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一、寓培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作之中
歐姆定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律,因此在教學(xué)“歐姆定律”一節(jié)時(shí),教師必須在學(xué)生對(duì)“電流與電壓、電阻”之間關(guān)系進(jìn)行猜想假設(shè)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,精心組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)學(xué)生:(1)根據(jù)電路圖準(zhǔn)確連接電路;(2)仔細(xì)檢查電路及電表、滑動(dòng)變阻器等連接是否準(zhǔn)確;(3)在確認(rèn)無(wú)誤時(shí),動(dòng)手實(shí)驗(yàn),并認(rèn)真觀察、精確記錄數(shù)據(jù);(4)明確滑動(dòng)變阻器在兩次實(shí)驗(yàn)中的作用:使定值電阻兩端電壓成整數(shù)倍變化和保持電阻兩端電壓不變;(5)分析實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)差異原因,重復(fù)實(shí)驗(yàn),直至準(zhǔn)確。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中怕麻煩、湊數(shù)據(jù)的學(xué)生及時(shí)用科學(xué)家尊重事實(shí)、刻苦鉆研及時(shí)教育他們,端正他們態(tài)度,幫助他們用實(shí)驗(yàn)得出準(zhǔn)確結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生得到了歐姆定律實(shí)驗(yàn)所需要的數(shù)據(jù),也培養(yǎng)了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)事求是、客觀、細(xì)致的科學(xué)態(tài)度,從而激發(fā)學(xué)生勤奮求真的熱情。
二、寓培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法于分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論之中
在得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后,就著手組織學(xué)生分析數(shù)據(jù)、歸納出結(jié)論。在引導(dǎo)時(shí),引導(dǎo)學(xué)生回憶“探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素”的實(shí)驗(yàn)方法,并要學(xué)生用之中方法研究電流跟電壓、電阻兩個(gè)因素的關(guān)系,即(1)固定電阻不變時(shí),研究電流跟電壓的關(guān)系;(2)固定電壓不變時(shí),研究電流跟電阻的關(guān)系。最后將兩次結(jié)論綜合起來(lái),應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)知識(shí)得出電流跟電壓、電阻的關(guān)系。接著,根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組織討論,并分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(1)分析“研究電流跟電壓關(guān)系”表格:電流隨電壓增大而增大,且電壓增大幾倍電流也增大幾倍。得出結(jié)論1:當(dāng)電阻一定時(shí),電流與電壓成正比。(2)分析“電流與電阻關(guān)系”表格:電流隨電阻的增大而減小,且電阻增大幾倍,電流就減小到原來(lái)的幾分之一。得出結(jié)論2:當(dāng)電壓一定時(shí),電流與電阻成反比。歸納結(jié)論1、2,即得歐姆定律。在整個(gè)研究、分析、抽象,歸納過(guò)程中,使學(xué)生潛移默化地學(xué)會(huì)了:(1)研究問(wèn)題的方法――控制變量法;(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合――分析――抽象――歸納的處理方法,從而學(xué)到了由特殊、個(gè)別推到一般的邏輯推理方法。這些方法都是學(xué)生終生受益的科學(xué)研究方法。在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論――歐姆定律后,教師接著就組織學(xué)生用他們已學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)歐姆定律的計(jì)算公式:(1)把電流與電壓成正比表達(dá)成I∝U;(2)把電流與電阻成反比表達(dá)成I∝1/R,把(1)、(2)結(jié)合起來(lái)得出計(jì)算公式:I=U/R;通過(guò)公式推導(dǎo)使學(xué)生了解到不同學(xué)科之間的聯(lián)系,它不僅開闊了學(xué)生的視野,也可使學(xué)生學(xué)到物理公式常用的科學(xué)的數(shù)學(xué)方法。
三、寓培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想于理解、應(yīng)用定律之中
對(duì)于實(shí)驗(yàn)定律――歐姆定律,在理解其內(nèi)容時(shí),引導(dǎo)學(xué)生討論:能不能把定律敘述的導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比、與導(dǎo)體兩端電阻成反比改敘述成導(dǎo)體兩端電壓與導(dǎo)體電流成正比、導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體電流成反比?讓學(xué)生在討論中明白:敘述定律時(shí)只能按課本那樣敘述,否則是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)槭挛飪?nèi)部矛盾的雙方有主有次,這里電壓、電阻是矛盾的主要方面,是事物變化的依據(jù),對(duì)事物變化起決定作用的;而電流則是矛盾的次要方面,它是隨電壓、電阻變化而變化的,在事物變化中處于服從地位;這樣使敘述在討論中理解了定律,在理解定律過(guò)程中獲得了一次科學(xué)的認(rèn)識(shí)教育。
在講解定律公式的應(yīng)用時(shí),如教師通過(guò)P111教材例1的講解,強(qiáng)調(diào)了定律的應(yīng)用是有條件的,即(1)同體性:只能適用于同一段電路中的電流、電壓以及電阻之間的關(guān)系的運(yùn)算;(2)同時(shí)性;(3)計(jì)算時(shí)數(shù)字代入單位必須是國(guó)際單位制中主單位。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到真理是有局限性的,是離不開特定條件的。又如教師通過(guò)課本例2講解,強(qiáng)調(diào)了定律的應(yīng)用性,即通過(guò)歐姆定律可以求出導(dǎo)體的電阻值,也就是可用伏安法測(cè)未知電阻,使學(xué)生體會(huì)到:理論的實(shí)踐性以及理論與實(shí)踐的一致性。此外取平均值可以減小實(shí)驗(yàn)誤差;表格可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論1等。
四、寓培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神于介紹科學(xué)家的事例之中
結(jié)合課本中“信息庫(kù)”介紹,使學(xué)生了解德國(guó)的物理學(xué)家歐姆發(fā)現(xiàn)了電路中遵循的基本“交通規(guī)則”,但他幼年家貧,曾中途輟學(xué),后全憑自己努力,完成學(xué)業(yè)。他為了得到歐姆定律,花費(fèi)了十年心血。當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件非常差,他自制了測(cè)電流的電流扭秤,花五年時(shí)間才找到電壓穩(wěn)定的電源。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期細(xì)致的研究,終于取得了成果。在教學(xué)中把歐姆的對(duì)學(xué)習(xí)勤奮刻苦,對(duì)科學(xué)知識(shí)的執(zhí)著追求,在科學(xué)研究道路上勇于探索、百折不撓的獻(xiàn)身精神及對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn),展現(xiàn)在學(xué)生面前,使學(xué)生從中接受了熱愛(ài)科學(xué)、追求真理的科學(xué)接受教育。
教育者在實(shí)施科學(xué)素養(yǎng)教育時(shí)不是生硬的說(shuō)教,應(yīng)有機(jī)結(jié)合教材適時(shí)適量地滲透;科學(xué)素養(yǎng)教育是素質(zhì)教育的核心,在實(shí)施時(shí)教師還應(yīng)當(dāng)有意識(shí)、有目的地進(jìn)行,同時(shí)聯(lián)系教材中其他素質(zhì)教育因素如能力、智力、科學(xué)美等全方位地開展,并做到主、次得當(dāng),這就需要安排好教學(xué)過(guò)程和節(jié)奏,從而使素質(zhì)教育得到全面培養(yǎng)。
【參考文獻(xiàn)】
在1826~1827年,德國(guó)物理學(xué)家歐姆用實(shí)驗(yàn)和理論確立了歐姆定律。
然而,在德國(guó),只有費(fèi)西內(nèi)爾和斯威格爾等極少數(shù)科學(xué)家接受歐姆的發(fā)現(xiàn),而絕大多數(shù)則反對(duì)歐姆的“歪理邪說(shuō)”。例如,物理學(xué)家鮑爾就撰文煽動(dòng)輿論,攻擊歐姆的著作:“以虔誠(chéng)眼光看待世界的人不要去讀這本書,因?yàn)樗兇馐遣豢芍眯诺钠垓_,它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴(yán)。”
但是,在“曾經(jīng)滄?!焙汀俺齾s巫山”15年之后的1841年,科學(xué)界終于承認(rèn)了歐姆的成果――英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予歐姆皇家學(xué)會(huì)的最高科學(xué)獎(jiǎng)科普利獎(jiǎng)?wù)?,還吸收他為學(xué)會(huì)的外籍會(huì)員。
這“花開德意志,果結(jié)英格蘭”的成果,使歐姆的祖國(guó)終于認(rèn)識(shí)到了他的價(jià)值。1849年,慕尼黑大學(xué)終于聘請(qǐng)60歲高齡的歐姆為教授……
花發(fā)神州果結(jié)美洲――“女生”、“施泰納”遠(yuǎn)涉重洋
“請(qǐng)我去講學(xué)?講組合數(shù)學(xué)?你們中國(guó)不是有陸家羲博士么?”1983年,中國(guó)某單位邀請(qǐng)兩位世界組合數(shù)學(xué)專家――加拿大多倫多大學(xué)的門德爾松教授與滑鐵盧大學(xué)的郝迪教授來(lái)中國(guó)講學(xué),并出席在大連舉辦的中國(guó)首屆組合數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)。對(duì)此,他倆睜大了眼睛,門德爾松還疑惑不解地這樣用反問(wèn)來(lái)回答。
他倆為什么會(huì)如此驚詫呢?
在1961~1979年間,包頭九中物理教師陸家羲先后6次向國(guó)內(nèi)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和刊物寄出有關(guān)“柯克曼女生問(wèn)題”的論文。但是,他得到的回答不是“無(wú)價(jià)值”或“改投其他刊物”,就是退稿或石沉大海沒(méi)有回音!
“柯克曼女生問(wèn)題”,是美國(guó)數(shù)學(xué)家柯克曼在1850年提出來(lái)的組合數(shù)學(xué)問(wèn)題。和“女生”相關(guān)的,還有出生在瑞士的德國(guó)數(shù)學(xué)家施泰納提出的“施泰納系列問(wèn)題”。它們都是100多年以來(lái)沒(méi)有得到徹底解決的世界性數(shù)學(xué)難題。
到了1980年春,陸家羲又攻克了“施泰納”,并立即把有關(guān)論文寄往北京。后來(lái),按蘇州大學(xué)朱烈教授的建議,他把論文投寄給《組合論》雜志。為雜志審查論文的世界組合學(xué)權(quán)威之一門德爾松高度評(píng)價(jià)說(shuō):“這是世界上十年來(lái)組合設(shè)計(jì)方面最重大的成果之一。”1983年3月,他的6篇論文在《組合論》雜志上正式發(fā)表。
陸家羲死后4年的1987年,國(guó)家科委把他的一個(gè)成果評(píng)為國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
帶著“遠(yuǎn)行”去遠(yuǎn)行――無(wú)線電“離家出走”
1896年初夏,一個(gè)容貌清秀的青年提著一個(gè)大箱子,登上了一艘從意大利開往英國(guó)的郵船。他躊躇滿志而又戀戀不舍――畢竟,要離開自己的祖國(guó),的確“別有一番滋味在心頭”。
這個(gè)青年,就是意大利發(fā)明家馬可尼。那么,他為什么要“從故鄉(xiāng)到異鄉(xiāng)”呢?
1894年的一天,馬可尼的母親目睹了兒子的發(fā)明――樓上的無(wú)線電試驗(yàn)裝置使樓下的電鈴響了起來(lái)。1895年夏,他把信號(hào)傳送距離擴(kuò)大到2.7千米……
初步成功和經(jīng)費(fèi)緊缺,促使馬可尼向他的農(nóng)場(chǎng)主父親借錢,還寫信向意大利郵電部求助,但都沒(méi)有得到支持。于是,他只好“離家出走”去遠(yuǎn)行――大箱子里就是能讓電波“遠(yuǎn)行”的無(wú)線電設(shè)備。
1896年12月12日,倫敦科技大廳座無(wú)虛席,英國(guó)郵電總局總工程師、英國(guó)電信界權(quán)威普利斯做完了無(wú)線電的科普講演之后,把馬可尼和他的無(wú)線電報(bào)裝置介紹給了大家,并當(dāng)場(chǎng)作了表演,從而使“整個(gè)大廳變得比游藝場(chǎng)還熱鬧”。也是在這一年,馬可尼在英國(guó)取得了無(wú)線電發(fā)明的專利權(quán)。
1897年5月11日,馬可尼和喬治?肯普首次完成了不用導(dǎo)線把信號(hào)傳過(guò)英國(guó)的一個(gè)海灣的壯舉……
就這樣,在南歐開花的無(wú)線電,在英倫結(jié)了果。
蘇格蘭播種美利堅(jiān)收獲――青霉素穿越大西洋
1928年,出生在蘇格蘭的英國(guó)醫(yī)學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素。然而,“小扣柴扉久不開”――由于當(dāng)時(shí)弗萊明和他的合作者無(wú)法解決產(chǎn)銷問(wèn)題,它被塵封了10年。
在“二戰(zhàn)”隆隆的炮聲中,牛津大學(xué)的弗洛里和他年輕的助手――德國(guó)化學(xué)家錢恩在圖書館里翻閱資料的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)了當(dāng)年弗萊明關(guān)于青霉素的論文。
1941年,英國(guó)分析化學(xué)家馬丁和英國(guó)生物化學(xué)家賽恩其發(fā)明了分離復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)的紙層分析法。借助于這種方法,弗洛里和錢恩解決了青霉素的提純問(wèn)題。然而,在生產(chǎn)青霉素的方面,他倆卻“雪擁藍(lán)關(guān)馬不前”了――許多英國(guó)藥廠因德寇飛機(jī)時(shí)常空襲而拒絕投產(chǎn),英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司只能生產(chǎn)出少量的青霉素。不知“云橫秦嶺家何在”的弗洛里和錢恩,只好帶上青霉素樣品穿越大西洋,到美國(guó)去尋找合作者。1944年,美國(guó)大量生產(chǎn)的青霉素在英美普通公民中廣泛使用。青霉素的大量生產(chǎn),拯救了千百萬(wàn)傷病員,成為第二次世界大戰(zhàn)中與原子彈、雷達(dá)并列的三大發(fā)明之一。
就這樣,由蘇格蘭人播種的青霉素,在美利堅(jiān)得到豐收。
觀念、環(huán)境和評(píng)價(jià)機(jī)制――“紅杏出墻”的啟迪
為什么科技史上會(huì)有這么多“墻內(nèi)開花墻外紅”的現(xiàn)象呢?它又給我們什么啟迪呢?
第一個(gè)原因是觀念的陳舊。
觀念陳舊的表現(xiàn)之一,是科學(xué)方法觀念的陳舊。
歐姆定律起初沒(méi)有被德國(guó)科學(xué)家普遍承認(rèn),原因之一就是他們片面強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重要性,忽略理論的概括作用,更忽略了伽利略開創(chuàng)的數(shù)學(xué)物理演繹法。例如,德國(guó)物理學(xué)家孟克就曾說(shuō):“我們更需要的是觀察和實(shí)驗(yàn),而不是計(jì)算和幾何公式?!?/p>
科學(xué)方法觀念的陳舊,還表現(xiàn)在推導(dǎo)歐姆定律的時(shí)候。歐姆采用了傅立葉在均勻熱傳導(dǎo)時(shí)金屬導(dǎo)線與外界完全絕熱的方法,而德國(guó)的一些實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們認(rèn)為這根本不可能。但在事實(shí)上,這種方法正是伽利略和牛頓早已采用過(guò)的“理想實(shí)驗(yàn)”的基本物理方法之一。
由此可見,只有破除陳舊的科學(xué)方法,科學(xué)理論才有可能破土而出。
觀念陳舊的表現(xiàn)之二,是“大人物”忽視“小人物”。
一些科學(xué)家認(rèn)為,歐美第一流的科學(xué)家尚未解決的問(wèn)題不會(huì)如此簡(jiǎn)單,作為“小小的中學(xué)教師”的歐姆不可能解決。
陸家羲的成果最早不是在國(guó)內(nèi)得到承認(rèn),多少也有忽視“小人物”的因素。
觀念陳舊的表現(xiàn)之三,是對(duì)科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的輕視。
青霉素之花之所以在異地大量結(jié)果,還有一個(gè)重要原因:英國(guó)重視科學(xué),相對(duì)輕視技術(shù);而美國(guó)則兩者并重。按人口平均計(jì)算,標(biāo)志著科學(xué)水平三個(gè)自然學(xué)科(物理、化學(xué)和醫(yī)學(xué))諾貝爾獎(jiǎng)得主的人數(shù),英國(guó)至今仍居世界第一。然而,英國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度,卻只居西歐共同體的倒數(shù)第二――更不能和美國(guó)及其他發(fā)展快的國(guó)家比肩!在這種科技政策下,青霉素“異地結(jié)果”就不足為奇了。
第二個(gè)原因是環(huán)境影響科研成果。
許多英國(guó)藥廠當(dāng)年拒絕研究青霉素的規(guī)?;a(chǎn)的重要原因是,“二戰(zhàn)”時(shí)德寇的飛機(jī)時(shí)??找u,而美國(guó)本土則沒(méi)有這種空襲。陸家羲的論文之所以被多次忽略,原因之一也是因?yàn)樗都恼撐臅r(shí)的社會(huì)環(huán)境是在“”時(shí)期。
由此可見,和諧、安定的社會(huì)環(huán)境,對(duì)科研(和其他活動(dòng)),是多么重要。
第三個(gè)原因是評(píng)價(jià)機(jī)制。
歐姆和陸家羲的成果之所以沒(méi)能在“本土”及時(shí)得到公認(rèn),與當(dāng)時(shí)評(píng)價(jià)機(jī)制的失誤有關(guān)。
奧地利生物學(xué)家孟德爾發(fā)現(xiàn)的生物遺傳學(xué)規(guī)律,在死后16年的1900年,才在荷蘭的德?弗里斯、德國(guó)的科倫斯和奧地利的西森內(nèi)格?契馬克完成的“再發(fā)現(xiàn)”后得到公認(rèn),也與評(píng)價(jià)機(jī)制不健全有關(guān)。
關(guān)鍵詞:課程改革;物理規(guī)律;規(guī)律教學(xué)
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2008)5(S)-0032-3
物理規(guī)律教學(xué)在中學(xué)物理教學(xué)中占有重要地位,其教學(xué)成效直接影響到物理教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。提高物理規(guī)律教學(xué)效果的前提是了解物理規(guī)律內(nèi)涵、本質(zhì)和特征,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)科學(xué)的教學(xué)策略。
1 物理規(guī)律的內(nèi)涵
“規(guī)律就是相互聯(lián)系著的事物、現(xiàn)象、分子、元素(因素、要素)或方面的本質(zhì)之間的關(guān)系”。相應(yīng)的,物理規(guī)律就是物理現(xiàn)象、物理過(guò)程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的內(nèi)在、必然的聯(lián)系。
1.1 物理規(guī)律的類型
經(jīng)過(guò)2000多年的建設(shè),物理大廈恢宏龐大,其組成規(guī)律自然紛繁復(fù)雜。為了認(rèn)識(shí)物理規(guī)律本身,我們有必要對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行必要的分類。從物理規(guī)律獲得途徑的角度來(lái)看,物理規(guī)律可分為實(shí)驗(yàn)規(guī)律和理論規(guī)律;從物理規(guī)律知識(shí)形式的角度來(lái)看,物理規(guī)律可分為定律、定理、原理等類型;從過(guò)程中不同質(zhì)的運(yùn)動(dòng)角度來(lái)看,物理規(guī)律可分為力學(xué)規(guī)律、熱學(xué)規(guī)律、電磁規(guī)律、光學(xué)規(guī)律等;從“定性―定量”維度來(lái)看,物理規(guī)律可分為定性規(guī)律、定量規(guī)律。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)規(guī)律與理論規(guī)律
從物理規(guī)律建立基礎(chǔ)和過(guò)程的不同,可以將物理規(guī)律劃分為實(shí)驗(yàn)規(guī)律和理論規(guī)律兩種。實(shí)驗(yàn)規(guī)律是在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析歸納總結(jié)出來(lái)的,中學(xué)物理中的絕大多數(shù)規(guī)律都屬于實(shí)驗(yàn)規(guī)律。如電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等即為實(shí)驗(yàn)規(guī)律。理論規(guī)律是由已知的物理規(guī)律經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo),得出的新物理規(guī)律。動(dòng)能定理、萬(wàn)有引力定律等即為理論規(guī)律。我們以萬(wàn)有引力定律為例來(lái)說(shuō)明一下理論規(guī)律的建立過(guò)程。牛頓在伽利略的自由落體運(yùn)動(dòng)定律、牛頓自己的第三定律、開普勒的行星運(yùn)動(dòng)第三定律等前人工作的基礎(chǔ)上,應(yīng)用他超凡的數(shù)學(xué)才能,通過(guò)理論計(jì)算建立了萬(wàn)有引力定律。
1.1.2 定律、定理與原理
從物理規(guī)律知識(shí)形式的角度來(lái)看,可以將物理規(guī)律劃分為物理定律、定理與原理三種類型。通過(guò)大量具體事實(shí)(包括實(shí)驗(yàn)和觀察)歸納而成的結(jié)論稱為物理定律,如牛頓第二定律、電磁感應(yīng)定律、光的折射和反射定律等。通過(guò)一定的論據(jù),經(jīng)過(guò)邏輯推理而證明為真實(shí)的結(jié)論稱為物理定理,如動(dòng)量定理、動(dòng)能定理等屬于物理定理類。對(duì)大家公認(rèn)的具有普遍性,而且可以作為其它規(guī)律基礎(chǔ)的物理規(guī)律一般稱為物理原理,如我們中學(xué)階段比較熟悉的功能原理、疊加原理等即屬于物理原理類。
1.1.3 定性規(guī)律與定量規(guī)律
從“定性―定量”維度來(lái)看,可以將物理規(guī)律劃分為定性與定量?jī)煞N類型。定性規(guī)律揭示的是各物理量間必然聯(lián)系的存在和發(fā)展趨勢(shì);定量規(guī)律揭示的是必然聯(lián)系中量的相互制約。例如牛頓第一定律就定性的描述了一切物體在不受外力作用或所受合外力為零的情況下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),不反映外力與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)之間的量化關(guān)系,屬于定性規(guī)律。而定量規(guī)律則不同,如歐姆定律,除文字描述外,我們還可以用公式I=U/R來(lái)揭示各物理量之間的相互制約關(guān)系。
不同的物理規(guī)律分類之間并不是完全對(duì)立的,比如歐姆定律即屬于物理定律,又是實(shí)驗(yàn)規(guī)律,同時(shí)也屬于定量規(guī)律。
1.2 物理規(guī)律的特點(diǎn)
1.2.1 物理規(guī)律的實(shí)踐性
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。中學(xué)物理的眾多規(guī)律都是在實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”,在教學(xué)中應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律解決生活實(shí)際問(wèn)題,在使用中進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律及其物理意義的理解,這對(duì)學(xué)生能力的發(fā)展、科學(xué)素養(yǎng)的提升,顯得尤為重要!
1.2.2 物理規(guī)律的聯(lián)系性
物理規(guī)律都存在一定的聯(lián)系,包括物理規(guī)律內(nèi)在的概念、現(xiàn)象之間的聯(lián)系;規(guī)律與規(guī)律之間的關(guān)系。
以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為例,牛頓第一定律是說(shuō)物體不受外力時(shí)做什么運(yùn)動(dòng);牛頓第二定律公式F=ma揭示了物體的慣性質(zhì)量、所受到的合外力與由此而產(chǎn)生的加速度之間的關(guān)系,是闡述物體受力時(shí)做什么運(yùn)動(dòng),二者是從不同的角度回答了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。第一定律是第二定律的基礎(chǔ),沒(méi)有第一定律,就不會(huì)有第二定律。雖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 物理規(guī)律的對(duì)應(yīng)性
物理規(guī)律中的各物理量都針對(duì)于某一研究對(duì)象。如果是狀態(tài)量則對(duì)應(yīng)于某一時(shí)刻、某一位置、某一狀態(tài)。如果是過(guò)程量則對(duì)應(yīng)于某一段時(shí)間、某一個(gè)過(guò)程、某一空間等,這就是物理規(guī)律的對(duì)應(yīng)性。如,歐姆定律U=IR中各量均對(duì)應(yīng)于同一導(dǎo)體、同一段電路在同一時(shí)刻的量值。
1.2.4 物理規(guī)律的因果性
因果性是物理規(guī)律的重要特點(diǎn),任何物理規(guī)律都是在規(guī)律所表述的具體條件下才具有規(guī)律所闡述的結(jié)論。例如牛頓運(yùn)動(dòng)定律是在研究宏觀低速運(yùn)動(dòng)物體的“前因”下,才有其結(jié)論的“正果”修成。
1.2.5 物理規(guī)律的發(fā)展性
物理規(guī)律是認(rèn)識(shí)的結(jié)果,是在一定的事實(shí)基礎(chǔ)上,歸納、推理得出的結(jié)論,具有歷史局限性,只能部分地反映客觀世界及其內(nèi)在聯(lián)系。規(guī)律會(huì)隨著人的認(rèn)識(shí)能力的提高和認(rèn)識(shí)的深入不斷發(fā)展。發(fā)展有時(shí)是溫和的――是對(duì)已有規(guī)律的修正、豐富;有時(shí)是激進(jìn)的――是對(duì)已有規(guī)律的否定、顛覆。換言之,物理規(guī)律不是絕對(duì)的真理,而是逐漸發(fā)展變化的,具有一定的相對(duì)性。如從經(jīng)典力學(xué)到相對(duì)論、量子力學(xué)的發(fā)展變化過(guò)程。
2 物理規(guī)律教學(xué)的重要性
物理新課程改革強(qiáng)調(diào)改變過(guò)去過(guò)于注重知識(shí)傳授的一維目標(biāo)而向三維課程目標(biāo)邁進(jìn)。教學(xué)要以人為本,在學(xué)生獲得知識(shí)的過(guò)程中,同樣注重學(xué)生終身學(xué)習(xí)與發(fā)展所需的各種能力的培養(yǎng)。如何實(shí)現(xiàn)物理規(guī)律教學(xué)由傳統(tǒng)向新課程理念的轉(zhuǎn)變,應(yīng)進(jìn)一步明確物理規(guī)律教學(xué)在新課程實(shí)施過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用。
2.1 物理規(guī)律教學(xué),有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解
新課程改革倡導(dǎo)從三個(gè)維度對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的培養(yǎng),知識(shí)的理解歷來(lái)是一個(gè)重要培養(yǎng)目標(biāo)。依據(jù)布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論,我們教學(xué)的目的,就是引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)一個(gè)理解物理知識(shí)的學(xué)科結(jié)構(gòu),從而運(yùn)用知識(shí)解決具體問(wèn)題。在最終建構(gòu)的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)中,分散的各個(gè)點(diǎn)表示物理概念,聯(lián)接各點(diǎn)的線就代表了物理規(guī)律,通過(guò)點(diǎn)和線及其之間的相互聯(lián)系的講解,引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中建構(gòu)物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖。
2.2 物理規(guī)律教學(xué),有助于學(xué)生思維能力的發(fā)展
作為智力核心的思維能力的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生的發(fā)展是至關(guān)重要的。物理規(guī)律教學(xué)既是物理知識(shí)教學(xué)的核心內(nèi)容,同時(shí)也是對(duì)學(xué)生思維能力培養(yǎng)的重要途徑。
物理規(guī)律教學(xué)是在學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)(已有的對(duì)實(shí)驗(yàn)和事實(shí)認(rèn)識(shí))基礎(chǔ)上,教師指導(dǎo)學(xué)生探索物理規(guī)律的過(guò)程。根據(jù)規(guī)律建立的思維過(guò)程和學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),選擇適當(dāng)?shù)耐緩椒椒?,指?dǎo)學(xué)生對(duì)感性材料進(jìn)行思維加工,認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律中某些物理概念之間的內(nèi)在聯(lián)系,考慮到物理規(guī)律的近似性與局限性,從而概括出物理規(guī)律。作為近似反映物理對(duì)象、物理過(guò)程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的物理規(guī)律的建立,離不開觀察、實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推理,也離不開物理思維,是諸多因素相結(jié)合的產(chǎn)物,學(xué)生在理解具有這些特點(diǎn)的物理規(guī)律的同時(shí),其思維能力就會(huì)得到培養(yǎng)。
2.3 物理規(guī)律教學(xué),有助于學(xué)生科學(xué)方法的掌握
物理規(guī)律的教學(xué)過(guò)程,其實(shí)也是科學(xué)方法教育的過(guò)程。我們知道物理規(guī)律的獲得,少不了一些科學(xué)方法的使用,在物理規(guī)律教學(xué)過(guò)程中,合理運(yùn)用一些研究方法并適時(shí)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行顯性教育,使學(xué)生不僅學(xué)到了物理規(guī)律,同時(shí)也學(xué)到了科學(xué)方法,培養(yǎng)了能力,可謂一舉多得。
例如,在牛頓第一定律的教學(xué)過(guò)程中,教師重點(diǎn)要向?qū)W生說(shuō)明的,除了牛頓第一定律的內(nèi)容外,就是講解這個(gè)規(guī)律獲得過(guò)程中所用到的一個(gè)重要的科學(xué)方法――理想實(shí)驗(yàn)法。在歐姆定律、牛頓第二定律等的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中,可以重點(diǎn)要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在這一過(guò)程中,使學(xué)生明確研究3個(gè)變量的關(guān)系時(shí),通常采用“控制變量”的方法。
2.4 物理規(guī)律教學(xué),有助于學(xué)生科學(xué)探究能力的形成
提倡對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究能力的培養(yǎng),是新課程改革的一大亮點(diǎn),在新教材的編寫中貫穿了科學(xué)探究精神并安排了一些科學(xué)探究的內(nèi)容。由于物理規(guī)律的實(shí)踐性特點(diǎn),便于在課堂教學(xué)中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,從而激發(fā)學(xué)生探究物理問(wèn)題的興趣,經(jīng)歷物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,并能使學(xué)生更好地運(yùn)用物理規(guī)律去解釋生活中的物理現(xiàn)象、解決生活中遇到的物理問(wèn)題。
2.5 物理規(guī)律教學(xué),有助于學(xué)生情感、態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)
我們知道,情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng),是物理新課程改革所倡導(dǎo)的三維課程目標(biāo)中的一個(gè)維度。在物理規(guī)律的教學(xué)過(guò)程中,無(wú)時(shí)無(wú)刻不滲透著對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。我們?cè)谶M(jìn)行物理規(guī)律教學(xué)時(shí),可以通過(guò)創(chuàng)造良好的物理學(xué)習(xí)氛圍、對(duì)相關(guān)物理學(xué)史內(nèi)容的選擇性介紹、開展科技創(chuàng)作活動(dòng)、采用科學(xué)探究的教學(xué)方式等等,對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感、態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。
比如,在進(jìn)行牛頓第一定律的教學(xué)過(guò)程中,就可以適當(dāng)?shù)亟o學(xué)生講述一下它的發(fā)展歷史,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)使學(xué)生在了解亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓等大科學(xué)家的觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上,使其不畏權(quán)威、理性求真的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神得到培養(yǎng)。而在進(jìn)行萬(wàn)有引力定律教學(xué)的時(shí)候,可以聯(lián)系神舟六號(hào)載人飛船的發(fā)射與回收過(guò)程進(jìn)行講解,把物理知識(shí)與科技發(fā)展、應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合,能使學(xué)生獲得一個(gè)更為寬廣的視野,有助于學(xué)生形成科學(xué)的價(jià)值觀。
3 物理規(guī)律教學(xué)的基本策略
當(dāng)明確了物理規(guī)律教學(xué)在新課程實(shí)施過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用之后,為行之有效的進(jìn)行物理規(guī)律教學(xué),我們提出以下基本策略。
3.1 活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué):為學(xué)生提供主動(dòng)獲得規(guī)律的機(jī)會(huì)
在物理學(xué)的產(chǎn)生、建立和發(fā)展過(guò)程中,物理實(shí)驗(yàn)是歸納物理規(guī)律、產(chǎn)生物理假說(shuō)的實(shí)踐基礎(chǔ),是驗(yàn)證理論預(yù)言和假說(shuō)的主要依據(jù);在物理規(guī)律教學(xué)中,物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生操作技能的主要途徑,是發(fā)展學(xué)生非智力因素的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中體悟物理規(guī)律所反映的各物理量之間的相互關(guān)系,有助于更新學(xué)生頭腦中的物理觀念、提高物理規(guī)律的教學(xué)質(zhì)量。
3.2 強(qiáng)化物理思想教學(xué),使學(xué)生感受物理學(xué)的理性美
在進(jìn)行物理規(guī)律教學(xué)時(shí),為了讓學(xué)生最有效地掌握好物理規(guī)律,達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的能力要求,應(yīng)該在規(guī)律教學(xué)的過(guò)程中滲透科學(xué)史、科學(xué)思想的教育,引起學(xué)生對(duì)物理思想在物理規(guī)律建立過(guò)程中所發(fā)揮作用的重視,使學(xué)生感受到物理學(xué)的理性美,同時(shí)給學(xué)生以更多的啟示。
教師在采用此策略教學(xué)時(shí),應(yīng)明確兩點(diǎn):一是滲透物理思想的教學(xué)策略主要是指向?qū)W生展示物理規(guī)律建立的思想史;二是科學(xué)史的歷史發(fā)展邏輯與課本上的知識(shí)邏輯并不相同,規(guī)律教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生感悟到二者的異同,處理好二者之間的辨證關(guān)系,在了解真實(shí)歷史發(fā)展過(guò)程的同時(shí)明了知識(shí)邏輯的呈現(xiàn)脈絡(luò)。
3.3 重視規(guī)律應(yīng)用教學(xué),讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)在社會(huì)發(fā)展中的作用
物理規(guī)律來(lái)源于生活實(shí)踐,反過(guò)來(lái)應(yīng)鍛煉學(xué)生將物理規(guī)律運(yùn)用于社會(huì)生活實(shí)際的能力。因此,在教學(xué)中應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生利用物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題,讓學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)在社會(huì)發(fā)展中的重要地位,增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而在使用中進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律及其物理意義的理解,這對(duì)學(xué)生能力的發(fā)展、科學(xué)素養(yǎng)的提升,顯得尤為重要!
3.4 提升教師科學(xué)素養(yǎng),為實(shí)施新課程背景下的物理規(guī)律教學(xué)奠定良好基礎(chǔ)
我們將其作為一項(xiàng)策略提出,重在強(qiáng)調(diào)教師對(duì)新課程理念與目標(biāo)的鉆研、對(duì)物理規(guī)律的理解、對(duì)物理規(guī)律教學(xué)的整體認(rèn)識(shí)與把握等。同時(shí)該策略也是關(guān)系到物理規(guī)律教學(xué)實(shí)施效果的重要因素,教師應(yīng)努力提升自己的科學(xué)素養(yǎng),進(jìn)而才會(huì)有足夠的信心調(diào)控物理規(guī)律教學(xué),為學(xué)生的全面發(fā)展創(chuàng)造最好的先決條件,從而取得最佳教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
《導(dǎo)體的電阻》是新課標(biāo)物理選修3-1的第二章《恒定電流》第六節(jié)的內(nèi)容,它是電學(xué)的基本規(guī)律之一,本節(jié)內(nèi)容安排在部分電路歐姆定律知識(shí)之后,起到了承上啟下的作用,部分電路的歐姆定律是研究導(dǎo)體兩端電壓、流過(guò)的電流等外界條件與導(dǎo)體電阻的數(shù)量關(guān)系而非決定關(guān)系;電阻定律是研究導(dǎo)體材料、長(zhǎng)度、橫截面積等自身?xiàng)l件與電阻的決定關(guān)系。學(xué)生在初中已經(jīng)定性研究了導(dǎo)體材料、長(zhǎng)度、橫截面積等自身?xiàng)l件與電阻的決定關(guān)系,本節(jié)在此基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行定量描述的研究,同時(shí)突出了“電阻率”這一物理概念,這部分知識(shí)與現(xiàn)代科技、生活、生產(chǎn)等有著密切聯(lián)系。本節(jié)課以問(wèn)題為主線,通過(guò)同手實(shí)驗(yàn)、觀察分析,輔助以多媒體進(jìn)行教學(xué)。
2.教學(xué)目標(biāo)
2.1知識(shí)目標(biāo)
(1)通過(guò)探究“導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”這個(gè)實(shí)驗(yàn),探究導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度、橫截面積、材料的關(guān)系,體會(huì)控制變量法在科學(xué)研究中的重要作用。
(2)通過(guò)邏輯推理,探究導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度、橫截面積的定量關(guān)系。
(3)通過(guò)運(yùn)算,知道電阻率的的物理意義及電阻定律的內(nèi)容和表達(dá)式。
(4)通過(guò)“加熱日光燈絲,觀察歐姆表示數(shù)變化”這個(gè)實(shí)驗(yàn),了解電阻率與溫度的關(guān)系。
2.2能力目標(biāo)
(1)經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究或邏輯推理探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系的過(guò)程,使學(xué)生進(jìn)一步掌握控制變量的科學(xué)方法。
(2)通過(guò)探究活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力和合作交流的能力。
2.3情感目標(biāo)
(1)通過(guò)對(duì)各種材料電阻率的介紹,加強(qiáng)學(xué)生安全用電的意識(shí)。
(2)培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。
(3)讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中體會(huì)成功的喜悅,激發(fā)求知欲望,增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣.
3.教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn):電阻定律;
難點(diǎn):電阻率。
4.器材準(zhǔn)備
電壓表,電流表,直流電源,滑動(dòng)變阻器,電阻絲示教板,酒精燈,電阻絲(一根),多用電表。
5.教學(xué)流程
環(huán)節(jié)一 舊知鏈接,多媒體展示問(wèn)題。
(1)電阻的定義式:,電阻是反映的物理量。
(2)n個(gè)阻值同為R的電阻串聯(lián),電路的總電阻為,n個(gè)阻值同為R的電阻并聯(lián),總電阻為。
設(shè)計(jì)意圖:復(fù)習(xí)舊知,為學(xué)習(xí)新知識(shí)熱身。
環(huán)節(jié)二提出問(wèn)題,引入新課。
(師)問(wèn)題1、為了改變電路中的電流,應(yīng)該如何操作?
根據(jù)歐姆定律可知,只要增加導(dǎo)體兩端的電壓或降低倒導(dǎo)體的電阻即可。
(師)問(wèn)題2、給定一個(gè)導(dǎo)體,如何測(cè)量它的電阻?(學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路)
從上述問(wèn)題可以看出,導(dǎo)體的電阻與兩端的電壓以及通過(guò)導(dǎo)體的電流無(wú)關(guān),那么導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的哪些因素有關(guān)呢?
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考導(dǎo)體的電阻究竟跟什么因素有關(guān),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
環(huán)節(jié)三 新課教學(xué),分組實(shí)驗(yàn)、探索定律。
(1)影響電阻的因素可能有哪些呢:(材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度……)
(2)解決辦法——控制變量法 引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)表格。
(3)實(shí)驗(yàn)探究:
A、引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖(教師投影打出)。
B、出示電阻定律示教板、說(shuō)明板上的幾種金屬材料。
C、引導(dǎo)學(xué)生連接電路,并說(shuō)明注意事項(xiàng)。
D、依次對(duì)四種金屬材料的電阻進(jìn)行測(cè)量。
E、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:
定性觀察——R與長(zhǎng)度、橫接面積有關(guān)。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),小組合作動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),測(cè)量數(shù)據(jù),通過(guò)比較電阻與長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系,初步得出電阻與長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)分析能力。
(4)邏輯推理探究:
分組活動(dòng):A、理論探討電阻R與長(zhǎng)度L的關(guān)系 n個(gè)電阻串聯(lián)。
B、理論探討電阻與橫截面積的關(guān)系n個(gè)電阻并聯(lián)。
投影展示電路圖
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)理論探討得出分析導(dǎo)體的電阻與和它的長(zhǎng)度的關(guān)系、與它的橫截面積的關(guān)系
(5)實(shí)驗(yàn):探究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系(投影展示):
A、根據(jù)以上分析,我們可以等式的形式寫出用導(dǎo)體長(zhǎng)度l、導(dǎo)體橫截面積S表示電阻R的關(guān)系式,比例系數(shù)用一常量表示,此等式為_____________。
B、已知上述試驗(yàn)中,導(dǎo)體長(zhǎng)度l=50cm,直徑d=0.50mm,橫截面積S=1/4πd2=1.96×10-7m2,根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分別計(jì)算上面四個(gè)導(dǎo)體的比例系數(shù),并填入填入表格。
C、分析上述比例系數(shù)的物理意義:
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,得出比例系數(shù)即是電阻率,并使學(xué)生清楚的知道不同物體的電阻率不同,從而得出電阻定律的表達(dá)式。
環(huán)節(jié)四 總結(jié)規(guī)律,深化理解。
由學(xué)生總結(jié)電阻定律:
(1)內(nèi)容:同種材料的導(dǎo)體的電阻R跟它的長(zhǎng)度L成正比,跟它的橫截面積S成反比;導(dǎo)體電組與構(gòu)成它的材料有關(guān)。這就是電阻定律。
(2)公式:R=ρ
教師指出:式中ρ是比例常數(shù),它與導(dǎo)體的材料有關(guān),是一個(gè)反映材料導(dǎo)電性能的物理量,稱為材料的電阻率。
電阻率ρ:
(1)電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量。
(2)單位:歐·米(Ω·m)
[投影]幾種導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率
學(xué)生思考:
(1)金屬與合金哪種材料的電阻率大?
(2)制造輸電電纜和線繞電阻時(shí),怎樣選擇材料的電阻率?
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)對(duì)電阻率的學(xué)習(xí),讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到電阻率在實(shí)際生活中的應(yīng)用。
環(huán)節(jié)五、電阻率與溫度的關(guān)系。
演示實(shí)驗(yàn):將日光燈燈絲(額定功率為8W)與演示用歐姆表調(diào)零后連接成下圖電路,觀察用酒精燈加熱燈絲前后,歐姆表示數(shù)的變化情況。
學(xué)生總結(jié):當(dāng)溫度升高時(shí),歐姆表的示數(shù)變大,表明金屬燈絲的電阻增大,從而可以得出:金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。
教師:介紹電阻溫度計(jì)的主要構(gòu)造、工作原理。如圖2.6-5所示。
圖2.6-5 金屬電阻溫度計(jì)
學(xué)生思考:錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小,怎樣利用它們的這種性質(zhì)?
設(shè)計(jì)意圖:鞏固知識(shí),強(qiáng)化訓(xùn)練。
環(huán)節(jié)六:自主完善,意義構(gòu)建。
讓學(xué)生自己總結(jié)這節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容和方法,找出學(xué)習(xí)過(guò)程中,理解不透徹,容易混淆的地方進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)
關(guān)鍵詞: 新課標(biāo) 物理教學(xué) 教學(xué)方法 控制變量法
1.正確認(rèn)識(shí)控制變量法。
影響某個(gè)物理量大小的因素(變量)可能有多個(gè),怎樣才能確定哪些因素沒(méi)有影響,哪些因素有影響,以及影響的程度如何呢?在實(shí)驗(yàn)中我們采用的是這樣一種方法:在研究某個(gè)因素的影響時(shí),只改變這個(gè)變量的大小,而保持其他的變量不變,從而確定這個(gè)因素是否影響物理量的大小,以此類推,對(duì)有關(guān)變量逐個(gè)加以判斷,就能找出影響物理量大小的所有因素,這種方法稱為控制變量法。控制變量法是解決復(fù)雜問(wèn)題的一種有效方法,在我們的學(xué)習(xí)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。如在學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí),可以開展用控制變量法分別研究導(dǎo)體中的電流與電壓和電阻有什么關(guān)系的探究活動(dòng),讓學(xué)生進(jìn)一步用控制變量法進(jìn)行定量研究,使其能力得到提高。學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下面二表,討論得到兩個(gè)結(jié)論:①保持導(dǎo)體電阻不變時(shí),導(dǎo)體中的電流跟它兩端的電壓成正比。②保持導(dǎo)體兩端的電壓不變時(shí),導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。再綜合得到結(jié)論(歐姆定律):“一段導(dǎo)體中的電流,跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟這段導(dǎo)體的電阻成反比?!?/p>
它在初中物理中很常用,也是有效的探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法。如果教學(xué)生掌握了控制變量法,這必將有利于學(xué)生理解和掌握物理概念和規(guī)律,更有利于研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的發(fā)展。
2.控制變量法的在初中階段的重要性。
在科技迅猛發(fā)展、知識(shí)日新月異、科技競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,能力的高低在一定程度上表現(xiàn)為掌握方法的多少和熟練程度的高低。因此,教會(huì)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)物理的科學(xué)方法,自覺(jué)探討知識(shí)背后的思想方法,是物理教學(xué)的首要任務(wù)。初中階段應(yīng)用控制變量法研究的物理規(guī)律有:音調(diào)與樂(lè)器弦長(zhǎng)、粗細(xì)和松緊的關(guān)系、滑動(dòng)摩擦力與壓力和接觸面粗糙程度的關(guān)系、壓強(qiáng)(壓力產(chǎn)生的效果)與壓力和受壓面積的關(guān)系、通電導(dǎo)體發(fā)出的熱量與電阻、電流和通電時(shí)間的關(guān)系(焦耳定律)等。這為提高學(xué)生應(yīng)用控制變量法探究問(wèn)題答案的能力提供了許多鍛煉機(jī)會(huì)。
在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)有意識(shí)地讓學(xué)生從見識(shí)到熟悉再到試著做,去掌握這種研究方法,讓他們認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律是觀察實(shí)驗(yàn)、物理思維和數(shù)學(xué)推理的產(chǎn)物,讓他們也會(huì)用控制變量的方法揭示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系。例如用這種方法研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān),小結(jié)于下表。
用這種方法可以定性地研究問(wèn)題,并為學(xué)生將來(lái)進(jìn)行定量研究在方法上打下基礎(chǔ),培養(yǎng)了學(xué)生研究問(wèn)題的能力。
3.怎樣在教學(xué)中有效地應(yīng)用控制變量法呢?
3.1從學(xué)生的心理特點(diǎn)入手
只有先了解學(xué)生的心理特征,根據(jù)學(xué)生的心理特征對(duì)癥下藥,才能達(dá)到事半功倍的效果。初中生對(duì)自然規(guī)律的探求欲望和邏輯思維能力都逐漸地達(dá)到一定層次??梢岳脤W(xué)生的心理特點(diǎn)使學(xué)生對(duì)控制變量法產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心和求知欲。所以我們?cè)诮虒W(xué)中可通過(guò)以下4步滲透控制變量法:(1)介紹著名科學(xué)家通過(guò)應(yīng)用控制變量法進(jìn)行科學(xué)探究的成功案例或有趣的事跡,使學(xué)生對(duì)控制變量法產(chǎn)生深刻的印象和濃厚的興趣。(2)通過(guò)對(duì)典型問(wèn)題的探究過(guò)程,教師先演示著應(yīng)用控制變量法進(jìn)行探究活動(dòng),讓學(xué)生在不知不覺(jué)中認(rèn)識(shí)控制變量法的形式和內(nèi)涵,使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)和領(lǐng)會(huì)控制變量研究問(wèn)題的思維過(guò)程。如引言中可以探究水中的氣泡從哪里來(lái)、裝滿水的杯子最多能裝回形針的個(gè)數(shù)與什么因素有關(guān)等。(3)先在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生應(yīng)用控制變量法試著探究一些和示例相似的問(wèn)題,然后讓學(xué)生獨(dú)立的探究一些自己喜歡或感興趣的問(wèn)題。(4)引導(dǎo)學(xué)生在生活中應(yīng)用控制變量法進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng),如研究植物的生長(zhǎng)快慢與陽(yáng)光、水分、溫度因素的關(guān)系等。
3.2立足于教材
在課程改革的大背景下對(duì)于探究性學(xué)習(xí)要求越來(lái)越高,過(guò)程與方法目標(biāo)是教學(xué)的三維目標(biāo)之一,而利用控制變量法的探究活動(dòng)則是教材中最為基礎(chǔ)探究方法。初中階段的大部分概念的定義規(guī)律的建立中都蘊(yùn)含著控制變量法這一科學(xué)方法,這就要求我們的教學(xué)不能就知識(shí)而講知識(shí),也不能單純地就方法而講方法,科學(xué)方法教育必須與物理知識(shí)教學(xué)相結(jié)合,方法教育要以知識(shí)傳授為載體。
教材中有部分內(nèi)容是直接通過(guò)控制變量法教學(xué)的,如探究壓力作用效果與哪些因素有關(guān)、探究液體壓強(qiáng)大小的影響因素、探究浮力大小的影響因素、探究動(dòng)能、勢(shì)能大小的影響因素、歐姆定律、焦耳定律等。通過(guò)這些直接應(yīng)用控制變量法,學(xué)生不但能很好地掌握這些物理規(guī)律,更能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,培養(yǎng)自身的科學(xué)素養(yǎng)。教材中在許多概念或規(guī)律的探索和推導(dǎo)的過(guò)程中,都隱性地運(yùn)用了控制變量法這一科學(xué)方法。例如,對(duì)“比熱容”下定義時(shí),把“單位質(zhì)量”和“溫度升高1℃”這兩點(diǎn)作為基本條件,這樣就突出了物質(zhì)吸收的熱量跟物質(zhì)種類的關(guān)系,使“比熱容”這一概念能反映“物質(zhì)吸熱(或放熱)的本領(lǐng)”這一物理意義。還有,在研究速度、密度等知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中都隱含了控制變量法。所以,教師要善于挖掘教材中用控制變量法進(jìn)行教學(xué)的素材,抓住知識(shí)和方法的結(jié)合點(diǎn),這是通過(guò)知識(shí)教學(xué)滲透控制變量法教育的憑借點(diǎn)。
3.3多方面滲透
學(xué)生要完全地掌握控制變量法,使之成為自身能力的一部分,必須經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期的循序漸進(jìn)的過(guò)程,不但需要在了解學(xué)生心理特征的基礎(chǔ)上,立足于教材,而且要多方面地持之以恒地進(jìn)行訓(xùn)練。
3.3.1通過(guò)物理概念的學(xué)習(xí)逐漸滲透
物理概念是從大量同類物理現(xiàn)象和物理過(guò)程中抽象出來(lái)的,所提示的是客觀事物的共同性質(zhì)和本質(zhì)特征,物理概念的形成過(guò)程就是應(yīng)用科學(xué)方法思維的過(guò)程,這為我們提供了滲透控制變量法的教育素材。
3.3.2結(jié)合物理規(guī)律進(jìn)行控制變量法滲透
生活中的各種現(xiàn)象都是有著內(nèi)在的規(guī)律的,而這種規(guī)律往往是由多種因素復(fù)雜的、共同的影響所表現(xiàn)出來(lái)的。在生活中讓學(xué)生關(guān)注這些規(guī)律的變化與各種因素的關(guān)系,在教學(xué)中再結(jié)合控制變量法去探索、總結(jié)物理規(guī)律,效果很好。
3.3.3結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行控制變量法滲透
利用學(xué)生對(duì)物理學(xué)家的尊崇的感情來(lái)滲透控制變量法的應(yīng)用,效果會(huì)更好。例如介紹著名的物理學(xué)家焦耳研究焦耳定律的過(guò)程,如何研究出電熱與電流的平方成正比、與電阻成正比、與通電時(shí)間成正比的結(jié)論。
3.3.4結(jié)合物理習(xí)題進(jìn)行控制變量法滲透
在初中物理的中控制變量法的習(xí)題很多,這也是中考重點(diǎn)考查的內(nèi)容之一,所以在平時(shí)練習(xí)時(shí)就要注意控制變量法的練習(xí),使學(xué)生不但在生活中、科學(xué)探究中會(huì)應(yīng)用控制變量法,更能應(yīng)用控制變量法分析題目。例如2010年株洲市的中考試題:在“探究影響液體壓強(qiáng)大小的因素”實(shí)驗(yàn)中,老師用壓強(qiáng)計(jì)做了如圖10所示的(a)、(b)、(c)三次實(shí)驗(yàn)。比較實(shí)驗(yàn)(a)、(b)可知液體壓強(qiáng)與液體的密度有關(guān);比較實(shí)驗(yàn)(b)、(c)可知液體壓強(qiáng)與液體的深度有關(guān)。
圖10
控制變量法制是初中物理教學(xué)中的一種典型方法,其他如觀察與實(shí)驗(yàn)法、類比法、假說(shuō)的方法、抽象與概括的方法、分類比較法、理論推導(dǎo)法等,也可在教學(xué)中適當(dāng)向?qū)W生介紹,讓學(xué)生在預(yù)習(xí)新課和解答習(xí)題時(shí)進(jìn)行嘗試。
在初中物理教學(xué)中,方法的運(yùn)用與知識(shí)的傳輸同樣重要。只有教會(huì)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法,才能培養(yǎng)他們的自學(xué)能力,達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。
參考文獻(xiàn):
[1]周琳.活動(dòng)式教學(xué)法初探.中國(guó)教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì),2002.5.
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn);方法;實(shí)踐;觀察;控制變量;理想化
中圖分類號(hào):G630 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-2851(2013)-07-0224-01
在中學(xué)物理教學(xué)中涉及到自然科學(xué)的一般研究方法,主要有觀察、實(shí)驗(yàn)、抽象、理想化、比較、類比、假說(shuō)、模型、數(shù)學(xué)方法等等。下面是我在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透科學(xué)方法教育的一些嘗試和體會(huì)。
一、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)實(shí)踐、理論再實(shí)踐的科學(xué)研究方法
物理學(xué)通常遵循著這樣的途徑來(lái)研究和解決問(wèn)題:觀察實(shí)驗(yàn)——假設(shè)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——實(shí)踐驗(yàn)證理論,即通過(guò)實(shí)踐、理論、再實(shí)踐不斷循環(huán)上升,在這個(gè)過(guò)程中,我們解決了問(wèn)題,提高了認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我有意識(shí)地向?qū)W生介紹這種科學(xué)、有效的研究方法。
如在講自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),先要求學(xué)生進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn):一個(gè)重物和一張展開的紙同時(shí)從同一高度下落,觀察哪一個(gè)先落地;再把剛才的紙團(tuán)成一團(tuán),再讓它與重物同時(shí)下落,觀察哪一個(gè)先落地。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生的思考,同樣重的紙張為什么有不同的現(xiàn)象?比較兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的不同點(diǎn)可以引導(dǎo)學(xué)生理解,這是空氣阻力的問(wèn)題。這時(shí)提出假設(shè),如果物體只受重力,下落的速度是不是可能與物體的重力無(wú)關(guān)呢?接著用牛頓管實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)假設(shè),并建立起自由落體運(yùn)動(dòng)的概念。
在其他領(lǐng)域,大至科學(xué)理論的建立,小至自行車、臺(tái)燈故障的排除,在解決問(wèn)題的方法和思路上基本上都是相似的,即通過(guò)觀察提出問(wèn)題——提出假設(shè)——用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,有意識(shí)地、不斷地通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)滲透這種研究問(wèn)題的方法,能使學(xué)生逐漸體會(huì)并學(xué)會(huì)應(yīng)用這樣的途徑去思考問(wèn)題,更有效地尋求解決問(wèn)題的方法。學(xué)習(xí)這種重要的方法和能力,對(duì)學(xué)生是很有益處的。
二、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)的觀察方法
觀察在物理學(xué)的發(fā)展中起到了很重要的作用,如牛頓定律是從天體運(yùn)動(dòng)的觀察開始的,觀察宇宙射線是研究高能粒子的重要方法。應(yīng)該重視培養(yǎng)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象的興趣。很多孩子是懷著深切的期望開始學(xué)物理的,他們從日常觀察中積累了許多問(wèn)題,期待在物理課中找到答案。能及時(shí)給學(xué)生滿意的解答,會(huì)有利于保持和發(fā)展學(xué)生的觀察興趣。但多數(shù)情況是限于知識(shí)準(zhǔn)備不足,不能及時(shí)解答。這時(shí)當(dāng)然可以說(shuō)要在學(xué)過(guò)什么知識(shí)以后才能解釋??墒?,這樣的話,一個(gè)學(xué)生連聽?zhēng)状?,觀察興趣就會(huì)降低。如果改變一些方法,鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)從哪些方面深人觀察,作好紀(jì)錄,同時(shí)說(shuō)明所觀察的事物跟哪部分知識(shí)有關(guān),現(xiàn)在的觀察對(duì)將來(lái)的學(xué)習(xí)有什么好處,效果可能好些,更可取的辦法是,教師給全班或個(gè)別喜歡觀察的學(xué)生布置觀察作業(yè),觀察跟講到的知識(shí)有關(guān)的物理現(xiàn)象、技術(shù)設(shè)備以及人們的某些活動(dòng)等等。
通過(guò)物理課的學(xué)習(xí)應(yīng)該使學(xué)生觀察的方法更好些,培養(yǎng)學(xué)生良好的觀察素養(yǎng)。首先,要求觀察的客觀性,要實(shí)事求是地對(duì)待各種觀察的材料。其次,觀察要抓住與觀察目的有關(guān)的主要的方面,并且有步驟地、盡可能細(xì)致地觀察。同時(shí),要使學(xué)生了解科學(xué)的觀察都要有詳細(xì)的記錄,要養(yǎng)成有序、及時(shí)記錄數(shù)據(jù)的習(xí)慣。堅(jiān)持在實(shí)驗(yàn)中滲透觀察方法的教育,一定能逐步培養(yǎng)起學(xué)生良好的觀察素養(yǎng),并培養(yǎng)學(xué)生成為樂(lè)于觀察、善于觀察的有心人。
三、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透控制變量的科學(xué)研究方法
控制變量的研究方法在規(guī)律的探索中經(jīng)常使用,如牛頓第二定律中加速度與力以及質(zhì)量有關(guān)系,壓強(qiáng)與壓力及受力面積之間的關(guān)系等等。當(dāng)多個(gè)因素同時(shí)作用、共同影響某一物量時(shí),就要分別獨(dú)立地研究其中某一因素的影響,這時(shí)就要暫時(shí)保持其他因素不變,以便排除其他因素的干擾,更好地研究這一因素與研究量之間的關(guān)系,最后再通過(guò)綜合分析得出規(guī)律。歐姆定律的得出就是利用控制變量的方法。電路兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻都會(huì)影響通過(guò)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度,采用控制變量的方法,先保持電路電阻不變,測(cè)出電流強(qiáng)度與電壓的關(guān)系,再控制電路的電壓不變,研究電流強(qiáng)度與電阻的關(guān)系,最后歸納得出歐姆定律。
控制變量的方法是一種常用的有效的科學(xué)研究方法,當(dāng)學(xué)生掌握了這一研究問(wèn)題的方法后,就可以遷移、應(yīng)用于其他的研究領(lǐng)域。
四、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透理想化的科學(xué)研究方法
科學(xué)的理想化不是無(wú)根據(jù)的幻想,是在已有的實(shí)踐基礎(chǔ)上,根據(jù)邏輯法則,經(jīng)過(guò)推論、判斷得出的理想條件下的物理規(guī)律,理想實(shí)驗(yàn)的方法是一種重要的科學(xué)研究方法。客觀存在的事物常常具有復(fù)雜的多方面的特性,處于多種條件之下。理想化就是突出起主要作用的性質(zhì)或條件,而忽略了其他次要的性質(zhì)或條件,理想化的方法能使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化處理它能更深刻地反映現(xiàn)象的本質(zhì)。伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)史上著名的理想化實(shí)驗(yàn)。
小球從靜止開始從一個(gè)斜面上滾下,它將滾上另一個(gè)斜面,后一個(gè)斜面的坡度越小,小球就滾得越遠(yuǎn)。伽利略就在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出他的理想實(shí)驗(yàn),從而推動(dòng)了動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。愛(ài)因斯坦在他的《物理學(xué)的進(jìn)化》中是這樣評(píng)價(jià)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)的:伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的卓越之處在于他的研究問(wèn)題方法,而不僅是實(shí)驗(yàn)本身。
論文關(guān)鍵詞:科學(xué)探究;物理概念;物理規(guī)律
論文摘要:本文通過(guò)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境,讓學(xué)生感受科學(xué)探究,形成概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律,建構(gòu)物理知識(shí)體系,讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究;最后,要通過(guò)運(yùn)用、鞏固、深化物理知識(shí),讓學(xué)生再次經(jīng)歷科學(xué)探究。
科學(xué)探究是科學(xué)家運(yùn)用一系列科學(xué)方法通過(guò)一定程序解決自然領(lǐng)域或科學(xué)問(wèn)題的研究過(guò)程,其本質(zhì)是以科學(xué)態(tài)度揭示大自然奧妙并發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的思維方式。《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究作為課程目標(biāo)與重要內(nèi)容,旨在使學(xué)生通過(guò)與科學(xué)家相似的研究過(guò)程,經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等一系列感受和體驗(yàn),在獲取知識(shí)與技能的同時(shí),形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,激勵(lì)積極主動(dòng)的探索精神,提升標(biāo)新立異的創(chuàng)新能力。
一、感受科學(xué)探究,創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境
1.感受科學(xué)探究,創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)概念環(huán)境。物理概念是從自然現(xiàn)象、物理事實(shí)或過(guò)程中抽象出來(lái)的,在教學(xué)過(guò)程中必須把相關(guān)的現(xiàn)象或過(guò)程展現(xiàn)出來(lái),給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)習(xí)概念的環(huán)境。創(chuàng)設(shè)環(huán)境有運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、聯(lián)系實(shí)際等許多方法,但不管采用什么方法,都必須從被動(dòng)地接受知識(shí)向主動(dòng)地獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化,體現(xiàn)“提出問(wèn)題”和“猜想與假設(shè)”等“科學(xué)探究”要素。例如,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)引入摩擦力的概念,將放在桌面上的木塊與跨過(guò)滑輪的繩子相連接,繩子的另一端懸掛掉盤,盤上放重物,木塊在繩子的拉力作用下會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。這時(shí)讓學(xué)生猜想,如果逐步減少盤中重物質(zhì)量,木塊將如何?實(shí)驗(yàn)之后,再讓學(xué)生相互交流,分析論證這是為什么。如此,通過(guò)科學(xué)探究,加深學(xué)生對(duì)看不見、摸不著的摩擦力的理解。
2.感受科學(xué)探究,創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)規(guī)律環(huán)境。物理規(guī)律揭示的是物理量之間的必然聯(lián)系,是客觀存在的,人們只能去發(fā)現(xiàn)規(guī)律,而不能憑主觀意志去發(fā)明創(chuàng)造規(guī)律。因此,物理規(guī)律教學(xué)必須首先提供一個(gè)便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的學(xué)習(xí)環(huán)境,使學(xué)生通過(guò)觀察和感受,有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想,萌發(fā)或提煉出科學(xué)問(wèn)題。例如,在導(dǎo)入《閉合電路歐姆定律》時(shí),首先將完全相同的8個(gè)“6V、0.3A”小燈泡分成兩組分別并聯(lián)在6V的蓄電池和6V的干電池兩端,并在電源兩端并聯(lián)電壓表監(jiān)視電路電壓,讓學(xué)生猜想,接通電源后,兩電路電壓是否相同??jī)山M小燈泡是否一樣亮?根據(jù)部分電路歐姆定律,兩電壓表示數(shù)必然相同,兩組小燈泡也一定一樣亮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻發(fā)現(xiàn),與蓄電池連接的電壓表示數(shù)基本沒(méi)有變化,而與干電池連接的電壓表示數(shù)降低了2V左右,且與干電池連接的小燈泡比與蓄電池連接的小燈泡暗。進(jìn)一步啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生尋找兩電路的不同,猜想現(xiàn)象原因,發(fā)現(xiàn)對(duì)電路的研究必須考慮電源內(nèi)阻,引出考慮電源內(nèi)阻的全電路定律。
二、體驗(yàn)科學(xué)探究,建構(gòu)物理知識(shí)體系
1.體驗(yàn)科學(xué)探究,形成物理概念。有些概念是在觀察、交流、探究等感受和體驗(yàn)過(guò)程中,獲得感性認(rèn)識(shí)并對(duì)感性材料思維加工而形成的。例如,利用人推車,牛拉犁,手提水桶,運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴,磁鐵吸引鐵釘?shù)瘸R姮F(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生分析論證、抽象概括出力是“物體與物體之間的相互作用”。有些概念則需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)建立,涉及到科學(xué)探究的更多要素。例如,電阻的概念首先引導(dǎo)學(xué)生回憶“什么叫導(dǎo)體?有哪些常見的導(dǎo)體?”之后,猜想“導(dǎo)體除了能夠?qū)щ?,?duì)電流是否還有其他作用?”“要研究導(dǎo)體對(duì)電流是否還有其他作用,可以用什么方法?”“如果需要實(shí)驗(yàn),應(yīng)使用哪些儀器與材料?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?”通過(guò)師生、生生互動(dòng)制定實(shí)驗(yàn)方案。在電源、開關(guān)、電流表、小燈泡串聯(lián)的電路中分別串入鉛筆芯與鎳鉻導(dǎo)線之后,引導(dǎo)學(xué)生觀察燈泡的亮度和電流表的示數(shù),通過(guò)討論、比較、分析、判斷,發(fā)現(xiàn)鎳鉻導(dǎo)線對(duì)電流的阻礙作用比鉛筆芯大,得出在物理學(xué)中用電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的概念。
2.體驗(yàn)科學(xué)探究,認(rèn)識(shí)物理規(guī)律探索。物理規(guī)律需要學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度和對(duì)科學(xué)探索的濃厚興趣經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,去發(fā)現(xiàn)、思考、探討。首先是通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想與假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),收集證據(jù)等一系列活動(dòng),探索事物的內(nèi)在聯(lián)系,提供實(shí)事求是的科學(xué)依據(jù);之后再通過(guò)分析與論證、評(píng)價(jià)、交流與合作,得出結(jié)論。整個(gè)過(guò)程要使學(xué)生充分體驗(yàn)科學(xué)探究,在獲取知識(shí)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。
3.再次經(jīng)歷科學(xué)探究,運(yùn)用鞏固物理知識(shí)。要真正理解概念掌握規(guī)律,還需要在運(yùn)用物理知識(shí)的過(guò)程中再次經(jīng)歷科學(xué)探究,進(jìn)行鞏固、深化和強(qiáng)化。一是在運(yùn)用物理知識(shí)解決具體問(wèn)題的過(guò)程中強(qiáng)化科學(xué)探究。二是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和儀器教具制作的過(guò)程中深化科學(xué)探究。三是在探索解決問(wèn)題的思路、方法過(guò)程中活化科學(xué)探究。
參考文獻(xiàn):
科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)方法,科學(xué)方法既包括經(jīng)驗(yàn)方法,也包括邏輯方法。歸納和演繹是邏輯方法中兩種最基本的方法。英國(guó)思想家和科學(xué)家培根極力推崇歸納法,而法國(guó)科學(xué)家笛卡兒則推崇演繹法。實(shí)際上,一個(gè)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn),幾乎都會(huì)同時(shí)綜合運(yùn)用歸納和演繹兩種邏輯方法。
從科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方法來(lái)分類,中學(xué)物理研究的物理規(guī)律大體可分為兩種類型:
第一類是實(shí)驗(yàn)定律。如牛頓定律、動(dòng)量守恒定律、庫(kù)侖定律、歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等,它們都是通過(guò)對(duì)自然現(xiàn)象的觀察或者實(shí)驗(yàn)總結(jié)概括出來(lái)的,這個(gè)過(guò)程主要運(yùn)用歸納法(也一定程度上用到演繹法)。觀察或?qū)嶒?yàn)總是有限的,不會(huì)無(wú)窮盡,所以科學(xué)家們總在不斷努力創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法,提高實(shí)驗(yàn)精度,力圖發(fā)現(xiàn)與“定律”相悖的情況,一旦出現(xiàn)了這種情況,“定律”將被否定。例如庫(kù)侖定律中兩個(gè)研究對(duì)象“點(diǎn)”之間的相互作用力與兩點(diǎn)間的距離r的平方成反比,科學(xué)家不斷地用精度越來(lái)越高的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)定律給出了物理量之間的變化關(guān)系,但至于“為什么有這種關(guān)系”這個(gè)問(wèn)題,可能在物理學(xué)史上長(zhǎng)期甚至至今都沒(méi)有找到答案。
第二類規(guī)律是用已知的規(guī)律通過(guò)演繹推理得到的,如動(dòng)能定理、相對(duì)論等。通過(guò)演繹得出的規(guī)律必須經(jīng)得起觀察或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證,才能被確認(rèn)。例如1916年愛(ài)因斯坦用演繹法得出廣義相對(duì)論,該理論預(yù)言大質(zhì)量的物體會(huì)使經(jīng)過(guò)其附近的光線產(chǎn)生彎曲。三年后的1919年日全食期間,人們觀察到星光掠過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)確實(shí)發(fā)生了偏移,而且偏移值符合廣義相對(duì)論的預(yù)言,英國(guó)皇家學(xué)會(huì)公布了這一結(jié)果,愛(ài)因斯坦立即成為家喻戶曉的名人。
因?yàn)闊o(wú)論是用歸納還是演繹方法得到公認(rèn)規(guī)律,都離不開實(shí)驗(yàn),所以人們常說(shuō)物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,但這并不意味理論推導(dǎo)不重要。課改前的高中物理教材中,機(jī)械能守恒定律多是運(yùn)用歸納法通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的。而多種課標(biāo)試驗(yàn)教材則運(yùn)用演繹法通過(guò)理論推導(dǎo)得出(有人將理論推導(dǎo)稱為“理論探究”),之后,教材再安排一節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。這樣的編排突顯了通過(guò)演繹發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)確認(rèn)規(guī)律的科學(xué)方法,蘊(yùn)含著科學(xué)方法教育的內(nèi)容,教師在本內(nèi)容教學(xué)中,要將教材中隱含的科學(xué)方法給學(xué)生明點(diǎn)出來(lái),以期達(dá)成科學(xué)方法教育的目標(biāo)。
另外,學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)機(jī)械能守恒,如果高一再將這個(gè)內(nèi)容安排為一個(gè)完整的學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究,則“提出問(wèn)題”、“猜想與假設(shè)”這兩個(gè)活動(dòng)便失去了存在的必要,這也是教材用理論推導(dǎo)而不用實(shí)驗(yàn)歸納的原因之一。
人教版和粵教版教材在機(jī)械能內(nèi)容上的安排大體是相近的,都是循著“動(dòng)能――動(dòng)能定理――勢(shì)能――重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系――動(dòng)能與勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化――機(jī)械能守恒定律――機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用”的線索來(lái)展開的。
二、按教學(xué)目標(biāo)定位處理機(jī)械能守恒定律部分教材
一般教師在講授機(jī)械能守恒定律時(shí)會(huì)運(yùn)用有兩種方法:一種是先讓學(xué)生自己開動(dòng)腦筋,提出一定的假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),來(lái)探究機(jī)械能守恒定律,說(shuō)明教師鐘情于歸納法;另一種是按教材的編寫,先通過(guò)在黑板上進(jìn)行理論推導(dǎo),然后再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,反映出教師鐘情于演繹法。不能簡(jiǎn)單地說(shuō)這兩種方法哪一種更合理,必須考察教師整個(gè)教學(xué)的思路,如果教師認(rèn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力形成得還不夠理想,希望通過(guò)對(duì)機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)一步提高這種能力,先采用歸納法、再用演繹法推導(dǎo)一次也未嘗不可;如果教師認(rèn)為沒(méi)有必要在本內(nèi)容教學(xué)中突出實(shí)驗(yàn)探究,而要學(xué)生體驗(yàn)理論推導(dǎo)對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要意義,則按教材的結(jié)構(gòu)來(lái)展開也是恰當(dāng)?shù)摹?/p>
三、優(yōu)化機(jī)械能守恒定律教學(xué)的幾個(gè)策略
《機(jī)械能守恒定律》一課屬于規(guī)律教學(xué)課,要按規(guī)律課教學(xué)的原則合理確定教學(xué)策略。
1、靈活組織前備知識(shí)的復(fù)習(xí)
學(xué)習(xí)本節(jié)前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)了動(dòng)能、動(dòng)能定理、勢(shì)能、重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系等知識(shí),這些都是學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律的前備知識(shí),學(xué)生對(duì)這些前備知識(shí)的掌握程度直接影響本內(nèi)容的學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)本節(jié)教學(xué)前,對(duì)學(xué)生前備知識(shí)的掌握程度必須心中有數(shù),如果學(xué)生掌握得不夠好,遺忘率高,則宜在上課開始時(shí)花一定的時(shí)間集中復(fù)習(xí)前備知識(shí),但要注意的是,這種復(fù)習(xí)不能采取由教師重述一次的辦法,而應(yīng)當(dāng)適當(dāng)設(shè)置一些簡(jiǎn)單情景,喚起學(xué)生的記憶,由學(xué)生說(shuō)出相關(guān)的知識(shí),也可以隨著講課的進(jìn)度,分散復(fù)習(xí)各個(gè)概念,以減輕學(xué)生的疲勞感;如果學(xué)生基礎(chǔ)好,則不必集中復(fù)習(xí)前備知識(shí),采用隨著新內(nèi)容的展開分散復(fù)習(xí)的辦法。
2、理論推導(dǎo)的教學(xué)策略
理論推導(dǎo)是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn),不管學(xué)生程度如何,都應(yīng)讓學(xué)生自己通過(guò)重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系和動(dòng)能定理推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律,千萬(wàn)不能由教師一講而就。
3、突出力和功的分析
機(jī)械能守恒定律的文字和數(shù)學(xué)表述并不復(fù)雜,似乎很容易記住,但學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律的表征卻會(huì)是千差萬(wàn)別的,其中最易犯錯(cuò)的是對(duì)成立條件的判斷,本節(jié)新課中,這個(gè)難點(diǎn)似乎并不突出,但在以后的綜合題解題中,這個(gè)問(wèn)題就會(huì)明顯暴露出來(lái)。所以本節(jié)課從一開始,對(duì)每一個(gè)物理模型或?qū)嶒?yàn)都要強(qiáng)調(diào)受力分析和做功分析,力求幫助學(xué)生形成良好的思考程序和習(xí)慣。
一、追根尋源真一點(diǎn)
一個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)物理,首先接觸到的就是物理定律。因此,怎樣搞好物理定律教學(xué),必然是每個(gè)物理教師首先要考慮的問(wèn)題。
在進(jìn)行某一物理定律教學(xué)時(shí),我們有意識(shí)補(bǔ)充了大量的與這一定律的建立過(guò)程有關(guān)的內(nèi)容,這就是所謂的“溯源”教學(xué)。任何一個(gè)重要物理定律的建立,都有一個(gè)艱辛而漫長(zhǎng)的過(guò)程。探索定律的工作只所以能成功,這個(gè)定律最后只所以能夠確立起來(lái),其中一定有很多科學(xué)的研究方法和正確的推理思維方式,這些內(nèi)容毫無(wú)疑問(wèn)是屬于物理學(xué)科中最重要的東西,是人類一筆寶貴的知識(shí)財(cái)富,也是我們物理教學(xué)的寶貴財(cái)富。
在講授牛頓萬(wàn)有引力定律時(shí),我們從第谷對(duì)行星進(jìn)行幾十年的觀測(cè)積累的大量第一手資料講起,然后是開普勒在擁有這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)大量計(jì)算總結(jié)出描寫天體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律(開普勒三定律),最后才是牛頓用定量的動(dòng)力學(xué)原理對(duì)這些規(guī)律予以解釋,終于發(fā)現(xiàn)了對(duì)天上、地上的物體具有普遍意義的萬(wàn)有引力定律。在學(xué)習(xí)牛頓萬(wàn)有引力定律的過(guò)程中,我們還著重向?qū)W生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗(yàn)證”三種科學(xué)研究的重要方法。
在學(xué)習(xí)歐姆定律的過(guò)程中,學(xué)生一開始都以為研究通過(guò)導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系是不困難的,只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可。可是我告訴他們,在歐姆那個(gè)年代,非但沒(méi)有電流表、電壓表等儀器,連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒(méi)有,歐姆所面臨的困難之大是可想而知的。他到底是怎樣得到這個(gè)電學(xué)中最重要的定律的呢?學(xué)生頓時(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣。在學(xué)習(xí)歐姆定律誕生過(guò)程的同時(shí),我們還結(jié)合歐姆的實(shí)踐,介紹了用圖線探究新規(guī)律的方法。
此外,我們還結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律介紹了“理想實(shí)驗(yàn)”、“推理”、“實(shí)驗(yàn)研究”等方法,結(jié)合氣體定律介紹了“分析法”,結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律介紹了“綜合法”。使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握了一些重要的科學(xué)研究方法。有的同學(xué)深有體會(huì)地說(shuō):物理定律是寶貴的,但研究物理定律的科學(xué)方法更寶貴。誰(shuí)掌握了這些方法,誰(shuí)就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘。
在物理定律的教學(xué)中,我們?cè)谡n堂上經(jīng)常采用設(shè)問(wèn)的方法,不是直接告訴學(xué)生某個(gè)定律是怎樣建立起來(lái)的,而是不斷地提出問(wèn)題讓學(xué)生去思考,擺出困難讓學(xué)生去克服,提出任務(wù)讓學(xué)生去完成,制定目標(biāo)讓學(xué)生去實(shí)現(xiàn)。這樣可以有效地發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和解決問(wèn)題的能力。
二、實(shí)驗(yàn)研究多一點(diǎn)
物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),物理學(xué)中的每一個(gè)概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和確立主要依賴于實(shí)驗(yàn)。因此,在高中物理教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的訓(xùn)練,無(wú)疑是提高物理教學(xué)質(zhì)量的一條必由之路。
目前中學(xué)物理教學(xué)大綱中安排了相對(duì)數(shù)量的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn),不難發(fā)現(xiàn),這些實(shí)驗(yàn)存在著某些不足,主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面:第一,教材中幾乎所有實(shí)驗(yàn)是為配合所學(xué)內(nèi)容而安排的,目的是幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解,因此學(xué)生不易通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)掌握一些重要的實(shí)驗(yàn)方法。第二,課本中每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟都講得十分清楚,學(xué)生只需按部就班地完成實(shí)驗(yàn)操作即可。這樣的實(shí)驗(yàn)只能增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力,而對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練是不夠的,也無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。第三,目前課本中的實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生只要學(xué)懂了書上的定律,一般都能輕而易舉地完成實(shí)驗(yàn)。這種安排違反了教育應(yīng)該走在學(xué)生智力發(fā)展前面的原則,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的能力是不利的。針對(duì)以上不足,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改革,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)為發(fā)展學(xué)生的智力,提高學(xué)生的素質(zhì)服務(wù)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革方面,我們主要采取了以下三條措施:一是增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量。不論是在課堂演示實(shí)驗(yàn),還是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)或小實(shí)驗(yàn)方面,平均增加了60%的實(shí)驗(yàn)。其中有一部分新實(shí)驗(yàn),學(xué)校沒(méi)有現(xiàn)成的儀器,安排學(xué)生自己制作,對(duì)學(xué)生有較高的要求。二是重視實(shí)驗(yàn)誤差討論。物理實(shí)驗(yàn)離不開測(cè)量,測(cè)量是實(shí)驗(yàn)科學(xué)最本質(zhì)的東西。從某種意義上講,結(jié)果準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)就是成功的實(shí)驗(yàn),反之就是不成功的實(shí)驗(yàn)。因此在培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的過(guò)程中,應(yīng)該讓他們掌握一些必要的實(shí)驗(yàn)誤差的基本知識(shí)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí),要求學(xué)生們盡量消除實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差;在選擇實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要考慮它的精確程度;在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),要采用盡量科學(xué)的方法。三是加強(qiáng)重要實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中有一些重要的方法,比如減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的方法、減小實(shí)驗(yàn)偶然誤差的方法、實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律的方法、迂回測(cè)量的方法等,這些方法不是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)中,而是在許多實(shí)驗(yàn)中都有應(yīng)用,因此具有一定的普遍意義,這些方法一定要讓學(xué)生很好地掌握。在必要時(shí),我們甚至根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,集中安排幾個(gè)某種方法體現(xiàn)比較典型的實(shí)驗(yàn),這樣便于學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)和熟練掌握某一種實(shí)驗(yàn)方法。
三、能力要求高一點(diǎn)
物理習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。不論是教師還是學(xué)生,都在解習(xí)題上花費(fèi)了大量的時(shí)間,因此,習(xí)題教學(xué)的改革是一個(gè)很重要的問(wèn)題。