几种导体材料在20℃时的电阻率
学生思考:
(1)金属与合金哪种材料的电阻率大?
(2)制造输电电缆和线绕电阻时,怎样选择材料的电阻率?
设计意图:通过对电阻率的学习,让学生认识到电阻率在实际生活中的应用。
环节五、电阻率与温度的关系。
演示实验:将日光灯灯丝(额定功率为8W)与演示用欧姆表调零后连接成下图电路,观察用酒精灯加热灯丝前后,欧姆表示数的变化情况。
学生总结:当温度升高时,欧姆表的示数变大,表明金属灯丝的电阻增大,从而可以得出:金属的电阻率随着温度的升高而增大。
教师:介绍电阻温度计的主要构造、工作原理。如图2.6-5所示。
图2.6-5 金属电阻温度计
学生思考:锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小,怎样利用它们的这种性质?
设计意图:巩固知识,强化训练。
环节六:自主完善,意义构建。
让学生自己总结这节课学习的内容和方法,找出学习过程中,理解不透彻,容易混淆的地方进行小组合作学习
关键词: 新课标 物理教学 教学方法 控制变量法
1.正确认识控制变量法。
影响某个物理量大小的因素(变量)可能有多个,怎样才能确定哪些因素没有影响,哪些因素有影响,以及影响的程度如何呢?在实验中我们采用的是这样一种方法:在研究某个因素的影响时,只改变这个变量的大小,而保持其他的变量不变,从而确定这个因素是否影响物理量的大小,以此类推,对有关变量逐个加以判断,就能找出影响物理量大小的所有因素,这种方法称为控制变量法。控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法,在我们的学习和生活中有着广泛的应用。如在学习欧姆定律时,可以开展用控制变量法分别研究导体中的电流与电压和电阻有什么关系的探究活动,让学生进一步用控制变量法进行定量研究,使其能力得到提高。学生将实验数据记录于下面二表,讨论得到两个结论:①保持导体电阻不变时,导体中的电流跟它两端的电压成正比。②保持导体两端的电压不变时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。再综合得到结论(欧姆定律):“一段导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。”
它在初中物理中很常用,也是有效的探索问题和分析解决问题的科学方法。如果教学生掌握了控制变量法,这必将有利于学生理解和掌握物理概念和规律,更有利于研究性学习和创新能力的发展。
2.控制变量法的在初中阶段的重要性。
在科技迅猛发展、知识日新月异、科技竞争日益激烈的今天,我们应该认识到,能力的高低在一定程度上表现为掌握方法的多少和熟练程度的高低。因此,教会学生掌握学习物理的科学方法,自觉探讨知识背后的思想方法,是物理教学的首要任务。初中阶段应用控制变量法研究的物理规律有:音调与乐器弦长、粗细和松紧的关系、滑动摩擦力与压力和接触面粗糙程度的关系、压强(压力产生的效果)与压力和受压面积的关系、通电导体发出的热量与电阻、电流和通电时间的关系(焦耳定律)等。这为提高学生应用控制变量法探究问题答案的能力提供了许多锻炼机会。
在教学活动中应有意识地让学生从见识到熟悉再到试着做,去掌握这种研究方法,让他们认识到物理规律是观察实验、物理思维和数学推理的产物,让他们也会用控制变量的方法揭示出有关物理量之间的关系。例如用这种方法研究导体的电阻与哪些因素有关,小结于下表。
用这种方法可以定性地研究问题,并为学生将来进行定量研究在方法上打下基础,培养了学生研究问题的能力。
3.怎样在教学中有效地应用控制变量法呢?
3.1从学生的心理特点入手
只有先了解学生的心理特征,根据学生的心理特征对症下药,才能达到事半功倍的效果。初中生对自然规律的探求欲望和逻辑思维能力都逐渐地达到一定层次。可以利用学生的心理特点使学生对控制变量法产生强烈的好奇心和求知欲。所以我们在教学中可通过以下4步渗透控制变量法:(1)介绍著名科学家通过应用控制变量法进行科学探究的成功案例或有趣的事迹,使学生对控制变量法产生深刻的印象和浓厚的兴趣。(2)通过对典型问题的探究过程,教师先演示着应用控制变量法进行探究活动,让学生在不知不觉中认识控制变量法的形式和内涵,使学生初步认识和领会控制变量研究问题的思维过程。如引言中可以探究水中的气泡从哪里来、装满水的杯子最多能装回形针的个数与什么因素有关等。(3)先在教师的引导下让学生应用控制变量法试着探究一些和示例相似的问题,然后让学生独立的探究一些自己喜欢或感兴趣的问题。(4)引导学生在生活中应用控制变量法进行实践活动,如研究植物的生长快慢与阳光、水分、温度因素的关系等。
3.2立足于教材
在课程改革的大背景下对于探究性学习要求越来越高,过程与方法目标是教学的三维目标之一,而利用控制变量法的探究活动则是教材中最为基础探究方法。初中阶段的大部分概念的定义规律的建立中都蕴含着控制变量法这一科学方法,这就要求我们的教学不能就知识而讲知识,也不能单纯地就方法而讲方法,科学方法教育必须与物理知识教学相结合,方法教育要以知识传授为载体。
教材中有部分内容是直接通过控制变量法教学的,如探究压力作用效果与哪些因素有关、探究液体压强大小的影响因素、探究浮力大小的影响因素、探究动能、势能大小的影响因素、欧姆定律、焦耳定律等。通过这些直接应用控制变量法,学生不但能很好地掌握这些物理规律,更能系统地学习科学探究方法,培养自身的科学素养。教材中在许多概念或规律的探索和推导的过程中,都隐性地运用了控制变量法这一科学方法。例如,对“比热容”下定义时,把“单位质量”和“温度升高1℃”这两点作为基本条件,这样就突出了物质吸收的热量跟物质种类的关系,使“比热容”这一概念能反映“物质吸热(或放热)的本领”这一物理意义。还有,在研究速度、密度等知识的教学过程中都隐含了控制变量法。所以,教师要善于挖掘教材中用控制变量法进行教学的素材,抓住知识和方法的结合点,这是通过知识教学渗透控制变量法教育的凭借点。
3.3多方面渗透
学生要完全地掌握控制变量法,使之成为自身能力的一部分,必须经历一个长期的循序渐进的过程,不但需要在了解学生心理特征的基础上,立足于教材,而且要多方面地持之以恒地进行训练。
3.3.1通过物理概念的学习逐渐渗透
物理概念是从大量同类物理现象和物理过程中抽象出来的,所提示的是客观事物的共同性质和本质特征,物理概念的形成过程就是应用科学方法思维的过程,这为我们提供了渗透控制变量法的教育素材。
3.3.2结合物理规律进行控制变量法渗透
生活中的各种现象都是有着内在的规律的,而这种规律往往是由多种因素复杂的、共同的影响所表现出来的。在生活中让学生关注这些规律的变化与各种因素的关系,在教学中再结合控制变量法去探索、总结物理规律,效果很好。
3.3.3结合物理学史进行控制变量法渗透
利用学生对物理学家的尊崇的感情来渗透控制变量法的应用,效果会更好。例如介绍著名的物理学家焦耳研究焦耳定律的过程,如何研究出电热与电流的平方成正比、与电阻成正比、与通电时间成正比的结论。
3.3.4结合物理习题进行控制变量法渗透
在初中物理的中控制变量法的习题很多,这也是中考重点考查的内容之一,所以在平时练习时就要注意控制变量法的练习,使学生不但在生活中、科学探究中会应用控制变量法,更能应用控制变量法分析题目。例如2010年株洲市的中考试题:在“探究影响液体压强大小的因素”实验中,老师用压强计做了如图10所示的(a)、(b)、(c)三次实验。比较实验(a)、(b)可知液体压强与液体的密度有关;比较实验(b)、(c)可知液体压强与液体的深度有关。
图10
控制变量法制是初中物理教学中的一种典型方法,其他如观察与实验法、类比法、假说的方法、抽象与概括的方法、分类比较法、理论推导法等,也可在教学中适当向学生介绍,让学生在预习新课和解答习题时进行尝试。
在初中物理教学中,方法的运用与知识的传输同样重要。只有教会学生正确的学习方法,才能培养他们的自学能力,达到事半功倍的学习效果。
参考文献:
[1]周琳.活动式教学法初探.中国教育学会物理教学专业委员会,2002.5.
关键词:实验;方法;实践;观察;控制变量;理想化
中图分类号:G630 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2013)-07-0224-01
在中学物理教学中涉及到自然科学的一般研究方法,主要有观察、实验、抽象、理想化、比较、类比、假说、模型、数学方法等等。下面是我在实验教学中渗透科学方法教育的一些尝试和体会。
一、在实验教学中培养实践、理论再实践的科学研究方法
物理学通常遵循着这样的途径来研究和解决问题:观察实验——假设——实验验证——实践验证理论,即通过实践、理论、再实践不断循环上升,在这个过程中,我们解决了问题,提高了认识。在实验教学中,我有意识地向学生介绍这种科学、有效的研究方法。
如在讲自由落体运动时,先要求学生进行两个实验:一个重物和一张展开的纸同时从同一高度下落,观察哪一个先落地;再把刚才的纸团成一团,再让它与重物同时下落,观察哪一个先落地。实验现象引发学生的思考,同样重的纸张为什么有不同的现象?比较两个实验的不同点可以引导学生理解,这是空气阻力的问题。这时提出假设,如果物体只受重力,下落的速度是不是可能与物体的重力无关呢?接着用牛顿管实验来验证这个假设,并建立起自由落体运动的概念。
在其他领域,大至科学理论的建立,小至自行车、台灯故障的排除,在解决问题的方法和思路上基本上都是相似的,即通过观察提出问题——提出假设——用实验验证,有意识地、不断地通过实验教学渗透这种研究问题的方法,能使学生逐渐体会并学会应用这样的途径去思考问题,更有效地寻求解决问题的方法。学习这种重要的方法和能力,对学生是很有益处的。
二、在实验教学中培养科学的观察方法
观察在物理学的发展中起到了很重要的作用,如牛顿定律是从天体运动的观察开始的,观察宇宙射线是研究高能粒子的重要方法。应该重视培养学生观察物理现象的兴趣。很多孩子是怀着深切的期望开始学物理的,他们从日常观察中积累了许多问题,期待在物理课中找到答案。能及时给学生满意的解答,会有利于保持和发展学生的观察兴趣。但多数情况是限于知识准备不足,不能及时解答。这时当然可以说要在学过什么知识以后才能解释。可是,这样的话,一个学生连听几次,观察兴趣就会降低。如果改变一些方法,鼓励和指导学生继续从哪些方面深人观察,作好纪录,同时说明所观察的事物跟哪部分知识有关,现在的观察对将来的学习有什么好处,效果可能好些,更可取的办法是,教师给全班或个别喜欢观察的学生布置观察作业,观察跟讲到的知识有关的物理现象、技术设备以及人们的某些活动等等。
通过物理课的学习应该使学生观察的方法更好些,培养学生良好的观察素养。首先,要求观察的客观性,要实事求是地对待各种观察的材料。其次,观察要抓住与观察目的有关的主要的方面,并且有步骤地、尽可能细致地观察。同时,要使学生了解科学的观察都要有详细的记录,要养成有序、及时记录数据的习惯。坚持在实验中渗透观察方法的教育,一定能逐步培养起学生良好的观察素养,并培养学生成为乐于观察、善于观察的有心人。
三、在实验教学中渗透控制变量的科学研究方法
控制变量的研究方法在规律的探索中经常使用,如牛顿第二定律中加速度与力以及质量有关系,压强与压力及受力面积之间的关系等等。当多个因素同时作用、共同影响某一物量时,就要分别独立地研究其中某一因素的影响,这时就要暂时保持其他因素不变,以便排除其他因素的干扰,更好地研究这一因素与研究量之间的关系,最后再通过综合分析得出规律。欧姆定律的得出就是利用控制变量的方法。电路两端的电压和导体的电阻都会影响通过导体的电流强度,采用控制变量的方法,先保持电路电阻不变,测出电流强度与电压的关系,再控制电路的电压不变,研究电流强度与电阻的关系,最后归纳得出欧姆定律。
控制变量的方法是一种常用的有效的科学研究方法,当学生掌握了这一研究问题的方法后,就可以迁移、应用于其他的研究领域。
四、在实验教学中渗透理想化的科学研究方法
科学的理想化不是无根据的幻想,是在已有的实践基础上,根据逻辑法则,经过推论、判断得出的理想条件下的物理规律,理想实验的方法是一种重要的科学研究方法。客观存在的事物常常具有复杂的多方面的特性,处于多种条件之下。理想化就是突出起主要作用的性质或条件,而忽略了其他次要的性质或条件,理想化的方法能使问题得到简化处理它能更深刻地反映现象的本质。伽利略的斜面实验是物理学史上著名的理想化实验。
小球从静止开始从一个斜面上滚下,它将滚上另一个斜面,后一个斜面的坡度越小,小球就滚得越远。伽利略就在这个实验的基础上提出他的理想实验,从而推动了动力学的发展。爱因斯坦在他的《物理学的进化》中是这样评价伽利略的理想实验的:伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。伽利略斜面实验的卓越之处在于他的研究问题方法,而不仅是实验本身。
论文关键词:科学探究;物理概念;物理规律
论文摘要:本文通过创设学习环境,让学生感受科学探究,形成概念、认识规律,建构物理知识体系,让学生体验科学探究;最后,要通过运用、巩固、深化物理知识,让学生再次经历科学探究。
科学探究是科学家运用一系列科学方法通过一定程序解决自然领域或科学问题的研究过程,其本质是以科学态度揭示大自然奥妙并发现科学真理的思维方式。《物理课程标准》将科学探究作为课程目标与重要内容,旨在使学生通过与科学家相似的研究过程,经历提出问题、猜想与假设、实验设计等一系列感受和体验,在获取知识与技能的同时,形成实事求是的科学态度,激励积极主动的探索精神,提升标新立异的创新能力。
一、感受科学探究,创设学习环境
1.感受科学探究,创设学习概念环境。物理概念是从自然现象、物理事实或过程中抽象出来的,在教学过程中必须把相关的现象或过程展现出来,给学生创设一个学习概念的环境。创设环境有运用实验、联系实际等许多方法,但不管采用什么方法,都必须从被动地接受知识向主动地获取知识转化,体现“提出问题”和“猜想与假设”等“科学探究”要素。例如,运用实验引入摩擦力的概念,将放在桌面上的木块与跨过滑轮的绳子相连接,绳子的另一端悬挂掉盘,盘上放重物,木块在绳子的拉力作用下会运动起来。这时让学生猜想,如果逐步减少盘中重物质量,木块将如何?实验之后,再让学生相互交流,分析论证这是为什么。如此,通过科学探究,加深学生对看不见、摸不着的摩擦力的理解。
2.感受科学探究,创设学习规律环境。物理规律揭示的是物理量之间的必然联系,是客观存在的,人们只能去发现规律,而不能凭主观意志去发明创造规律。因此,物理规律教学必须首先提供一个便于探索规律、发现规律的学习环境,使学生通过观察和感受,有所发现、有所联想,萌发或提炼出科学问题。例如,在导入《闭合电路欧姆定律》时,首先将完全相同的8个“6V、0.3A”小灯泡分成两组分别并联在6V的蓄电池和6V的干电池两端,并在电源两端并联电压表监视电路电压,让学生猜想,接通电源后,两电路电压是否相同?两组小灯泡是否一样亮?根据部分电路欧姆定律,两电压表示数必然相同,两组小灯泡也一定一样亮。实验结果却发现,与蓄电池连接的电压表示数基本没有变化,而与干电池连接的电压表示数降低了2V左右,且与干电池连接的小灯泡比与蓄电池连接的小灯泡暗。进一步启发引导学生寻找两电路的不同,猜想现象原因,发现对电路的研究必须考虑电源内阻,引出考虑电源内阻的全电路定律。
二、体验科学探究,建构物理知识体系
1.体验科学探究,形成物理概念。有些概念是在观察、交流、探究等感受和体验过程中,获得感性认识并对感性材料思维加工而形成的。例如,利用人推车,牛拉犁,手提水桶,运动员举起杠铃,磁铁吸引铁钉等常见现象,引导学生分析论证、抽象概括出力是“物体与物体之间的相互作用”。有些概念则需要通过实验来建立,涉及到科学探究的更多要素。例如,电阻的概念首先引导学生回忆“什么叫导体?有哪些常见的导体?”之后,猜想“导体除了能够导电,对电流是否还有其他作用?”“要研究导体对电流是否还有其他作用,可以用什么方法?”“如果需要实验,应使用哪些仪器与材料?如何设计实验?”通过师生、生生互动制定实验方案。在电源、开关、电流表、小灯泡串联的电路中分别串入铅笔芯与镍铬导线之后,引导学生观察灯泡的亮度和电流表的示数,通过讨论、比较、分析、判断,发现镍铬导线对电流的阻碍作用比铅笔芯大,得出在物理学中用电阻表示导体对电流阻碍作用大小的概念。
2.体验科学探究,认识物理规律探索。物理规律需要学生以科学的态度和对科学探索的浓厚兴趣经历科学探究过程,去发现、思考、探讨。首先是通过发现问题、猜想与假设,设计实验,收集证据等一系列活动,探索事物的内在联系,提供实事求是的科学依据;之后再通过分析与论证、评价、交流与合作,得出结论。整个过程要使学生充分体验科学探究,在获取知识的同时,实现培养科学素养的目标。
3.再次经历科学探究,运用巩固物理知识。要真正理解概念掌握规律,还需要在运用物理知识的过程中再次经历科学探究,进行巩固、深化和强化。一是在运用物理知识解决具体问题的过程中强化科学探究。二是在进行实验设计和仪器教具制作的过程中深化科学探究。三是在探索解决问题的思路、方法过程中活化科学探究。
参考文献:
科学规律的发现离不开科学方法,科学方法既包括经验方法,也包括逻辑方法。归纳和演绎是逻辑方法中两种最基本的方法。英国思想家和科学家培根极力推崇归纳法,而法国科学家笛卡儿则推崇演绎法。实际上,一个物理规律的发现,几乎都会同时综合运用归纳和演绎两种逻辑方法。
从科学发现的方法来分类,中学物理研究的物理规律大体可分为两种类型:
第一类是实验定律。如牛顿定律、动量守恒定律、库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等,它们都是通过对自然现象的观察或者实验总结概括出来的,这个过程主要运用归纳法(也一定程度上用到演绎法)。观察或实验总是有限的,不会无穷尽,所以科学家们总在不断努力创新实验方法,提高实验精度,力图发现与“定律”相悖的情况,一旦出现了这种情况,“定律”将被否定。例如库仑定律中两个研究对象“点”之间的相互作用力与两点间的距离r的平方成反比,科学家不断地用精度越来越高的实验去验证这个结论。实验定律给出了物理量之间的变化关系,但至于“为什么有这种关系”这个问题,可能在物理学史上长期甚至至今都没有找到答案。
第二类规律是用已知的规律通过演绎推理得到的,如动能定理、相对论等。通过演绎得出的规律必须经得起观察或实验验证,才能被确认。例如1916年爱因斯坦用演绎法得出广义相对论,该理论预言大质量的物体会使经过其附近的光线产生弯曲。三年后的1919年日全食期间,人们观察到星光掠过太阳附近时确实发生了偏移,而且偏移值符合广义相对论的预言,英国皇家学会公布了这一结果,爱因斯坦立即成为家喻户晓的名人。
因为无论是用归纳还是演绎方法得到公认规律,都离不开实验,所以人们常说物理是以实验为基础的学科,但这并不意味理论推导不重要。课改前的高中物理教材中,机械能守恒定律多是运用归纳法通过实验得出的。而多种课标试验教材则运用演绎法通过理论推导得出(有人将理论推导称为“理论探究”),之后,教材再安排一节学生实验,验证机械能守恒定律。这样的编排突显了通过演绎发现和实验确认规律的科学方法,蕴含着科学方法教育的内容,教师在本内容教学中,要将教材中隐含的科学方法给学生明点出来,以期达成科学方法教育的目标。
另外,学生在初中已经学过机械能守恒,如果高一再将这个内容安排为一个完整的学生实验探究,则“提出问题”、“猜想与假设”这两个活动便失去了存在的必要,这也是教材用理论推导而不用实验归纳的原因之一。
人教版和粤教版教材在机械能内容上的安排大体是相近的,都是循着“动能――动能定理――势能――重力做功与重力势能变化的关系――动能与势能之间相互转化――机械能守恒定律――机械能守恒定律的应用”的线索来展开的。
二、按教学目标定位处理机械能守恒定律部分教材
一般教师在讲授机械能守恒定律时会运用有两种方法:一种是先让学生自己开动脑筋,提出一定的假设,设计实验,来探究机械能守恒定律,说明教师钟情于归纳法;另一种是按教材的编写,先通过在黑板上进行理论推导,然后再用实验验证,反映出教师钟情于演绎法。不能简单地说这两种方法哪一种更合理,必须考察教师整个教学的思路,如果教师认为学生实验探究能力形成得还不够理想,希望通过对机械能守恒定律的实验探究进一步提高这种能力,先采用归纳法、再用演绎法推导一次也未尝不可;如果教师认为没有必要在本内容教学中突出实验探究,而要学生体验理论推导对科学发现的重要意义,则按教材的结构来展开也是恰当的。
三、优化机械能守恒定律教学的几个策略
《机械能守恒定律》一课属于规律教学课,要按规律课教学的原则合理确定教学策略。
1、灵活组织前备知识的复习
学习本节前,学生已经学过了动能、动能定理、势能、重力做功与重力势能变化的关系等知识,这些都是学习机械能守恒定律的前备知识,学生对这些前备知识的掌握程度直接影响本内容的学习。设计本节教学前,对学生前备知识的掌握程度必须心中有数,如果学生掌握得不够好,遗忘率高,则宜在上课开始时花一定的时间集中复习前备知识,但要注意的是,这种复习不能采取由教师重述一次的办法,而应当适当设置一些简单情景,唤起学生的记忆,由学生说出相关的知识,也可以随着讲课的进度,分散复习各个概念,以减轻学生的疲劳感;如果学生基础好,则不必集中复习前备知识,采用随着新内容的展开分散复习的办法。
2、理论推导的教学策略
理论推导是本节教学的重点,不管学生程度如何,都应让学生自己通过重力做功与重力势能变化的关系和动能定理推导出机械能守恒定律,千万不能由教师一讲而就。
3、突出力和功的分析
机械能守恒定律的文字和数学表述并不复杂,似乎很容易记住,但学生对机械能守恒定律的表征却会是千差万别的,其中最易犯错的是对成立条件的判断,本节新课中,这个难点似乎并不突出,但在以后的综合题解题中,这个问题就会明显暴露出来。所以本节课从一开始,对每一个物理模型或实验都要强调受力分析和做功分析,力求帮助学生形成良好的思考程序和习惯。
一、追根寻源真一点
一个学生学习物理,首先接触到的就是物理定律。因此,怎样搞好物理定律教学,必然是每个物理教师首先要考虑的问题。
在进行某一物理定律教学时,我们有意识补充了大量的与这一定律的建立过程有关的内容,这就是所谓的“溯源”教学。任何一个重要物理定律的建立,都有一个艰辛而漫长的过程。探索定律的工作只所以能成功,这个定律最后只所以能够确立起来,其中一定有很多科学的研究方法和正确的推理思维方式,这些内容毫无疑问是属于物理学科中最重要的东西,是人类一笔宝贵的知识财富,也是我们物理教学的宝贵财富。
在讲授牛顿万有引力定律时,我们从第谷对行星进行几十年的观测积累的大量第一手资料讲起,然后是开普勒在拥有这些数据的基础上,通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律(开普勒三定律),最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释,终于发现了对天上、地上的物体具有普遍意义的万有引力定律。在学习牛顿万有引力定律的过程中,我们还着重向学生介绍了“归纳法”、“理想化”和“间接验证”三种科学研究的重要方法。
在学习欧姆定律的过程中,学生一开始都以为研究通过导体的电流和导体两端的电压之间的关系是不困难的,只要用电流表、电压表再加电源和可变电阻器等组成电路即可。可是我告诉他们,在欧姆那个年代,非但没有电流表、电压表等仪器,连电压、电流和电阻的定义和单位都没有,欧姆所面临的困难之大是可想而知的。他到底是怎样得到这个电学中最重要的定律的呢?学生顿时产生了浓厚的兴趣。在学习欧姆定律诞生过程的同时,我们还结合欧姆的实践,介绍了用图线探究新规律的方法。
此外,我们还结合牛顿运动定律介绍了“理想实验”、“推理”、“实验研究”等方法,结合气体定律介绍了“分析法”,结合能量的转化和守恒定律介绍了“综合法”。使学生比较系统地掌握了一些重要的科学研究方法。有的同学深有体会地说:物理定律是宝贵的,但研究物理定律的科学方法更宝贵。谁掌握了这些方法,谁就能不断地去探索大自然层出不穷的奥秘。
在物理定律的教学中,我们在课堂上经常采用设问的方法,不是直接告诉学生某个定律是怎样建立起来的,而是不断地提出问题让学生去思考,摆出困难让学生去克服,提出任务让学生去完成,制定目标让学生去实现。这样可以有效地发展学生的创造性思维和解决问题的能力。
二、实验研究多一点
物理学是一门实验科学,物理学中的每一个概念、规律的发现和确立主要依赖于实验。因此,在高中物理教学中加强学生实验方面的训练,无疑是提高物理教学质量的一条必由之路。
目前中学物理教学大纲中安排了相对数量的学生实验和演示实验,不难发现,这些实验存在着某些不足,主要表现在下面几个方面:第一,教材中几乎所有实验是为配合所学内容而安排的,目的是帮助学生加深对所学内容的理解,因此学生不易通过这些实验掌握一些重要的实验方法。第二,课本中每个实验的实验原理及操作步骤都讲得十分清楚,学生只需按部就班地完成实验操作即可。这样的实验只能增加学生的感性认识,锻炼学生的动手操作能力,而对学生创造性思维的训练是不够的,也无法培养学生解决问题的能力。第三,目前课本中的实验大多是验证性实验,学生只要学懂了书上的定律,一般都能轻而易举地完成实验。这种安排违反了教育应该走在学生智力发展前面的原则,对培养学生的能力是不利的。针对以上不足,我们对实验教学内容和教学方法进行了改革,使实验教学为发展学生的智力,提高学生的素质服务。在实验内容的改革方面,我们主要采取了以下三条措施:一是增加实验数量。不论是在课堂演示实验,还是在学生实验或小实验方面,平均增加了60%的实验。其中有一部分新实验,学校没有现成的仪器,安排学生自己制作,对学生有较高的要求。二是重视实验误差讨论。物理实验离不开测量,测量是实验科学最本质的东西。从某种意义上讲,结果准确的实验就是成功的实验,反之就是不成功的实验。因此在培养优秀学生的过程中,应该让他们掌握一些必要的实验误差的基本知识。在设计实验方案时,要求学生们尽量消除实验的系统误差;在选择实验器材时要考虑它的精确程度;在处理实验数据时,要采用尽量科学的方法。三是加强重要实验方法教学。在实验领域中有一些重要的方法,比如减小实验系统误差的方法、减小实验偶然误差的方法、实验探究规律的方法、迂回测量的方法等,这些方法不是在个别实验中,而是在许多实验中都有应用,因此具有一定的普遍意义,这些方法一定要让学生很好地掌握。在必要时,我们甚至根据实验方法来安排实验内容,集中安排几个某种方法体现比较典型的实验,这样便于学生深刻领会和熟练掌握某一种实验方法。
三、能力要求高一点
物理习题教学是物理教学的重要组成部分。不论是教师还是学生,都在解习题上花费了大量的时间,因此,习题教学的改革是一个很重要的问题。