时间:2023-07-14 17:35:58
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇欧姆定律的推理,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
摘要:物理定律是对物理规律的一种表达形式。物理定律的教学应注意些什么呢?
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。
(6)欧姆定律中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I=U/R或U=IR。教学时应注意:①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言;“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的3个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念,并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I=ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式,要明确它们的物理意义。⑤教师应明确,普通物理学中的欧姆定律公式多数是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否,R=U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义。中学物理课本不把R=U/R列入欧姆定律公式,是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
(7)楞次定律可以采用探究教学法,让学生通过实验得到的结论归纳出定律。教学时应注意:①楞次定律是确定感生电流方向的规律,同时也确定感生电动势的方向。如果是断路,通常我们可以把它想象为闭合电路。②感生电流的磁场只能“阻碍”原磁通的变化,不能“阻止”它的变化。否则就不会继续产生感生电流。“阻碍”或者说“反抗”原磁通的变化,实质上是使其他形式能量转化为电能的一种表现,符合能量守恒定律。③要使学生熟练掌握应用楞次定律判定感生电流方向的3个步骤。④明确右手定则可看作是楞次定律的特殊情况,并能根据具体情况选用定则或定律来判断感生电流的方向。
多年来我一直从事物理教育工作,我认为让学生学好物理并不是最终目的,让学生喜欢上物理才是关键;高分不是关键,高能才是目的。这些年我一直致力于培养优秀学生,并努力探索培养物理优秀学生的一些定性的规律性的东西。目前一些学生家长及学校老师认为要培养优秀的学生,主要靠的是个别辅导及课外小组的研究活动,与课堂教学并无多大关系。我认为这种观点是片面的。实际上一切的研究活动都是以课堂教学为基础的,所以对于课堂教学教师一定要尽心尽力做到最好。比如学生学习物理的时候,首先接触到的就是物理定律,所以我们一定要首先搞好物理定律的教学。物理定律是我们以后做题、实验、推理的主要依据。教学物理定律,不能只是简单地依靠课本,课本上的知识往往比较注重结果,每一个物理定律的成立都有着一个复杂而漫长的过程。我们应该多讲解一些这个定律成立的路程,以及成立的依据,这样学生们会觉得这一个物理定律是活生生的,掌握和应用起来都会更加得心应手。学生掌握了这一物理定律就可以自如运用,能够在实验与试题中应用以后,我们就要引导学生思索这一物理定律之所以成功的原因。它之所以能够确立起来,其中一定有着恰当的思维和推理方式,还有比较合理科学的探究方式,这种探究精神的学习才是最为重要的,才是物理学科教研活动中最重要的东西。这可以说是物理教学甚至是一切的学习活动中最根本的东西。
比如学生在学习电学当中最著名的欧姆定律这一物理定律时,预习以后会觉得欧姆定律非常简单,仅仅认为就是研究通过导体的电流与导体两端的电压之间的关系而已,没有什么困难,不就是运用一定的实验器材,电压表电流表可变电阻器、电源、导线若干、连接一个恰当的电路就可以了吗?当然以一个现代的学生看一切都在情理之中,没有非议。可是我给他们的讲解是,在欧姆那个时代,不但没有电流表、电压表之类的仪器,而且连电压、电流、电阻的定义和单位都没有,欧姆在当时面临的困难是我们无法想象的。他到底是通过什么样的方式,经过什么样的思索获得这一物理定律的呢?这个时候学生的兴趣就被调动起来了。在学习欧姆定律诞生的过程时,我通过电脑多媒体教室等先进的教学设施,大量搜集演示各种可能的实验过程。在最后阶段我根据欧姆的实验方式,简单介绍了可以用图线探究新规律的方式。其实物理定律的教学与学习并不是我们想象的那么简单的,如果记住物理定律只是学会了皮毛而已,能够运用也只不过是为了取得高分,我们一定要让学生们学会思考、学会探究,这种学习精神是物理学习中最为宝贵的,有了这种探究精神就可以不断探索大自然的奥秘。
我听过这样一个笑话:有一位老师在参观一所美国的学校以后对校长说:能否给我们一套你们的教材,以便我进一步了解美国课程的情况。当时校长很为难,没有马上回答。那位老师觉得这校长挺小气的,几本教材还舍不得。可是过了两个星期,那校长突然打来电话说:“教材给你搞到了,马上送去。”结果来的是一个货运卡车,一共10大箱教材———从出版社直接运来的。里面不仅有学生和教师用书,还有光盘和图片等。这时,这位老师才知道为什么那位校长当时没有马上答应。原来对于美国教师而言,一套教材意味着所有的教学用书和教学辅助资料。这是价值上千美元的财产,没准儿经过学区董事会决议才能定。由此可以看出,我国的教育和美国的教育确实有很大区别,单单从观念上来说也是有很大不同的。我们在备课的过程中,一定要把眼光放宽一些,深挖教学资源的潜力,运用优质的教学资源、参考补充。不能仅仅依靠一本教科书和教材,否则太狭隘、太片面。要想让学生学好,我们一定要多参考多学习,一定要让学生学好物理,学会探究性学习。
掌握了非常重要的物理定律之后,我们可以运用定律进行做题和实验探究活动。我们还要注重例题教学,开拓学生的思路,让学生们多多思考,多想解题方法。我们在上例题课的时候,要在重点题型上多做分析,在学生悟不出、想不出的时候,要在物理模型物理原理上多做分析下工夫,教给学生针对研究的问题应用物理模型和实验解决。
学习一定的物理知识做题、应考只是简单片面地学习,尽管这是非常实用的,是学生们在求学路上重视的,但是教师一定不能这样,不能把应考作为目的,而要让学生们爱上物理,具有探索物理教育的浓厚兴趣,对探索过程掌握一定的思维方式与探究方法。这是一个充满乐趣的学习过程,兴趣是最好的老师,有了兴趣,学生都会学好物理。
物理例题的学习是物理学习过程中的一个重要环节,它不仅使学生巩固了所学的基础知识,同时也有利于培养学生的独立思考和自学能力。在教学过程中我们往往只是重视物理问题的解决,而忽略对问题的发现与探究过程。其实发现问题与解决问题是思维的两个互逆的过程,两者缺一不可。发现问题的过程是开发思维的过程,是学生知识构建的过程。因此在这个意义上我们可以说培养学生发现问题的能力正是素质教育,特别是培养学生创新精神的重要途径。
物理例题教学是思维方法的教学,而不是知识的灌输,通过例题教学教师要帮助学生把文字叙述转化为物理情景,建立起物理模型,让学生学会分析,学会抽象,学会概括,学会推理,让学生把所学知识应用到解决实际问题中去,从而提高分析解决问题的能力。学生在解题中容易形成思维习惯,思考问题时受到束缚,不能灵活的把物理规律应用到问题中去。学生经常会说,课听得懂,就是题不会做,原因就是没有养成物理思维的方法。下面我就人教版高中物理新教材中两个例题和同行们做个交流。
一、举一反三,培养学生发散思维
人教版选修3-1第二章第七节学过闭合电路欧姆定律之后,教材为了让学生理解并应用欧姆定律给出了例题1:在图2.7-4中R1=14Ω,R2=9Ω。当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A;当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A.求电源的电动势E和内电阻r。
分析:根据闭合电路欧姆定律和题述的两种情况,可以列出下面两个方程
E=I1R1+I1r
E=I2R2+I2r
消去E,解出r=■
解:E=I1R1+I1r(1)
E=I2R2+I2r(2)
代入数值,得r=1ΩE=3V
这道例题是教材经过精心设计编写出来的,它不仅训练了学生对闭合电路欧姆定律的使用,同时提供给学生如何测量电源电动势和内阻的信息。这道题目蕴含着丰富的教育功能,对培养学生的学习兴趣,提高学生的科学素养有着重要的教育意义。如果教师能够因势利导,根据教材的编写思想,把题目稍作变化,则更能发挥题目的作用,学生的思维也能够得到放射性发散。例如,如下图所示,题目中的电流表换成电压表,还能测出电源的电动和内阻是吗?
题目改过之后难度并没有明显增加,通过学生的探究过程,激活了学生的思路,使学生不仅可以体验知识的形成过程,体会物理学的研究方法,而且培养了学生的认知结构和创新意识。当然题目还可以变化为:如下图所示,把定值电阻换为滑动变阻器,用一个电压表一个电流表能测出电源的电动势和内阻吗?
随着学生思维的发散,学生对闭合电路欧姆定律的应用有了认知情感,并且能够逐步总结出测量电源电动势的方法:(1)可以用一个电流表和两个定值电阻来测量(2)可以用一个电压表和两个定值电阻来测量(3)可以用一个电压表和一个电流表测量。学生在解题的过程中,物理的研究方法得到了渗透,强烈的刺激了学生的探究欲望。
二、改头换面,激发兴趣,巩固新知
人教版选修3-4第十三章第二节学过折射定律之后,教材给出了如下例题:如图13.1-4所示,一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时,从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的点C,C、B两点相距■。求油的折射率和光在油中的传播速度。
甲 乙
分析:在图乙中过直线AB与油面的交点O做油面的垂线,交桶底于N/点。此题是说,来自C点的光线沿CO到达油面后沿OA方向射入空气。折射现象中光路是可逆的,因此如果光线沿AO方向由空气射到油面,折射光线将沿OC进入油中。以AON作为入射角,以CON/作为折射角,由折射定律可以求出油的折射率n.
解:(1)光路如图所示。
(2)由题意知,底面直径与桶高相等,所以图中角r=450,
角i可以计算出sin i=
所以油的折射率n=■=■≈1.6
1.巩固串联电路的电流和电压特点.
2.理解串联电路的等效电阻和计算公式.
3.会用公式进行简单计算.
能力目标
1.培养学生逻辑推理能力和研究问题的方法.
2.培养学生理论联系实际的能力.
情感目标
激发学生兴趣及严谨的科学态度,加强思想品德教育.
教学建议
教材分析
本节从解决两只5Ω的定值电阻如何得到一个10Ω的电阻入手引入课题,从实验得出结论.串联电路总电阻的计算公式是本节的重点,用等效的观点分析串联电路是本书的难点,协调好实验法和理论推导法的关系是本书教学的关键.
教法建议
本节拟采用猜想、实验和理论证明相结合的方式进行学习.
实验法和理论推导法并举,不仅可以使学生对串联电路的总电阻的认识更充分一些,而且能使学生对欧姆定律和伏安法测电阻的理解深刻一些.
由于实验法放在理论推导法之前,因此该实验就属于探索性实验,是伏安法测电阻的继续.对于理论推导法,应先明确两点:一是串联电路电流和电压的特点.二是对欧姆定律的应用范围要从一个导体扩展到几个导体(或某段电路)计算串联电路的电流、电压和电阻时,常出现一个“总”字,对“总”字不能单纯理解总和,而是“总代替”,即“等效”性,用等效观点处理问题常使电路变成简单电路.
--方案
1.引入课题
复习巩固,要求学生思考,计算回答
如图所示,已知,电流表的示数为1A,那么
电流表的示数是多少?
电压表的示数是多少?
电压表的示数是多少?
电压表V的示数是多少?
通过这道题目,使学生回忆并答出串联电路中电流、电压的关系
(1)串联电路中各处的电流相等.
(2)串联电路两端的总电压等于各支路两端的电压之和.
在实际电路中通常有几个或多个导体组成电路,几个导体串联以后总电阻是多少?与分电阻有什么关系?例如在修理某电子仪器时,需要一个10的电阻,但不巧手边没有这种规格的电阻,而只有一些5的电阻,那么可不可以把几个5的电阻合起来代替10的电阻呢?
电阻的串联知识可以帮助我们解决这个问题.
2.串联电阻实验
让学生确认待测串联的三个电阻的阻值,然后通过实验加以验证.指导学生实验.按图所示,连接电路,首先将电阻串联入电路,调节滑动变阻器使电压表的读数为一整数(如3V),电流表的读数为0.6A,根据伏安法测出.
然后分别用代替,分别测出.
将与串联起来接在电路的a、b两点之间,提示学生,把已串联的电阻与当作一个整体(一个电阻)闭合开关,调节滑动变阻器使电压示数为一整数(如3V)电流表此时读数为0.2A,根据伏安法测出总电阻.
引导学生比较测量结果得出总电阻与、的关系.
再串入电阻,把已串联的电阻当作一个整体,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表的示数为一整数(如3V)电流表此时示数为0.1A,根据伏安法测出总电阻.
引导学生比较测量结果,得出总电阻与的关系:.
3.应用欧姆定律推导串联电路的总电阻与分电阻的关系:
作图并从欧姆定律分别求得
在串联电路中
所以
这表明串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和.
4.运用公式进行简单计算
例一把的电阻与的电阻串联起来接在6V的电源上,求这串联
电路中的电流
让学生仔细读题,根据题意画出电路图并标出已知量的符号及数值,未知量的符号.
引导学生找出求电路中电流的三种方法
(1)(2)(3)
经比较得出第(3)种方法简便,找学生回答出串联电路的电阻计算
解题过程
已知V,求I
解
根据得
答这个串联电路中的电流为0.3A.
强调欧姆定律中的I、U、R必须对应同一段电路.
例二有一小灯泡,它正常发光时灯丝电阻为8.3,两端电压为2.5V.如果我们只有电压为6V的电源,要使灯泡正常工作,需要串联一个多大的电阻?
让学生根据题意画出电路图,并标明已知量的符号及数值,未知量的符号.
引导学生分析得出
(1)这盏灯正常工作时两端电压只许是2.5V,而电源电压是6V,那么串联的电阻要分担的电压为
(2)的大小根据欧姆定律求出
(3)因为与串联,通过的电流与通过的电流相等.
(4)通过的电流根据求出.
解题过程
已知,求
解电阻两端电压为
电路中的电流为
一、初中学生物理学习中的问题原因
在日常生活中,不断有家长反映:自己的孩子在小学成绩一直都很不错,可到了初中,特别是到了初二开始学习物理后,成绩一下子就滑了下来,总觉得物理难以学懂。我们在教学过程中也发现,有一些学生吃力地学习了一段时间后,仍不见显著进步,就干脆放弃了学习物理。更让我们感到担忧的是,在中考冲刺时,有些学生会因为在物理课程上丧失信心,影响到了其他课程的学习,甚至就放弃了学习备考。也就是说,因为物理学习中存在的问题,不仅仅是只影响到学生的物理学习,甚至影响到了学生的学习态度。学生在学习中遇到了困难没有得到有效的解决,使得学生学习过程中存在的问题日积月累,一点一点被放大,学生仅有的一点学习热情被一点一点消磨,使得学生把对学习兴趣转移到其他上面,甚至完全放弃了学习。这样也就不难理解学生们在中考时,连最基础最简单的题目也不会做了。作为教育工作者,这样的现象不仅让我反思:初中物理真的有那么难学吗?为什么到了初二因为物理学习的问题会对学生产生这么大的影响呢?怎样才能学好初中物理呢?笔者影响学生物理学习的原因是很多的,可以从学生的生理和心理的角度、物理知识结构的角度、教师的教学过程的角度、学生的学习教程的角度等多个方面来进行分析。本文主要是从学生学习过程的角度来分析学生在物理学习过程中存在的问题。
二、从实际生活中获得的感性材料不足
初中的物理规律多数是从事实中分析、归纳总结出来的。初中学生抽象思维能力不强,感性不足。如果没有足够的能够把有关现象与现象之间的联系鲜明的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,在学习牛顿第一定律时,学生能够从简单的实验分析、归纳总结出来,可以说是一个质的飞跃。但许多学生对牛顿第一定律的文字表述比较陌生,常不能很好的理解定律的含义,这是由于抽象思维不强、感性材料不足而造成的。
三、相关的准备知识欠缺
物理作为一门独立的学科,它肯定有着严密的逻辑体系。掌握物理规律,往往需将以前学的知识作为基础,方能取得良好的学习效果。否则将会给物理规律的学习带来困难。例如,在学“欧姆定律”时,就要联系和综合运用前面的知识作为基础。如电路、电流、电压、电阻等,如果学生在其中某一环节上准备不足,没有很好的理解和掌握,将会使这一规律的学习遇到困难。
四、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运用科学的想象等抽象思维活动。初中学生还缺乏逻辑思维能力、没有形成逻辑思维的习惯。其原因是它们心理发展正处于思维发展的转折期,开始由经验型的形象思维向理论型的抽象思维转化,而这个转化在初中阶段一般来说还不能完成。在学习物理规律时不能顺利的度过而感到困难。往往是因为从经验出发,想当然的看待问题,用事物的现象代替本质,用外部联系代替内在联系,在解释物理现象时“就事论事”,不习惯于运用物理概念和规律进行分析、说理和表述。
五、生活中的错误观念的干扰
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,在这些观念中,有的虽比较正确,但往往有一定的表面性和片面性。这些“先入为主”的错误观念对学生正确地理解物理规律往往起着严重的干扰作用。例如,学生有“运动的物体才有惯性”,“物体运动得快,惯性越大”等这类错误观念,这就给学生在学习惯性时带来了很大的困难。
六、思维定势带来的负迁移
迁移原理是教学中的一条重要原理,正向迁移有利于学生在原有的基础上掌握新知识。但思维定势所起的负迁移却干扰着学生对物理规律的理解的掌握,给物理的教学带来困难。负迁移是指已有知识对新知识的学习产生的消极影响。例如,有的学生总是认为浸在液体中的物体所受的浮力随着深度的增大而增大,理由是由于液体内部的压强是随着深度的增加而增大。产生这一错误的原因是把以前学过的液体内部压强公式P=ρgh与浮力公式F=ρgv混淆在一起,没有弄清两个公式的区别,这是负迁移造成的这种结果。
在中学物理知识的结构中有一些占主干地位的基本规律,这些重点规律教学的成败,对于学生能否学好物理知识、能否运用物理知识解决实际问题,具有关键作用。只要我们能认清学生在学习物理规律中常见的问题,对症下药,引导学生掌握物理规律也不会成为一件难事。
七、解决问题的对策
1.创设便于发现问题、探索规律的物理情境。教师要带领学生学习物理规律,首先在教学开始阶段,要创设便于发现问题的物理环境。初中阶段,主要是通过观察和实验发现问题,也可以从分析学生生活中熟知的典型事例中发现问题,有时也可以从对学生已有知识的展开中发现问题。创设的物理情境要有利于引导学生探索规律。创设的物理情境还应有助于激发学生的兴趣和求知欲。例如,在探究滑动摩擦力与哪些因素有关后我教学生讨论拔河比赛中要取胜应注意那些问题。学生们踊跃发言,讨论得出用力握紧绳子是增大压力来增大摩擦,穿有钉的鞋子是增大接触面的粗糙程度来增大摩擦等。从而更好地掌握了这条规律。
在初中物理教学中,电学是教学中的重点,而电功与电功率部分更是重中之重。如何更好地解决电路方
面的计算题,关键在于电路连接的正确判断。教学实践表明,在解答电路习题中,采用同位点的方法对习
题的理解能够较容易。应用同位点判断电路既简单,又直接,容易让学生接受。
一、初中物理电学
在初中物理教材中,电学部分占有很大的比重。在最新的初中物理教材中,一共有十七个章节,而电学就
占用了四章。在初中物理电学中,电路的分析以及计算的方法贯穿了整个电学,自身又是难点,对于初次
学习的学生来讲感到困难是合理的。在电学中,电路计算的题目种类繁多,题型多样,再加之初中物理中
欧姆定律以及串并联电路不是很好理解,就达不到活学活用的水平,一遇到电路方面的计算题就会感到无
从下手;或是对欧姆定律理解的不清,在解题时,常常忽略欧姆定律的同一性与同时性而解答错误。虽然
电路计算习题的种类比较繁多,题型多样,但只要认真总结,无非就是那几种类型。即单一用电器的最简
便算法、两个用电器组成的串联或并联电路的算法、滑动变阻器引发的电路变化以及多路开关引起的可变
电路的算法等。
二、初中物理电学规律
在初中物理电路计算题中,涉及许多电学电路方面的定律,这些定律在教材中都有所应用,在解题中要善
于将这些定律进行总结归类:
在串联电路中,各处电流均相等;并联电路的特点是干路电流等于支路电流的总和;串联电路电压的特点
是总电压等于支路电压的总和;并联电路电压的特点是总电压与各处电压相等;串联电路电阻的特点是总
电阻等于个支路电阻之和;并联电路电阻的特点是总电阻的倒数等于等支路电阻的倒数和等。这些只是电
路中一小部分定律的总结,学生应该对所用电学定律进行认真的归纳和总结。这样,学生可以在习题中运
用自如,对解答电路的计算题以及选择题有很大的帮助。
三、初中物理电路计算题的解法
初中物理电学中电路计算题在初中物理中是一个重点也是难点。学生不仅要对电路有着清楚的认识,还要
对电学定律有着深刻的掌握。如果能够掌握电学论述计算题,对学生推算逻辑思维以及推理都会有很大的
提高,也能培养学生的创新能力,对高中学习作好铺垫。
在解答电路计算题时,有些学生常常会感到无从下手,不知应该如何解答。其实,只要掌握扎实的电学知
识,对电学定律掌握熟练,就能够对习题的解答有着清楚的思路,解决相关的习题也不再是难点。
在解答电路计算题时,要先看电源的正负极,再看电流的流向。在解题时,要注意几点:在电路图中,电
流表与开关要看成导线,有电压表时要看成是断开的;要注意电路中电键的位置和所处的状态;电路中,
电路有分支,要分析好在什么地方开始分支又在什么地方汇总的。判断电路连接的方式大体可分为串联和
并联两种。但有些电路是混合式的串并联电路。在连接中,若不是串联式的,要分析清楚电路哪部分采用
了并联;如果是混合式的,要分析清楚是以并联为主体还是以串联为主体的连接。如果电路中含有电压表
或是电流表时,要分析电压表与电流表所测量的位置。找出已知量和未知量,要通过电学定律中,欧姆定
律、电路特点以及焦耳定律等,建立起物理量方面的联系。再通过这些联系与已知量构建起解题的思路。
在解题过程中,不必把每一个物理量都解答出来,要根据已知条件,寻找简单快捷的解题思路。只有熟练
掌握电学相关的知识以及定律,才能快速地分析出解题的思路。对电路计算题要认真审题,在审题的过程
中,就要在脑海中形成电路中的一般规律,电学定律的特点等相关的知识网络,尤其以上所说的几点以及
相关的规律。只有对电功率、电流、电阻、电压的基本计算方法以及推到公式应用自如,才不会产生没有
解题思路的问题。
学生要认真分析题目,找出题目中对相关电路的描述。若没有提供电路图,自己要将相应的电路图描画出
来。根据开关的闭合与断开时或滑动变阻器滑片滑动时,题目所提供的几种状态,画出相应的电路图。电
路图对解题的影响很大。在绘制电路图时,要从基本的入手。画法要求横平竖直,不能有任何的曲线。开
始绘制时要按照电流的流向从电源的正极开始绘画,元件的四条边框要均匀分布,可以从美观的角度考虑
,元器件应该画成长方形。画好后,再进行电路中电压以及电流的分析。在分析中,要看电压表断开或连
接时的状态,以及电路中串并联的情况,最后看电压表与谁并联就是测谁的电压。
总之,初中物理学科有着不同于其他学科的思维方式和自己独特的思维逻辑。要想学好初中物理,就要培
养这种思维逻辑。上述所讲的是初中物理中电路计算题的解法,以及在实际应用中总结出的一些小的规律
一、生活经验给初中物理教学带来的负面影响。
1、错误生活经验的存在,造成学生在新知识的认知过程中产生负迁移。
错误生活经验是在日常生活和生产实践活动中,通过个体与外界相互作用而形成的一种非科学的经验。这些经验在形成的过程中没经过科学的思维加工,只是根据事物表面现象作出的主观判断和总结,结论一般是错误的或片面的。正是由于这些经验有这样的缺陷,造成它对新知识的不良影响。
如:拔河是我们都很熟悉的一项体育运动,从这项运动中人们体会到的结论是绳子拉向哪一边,哪一边的力就大.由于有了这个错误的经验,我们在学力平衡的知识时,就出现了麻烦.例如,当起重机吊着一重物静止、匀速上升、匀速下降时,起重机对重物的三次拉力的大小比较.老师在讲解分析时,学生都能听懂,但做作业时又经常出错.又如,在分析推放在水平地面上的物体而没有推动的原因时,学生经常会想当然地认为是推力小于摩擦力的缘故.这些都反映出平时经验的根深蒂固.其实,拔河时,两边的人所用的拉力是一对相互作用的力,是一样大的,胜负的关键在于摩擦力的大小.假如,一个大力士脚穿溜冰鞋站在冰面上与站在地面上小学生进行拔河比赛,胜利属于谁呢?
2、先学的科学知识对后继科学知识的理解和认知产生负迁移。
现代的迁移理论认为:学习的过程是新知识和原有认知结构相互作用的矛盾运动过程。已有认知结构和内容能够对新知识的学习产生消极影响,这也是错误经验消极作用的另一种表现。
如:由欧姆定律得出的导出公式R=U/I,对于这个公式有学生便得出结论:电路中电阻的阻值大小与它两端的电压成正比,与通过它的电流成反比。产生这种错误的原因是由于将先前所学的数学知识僵化地用到现在所学的物理量度公式的分析中,从而失去了物理量度公式的物理内涵。事实上,电阻的大小是电阻本身的一种属性,只与其材料等因素有关。可以用电阻两端的电压和通过它的电流的比求出它的电阻值大小,但它并不是电阻的定义式(定义式为R=ρL/S).在同一电路中当电阻两端电压增大几倍时,通过它的电流也增大几倍,显然电阻值并不与电压成正比,也不与电流成反比。类似的公式还有ρ=m/V,v=S/t等,都是有其物理内涵的。
3、生活经验妨碍创造思维的发展。
学生过多的依赖于过去积累的经验,而忽视对题目殊关系的分析研究。对问题的解答满足于已有的正确结论,而不善于从不同角度去寻求最佳解法,更不能有所创新。
如:如图所示电源电压U=3V , R1=15Ω。先闭合S1,再闭合S2,发现电流表示数增大了0.1A .求电阻R2=?此时,学生会根据已有知识分步求解,当闭合S1时,只有R1接入电路,根据欧姆定律I1=U/R1求出流过R1的电流为0.2A。 当再闭合S2时,R1和R2并联接入电路,电流表测干路电流为0.3 A , 此时流过R1电流仍不变,仍为0.2A 。(由欧姆定律可知)那么此时流过R2的电流为0.1A ,根据欧姆定律求出R2的电阻为30Ω。
实际上学生只要认真分析一下,运用发散思维就会发现电流表增大的值0.1A就是流过R2的电流,运用欧姆定律一步得出R2的电阻为30Ω。这就是学生不会用创新思维解决问题的例子。
二、消除生活经验负面影响的措施:
1、诱发产生正向迁移,遏止形成负向迁移。
为了促进正向迁移的产生,应启迪学生对问题要全面地、多角度地去分析,不要只看到问题的表面或只看问题的片面,就下结论。迁移是一种复杂的心理过程,它受学生本身的主观条件制约,这就要创造条件,因人施教,诱导实现正向迁移。对问题要多假设、多提问,让学生充分参与教学活动,细致分析问题,使学生形成科学严谨的分析问题方法,可避免负向迁移的产生和干扰。
2、深刻领会教材编写者的意图,讲透概念、规律的属性,以防止相互混淆。
为克服先学的科学知识对后继科学知识的理解和认知产生负迁移,必须切实抓好基础知识的教学。对于概念要讲清它的内涵,让学生掌握本质属性;对于定理、定律,要剖析数量关系,赋予它们物理内涵,揭示它们的精髓,为学生的创造思维提供坚实的基础。
3、建构合理的知识结构,增强知识信息地可提取性。
培根说过:"当你处世行事时,正确运用知识就意味着力量。"注重合理地知识结构地建构,是克服生活经验消极影响地前提,生活经验的负效应往往是由于无知和偏见造成的。大脑中有丰富的知识储备,用时才可提取,这是不言而喻的,但大脑里信息量越多,到需要时不一定提取就越快,只有广博而理解透彻的知识信息,组织得有条不紊、有系统的知识信息才具有随时可提取的性质,才容易在需要时迅速检索提取输出,并发挥出举一反三、触类旁通的作用。
4、培养学生正确的解题习惯和掌握正确的解题方法。
【文章一:稳恒电流】
稳恒电流
一、主要内容
本章内容包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法有运用电路分析法画出等效电路图,掌握电路在不同连接方式下结构特点,进而分析能量分配关系是最重要的方法;注意理想化模型与非理想化模型的区别与联系;熟练运用逻辑推理方法,分析局部电路与整体电路的关系
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:不对电路进行分析就照搬旧的解题套路乱套公式;逻辑推理时没有逐步展开,企图走"捷径";造成思维"短路";对含有电容器的问题忽略了动态变化过程的分析。
【文章二:动量守恒定律】
一、主要内容
本章内容包括动量、冲量、反冲等基本概念和动量定理、动量守恒定律等基本规律。冲量是物体间相互作用一段时间的结果,动量是描述物体做机械运动时某一时刻的状态量,物体受到冲量作用的结果,将导致物体动量的变化。冲量和动量都是矢量,它们的加、减运算都遵守矢量的平行四边形法则。
二、基本方法
本章中所涉及到的基本方法主要是一维的矢量运算方法,其中包括动量定理的应用和动量守定律的应用,由于力和动量均为矢量。因此,在应用动理定理和动量守恒定律时要首先选取正方向,正规定的正方向一致的力或动量取正值,反之取负值而不能只关注力或动量数值的大小;另外,理论上讲,只有在系统所受合外力为零的情况下系统的动量才守恒,但对于某些具体的动量守恒定律应用过程中,若系统所受的外力远小于系统内部相互作用的内力,则也可视为系统的动量守恒,这是一种近似处理问题的方法。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:只注意力或动量的数值大小,而忽视力和动量的方向性,造成应用动量定理和动量守恒定律一列方程就出错;对于动量守恒定律中各速度均为相对于地面的速度认识不清。对题目中所给出的速度值不加分析,盲目地套入公式,这也是一些学生常犯的错误。
【文章三:质点的运动】
一、主要内容
本章内容包括位移、路程、时间、时刻、平均速度、即时速度、线速度、角速度、加速度等基本概念,以及匀变速直线运动的规律、平抛运动的规律及圆周运动的规律。在学习中要注意准确理解位移、速度、加速度等基本概念,特别应该理解位移与距离(路程)、速度与速率、时间与时刻、加速度与速度及速度变化量的不同。
二、基本方法
本章中所涉及到的基本方法有:利用运动合成与分解的方法研究平抛运动的问题,这是将复杂的问题利用分解的方法将其划分为若干个简单问题的基本方法;利用物理量间的函数关系图像研究物体的运动规律的方法,这也是形象、直观的研究物理问题的一种基本方法。这些具体方法中所包含的思想,在整个物理学研究问题中都是经常用到的。因此,在学习过程中要特别加以体会。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:对要领理解不深刻,如加速度的大小与速度大小、速度变化量的大小,加速度的方向与速度的方向之间常混淆不清;对位移、速度、加速度这些矢量运算过程中正、负号的使用出现混乱:在未对物体运动(特别是物体做减速运动)过程进行准确分析的情况下,盲目地套公式进行运算等。
【文章四:原子原子核】
原子原子核
一、主要内容
本章内容包括α粒子散射、能级、天然放射性现象、α射线、β射线、γ射线、核子、中子、质子、原子核、核能、质量亏损、裂变、链式反应、聚变等,以及原子核式结构模、半衰期、核反应方程、爱因斯坦的质能方程等规律。
二、基本方法
本章所涉及的基本方法,由于知识点相对分散要加强物理现象的本质的理解。运用逻辑推理的方法,根据已有的规律和事实、条件作出新的判断。核能的计算对有效数字的要求很高。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:各个概念、现象混淆;对多种可能性的问题分析浅尝则止;计算不过硬。
【文章五:电磁感应】
一、主要内容
本章内容包括电磁感应现象、自感现象、感应电动势、磁通量的变化率等基本概念,以及法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法,要求能够从空间想象的角度理解法拉第电磁感应定律。用画图的方法将题目中所叙述的电磁感应现象表示出来。能够将电磁感应现象的实际问题抽象成直流电路的问题;能够用能量转化和守恒的观点分析解决电磁感应问题;会用图象表示电磁感应的物理过程,也能够识别电磁感应问题的图像。
自学能力是一个人获得知识和更新知识的重要能力,也是一种基本素质。教师不但要向学生传授知识,而且更要教给学生学习的方法,以及研究问题和解决问题的方法,培养学生自我获取知识的能力。下面就初中物理教学过程中自学能力的培养谈两点建议:
一、充分利用物理课本培养自学能力
初中物理教学大纲明确指出:“自学能力对每个人都是终身有用的,阅读是提高自学能力的重要途径。培养学生的自学能力,应从指导阅读教科书人手,使他们学会抓住课文中心,能提出问题并设法解决,还应鼓励学生进行课外阅读。”具体说来,我们可以从以下几个方面着手:
首先,通过演示实验等为学生阅读教材创造条件。学生自学必须要有时间作为保证,现在中学的科目繁多,各科作业也很繁重。这就要求我们教师必须改革教学方法,指导学生花时间深入探讨,独立思考,在分析习题的过程中探索其规律,使自己在解题的实践中逐步地掌握其思路和方法。例如在上《欧姆定律》这课时,教师只通过演示实验讲清电流跟电压的关系,至于电流跟电阻的关系以及归纳得出定律,尽可以放手让学生自己通过实验进行分析比较、归纳和阅读课文后得出结论,然后加以小结。这样,既可以在课堂上让学生有时间阅读课本,又可使学生自己动手实验、思考、讨论和研究问题,更可促使学生去认真钻研教材。
其次,根据物理教材的特点,加强阅读指导。物理课本在表述方面既有文学“语言”,又有数学“语言”(公式、图像),还有实验“语言”(插图、照片)。看这样的书,既要懂得文字表述的意思,又要理解数学的计算及其含义,有时,还得 画图等等。例如:物理公式是用数学“语言”来描述物理规律的一种数学表达式。初中学生不易看懂,也往往把它当做代数来看待。这就需要教师一开始就要把公式做些处理以帮助学生去弄清含义,如将欧姆定律I=U/R公式“译”写成“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”等等。然后,学生还要了解掌握公式的物理意义、适用条件、各物理量的单位以及单位公式的变形等。另外,课本中还常有一些晦涩的物理术语比较难懂,学生刚开始接触时是有一定困难的,教师必须用心地加以引导,通过这样的训练就能逐步地提高他们的自学能力。
最后,引导学生养成预习的习惯,逐步培养自学能力。初二开始上物理启蒙课时,教师就应该向学生提出“以课本为主,课前要预习,要学会读书”的要求,并结合教学提出具体要求。例如:①看完一节(或一段)课文后要了解这节(段)课文讲了什么物理现象?某个实验是怎样进行的,说明什么问题?②这一节(段)讲了什么物理概念和规律?这些概念和规律是什么意思?在日常生活、生产实际中有哪些实例?③在阅读课本的过程中,还要经常提些“为什么”?并要设法解决。④看完了课文后,有什么不懂、不理解的问题?并把不懂的、有疑问的问题记在笔记本上,以便上课时认真听讲,或向老师提问。此外,在每上完一个单元后,还要引导学生自觉认真地进行复习,要求他们再进行一次全面阅读,在阅读过程中指导他们前后联系,纵横对比,将知识系统化、条理化,形成完整的知识结构,并进一步理解概念的内涵和外延,明确公式和定律的成立条件和适用范围,使之做到理解知识,并融会贯通。总之,培养自学能力是物理教学的战略任务之一,而提高阅读能力是培养自学能力的起点。因此,在平时的物理教学中要充分调动学生阅读课本的积极主动性,加强指导他们阅读课本,让学生在自己的阅读中独立地感知、理解教材。通过经常性训练,学生逐步地学会自我学习的方法、研究问题和解决问题的方法,以及在训练中不断提高自我获取知识的能力。
二、在自学过程中激发学生积极主动思考,从而培养他们的理解能力、分析综合能力、推理判断能力等
可以说,自学能力的培养过程就是学生理解能力、分析综合能力和推理判断能力培养的过程。关键是要使学生有正确的学习态度、良好的学习习惯、踏实的学习作风。老师要重视物理概念和物理规律的指导,使学生学会运用物理知识解释物理现象、寻找物理模型,进行独立分析和解决实际问题。
我在这方面的一点体会就是倡导学生在自学的过程中培养积极化思维。所谓积极化思维,就是在学习过程中学生认真理解概念和规律,通过可以获得的具体“动作”进一步把概念变成自己的东西,以便再见到该概念和规律时能够形成反应,我们把这一过程叫做概念和规律的积极化,把概念和规律等不断进行积极化称为积极化思维。例如,理解惯性概念时,教师应要求学生寻找物理模型,如摩托车撞墙时,司机为什么会飞出去?人跑步时为什么不能马上止步?通过多种模型构造,便可以较完整地理解概念,这就是积极化思维。一般来说,学生总是把所学的概念、规律和应用脱节,所学的概念和规律不能够应用到实验和解题中去。这在其他的学科中也可以看到(例如,学生能较容易记住一个英语单词的拼写,但在阅读时却注意不到这个词的意思,在写作时却想不起用这个词以及怎么写)。出现这种情况的根本原因就是学生对概念和规律等没有真正掌握。正因为这样,我们在教学过程中应该要求学生利用课余时间对所学概念和规律进行积极化思维,对概念和规律的来龙去脉进行了解,构建一些模型进行推敲,在反复的探索中培养积极化思维能力,也就是培养了理解能力、分析综合能力、判断推理能力。
总之,在物理教学中培养学生的自学能力,不仅有利于学生对知识的消化,更重要的是有利于学生学会自主学习,学会探索,有利于科学素养的形成。
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关键词:研究性学习模式课题教学改革
研究性学习的含义,可以有广义和狭义两种理解。从广义理解,它泛指学生探究问题的学习,可以贯穿在各科、各类学习中。从狭义理解,它是指学生在教师指导下,从自生生活及社会生活中选择和确定研究专题,以类似于科研的方式获取知识、应用知识、解决问题。我们所指的“研究性学习”是广义的,是依附于高中教材知识体系进行的探究性学习活动。
杭二中从99年开始招收省创新教育实验班,本着培养学生创新能力的目的,在教学中,我们大胆突破原有教学模式,在课堂教学中采用研究性学习的方法,取得了较好的效果。
一、为什么要进行研究性学习
实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育,重要的着眼点是改变学生的学习方式
学生知识的获得、能力的提高、行为习惯的养成,归根到底是学生学习的结果。所以,学校教育需要关注的重要问题是要让我们的学生形成怎样的学习方式。
在原有教育、教学条件下,许多学生的学习偏重于机械记忆、浅层理解和简单应用,仅仅立足于被动地接受教师的知识传授。这种学习方式十分不利于学生创新精神和实践能力的培养。针对这一状况,当前教学改革的一个重点是通过教学目标、内容和途径方法的调整,帮助学生改变原有的单纯接受式的学习方式,在开展有效的接受学习的同时,形成一种对知识进行主动探求,并重视实际问题解决的主动积极的学习方式。
在研究性学习的过程中,教师起了组织、指导作用,在时间安排上更多的是学生的自主性、探索性学习活动。这样的教学活动显然与被动接受教师知识传输的学习方式不同,对于学生创新精神和实践能力的培养也较为有利。
二、研究性学习的目标
研究性学习的目标,总的来说是以下五个:
1、综合应用所学物理知识
在研究性学习的整个阶段,培养学生充分和恰当地运用所掌握和理解有关物理知识和原理的能力。
2、培养信息收集和处理能力
从认知心理学信息加工理论的角度看,学生开展学习的过程,实质上是信息处理过程。研究性学习过程中能有效地获取和利用各种科学信息,并能分析研究过程中的思想、
方法和结果,用确切的科学语言加以完整和系统的表述。
3、掌握科学探索的方法,培养创新精神
研究性学习,能培养学生用较熟练地运用一整套科学研究方法进行探索,并把整个过程中各种有价值的想法结合起来,体现对科学方法的应用。
另外,研究性学习强调通过让学生自主参与、积极参与类似等科学家探索的活动,获得体验,逐步形成一种在日常学习与生活中喜爱质疑,努力求知的心理倾向。
4、使学生学会沟通和合作
现代科学技术的发展,都是人们合作探索的结果,结合的人文精神弘扬也把乐于合作、善于合作作为重要的基石。学生在研究性学习中,总是在合作讨论中进行,这样可使学生在亲自体验中认识合作的重要性,也可使学生懂得尊重别人。
5、掌握科学的技能
如自己设计和有条理地实施一个有效和简单的研究课题,研究中进行细致和有目的的观测,并能对这种观测结果做出有科学分析的评估。
三、研究性学习的内容
目前,很多学校实施了教学内容主要以课外活动为主的研究性学习课程,获得了很大的成功。我们在实施研究性学习过程中,教学内容没有脱离课堂知识的教学,教学内容以书本知识为基础。也就是说,我们学生的探究活动依附的知识体系是以高中物理教材中的内容为主。
四、教学模式
教学模式的流程如下:
特别需要强调的是,在我们的教学模式中,提出问题(课题)是由学生教师共同来进行的,因为我们认为,发现问题、提出问题是创造性思维的开始,是一种很重要的能力,要十分重视这种能力的培养。
五、研究性学习的课型实例
1、问题探究型
这类课型是非专题型的,是由学生在自学教材过程中发现问题、提出问题,通过组织学生对问题的探究讨论,完成研究性学习。
比如在学生自学完牛顿定律、动量及动量守恒定理后,让学生提出问题,沈学挺同学提出:动能与动量有什么区别?为什么动量用mv而不用(mv)3表示?张宗杰同学提出:动量守恒定律是否在任何状态下适用?我认为并非任何状态下适用如:一对正电与负电子,作为一个系统,都有动量,但碰撞后湮灭,质量为0,动量也为0,动量不守恒,这如何解释?叶陶冶同学提出:是由动量守恒定理推出牛顿定律,还是牛顿定律推出动量守恒定律等等问题。
从这些问题中我们可以看到:在提出问题前,学生对课本知识有一个比较深入的了解,在自学过程中,学生也看过一些参考书(不是指习题集之类的参考书),对整个知识体系有了一个较完整的认识,经过考虑,提出了一些问题:比如张宗杰同学提出的电子湮灭事实,他知道电子有质量有动量,一对正负电子动量可以不为零,生成光子后,他了解到光子无质量,由此推出光子无动量,并由此推出动量不守恒,但是有的参考书上指出动量守恒定律在任何时候都是守恒的,他感到很矛盾。这一问题一提出,学生们就开始讨论,最后,学生们认为:只有光子有动量和能量情况下,才能在这一过程中,动量动能都守恒。最后,我告诉他们:光子有动量,也有能量。最后,教师可以向学生推荐一些有关书籍,让他们有一个深入学习的机会。
再看叶陶冶同学的问题:是由牛顿第二定律推出动量守恒定律,还是动量守恒定律推出牛顿第二定律?可以看出,她在问这一问题前,已经对整个力学知识体系有一个较清楚的认识。她问的这问题,归根到底是力、质量重要还是动量更重要?她对此有疑问。这一问题其实涉及整个物理学的基本概念问题,在经典物理中,以物体质量、力来展开物理学知识体系,而从现代物理的角度看,在描述物质运动与相互作用时,动量、能量的概念要比力的概念基本得多。这时,可以向学生介绍一些现代物理知识,介绍一些现代物理知识书籍给学生去钻研。同时,以动量、能量为基本概念来展开整个力学知识体系,并向学生介绍有关内容。这样一讨论,一方面可从现代物理学角度来看经典物理学,又为经典物理开了一个窗口到现代物理学,有利于学生提高学习兴趣,提高他们的认识水平。
类似问题还有很多。通过对这样一些问题的讨论,一方面提高了学生自学能力,另一方面也可以提高学生对物理学知识的认识水平。
从实施的例子中,读者可看出实施的过程是:①布置自学②学生提问③课堂讨论④形成结论及评价。
这里涉及学习成果的评价标准,我们认为可以这样评价:①看学生问题的水平。比如:动量与冲量的区别是什么?这种常识性的问题就是低水平的。前面所讲:是牛顿定律推出动量守恒还是动量守恒推出牛顿定律?这应得到较高评价,因为这涉及到物理学基本量的问题。②看学生的认识有无提高,知识面有无扩展。
2、规律发现型
物理定律是物理学中的重要组成部分。如果将物理学比作一幢庄严雄伟的大厦,那么物理定律就是这幢大厦中的一根根柱子。
物理定律是人们通过对自然现象的研究,采用归纳、分析、综合、类比、理想化、推理、演绎验证.图线探索等多种科学方法进行加工、提炼得到的对自然规律的描述。
每一个定律的得到,经历了许多艰苦曲折的过程,而中学教材中对定理教学处理过于简单,使学生认为定律得出很容易。这样的定律教学,使学生得不到科学思想、科学方法的教育.我们在教学中采用“溯源法”,在当年科学技术水平上,来学习和探讨某个定律是如何建立的,使学生在学习物理定律过程中,懂得如何用科学方法去探索无穷的新奥秘。
下面就是我们在教学中的两个教学实例。
(1)欧姆定律的教学
我们先把欧姆当年发明的电流扭力称的资料介绍给学生看,过一段时间,在他们看懂了的基础上,拿出欧姆当年的实验数据(数据附后)给学生研究(即使此时学生已学过欧姆定律,给他们讲要研究欧姆定律,他们一般也不会想到要得出的就是,他们会认为另有规律可找)。让学生在一定的时间里去研究这些数据的规律.一般的学生都能在给予足够长的时间里给出数据的规律。这时候,再让学生总结一些处理数据的方法:(1)画物理量之间的(x,y)图,根据图线规律,猜测y—x关系,(2)把估计的关系式化成线性关系,y=kx+b,根据代换后的变量数据作出y-x图,如得一直线,则就得出物理量之间的关系(如不是直线则再试),(3)最后再求出斜率和截距,就可以得出y和x的确切关系。
(2)开普勒第三定律的教学
首先让学生从资料中查找出太阳系九大行星的轨道半径和绕日周期等数据,再让学生找出它们的规律。有了欧姆定律的学习,学生在查到有关数据后,很容易得出了RT2/3
a1/R2(前者是开普勤第三定律,后者为万有引力平方反比关系)。
通过这两个定律的教学,学生自然就明白了通常数据处理方法.以后碰到一大堆实验数据也就不会感到无从下手了,他们会很自信地去处理这些数据,并最终找到关系。
这种教学方法比单纯地从书本中得出物理定律,一方面学生会感到有趣得多,另一方面,学生在处理数据后会有一种成就感,从而进一步激发他门的学习兴趣.
3、实验课题研究型
实验课题研究对培养学生以创新能力的巨大作用,因为它本身就是一个从已知到未知的探知过程。
作为一种新的教学和评价方式,实验课题研究具有以下几方面的意义:
①巩固和加深对所学物理知识的理解与掌握。
②全面培养学生发现问题,从实际中抽象出模型,并用一整套科学方法加以解决的能力。
③全面培养学生科学地收集、处理、分析和表述有用信息的能力以及相互交流协作的态度。
④培养学生对未知和不知事物和现象的好奇心和探求心,在解决问题的过程中培养学生克服困难,锲而不舍的精神,并从中获得一种意志、个性上的自我完善的满足感和愉悦感。
我们在创新班的教学中,也采用了这种教学方式。下面,就举一个例子,从中可以了解整个课程实施的过程。
首先,让学生自己讨论提出课题,在学生提出的课题中,教师可以提供一些参考意见,经过学生讨论,最后,确定研究课题。学生所选的一个题目是《在纸上划出的铅笔划线导电性能的研究》。单从课题来看,就是测划线的电阻,但是这个电阻是多少,如何研究导电性能的方案却不太好确定。我们先把课题布置给学生,让学生利用课余时间去讨论,以便确定实验方案。
过了几天,把学生的实验方案收上来。我们仔细研究了学生的实验方案后,发现学生的实验方案各组不尽相同,有的是研究铅笔笔芯划痕电阻与划痕长宽厚的关系,有的是研究其电阻的热稳定性,又有的是研究铅笔划线的电阻率与铅笔芯含碳量的关系,又有的是找出铅笔划线的平均厚度与铅笔划线电阻率的关系等。接着学生根据自己的实验目的,提出实验原理,根据实验原理找出所需实验仪器,并设计出实验方案。从学生的方案来看,学生是经过较长时间考虑的。接下来,让学生把每组同学的方案在班上进行讨论,接着再进一步完善。下面就两组学生的实验过程作一个分析。
甲组同学的方案及实验过程:他们取某一型号铅笔,先假设划线电阻及铅笔芯的电阻率与碳相同,然后估计划线的电阻,但他们在估计电阻时,发现很难确定划线厚度。所以,他们首先采用取一小段铅笔,测出这一小段铅笔芯体积,在一张纸上把这一段笔芯全部涂上,并认为划线密度与铅笔芯的密度相同,则估算出划线厚度为10-7m左右。这样他们就估计出了划线电阻。根据划线电阻,他们选择所需仪器.如电源、电压表及电流表等。接着他们采用控制变量法,分别改变电压、划线宽度、厚度、长度和铅笔芯硬度来进行多次测量。得出各次测量电阻率在10-3——10-4国际单位左右,他们认为,他们已得出结论:对于铅笔划线,电阻定律也适用。
乙组同学的方案及实验过程
他们与甲组同学一样,先估计出划线电阻,再选择实验仪器。但他们与甲组同学不同的是:他们认为划线电阻太大,而造成电流表很难选择,而选用伏安法则难以避免系统误差,故他们选用电桥法,刚开始,他们对器件要求过高,但我告诉他们学校所具备的仪器,他们最终选择了惠斯通电桥法。接着估算划线厚度,他们假设划线电阻率与石墨相同,再测划线电阻及长度、宽度,再估算厚度,发现厚度只有10-8米左右,也就是只有不到100层左右原子厚度,这看来是不可思议的。接着他们经过调查,铅笔并不全由石墨构成,铅笔芯中还混有黏土,所以他们认为石墨与铅笔芯电阻率不同,因此他再次测铅笔芯电阻率,发现两者确实不同,故他们用测得的铅笔芯电阻率估算出了划线厚度。但他们还不放心:他们怀疑笔芯与划线电阻率不同。所以他们采用甲组同学方法测划线厚度。他们发现后来两次测得的划线厚度不一致,也就是笔芯与划线电阻率不同,而且划线电阻率比笔芯要大许多。他们采用不同型号铅笔重做以上的试验,划线电阻率总是比铅笔笔芯的电阻率大许多(1个数量级)。他们认为采用硬度大的铅笔,划线密度与铅笔笔芯的密度有差异,也就是电阻率有差异,这个结论可以理解,但采用比如6B铅笔笔芯,划线致密性与笔芯的密度相差不多,笔芯电阻率也应与划线相差不多,因此,他们想到导线与划线的电连接问题。所以,他们对实验数据进行分析后认为,电连接处有电阻存在,如果考虑这一因素,电阻定律就能更准确得到验证。所以他们查阅有关电工学知识,发现两种材料在电连接时确有接触电阻存在,故此,他们恍然大悟,笔芯电阻率比划线的电阻率小是由于接触电阻的原因。接下来一切都顺理成章了,他们根据所测得的数据估计出接触电阻为104欧姆数量级
从上面过程分析可以看出,实验课题研究的步骤如下:
①提出课题并对所需解决的课题进行初步分析。
②收集有关资料、信息。
③设计实验研究步骤。
④选取必要的装置器材。
⑤实施实验研究方案,保持观察记录,记下每个阶段的分析、思考,必要时对原方案进行修改。
⑥对实验结果进行最终的分析评价。
最后,这里还涉及一个评价问题:从学生的实验过程来看,他们都取得了一定的成功,他们通过这一课题研究,对整个实验研究过程有了一个切身体会,对如何设计实验,如何调整实验方案等,有了一个很清楚的认识。这与原来的实验教学相比,无疑学生从中学到了更多的东西,对他们以后进行科学研究等实际工作有巨大的引导作用。当然,这两组实验也有不同之处,第一组只是验证了电阻定律,而第二组同学在验证电阻定律的基础上,还发现了接触电阻,并测出了它的大小。这本身就是一个科学发现,因此,这一组应得到较高评价。
4、概念建构型
概念建构型学习方法主要通过理论性课题研究来建构概念。理论课题研究是我们最先开展的研究性学习方法。作为研究性学习,不仅仅是从实验中得出一些东西,也不仅仅是从课本中学到一些东西。理论课题研究,可以提高一些比较优秀的学生,严密的理论研究能力(包括逻辑推理能力,联想能力,查阅资料能力等),另一方面也可以使培养学生撰写论文的能力。
我们做的第一个理论课题研究的题目是《摩擦力的本质》。有关摩擦力的本质,大多数课本包括大学课本都未涉及,所以大多数学生只知道摩擦力与电磁力有关,而确切的原因并不清楚。
这个研究课题布置后,教师先给学生几天时间,学生充分利用图书馆,电脑网络,新华书店等他们可以利用的资料来源,展开调查;另一方面,他们利用查到的有用资料,对摩擦力的本质进行思考推测想象。
在这期间,教师可以不定期向学生了解研究进展,如果有的学生找不到资料,教师可以对他们进行指导,并推荐资料给学生看。
当过去一段时间后,可以把学生分成几个组,让他们在组内进行讨论,并在一个组内形成一个较为统一的看法,每一个组再派一位同学为代表,在课堂上做专题发言。每一个同学发言后,其余同学可以提问,也可以提出不同意见。等每一组同学介绍并讨论完后,教师可以作一个总结,而后布置学生写有关摩擦力的小论文。(附学生论文二篇)
从研究性课题实施以后,取得了较好的教学效果,这可以从学生的小论文中可以看出来:他们对摩擦力的本质有了一个较为深入的认识。在较高层次形成了摩擦力的概念,同时,学生也体验了理论研究的过程。
以后,我们又多次布置理论课题给学生做,他们都表现出强烈的兴趣,在一定的时间内都能完成。这极大地拓展了学生的视野,提高了他们的知识水平。
六、关研究性学习的两点思考
1关于研究性学习的课题安排
课型实例中除第一种课型外,其它三种均带有专题性,是课题型的学习。把课题研究型学习融入一般的课堂教学中,是当前实施研究性学习的一个难点。我们用结合知识的发展进程、采点选择研究课题的方法,突破了这一个难点。从我们实践的结果来看,依附于教材知识系统进行研究性学习是完全可以实行的。
一、产生台阶的原因
首先,初、高中学生在心理及认知上存在着巨大的差异。初中学生的思维正处于由具体形象思维转向抽象逻辑思维的发展阶段。随着年龄的增长,抽象逻辑思维逐渐占主导地位。因此,初中学生在学习知识、概念、规律时,往往以记忆为主,并且需要具体形象来支持,需要教师举例子、打比方。而高中学生的抽象逻辑思维已得到较好的发展,他们能对比较复杂的问题从理论上加以分析和概括,并能主动把所学知识应用于实践,因此高中学生的思维具有较高的抽象性和逻辑性。
其次,初、高中物理教材在编写方式及内容要求上存在着巨大的差异。初中物理注重学生的感性认识,重记忆、重静态的描述,内容浅显直观,以定性分析为主,并且图文并茂。由于先入为主,给学生造成了一定的思维定势,这为以后的高中教学带来了一些障碍。高中物理注重学生的理性认识,重理解、重动态的描述,并以定量计算为主,物理概念相对抽象、严密,在对数学工具的应用上也有很大幅度的提高,并且对逻辑思维能力要求较高,这样一来就形成了强烈的反差。
最后,许多学生在升入高中之前,就已经通过不同渠道了解到高中物理难学,升入高中之后,自然在心理上形成了一种恐惧感,特别是对于部分女同学,由于受错误观点的影响,认为女同学天生不会学物理,所以干脆放弃。
二、消除台阶的措施
首先,把握好初中物理与高中物理知识的衔接点,形成知识的可持续发展。现行教材的知识编排是根据学生的认知水平逐渐上升的。初中教师应明确初中的许多物理概念是不严密的甚至是错误的,应该正确看待这些概念,高瞻远瞩,弄清知识的来龙去脉,避免照本宣科或讲解不当。例如:在初中物理教材中,速度的定义为物体在单位时间内通过的路程。这时,教师应讲清楚这个定义是对于物体作匀速直线运动而言的,由于物体在各个时刻运动的快慢和方向是相同的,因此任意时刻的速度都等于整段时间内的平均速度。对于物体作变速运动,物体在各个时刻运动的快慢和方向是不同的,这样定义出来的速度只能是平均速度。这样一来,为高中物理学习瞬时速度、平均速度打下了良好的基础。
还有,在初中物理学习过程中,由于种种原因,学生往往在认识上会形成许多误区。例如:许多学生认为摩擦力总是阻力,总与物体运动方向相反。这时,教师应该给学生讲清楚摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势,不一定和运动方向相反。例如:人在走路时,就是依靠地面给人向前的静摩擦力。
同时,重视物理规律的内涵和外延,将高中所学知识与初中所学知识有机衔接起来。例如:欧姆定律的内涵是:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,即部分电路欧姆定律。外延是:电路中的电流与电源电动势成正比,与整个电路的总电阻成反比,即全电路欧姆定律。
其次,重视培养学生思维能力的衔接。初中物理教材在编排上注重联系实际、贴近生活、并且图文并茂,但教材中也不乏有抽象思维能力的训练。例如:重心(重力的等效作用点)、力(物体对物体的作用)等抽象概念的教学。因此,要在实验的基础上,经过分析、概括等过程,实现由具体形象思维到抽象逻辑思维的过渡。这样一来,才能真正实现从“实物”到“质点”的跨越。
还有,教师要把科学方法的教学放到比知识的教学更为重要的位置,“授人以鱼不如授人以渔”。这就要求初中教师在教学过程中,应积极采用探究式教学,把科学家从事科学研究的一些基本做法反映到教学中来,让学生体验科学的结论都有其科学的产生过程,即“问题―假设―求证―结论”的探究路径。注重对结论的产生过程的教学,将对培养学生的抽象逻辑思维能力起到积极的作用。
同时,重视对学生实验技能的培养。在初中物理教学中,通过培养学生的实验技能和独立操作能力,对于培养学生的逻辑思维能力也能起到意想不到的作用。例如:在每次做实验时,教师要指导学生弄清实验原理,正确选用实验器材,以及读数和数据处理的基本方法,并且鼓励学生设计实验方案,引导学生通过分析、推理得出正确的结论。
再其次,高中物理对学生应用数学工具的能力要求较高。由于种种原因,对于刚升入高中的学生,还没有学过“正弦定理”、“余弦定理”、“斜率”、“极限”等数学知识,这对物理教学会造成一定的困难。因此,作为高中物理教师,在教学中如果能及时补充一些数学知识,对于学生学好物理肯定会起到很大的帮助作用。同时,有意识的引导学生应用数学知识来解决物理问题,也会提高学生对数学工具的应用能力。