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    教研通讯

    番附教研第14期

    番附教研

    第14期

    2017年第 2期(总第14期)(2017年3月 30日)    教导处 物理科主办

    【索引】本期《番附教研》内容

    ★《有感于物理学史在初中教学中的应用》陈冬媚

    ★《也谈液体压强演示实验的设计与改进》 黄圣传

    ★《微课在初中物理演示实验中的应用策略》庾嘉亮

     

    有感于物理学史在初中教学中的应用

    陈冬媚

    物理源于生活,又实践于生活,它是一门既古老又年轻的自然科学。从人类开始有文字记录,就记载了生活中的物理现象和物理原理。古希腊的亚里士多德的《物理学》一书,叙述了当时人们对物体运动的有关知识,北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也阐述了许多物理现象。说它年轻是因为,现代物理学的飞速发展正在影响着人们生产、生活的各个领域,特别是20世纪兴起的电子技术,正在引起一场深刻的技术革命。可以说物理学的飞速发展与人类社会的物质文明息息相关。所以老师教好物理,学生学好物理,无论是对自身还是对社会都有着特殊重要的意义。由于物理学的发展史就是人类认识自然的过程和经历,在物理教学中适当引进物理学发展的历史线索,不同程度、不同时机的向学生介绍展示物理学发展过程中不同的物理观念、思想方法以及相应的实验基础,让学生了解物理发展中的偶然与必然,科学家们的坚韧与顽强以及道路的曲折与艰辛,使学生在思想道德情操方面受到感染和熏陶的同时,也会加深学生对物理学习的热爱和热心,并激发它们极大的兴趣和好奇。结合物理学史进行教学,对素质教育的渗透,创新意识的培养、辩证唯物主义世界观、人生观的形成与确立会有直接积极的影响,无疑是提高教学质量和效率的有效途径之一。

    学习物理学史有助于学生对物理知识的理解和把握。中学物理学习,首先是物理基础知识的学习,而中学物理基础知识包括相互区别又相互联系的两个方面,即物理概念和物理规律。初中物理有大量的物理概念,如力、质量、速度、压强、电流等等,这些物理概念反映了大量物理现象、物理过程等客观事物中最本质的属性,为使学生深刻理解物理概念,并能灵活地运用概念解决问题,让学生全面了解概念的发展史就很必要和重要。比如,力是物理学中最基本的概念之一,初中学,高中学,到大学后继续学习还要讲,但学生总感觉到抽象难懂,理解不深。那么,对力这一自然现象,人们到底是怎样认识的,人们对力现象的认识到底经历了怎样的认识过程,目前又达到怎样的一个水平?其实人们对力现象的认识与我们大家对力的最初的认识是一致的,都是与推、拉、提、压等引起的肌肉紧张、疲劳等主观感觉相联系的。《墨经》中有“力,刑之所以奋也”的说法。刑,指形体,其含义就在于此。难道力就是肌肉紧张、疲劳?肯定不是。这只是人们对力现象的感性认识。到底什么是力?是谁将人们的这一感性认识上升为科学理论?古希腊学者亚里士多德归纳了大量力的现象,提出“力是维持物体运动的原因”,距今已有二千余年,直到十七世纪,牛顿在总结了伽里略、笛卡儿等人的研究成果,提出“力是使物体运动状态改变的原因”,人们对力现象才有了本质的认识。难怪现在还有很多学生在学习力概念时有跟亚里士多得相同的看法,原因就是因为没有透过物理表象,当知道物理这一史实时,学生在学习力的概念时就会有更深的理解,极少犯跟亚里士多德一样的错误。如我在任教初二物理时对两个班级进行不同的教学试验,就有明显不同的效果:一个班级只是按照书上的顺序进行实验和总结;另一个班在课前把编印的关于力概念的历史小知识,让学生自学,在进行课后调查和检测中就有明显的区别,进行过力概念历史不知识学习的班级,对力的概念认识在深刻得多,也掌握得牢。

        结合物理学史可以启发思维和提高学习兴趣。都说“兴趣是最好的老师”,但光有兴趣的作为学习的起点是远远不够的,必须要想办法让学生的这种兴趣一直维持下去。而对于学生普遍认为枯燥、难懂的物理规律学习中,如果结合物理学发展史中的人物和故事,把抽象的规律发现过程如讲故事般形象地展现出来,将人们在探索规律认识规律的经验介绍给学生,对学生的学习不但有着思维上的启发,也大大提高了学习兴趣,增强学习动机。

    如:在学习电磁感应现象时,给学生讲法拉第发现电磁感应现象的故事。1813年,英国皇家研究院主任戴维到欧洲大陆各国做学术访问,带着当时还很不出名的助手法拉第同行,在欧洲大陆的这一年半,戴维会见了当时好多著名的科学家,谈到了科学领域里的许多问题,使法拉第大开眼界,他如饥似渴地吸收各种新知识。1815年4月回到伦敦后,在戴维的指导和鼓励下,法拉第专心致志的工作和学习,很快就成长起来,能独立地在科学前线做研究工作。当时科学家们相信:电流既然可以产生磁场,那么磁也应该能够生电,但是,戴维和法拉第研究了10年,都没有找到用磁生电的办法。虽然这样,法拉第仍然不灰心,他有信心在磁生电上取得突破。

        1831年8月,法拉第做了一个新的装置。他在一个直径为6英寸的铁环的半边,用铜丝绕成线圈,接上电流计;在铁环的另一半也绕了一组线圈,然后接到电源上。“合闸!”法拉第亲眼看到那电流表的指针摆动了。可是,他再定眼一看,那电流表的指针又指向了零,这是为什么呢?法拉第决定断开电源再重新做一下实验,谁知,在断开电源时,指针又摆动了,但是这一次的方向与上次相反。法拉第总想让第二个线圈产生持续的电流,可是实验的结果总是只有合闸和断电的一瞬才能“感生”出电流来。法拉第不但善于实验,更善于思考。他想,使电流感生出来的应该是一个运动着的磁场。于是,他把一块条形磁铁插进空心线圈,电流计上的指针摆动了,磁终于产生电啦。而对比科拉顿的“跑失良机”,错过了磁能生电的发现。这样的史实不仅能使学生对所学的内容印象深刻,同时还会引发学习物理知识的兴趣。通过对物理学史的回顾,使学生消除对已有物理知识来源的神秘感,了解科学技术发展的过程,懂得任何一部分物理知识的获得都离不开实验,可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。

    适当地学习一些物理学史,可以陶冶学生的情操,从物理学家那些高贵的品质中吸收更多的营养。作为科学工作者,勤奋是他们必备的可贵品质之一。追求真理,矢志不移,勤奋一生者大有人在,他们永不满足现有的对自然现象的解释,在十分困难的环境下,坚持追求真理的毅力,更令人钦佩。自学成才的英国物理学家焦尔,自1843年起,用尽四十年的时间进行了四百多次实验,通过电和热的转化,电和机械能的转化,机械能和热的转化等测出了热功当量,特别是1847年的6月,在牛津举行英国科学促进协会的会议上,焦尔报告的用法码下落带动铜制的划水轮分别搅水、鲸脑油和水银的实验,测出热功当量的平均值j=4.203j/cal。在当时的实验条件下,他所测得的热功当量的数值能够保持三十年不作较大更正,这在物理学史上实属罕事,后人不得不为他惊人的耐心和巧夺天工的技术而赞叹。物理学家们的这种坚持不懈地毅力会鼓励同学们立长志,多努力,一定会实现自己的奋斗目标。

    总之,在物理的教学中,有目的的渗透物理学史,是完全必要的,也是切实可行的。

     

    也谈液体压强演示实验的设计与改进

    初二物理 黄圣传

      物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学。其一切现象和规律都源于生活、生产实践之中,所有新颖有趣的实验和新奇美妙的现象都能引起学生的兴趣,激发学生的求知欲,是引导学生探索物理规律,学好物理知识的重要方法。物理实验的教学有其自身的特点,它有别于直观的理论教学,又必须以理论教学为指导。课堂上演示实验教学的成功与否直接影响着教学效果的优劣,因此物理演示实验在物理教学中起着至关重要的作用。在初二物理《液体压强》一课中,教师的演示实验具有一定的难度,也更具有代表性,值得大家参与讨论。

      “演示实验一般是指在课堂上配合教学内容由教师操作表演的实验。”演示实验是向学生提供学习物理概念和规律所必备的感性材料,是培养学生观察能力的重要途径。它对学生的实验操作、实验方法的学习起示范作用,有助于学生深化和巩固所学的物理概念和规律,从而提高学生学习物理的兴趣。液体压强这节课的内容对学生后续学习大气压强和浮力知识将会直到至关重要的作用,同时,初二学生物理的逻辑思维水平将迅速迈上一个新的高度,学好这一节课对教学双方都有着现实层面的指导意义。因此本节课对演示实验的教学要符合下列要求:

      1.演示实验首先必须确保成功性

    演示实验的直接目的是把物理现象复制一遍,让学生亲眼目睹或自身感受到物理现象的效果,同时把产生这种现象的方法告诉学生。只有确保演示成功,目的才会达到。决定演示成功与否的因素是多方面的,首要的是掌握实验的原理,抓住关键。如在体验液体压强这个环节,可让学生佩戴透明薄膜手套深入水桶中,而不是单单用手简单体验,效果相差不是一点点,非常有说服力。又如在课堂讲解液体内部向各个方向有压强时,可先将装有有色液体并各开口处扎有橡皮膜的容器缓慢浸入水槽中,对比观察橡皮膜的变化,而不是先用空的容器浸入水槽中,后装有色液体进去对比。从而让学生很明显地观察到液化压强的存在,也能很清晰的分辨出液体内部向各个方向都有压强。另外,由于演示时采用了投影,故橡皮膜、有色液体的对比度,角度等都要注意调整到最佳效果。如果演示不成功或不明显,学生就会感到困惑和失望,对老师的讲解不信任和失去学习的兴趣。

      2演示现象必须明显、直观,可见度大

    演示实验的目的在于使学生对物理现象有清晰的了解。在进行演示实验时要让全班同学都看见,而且要看清楚。因此演示的现象一定要清楚、直观,可见度大。所用的仪器要足够大,灵敏度要高。仪器置放的位置要达到一定的高度,使全班同学足以看清。个别实验无法满足上述要求时,应让学生“代表”靠近观察,然后由“代表”作实况报告。例如在观察压强计里水面升高或下降的实验中,可以将水染红,并在U型管后面衬一划有横线的白屏作为背景,同时最好标有数字,方便读取差值。还可以将学校实验室演示配套的微小液体压强计自行改装制做成巨型,并有用支架放置,便于操作和学生观察。省去了学生老师一起眯着眼睛找对比。

    3演示的器材结构要简单,操作要方便,推理要简单,突破疑难。

    演示实验简便易行,操作方便,得出结论的推理简单易被学生接受。如在讲微小液体压强计的原理时,可将探头盒子改装一下,即用普通的矿泉水瓶去底部后,套上橡皮膜,替代原有的探头盒子。演示过程中,学生很容易就观察到了橡皮膜--空气--液柱--高度差,这个变化流程,也就接受了老师的讲解,并明白了其中的原理了。另外,我们在讲解到液体内部向各个方向都有压强时,学生的思维空间感不一定能跟上,所以老师可以采用自制简单的演示教具进行讲解,效果也许更好。方法是:购买几节普通的PC塑料管,做成;’L型,在不同位置开口并用橡皮膜套上。学生观察时一目了然,浅显易懂。还有,在推导公式p=ρgh时,学生对液片的概念是完全没有的,也不好理解,多数不能接受。这是教学的重难点。而如果老师采用水槽中的容器内外液体所产生的压强差所造成的橡皮膜的变化,从而很顺利地引导学生理解并进行推导,进而得到公式。这比老师费尽口舌也讲不清楚的液片模型要来得简单多了。这样利用学生身边容易找得到的瓶瓶罐罐来说明物理上的问题,简便易行,同时引起学生的兴趣。使他们感到自己生活在自然科学之中,周围到处存在在着物理知识,增强了亲切感,易使他们接受知识和运用所学的物理知识去分析研究周围的事物。

    通过以上的举例,因为演示实验的优化与改进,使得本节课的很多重难点知识的教学便得以顺利处理,学生的思维也得到了提升,大大降低了教学的难度,更有效地避免了学生过早过多的两极分化,达到了教学的双赢局面。

     

    微课在初中物理演示实验中的应用策略

    庾嘉亮

    (发表于《物理通报》2016第12期)

    摘 要:物理学是一门以实验为基础的科学,而演示实验在引导和培养学生学习物理的兴趣、发现介绍物理规律等方面又是必不可少的。现行的课堂演示实验仍存在诸多不足,如投影分辨率不够高、对稍纵即逝的实验画面无法准确抓取等。本文,作者结合教学过程中的真实案例,阐述“演示实验微课化”的应用策略。

    关键词:微课、演示实验、应用策略

    1 初中物理演示实验的作用及教学现状

    物理学是一门以实验为基础的科学,物理学中的很多理论依据基于物理实验的结果,实验在物理学科的发展过程中起着举足轻重的作用,而演示实验在引导和培养学生学习物理的兴趣、发现介绍物理规律等方面又是必不可少的。演示实验不仅能为学生学习物理创造良好愉快的学习环境,激发学生的求知欲望。还能潜移默化地培养学生的观察能力、思维能力、创造能力和良好的科学态度和作风。中学物理课堂演示实验现存在的不足有:

    1.1 课堂上演示实验的缺位

    许多学校由于实验器材的缺乏,在演示实验教学中只靠在黑板画图、PPT、Flash等形式进行讲解,表现为只注重理论知识的识记,而忽视了这些理论知识的来源,实验呈现缺乏真实性。

    1.2 部分演示实验现象难以观察

    随着计算机的普及以及多媒体技术在课堂上的应用,使得物理现象能够方便、快捷的展示,而深受教师的青睐,但由于实物展台的分辨率和图像转换速度等问题,当观察如温度计、密度计等细小刻度时,或当实验过程进行得较快,现象稍纵即逝时,实验现象就难以被学生观察到。这样一来,不仅起不到好的课堂效果,甚至还会使学生产生一种忙乱、烦躁的感觉和抵触的情绪。

     

    2 微课在初中演示实验中的应用策略

     

    微课,是一种“麻雀虽小,五脏俱全”的学习资源利器。微课应用到演示实验的教学中,能在较大程度上解决以上谈到的不足。由于演示实验微课是以演示实验的实录为主体的微型教学资源,通过局部放大、慢动作重放等处理,可让演示实验的可视化程度得到极大的提高。下面本人结合教学过程中的真实案例谈谈“演示实验微课化”的应用策略:

    2.1 实验可信度比使用其他多媒体手段“讲实验”可信度高

    相比于在演示实验教学中只靠在黑板画图、PPT、Flash等形式进行讲解,用微课呈现演示实验的最大特点是可信度高、可视化程度高。由于是实验录像,画面是真实的,不易让学生对实验的现象和结果产生不信任。

    2.2用高分辨率数码相机取放大、近景画面,解决清晰度问题

    由于使用专业的摄影设备,如高分辨率的数码相机、摄录机,甚至是手机,拍摄出来的画面要比传统的实物投影仪呈现出来的画面清晰度过之而无不及。哪怕是拍摄如密度计刻度这样的近景画面也不成问题,如下图是用手机拍摄的“介绍密度计的演示实验录像”:

     

    (介绍密度计)

     

    (用密度计测量液体密度时的读数画面)

    画面中能清晰地看到密度计的刻度,哪怕是在动态环境下,也能实时捕捉到密度计读数,这是普通课堂上用的实物投影仪难以做到的。

    2.3 用画中画、双屏画面解决同时观察多个操作细节的问题

    既要保持实验的连贯性又要兼顾操作细节,这也是教师平时在使用实物投影仪做演示实验时难以兼顾的。而演示实验微课中的录像由于是事先选好最佳角度,甚至不止一个机位,能直观展示实验操作过程。例如我们可以通过拉近景的方式重点呈现操作细节,也可以通过两个摄录机机位用双屏同时显示仪器读数和操作过程。例如:在探究金属导体阻值与温度关系的实验中(如下图),需要同时观察灯丝加热情况和电流表读数:

     

    (当用酒精灯给灯丝加热时,灯丝温度升高,灯丝电阻增大,电路中的电流减小。)

     

    (当撤去酒精灯,灯丝温度降低,阻值减小,电流重新增大。)

    2.4 用慢镜回放解决高速运动难以观察的问题

     “研究滚摆的运动过程”演示实验中,由于滚摆上下运动速度较快,学生想要看清滚摆运动变化情况不太容易。这时我们采取先对演示实验录像,后期加工时使用“慢镜重播”的手段,可以让学生清楚地看到滚摆的运动过程,从而便于讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的,也便于看清滚摆下降到最低点时滚摆的速度并没有减小,滚摆的转动方向没有改变等现象。微课截图如下图:

      

    (慢镜头重放滚摆下落过程)

    2.5 用标注画线方式辅助分析物体的运动状态变化

    还是以“研究滚摆的运动过程”演示实验为例,为了让学生更清晰比较每次滚摆上升的高度,我们可以在视频中加注横线。如下图:

      

    2.6 提炼知识点,用文字方式呈现在画面中,便于学生利用微课进行自学或复习

    教师在制作演示实验微课时,应事先组织好语言,语句要尽量精炼,重点要突出,把关键文字呈现到微课画面中,能帮助学生更好地领会知识要点,提高课堂效率,也便于学生自学和复习。

    2.7 使用“暂停”播放,便于随时师生互动

    当画面中出现要重点分析的情形时,可及时采取“暂停”播放的策略,让学生有充足的时间观察和进行师生讨论,更好地帮助学生突破学习难点。

        总的来说,演示实验微课是中学物理演示实验教学的有力补充,凭借着其画面真实、直观、清晰,可根据教学者教学需要进行加工等优点,弥补了课堂演示实验的一些不足之处,也可作为学生自主学习的有效教学资源。(课例《研究滚摆的运动过程》网址:http://v.qq.com/page/i/a/t/i0301k662at.html)

     

    3 微课在初中演示实验中的应用案例

     

    微课基本信息      

    知识点名称    探究温度对金属导体电阻的影响

    教学对象       初三学生

    预计上课时间长度       10分钟

    教学目标       通过探究实验,了解温度对金属导体电阻的影响

    教学器材与用具    干电池2节、开关1个、小灯泡1个、电流表1个、导线若干、钨丝一条、酒精灯1个、火柴1盒

           教学环节       教学活动       演示与媒体

    教学过程       1.情景与问题 问题——

    前面的学习我们了解到影响金属导体电阻的因素有材料、长度、横截面积。除了上述因素,还有其他影响因素吗?温度是否也会影响导体电阻的大小呢?       PPT演示

           2.讲解与探究 引导——

    1.通过什么现象可以判断导体电阻发生变化?

    2.如何知道电路中电流的变化情况

    大屏幕切换到教师用实物展示    通过电路中电流大小的变化,可推断电阻的变化情况。

    通过观察灯泡的亮暗变化。如果灯泡变暗,说明电流变小了,进而推断出导体电阻变大,反之,若灯泡变亮,则说明电流变大,原因是导体电阻变小。

                  演示——

    1.介绍器材;(重点展示一下“钨丝”)

    2.连接电路;

    3.钨丝在常温环境下接入电路,观察灯泡亮度及电流表读数。

    4.电路闭合的情况下,用酒精灯加热钨丝,观察灯泡亮度及电流表读数变化情况。

    5.移开酒精灯,让钨丝逐渐冷却,观察灯泡亮度及电流表变化情况。

    实物展示

                  提问——

    当钨丝被加热后,看到什么现象,现象说明了什么?

    当钨丝重新冷却时,看到什么现象,现象又说明了什么?

    解释——

    分子动理论认为,温度越高分子运动越剧烈;因而就增大了阻碍自由电子定向移动的畅通。

    也就是对电流的阻碍作用增大。       PPT演示——

    1.钨丝温度较低时,灯泡较亮,说明电路中产生的电流较大,即此时钨丝的电阻较小。

    2.钨丝温度较高时,灯泡较暗,说明电路中产生的电流较小,即此时钨丝的电阻较大。

    总结,温度越高,金属导体的电阻越大。温度越低,金属导体的电阻越小。

     

    大屏幕出现ppt展示导体内部结构示意图。

           3.应用与拓展 拓展——

    是不是所有的导体都遵循以上规律,即温度越高,电阻越大呢?

    请大家尝试用石墨等非金属材料导体重复以上实验,并观察思考。   

    设计理念与特色    比传统课上演示实验效果更清晰,知识讲解更透彻

    本课简介       本课属《第十六章 电压 电阻》中《第3节 电阻》教材内容的一个补充。

     

    4. 微课在初中演示实验中的应用时的几点建议

    由于此类微课是一个展示实验过程的微课。如何成功有效地展示实验过程,显得尤为重要。在这里提供几点建议,仅供参考。

    4.1 目标要明确,针对性要强

    实验演示的目的可以分为导入新课的演示实验,形成概念、探索规律的演示实验,巩固深化知识的演示实验。不同的目的有不同的教学需求。

    4.1.1 对于用于导入新课的演示实验:应让学生发现问题并进行猜想,创设令学生“捉摸不透”的实验内容,激发学生的兴趣与求学热情。

    4.1.2 对于形成概念、探索规律的演示实验:应让学生经历设计实验、实施实验方案、得到结论的整个探讨过程(操作错误、实验失败的考察、反思,有利于学生创新迁移),使得学生在演示实验中积极发现、思考、探讨,提高科学素养。

    4.1.3 对于巩固深化知识的演示实验:需在教师的引导下,学生对已学的实验原理进行验证、迁移、改良、创造等。

    4.2 以学生为主,让学生参与演示实验微课的操作及录制工作。

    新课标要求突出学生的主体地位,设计此类微课时应注重学生参与,以学生为主,让学生参与到演示实验微课的设计当中,让学生当操作者甚至拍摄者。这样学生的积极性自然会充分调动起来,也增强了学生的学习自信心。

    4.3 突出重点,化繁为简。

    4.3.1 建议恰当标注字幕,突出关键知识,例如刚才提到的“研究滚摆的运动过程”演示实验中,把滚摆上升和下降过程中的能量变化过程用一句话标注在屏幕下方,起到突出重点的作用。

    4.3.2 使用小节策略,把整个微课分为短小精悍的几个小节,严格控制每个小节的时间和容量,既让学生容易理解,又便于学生产生深刻记忆。

    4.3.3 总时长必须控制在10分钟以内,不要追求高大全。在设计过程中,应该对实验内容和本质进行提炼,写好设计,反复斟酌每一句话,争取说清楚一个问题,演示清楚一个现象即可。

    4.4 适时缩放或快慢镜,令实验现象和操作清晰可见。

    对个别实验现象很短、很快,甚至肉眼无法快速捕捉的教学内容,或是像个别仪器的精密读数,通过后期视频加工(用“绘声绘影”等软件可以实现)对其进行适时的放大、缩小,或是画面快进、慢放,可以让实现现象非常清晰地呈现给学生,帮助他们更好地学习。

    4.5 演示实验微课应注意与课堂教学相结合,它只是课堂教学的有力补充,切不可滥用。

    虽然用微课的形式把演示实验呈现给学生能弥补一些现场演示的不足,但切不可滥用。有些教师容易犯的错误是误以为学生看微课就能懂,忽略微课与实际课堂的过渡、衔接,从而没有有效地使用课堂教学时间。教师应在学生观看微课前做好引导,让学生带着问题、带着任务去观看,观看微课后要及时反馈互动。确保微课与课堂教学有效配合,而不是孤立存在。