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關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)推理;科學(xué)探究;問題情境;科學(xué)方法;理論聯(lián)系實(shí)際
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理選修3-1第二章第七節(jié)《閉合電路的歐姆定律》是電學(xué)知識的核心內(nèi)容,其中包含了許多科學(xué)思想方法,是學(xué)生學(xué)習(xí)和體會科學(xué)思想方法的好素材。作為一節(jié)典型的規(guī)律探究課,本節(jié)內(nèi)容較抽象,學(xué)生在學(xué)習(xí)時,對電源內(nèi)電路認(rèn)識模糊,難以理解電源有內(nèi)阻;對內(nèi)外電路的電壓與電源電動勢的關(guān)系及路端電壓與負(fù)載關(guān)系感到疑惑,對其中蘊(yùn)含的科學(xué)方法未能深刻領(lǐng)會?!叭绾斡行黄七@些教學(xué)難點(diǎn)?”“如何設(shè)計(jì)好閉合電路歐姆定律的探究過程,有效實(shí)施三維目標(biāo)教學(xué)?”一直是廣大物理教師研究的重要課題,本文試圖通過對本節(jié)課的教材、教法的分析,探究形成學(xué)生認(rèn)知困難的主要原因以及在本節(jié)課中如何有效實(shí)施探究教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《閉合電路的歐姆定簟釩才旁詰繚礎(chǔ)⒌綞勢、歐姆定律、串并聯(lián)電路、焦耳定律和導(dǎo)體的電阻之后來學(xué)習(xí)的。很顯然,這種安排的意圖是在承接“從做功角度認(rèn)識電動勢”的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生從功能關(guān)系角度來建立閉合電路的歐姆定律,體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的教學(xué)原則。順應(yīng)這種構(gòu)想,教材對本節(jié)內(nèi)容以如下方式呈現(xiàn):先直接給出閉合電路的概念,然后從功能關(guān)系出發(fā), 根據(jù)能量守恒,理論推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律和U+U=E,再根據(jù)閉合電路的歐姆定律,理論分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。這種呈現(xiàn)方式的好處是:既充分體現(xiàn)了功和能的概念在物理學(xué)中的重要性,又有利于學(xué)生從理論角度理解閉合電路的歐姆定律。從教材體系來看這種呈現(xiàn)方式具有一定的合理性和科學(xué)性。
筆者曾多次參與“閉合電路的歐姆定律”的觀摩教學(xué),領(lǐng)略了執(zhí)教老師們的各種處理方法,比較有代表性的是以下兩種教法:
第一種教法是沿用原教材的思路,采用比較傳統(tǒng)的方式,注重理論探究,先從理論上推導(dǎo)得出閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,再應(yīng)用定律討論了路端電壓隨外電路電阻的變化規(guī)律,最后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用規(guī)律解題,把立足點(diǎn)放在訓(xùn)練學(xué)生的解題能力上。
第二種教法注重突出實(shí)驗(yàn)的地位,發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在探究教學(xué)中的作用。利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)懸念,引入課題,設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)歸納出內(nèi)外電壓之間的關(guān)系,再利用教材中的圖2.7-3實(shí)驗(yàn)探究路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。
根據(jù)課后反饋發(fā)現(xiàn),沿用原教材思路設(shè)計(jì)的教學(xué),效果并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)者想象的結(jié)果,究其原因,主要有以下幾個方面:
1.教材中的閉合電路的歐姆定律是從理論角度得出的,注重于數(shù)學(xué)推理,比較抽象,缺乏令人信服的探究實(shí)驗(yàn),學(xué)生無直接經(jīng)驗(yàn)感知和相應(yīng)的認(rèn)知過程,難以形成深刻的理解。
2.教材對閉合電路,特別是內(nèi)電路的建構(gòu)過于直接,無感知過程,學(xué)生對教材中為了突出閉合電路而提供的閉合電路中電勢高低變化的模型圖難以理解,加之學(xué)生對部分電路的歐姆定律印象深刻,對電源內(nèi)部的電路無直觀印象,對電源也有內(nèi)阻心存疑慮,難以突破初中形成的“路端電壓不隨外電路變化”的思維定勢。
3.教材是利用純電阻電路中的能量守恒關(guān)系推導(dǎo)得到IR+Ir=E和U+U=E,這種處理方式,會讓學(xué)生對U+U=E的普適性產(chǎn)生懷疑:非純電阻電路還適用嗎?
4.作為一節(jié)規(guī)律探究課,本節(jié)課包含了許多科學(xué)思想方法,教材過于注重理論推導(dǎo),忽視了實(shí)驗(yàn)探究,淡化了猜想、類比、比較、分析等多種科學(xué)思想方法教育,這對培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和體驗(yàn)研究物理問題的方法是不利的,也不利于提高課堂教學(xué)的有效性。
第二種“通過設(shè)計(jì)多個實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究”的處理方法,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,學(xué)生能獲得更直觀的認(rèn)識,有效地突破一些教學(xué)難點(diǎn),但由于本節(jié)知識點(diǎn)多,思維量大,設(shè)計(jì)過多的實(shí)驗(yàn)(特別是設(shè)計(jì)繁雜的分組實(shí)驗(yàn))勢必會分散學(xué)生的注意力,干擾學(xué)生的正常思考,擠壓學(xué)生思考和實(shí)踐應(yīng)用的時間,影響了學(xué)生主體作用的發(fā)揮,效果同樣不盡如人意。
2 教學(xué)建議
2.1 尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,科學(xué)設(shè)計(jì)探究過程
從物理學(xué)史來看,歐姆定律是基于實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的,并非演繹推理的結(jié)果,教材通過功能關(guān)系分析來建立閉合電路的歐姆定律。這種處理方法帶來的負(fù)面影響是學(xué)生缺乏感性認(rèn)識,沒有參與知識發(fā)現(xiàn)過程中的情感體驗(yàn),難以形成深刻的理解,課堂上學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也不高。規(guī)避這種負(fù)面影響的方法就是在教學(xué)設(shè)計(jì)時,應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律,科學(xué)地設(shè)計(jì)探究過程,讓學(xué)生在親身探究中理解定律,體驗(yàn)方法。基于這種指導(dǎo)思想,筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)時,先用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電,產(chǎn)生了與學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)相矛盾的現(xiàn)象來設(shè)置“懸念”――引入新課。然后,引導(dǎo)學(xué)生針對“引入實(shí)驗(yàn)”中的現(xiàn)象展開探究,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中分析、思考、歸納,得出電源內(nèi)電壓和外電壓之間的關(guān)系。接著再引導(dǎo)學(xué)生利用功能關(guān)系,從理論角度來推導(dǎo)、探究,讓實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論在理論上獲得支撐。最后,引а生利用所學(xué)規(guī)律解決引入實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生活中的問題。這種在引入實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的“實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)相互結(jié)合的探究過程”的設(shè)計(jì),既避免了設(shè)計(jì)過多的實(shí)驗(yàn),又讓學(xué)生親身體驗(yàn)了探究的過程,加深了對知識的理解,深刻領(lǐng)會到物理學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性和流暢性,感受到物理的探究之美和應(yīng)用之美。同時,又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使物理課堂教學(xué)產(chǎn)生無窮的樂趣,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的物理課堂教學(xué)。
2.2 合理創(chuàng)設(shè)問題情境,引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑探究
作為一節(jié)規(guī)律探究課,本節(jié)課的重點(diǎn)是如何落實(shí)探究教學(xué),讓學(xué)生在探究中理解閉合電路的歐姆定律,感知科學(xué)探究的過程和方法。在探究教學(xué)中,問題是探究的起點(diǎn),沒有問題就不可能有探究,正是在問題的驅(qū)動下,學(xué)生才能積極思考,從而產(chǎn)生探究欲望。這就需要教師在深入挖掘規(guī)律形成過程的基礎(chǔ)上,精心創(chuàng)設(shè)問題情境,以問誘思,引導(dǎo)學(xué)生融入到探究學(xué)習(xí)的情境中去。例如:在構(gòu)建“閉合電路”概念時,用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電后,可設(shè)置如下問題情境:“為什么燈泡接到電動勢為9 V的電池時,亮度反而暗了?難道電池壞了?”“為什么電池與燈泡接通時兩端的電壓變???減小的電壓哪兒去了?”“電池有內(nèi)阻?可能嗎?”“我們來看看電池(觸摸電池),電池變熱了,什么原因?qū)е鹿ぷ鞯碾姵貢儫??”學(xué)生在問題的引領(lǐng)下觀察、實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn),由此認(rèn)識到“電源內(nèi)部也有電阻和電流”“電源內(nèi)部電流的通路,稱為內(nèi)電路”。這種以問題啟發(fā)學(xué)生思考,以實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)來構(gòu)建閉合電路的方法,既彌補(bǔ)了教材對內(nèi)電路建構(gòu)的非直觀性,也讓學(xué)生經(jīng)歷了在質(zhì)疑中分析、探究的過程,學(xué)生對閉合電路的認(rèn)識潛移默化、水到渠成,遠(yuǎn)比直接灌輸效果好。
在引導(dǎo)學(xué)生從能量角度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果時,設(shè)置如下問題情境:“剛才我們通過實(shí)驗(yàn)探究了閉合電路中的電流規(guī)律,這個結(jié)論可靠嗎?”“如果我們能從理論上找到依據(jù),是不是更可靠?如何從理論上來分析呢?”“從能量角度行嗎?”“內(nèi)、外電路在時間 t 內(nèi)消耗多少電能? ”“這些能量從何而來?”學(xué)生在上述問題的引導(dǎo)下,發(fā)現(xiàn)也可以從能量角度來推導(dǎo)得出與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。
在引導(dǎo)學(xué)生探究路端電壓與負(fù)載的關(guān)系時,設(shè)置以下問題情境:“實(shí)驗(yàn)表明,燈泡變暗是由于路端電壓變小的緣故,你們能說說路端電壓與什么有關(guān)嗎?”“它們之間具體的關(guān)系是什么?”“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來研究呢?”“從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中能得出什么結(jié)論?”“能從理論上分析為什么會發(fā)生這樣的變化嗎?”“如果外電阻斷開,路端電壓為多少?外電阻短路,路端電壓又為多少?”“誰能說說路端電壓隨外電阻變化的根本原因是什么?”在這一個個問題的引領(lǐng)下,學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究到理論分析兩個方面找到了路端電壓與外電阻的關(guān)系,不僅體驗(yàn)了科學(xué)探究過程,提高了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究的能力,也養(yǎng)成了樂于探索、勤于動手的好習(xí)慣。
2.3 注重滲透科學(xué)方法教育,加深對規(guī)律本質(zhì)的認(rèn)識
作為一根主線,科學(xué)探究法貫穿在整個課堂教學(xué)過程中,教學(xué)中要注意尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律,強(qiáng)化科學(xué)探究法的顯性教育:以引入實(shí)驗(yàn)為線索,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“觀察實(shí)驗(yàn)、提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證”等過程,領(lǐng)會科學(xué)探究的方法。
“閉合回路中的電勢變化”抽象而難以理解,突破這一難點(diǎn)的最重要的方法就是“比法”。教材試圖以圖1的模型來形象地說明這個問題,但這種模型對學(xué)生來說還是比較抽象,難以理解。筆者用如圖2所示的“電梯加滑梯”模型和閉合電路加以類比,來說明閉合電路中的電勢高低變化情況。這樣的方法,既簡單又源于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),學(xué)生容易接受,教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生體會類比法的作用。
“演繹推理法”在“閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)”和“路端電壓與負(fù)載的關(guān)系推導(dǎo)”中兩次用到,教學(xué)中要注意借助問題情境,把規(guī)律的探究以一個個問題的形式呈現(xiàn)出來,讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下經(jīng)歷演繹、推理過程,構(gòu)建對“閉合電路的歐姆定律”和“路端電壓與負(fù)載關(guān)系”的正確理解,體驗(yàn)演繹推理過程中獲得成功的愉悅。
另外,本節(jié)課中,要特別注意引導(dǎo)學(xué)生在了解路端電壓與負(fù)載電阻的關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過極限法分析和理解電路斷路時的路端電壓和短路電流的現(xiàn)實(shí)意義,體會極限法在物理學(xué)習(xí)中的作用和意義,有效地訓(xùn)練學(xué)生突破思維定勢,培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力。
2.4 注重理論聯(lián)系實(shí)際,物理與生活的聯(lián)系
研究和學(xué)習(xí)物理最重要的方法就是理論聯(lián)系實(shí)際,將理論和實(shí)際、物理與生活聯(lián)系起來,可以幫助學(xué)生更透徹地理解所學(xué)的物理知識,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和邏輯思維能力。歐姆定律與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切,教學(xué)設(shè)計(jì)時,應(yīng)注意還原知識的產(chǎn)生背景,注重將知識應(yīng)用于實(shí)際生活。例如:新課引入可以從生活現(xiàn)象來提出問題,引發(fā)學(xué)生思考探究;在得出路端電壓與外電阻R的關(guān)系后,引導(dǎo)學(xué)生通過將R推向兩個極端情況的分析,來理解實(shí)際中“為什么電源開路時路端電壓就等于電源的電動勢”及“為什么電源不能用導(dǎo)線直接相連”;在學(xué)完了本節(jié)知識后,可引導(dǎo)學(xué)生用本節(jié)課所學(xué)知識分析解決新課引入及生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題。讓學(xué)生充分地感知從生活走進(jìn)物理、從物理回到生活的過程,培養(yǎng)學(xué)生利用物理知識分析解決實(shí)際問題的能力,建構(gòu)對知識(尤其是難點(diǎn)知識)的正確理解,從而真切地感受所學(xué)物理知識的實(shí)用性,充分理解物理學(xué)科對時展的深遠(yuǎn)意義。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:物理課堂 提出問題 學(xué)生 培養(yǎng)
物理課堂提問是優(yōu)化課堂教學(xué)的必要手段之一,也是教師教學(xué)藝術(shù)的重要組成部分。恰如其分的提問不但可以活躍課堂氣氛,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,了解學(xué)生掌握知識情況,而且可以開啟學(xué)生心靈,誘發(fā)學(xué)生思考,開發(fā)學(xué)生智能,調(diào)節(jié)學(xué)生思維節(jié)奏,與學(xué)生作情感的雙向交流。通過提問,可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行回憶、對比、分析、綜合和概括,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。以下幾種方法廣泛運(yùn)用于教學(xué)活動之中,在物理教學(xué)實(shí)踐中證明有比較明顯的教學(xué)效果。
一、承上啟下型提問
它能檢查、鞏固已學(xué)的知識。學(xué)過的東西該記的是否記住了,理解是否正確、完整,通過提問進(jìn)行反饋,從而找出教學(xué)中存在的問題。為了便于學(xué)生接受新知識,通過提問喚起舊知識也是很重要的,教學(xué)的成敗和師生的思維活動是否協(xié)調(diào)一致關(guān)系極大。每堂課的重點(diǎn)、難點(diǎn),一般說教師是心中有數(shù)的,但在學(xué)生來說卻不一定。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很重要,在引入新課時通過設(shè)疑提問激發(fā)興趣很有必要??鬃诱f過:“學(xué)起于思,思源于疑?!庇幸刹拍苡兴?,無思則不能釋疑。設(shè)疑、釋疑是人生追求。由于中學(xué)生缺乏思維的靈活性和敏捷性,教師若能在其似懂非懂、似通非通處及時提出問題,然后與學(xué)生共同釋疑,勢必收到事半功倍的效果。如“阿基米德原理”一節(jié)的教學(xué),一開始教師就提出:“木塊放在水里為什么總是浮在上面,鐵塊放在水里為什么總是下沉?”學(xué)生回答:“因?yàn)殍F重而木塊輕?!苯處熃又鴨枺骸鞍阎?0牛的鐵塊和重10牛的木塊都放進(jìn)水里,為什么木塊浮上來,鐵塊卻沉下去呢?”這一問,學(xué)生對生活經(jīng)驗(yàn)“因鐵重而下沉”產(chǎn)生了懷疑,激起了學(xué)生思維的積極性。
二、探究性提問
這種提問能啟發(fā)學(xué)生思維的靈活性,也有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。例如,對于物理概念,不直接讓學(xué)生回答,而是讓學(xué)生應(yīng)用概念分析解決一些實(shí)際問題,并圍繞重要的物理過程、理論與實(shí)際的關(guān)系,深究細(xì)追。向?qū)W生發(fā)問、追究的問題要經(jīng)過周密、科學(xué)的設(shè)計(jì)。通過這樣的提問,就會把學(xué)生的認(rèn)識逐步引向深化,并有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。
三、鞏固發(fā)散型提問
講授完新課,學(xué)生消化了該課內(nèi)容后,對本課內(nèi)容提出一個或幾個重點(diǎn)問題,引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行概括總結(jié),以達(dá)到鞏固知識的目的。鞏固不是單純的復(fù)述,應(yīng)通過發(fā)散型提問,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。發(fā)散思維是一種創(chuàng)造性思維,教師若能在授課時提出激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維的問題,引導(dǎo)學(xué)生從正面和反面多途徑去思考,縱橫聯(lián)想所學(xué)知識,將提高學(xué)生思維能力和探索能力大有好處。這種提問難度較大,必須考慮學(xué)生知識的熟練程度。例如,在講完一個例題后,啟發(fā)學(xué)生一題多解地提問,或題目引伸性提問,或逆著題意進(jìn)行分析。這樣的提問很自然地把學(xué)生帶入積極思考、討論、探究等生機(jī)盎然的學(xué)習(xí)境界之中,對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探索能力無疑是有益的。
四、比較對照型提問
在學(xué)生所學(xué)的知識中,概念相似的俯拾即是,學(xué)生往往難以區(qū)分,張冠李戴。在我們的教學(xué)中,教師如能夠有意識地抓住同類概念的本質(zhì)屬性、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對照鑒別異同,對培養(yǎng)學(xué)生思維能力有極大的幫助。例如為了區(qū)別慣性定律,我們可以設(shè)計(jì)提問:
1.慣性是什么?什么是慣性定律?
2.慣性和慣性定律相同嗎?有什么區(qū)別?
五、分類歸納型提問
此類問題要求學(xué)生對具體化的知識進(jìn)行本質(zhì)性的概括,以拓展歸納能力。例如在進(jìn)行物理“歐姆定律”這一節(jié)的總結(jié)時,可以設(shè)計(jì)提問:
1.歐姆定律的內(nèi)容是什么?
2.怎樣用分式表示歐姆定律?
3.歐姆定律反映了怎樣的物理意義?
六、論證評價式提問
1 知識目標(biāo)
1.1 知道電動勢的定義.
1.2 理解閉合電路歐姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意義,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題。
1.3 知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和。
1.4 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計(jì)算有關(guān)問題。
1.5 理解閉合電路的功率表達(dá)式。
1.6 理解閉合電路中能量轉(zhuǎn)化的情況。
2 能力目標(biāo)
2.1 培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力,會用閉合電路歐姆定律分析外電壓隨外電阻變化的規(guī)律。
2.2 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計(jì)算有關(guān)問題。
2.3 通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析問題能力。
3 情感目標(biāo)
3.1 通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學(xué)生普遍聯(lián)系觀點(diǎn)。
3.2 通過分析外電壓變化原因,了解內(nèi)因與外因關(guān)系。
3.3 通過對閉合電路的分析計(jì)算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒思想。
3.4 知道用能量的觀點(diǎn)說明電動勢的意義。
教學(xué)建議
1 電源電動勢的概念在高中是個難點(diǎn),是掌握閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ),在處理電動勢的概念時,可以根據(jù)教材,采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負(fù)極將正電荷運(yùn)送到正極,克服電場力做功,非靜電力搬運(yùn)電荷在兩極之間產(chǎn)生電勢差的大小,反映了電源做功的本領(lǐng),由此引出電動勢的概念;也可以按本書采取討論閉合電路中電勢升降的方法,給出電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和的結(jié)論.教學(xué)中不要求論證這個結(jié)論.教材中給出一個比喻(兒童滑梯),幫助學(xué)生接受這個結(jié)論。
需要強(qiáng)調(diào)的是電源的電動勢反映的電源做功的能力,它與外電路無關(guān),是由電源本生的特性決定的。 電動勢是標(biāo)量,沒有方向,這要給學(xué)生說明,如果學(xué)生程度較好,可以向?qū)W生說明,做為電源,由正負(fù)極之分,在電源內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極,為了說明問題方便,也給電動勢一個方向,人們規(guī)定電源電動勢的方向?yàn)閮?nèi)電路的電流方向,即從負(fù)極指向正極。
2 路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,是一個難點(diǎn).希望作好演示實(shí)驗(yàn),使學(xué)生有明確的感性認(rèn)識,然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關(guān)系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關(guān)系,務(wù)必使學(xué)生熟悉這個圖線。
學(xué)生應(yīng)該知道,斷路時的路端電壓等于電源的電動勢.因此,用電壓表測出斷路時的路端電壓就可以得到電源的電動勢.在考慮電壓表的內(nèi)阻時,希望通過第五節(jié)的“思考與討論”,讓學(xué)生自己解決這個問題。
3 最后講述閉合電路中的功率,得出公式 , .要從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)說明,公式左方的 表示單位時間內(nèi)電源提供的電能.理解了這一點(diǎn),就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內(nèi)阻上,其余部分輸出到外電路中。
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
閉合電路的歐姆定律
1 教育目標(biāo)
1.1 知識教學(xué)點(diǎn)
1.1.1 初步了解電動勢的物理意義。
1.1.2 了解電動勢與內(nèi)外電壓的關(guān)系。
1.1.3 理解閉合電路歐姆定律及其公式,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題。
1.1.4 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計(jì)算有關(guān)問題。
1.1.5 理解閉合電路的功率表達(dá)式,理解閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。
1.2 能力訓(xùn)練點(diǎn)
通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻變化而變化的規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方法分析問題的能力。
1.3 德育滲透點(diǎn)[來源:高考資源網(wǎng)]
1.3.1 通過外電阻的改變而引起I、U變化的深入分析,樹立事物之間存在普遍的相互聯(lián)系的觀點(diǎn)。
1.3.2 通過對閉合電路的分析計(jì)算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒的思想。
2 重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)及解決辦法
2.1 重點(diǎn)
①正確理解電動勢的物理意義。[來源:高考資源網(wǎng)]
②對閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用。
2.2 難點(diǎn)
路端電壓、電流隨外電阻變化規(guī)律。
2.3 疑點(diǎn)
路端電壓變化的原因(內(nèi)因、外因)。
2.4 解決辦法
制作多媒體課件,采用類比分析、動態(tài)畫面、圖像等幫助同學(xué)增強(qiáng)感性認(rèn)識,逐步了解電動勢的含義,推導(dǎo)閉合電路歐姆定律公式,分析各項(xiàng)的意義,使學(xué)生有初步整體感知,精選運(yùn)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓隨外電阻改變而改變的規(guī)律的典型例題,結(jié)合圖像分析突破難點(diǎn)。
3 教學(xué)過程設(shè)計(jì)
引入新課:
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動形成電流.那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢差)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差.當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力的作用下通過導(dǎo)線產(chǎn)生定向移動而形成電流,但這是一瞬間的電流.因?yàn)閮蓸O板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減少為零,所以電流減小為零,因此只有電場力的作用是不能形成持續(xù)電流的。
教師:為了形成持續(xù)的電源,必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負(fù)電荷來補(bǔ)充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢差,從而在導(dǎo)線中維持恒定的電流,能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時,電源中的非靜電力將不斷做功,從而把已經(jīng)流到低電勢處的正電荷不斷地送回到高電勢處.使它的電勢能增加。
4 課時安排[來源:高考資源網(wǎng)][來源:高考資源網(wǎng)]
1課時
5 教具學(xué)具準(zhǔn)備
不同型號的干電池若干、小燈泡(3.8V)、電容器一個、紐扣電池若干、手搖發(fā)電機(jī)一臺、可調(diào)高內(nèi)阻蓄電池一個、電路示教板一塊、示教電壓表(0~2.5V)兩臺、10Ω定值電阻一個、滑線變阻器(0~50Ω)一只、開關(guān)、導(dǎo)線若干。
6 學(xué)生活動設(shè)計(jì)
學(xué)生觀察、動手測電源電動勢,并邊觀察邊思考,逐步推導(dǎo)閉合電路歐姆定律,在教師的啟發(fā)下逐漸理解公式含義,引導(dǎo)學(xué)生用公式法和圖像法去分析同一問題。
7 教學(xué)過程
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動形成電流。那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢差。)
演示:將小燈泡接在充電后的電容器兩端,會看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅。)為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差。當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力作用下沿導(dǎo)線定向移動形成電流,但這是一瞬間的電流。因?yàn)閮蓸O板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減小為零,所以電流減小為零,因此要得到持續(xù)的電流,就必須有持續(xù)的電勢差。
教師:能夠產(chǎn)生持續(xù)電勢差的裝置就是電源。那么,如何描述電源的特性?電源接入電路,組成閉合電路,閉合電路中的電流有什么規(guī)律呢?這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律。
8 板書設(shè)計(jì)
8.1 電源電動勢:等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。
8.2 閉合電路歐姆定律。
閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。
8.3 路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系。
路端電壓隨外電阻增大而增大。
關(guān)鍵詞:歐姆定律;回路元件四要素;科學(xué)思路
中圖分類號:TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:16723198(2012)20019702
1 概述
所有的開關(guān)的電氣回路都是以“歐姆定律”作為理論依據(jù)的。我們從初中就開始學(xué)習(xí)簡單的電氣回路——即電路,如圖1:
電路圖然而隨著我們理論的加深,我們卻不會用最基本的電路知識去解讀我們工作中、生活中常遇到的電路故障,更別說借助檢測工具去判斷回路的故障原因,也許有人會說,歐姆定律,誰不知道,那么簡單。是簡單,作為考試內(nèi)容特別簡單,然而這么簡單的知識,經(jīng)過五年、十年,我們不僅沒有升華它,反而把它遺忘,學(xué)習(xí)沒有科學(xué)思路,就不能做到學(xué)以致用,甚至是學(xué)以不用;工作沒有科學(xué)的思路,就是用而不學(xué),最后就是所謂的想當(dāng)然的思路。德國教育家第斯多惠在《德國教師教育指南》中說過:“科學(xué)知識是不應(yīng)該傳授給學(xué)生的,而應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)它們,獨(dú)立地掌握它們”。
2 引用歐姆定律建立處理回路故障的思路
新入職儀表工工作中常遇到這樣的問題:(1)電機(jī)不轉(zhuǎn)了,查不到原因;(2)閥門不動了,查不出原因;(3)反饋狀態(tài)消失了,查不出原因;(4)電磁閥應(yīng)聯(lián)動了,但不動,也查不出原因等等。每一個新入職員工都會遇到這樣那樣的問題,而問題也會由老師傅帶著他們這樣那樣的解決了。
大部分人只記住了或?qū)W到了一個又一個問題的處理方法,而沒有細(xì)細(xì)的總結(jié)、歸類,發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì);大部分人沒有看電氣圖紙的習(xí)慣,甚至是對照控制柜看圖紙的習(xí)慣,說是看不懂,怕麻煩,記著別人怎么處理就行了。其實(shí)這樣,這些人只能是“只緣生在此山中”,沒辦法分析清楚柜子上密密麻麻線的來龍去脈。他們也許會想起大學(xué)專業(yè)學(xué)的電氣回路,看著圖紙,也能說出一、二、三、四,但拿上圖紙去處理一個回路故障點(diǎn)時,就陷入困惑中,不知道該從哪下手。其實(shí)他們沒有真正看懂圖紙,如果真正的看懂圖紙,就能把有關(guān)這個故障點(diǎn)的回路單獨(dú)拿出來。舉個例子:現(xiàn)場一個電磁閥在輸出指令后不動,那怎么查?前提是我們首先看圖紙,找到電磁閥這個點(diǎn),再看這個點(diǎn)從哪個端子輸出來,然后結(jié)合我們初中學(xué)的簡單的電路知識,找到由這個點(diǎn)構(gòu)成回路的其他關(guān)鍵元件:電源、開關(guān),當(dāng)然導(dǎo)線就不用說了,然后可描出一幅簡單回路,如圖2:
電氣回路圖圖2所標(biāo)接點(diǎn)號(x2-1,x2-2等)都是可以從圖紙上找到的,當(dāng)然不同的圖紙有不同的標(biāo)法,這副圖就從密密麻麻的圖紙?zhí)岢鰜砹耍雌饋砀庇^。我們最容易找到的就是故障點(diǎn)(電磁閥),但只有它,構(gòu)不成一個完整的電路,我們只能以它順藤摸瓜,找到電源、開關(guān),并通過導(dǎo)線連接,形成一個完整的電路,這樣才是科學(xué)思路。有人又會問我,畫出它又有什么用?現(xiàn)在該提出歐姆定律了,定律大家想必都熟悉,那現(xiàn)在我們就依據(jù)這個定律,再對照著這個簡單電路,在控制柜內(nèi)找到相應(yīng)端子號,進(jìn)行檢測上述故障,一般我習(xí)慣測量回路開關(guān)(通常開關(guān)為未閉合狀態(tài))兩端電壓,如果能測到電源電壓,說明電磁閥有問題(可說明回路電源正常),如果測不到,最可能是線路問題、其次是電源保險(xiǎn)或開關(guān)觸點(diǎn)問題,也有可能是電磁閥線包斷線(平時很少見),我們可依據(jù)我們剛才畫的那個簡單回路所標(biāo)的端子接點(diǎn)號,逐步排查。檢測時,選用萬用表檔位要慎重,怎么選用檔位又和歐姆定律有關(guān)系,導(dǎo)線電阻接近為0,檢測時可用通斷檔測量每段導(dǎo)線的好壞;判斷開關(guān)開合(在柜子未斷電的情況下)千萬不能用通斷檔或電阻檔,大家細(xì)分析一下我們剛才的那個簡單電路,如果用兩支表筆直接插在開關(guān)兩端上,回路會因?yàn)槿f用表處在通斷檔,而接通電路,這樣的后果,可能是燒壞萬用表,甚至?xí)`動現(xiàn)場設(shè)備,發(fā)生不可預(yù)知的事故。準(zhǔn)確的測量方法是:用萬用表電壓檔,測量開關(guān)兩端電壓,如開關(guān)在按下狀態(tài),測不到電源電壓,而松開能測到電源電壓,可初步說明回路開關(guān)、電源和導(dǎo)線都沒問題,應(yīng)該是負(fù)載問題,上述所得檢測結(jié)論是依據(jù)歐姆定律得來的,當(dāng)開關(guān)閉合,開關(guān)兩端電壓,即為開關(guān)短接片兩端電壓,短接片(可等效為導(dǎo)線)電阻非常小,在串聯(lián)回路里,分不到多少電源電壓,當(dāng)開關(guān)斷開后,開關(guān)兩端電壓,即為斷開的兩個觸頭的電壓,斷路電阻無窮大,在串聯(lián)回路里,把整個電源電壓都分過來了。這個定律就是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一個規(guī)律,老師在應(yīng)試教育的環(huán)境下,教給我們了,我們記下了只能為了考試,而不是真正由老師引導(dǎo),我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)它并獨(dú)立的掌握它。工作中,我們常提檢修標(biāo)準(zhǔn),但沒有人更多的去琢磨它,其實(shí)它是由更多的科學(xué)原理得來的,我認(rèn)為建立科學(xué)的檢修思路更為重要,沒有科學(xué)思路就不要盲目干活,這才是良好的習(xí)慣。
3 每一個控制電器回路都是由四要素(開關(guān)、負(fù)載、電源、導(dǎo)線)構(gòu)成
控制回路柜是由若干個簡單電路組成的,區(qū)別只在于它們各自實(shí)現(xiàn)的功能不一樣,但回路的構(gòu)造都離不開四個要素:開關(guān)、電源、導(dǎo)線、負(fù)載(或用電器),包括DCS的DI、DO回路,PLC的I\O回路都是通過四個要素構(gòu)成的。雖然有些元件不太直觀,但可以等效描述,如圖3:
控制回路柜的四要素一塊DI卡件有多少DI通道,就有多少個如圖3的回路,所有回路共用一個48V DC電源,每個回路都由從現(xiàn)場傳送上來的開關(guān)、能檢測DI信號的卡件等效負(fù)載、若干導(dǎo)線,再加上公共的查詢電源(48V DC)構(gòu)成一個個相對獨(dú)立的DI回路。DCS DO回路也是如此,如圖4:
PLCI\\O卡件構(gòu)成的回路圖5PLC I0.0通道的回路是由現(xiàn)場來的開關(guān),公用24V DC電源,還有等效DI負(fù)載、若干導(dǎo)線構(gòu)成的DI回路;Q0.1通道的回路是由等效的開關(guān)信號(PLC輸出DO信號)、公用24V DC電源、若干導(dǎo)線、繼電器線圈(負(fù)載)構(gòu)成的DO回路。
綜上所述,所有的回路都是由“四要素”(導(dǎo)線、電源、開關(guān)、負(fù)載)構(gòu)成,當(dāng)我們?nèi)ヌ幚砟骋粋€回路點(diǎn)故障時(有時可以按照故障現(xiàn)象,在圖紙上找到相對應(yīng)的功能回路并假定此回路為故障回路),先從圖紙上把這個回路單獨(dú)“提煉”出來,再從就地控制柜找出來(找的線索:參照“提煉”圖里標(biāo)的接點(diǎn)號,找到端子排相對應(yīng)的端子號或是有關(guān)的線標(biāo)號)這些關(guān)鍵要素,依據(jù)歐姆定律,用萬用表判斷這些要素的好壞。當(dāng)熟能生巧的時候,我們遇到一個故障回路時,可從這個回路的開關(guān)入手,并斷合開關(guān),通過回路導(dǎo)線的連接,我們測量開關(guān)兩端的電壓,可迅速地判斷出開關(guān)、電源和導(dǎo)線的好壞,這樣做的前提是我們先假定或排除線路沒有故障。如若初步排除開關(guān)、電源和導(dǎo)線的問題,就可集中精力查負(fù)載的問題。
4 對新入職儀表工進(jìn)行培訓(xùn),采用有效方法,多引導(dǎo),教思路
現(xiàn)在的開關(guān)控制回路電氣柜,是工廠自動化實(shí)施的關(guān)鍵樞紐,通過(DCS、PLC)的集成,控制回路搭建的七回八折,但萬變不離其中,每個開關(guān)回路的構(gòu)成都是四個要素:開關(guān)、電源、負(fù)載、導(dǎo)線,但能做到化繁為簡的這一步,還需要一些正確的基本功訓(xùn)練:
(1)樹立有科學(xué)思路再檢修的觀念。
(2)養(yǎng)成看電氣回路圖解決問題的習(xí)慣,久而久之,我們可以熟到不需要圖紙,光憑線號就可以處理回路故障的境界,其實(shí)電路結(jié)構(gòu)已爛熟于心。這也說明一個事實(shí),只要思路正確,我們就可以總結(jié)出巧妙的方法。
(3)工廠里的技術(shù)員、專工要加強(qiáng)對新員工的實(shí)操培訓(xùn),盡量少教方法,多提思路,善加引導(dǎo),尤其遇到工廠新上項(xiàng)目時(這時實(shí)操培訓(xùn)的黃金期),結(jié)合自己帶人的經(jīng)驗(yàn),我會利用這段項(xiàng)目調(diào)試期,給每一個新進(jìn)員工出一個回路故障課題,讓他們緊緊抓住回路“四要素”的思路原則,去處理回路故障。這樣培訓(xùn)下來,他們有時會恍然大悟,甚至驚嘆原來這么簡單。
(4)平時多利用空閑時間,搞一些“每日畫一幅回路”的活動,讓新進(jìn)員工拿上圖紙,對照控制柜,畫某一個回路,比如:鍋爐系統(tǒng)點(diǎn)火控制柜的油槍進(jìn)控制回路,給煤機(jī)系統(tǒng)的斷煤報(bào)警回路等,這樣可以養(yǎng)成他們看圖的習(xí)慣,并加深他們對各個控制系統(tǒng)的具體認(rèn)識。
5 結(jié)語
我們常說“事半功倍”,其實(shí)關(guān)鍵是思路,科學(xué)的思路;思路對了,方法才能靈便;方法對了,做事才能收到成倍的功效。
參考文獻(xiàn)
一、初中學(xué)生物理學(xué)習(xí)中的問題原因
在日常生活中,不斷有家長反映:自己的孩子在小學(xué)成績一直都很不錯,可到了初中,特別是到了初二開始學(xué)習(xí)物理后,成績一下子就滑了下來,總覺得物理難以學(xué)懂。我們在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn),有一些學(xué)生吃力地學(xué)習(xí)了一段時間后,仍不見顯著進(jìn)步,就干脆放棄了學(xué)習(xí)物理。更讓我們感到擔(dān)憂的是,在中考沖刺時,有些學(xué)生會因?yàn)樵谖锢碚n程上喪失信心,影響到了其他課程的學(xué)習(xí),甚至就放棄了學(xué)習(xí)備考。也就是說,因?yàn)槲锢韺W(xué)習(xí)中存在的問題,不僅僅是只影響到學(xué)生的物理學(xué)習(xí),甚至影響到了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到了困難沒有得到有效的解決,使得學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題日積月累,一點(diǎn)一點(diǎn)被放大,學(xué)生僅有的一點(diǎn)學(xué)習(xí)熱情被一點(diǎn)一點(diǎn)消磨,使得學(xué)生把對學(xué)習(xí)興趣轉(zhuǎn)移到其他上面,甚至完全放棄了學(xué)習(xí)。這樣也就不難理解學(xué)生們在中考時,連最基礎(chǔ)最簡單的題目也不會做了。作為教育工作者,這樣的現(xiàn)象不僅讓我反思:初中物理真的有那么難學(xué)嗎?為什么到了初二因?yàn)槲锢韺W(xué)習(xí)的問題會對學(xué)生產(chǎn)生這么大的影響呢?怎樣才能學(xué)好初中物理呢?筆者影響學(xué)生物理學(xué)習(xí)的原因是很多的,可以從學(xué)生的生理和心理的角度、物理知識結(jié)構(gòu)的角度、教師的教學(xué)過程的角度、學(xué)生的學(xué)習(xí)教程的角度等多個方面來進(jìn)行分析。本文主要是從學(xué)生學(xué)習(xí)過程的角度來分析學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中存在的問題。
二、從實(shí)際生活中獲得的感性材料不足
初中的物理規(guī)律多數(shù)是從事實(shí)中分析、歸納總結(jié)出來的。初中學(xué)生抽象思維能力不強(qiáng),感性不足。如果沒有足夠的能夠把有關(guān)現(xiàn)象與現(xiàn)象之間的聯(lián)系鮮明的展示出來的實(shí)驗(yàn)或?qū)W生日常生活中所熟悉的、曾親身感受過的事例作基礎(chǔ),勢必造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的困難。例如,在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時,學(xué)生能夠從簡單的實(shí)驗(yàn)分析、歸納總結(jié)出來,可以說是一個質(zhì)的飛躍。但許多學(xué)生對牛頓第一定律的文字表述比較陌生,常不能很好的理解定律的含義,這是由于抽象思維不強(qiáng)、感性材料不足而造成的。
三、相關(guān)的準(zhǔn)備知識欠缺
物理作為一門獨(dú)立的學(xué)科,它肯定有著嚴(yán)密的邏輯體系。掌握物理規(guī)律,往往需將以前學(xué)的知識作為基礎(chǔ),方能取得良好的學(xué)習(xí)效果。否則將會給物理規(guī)律的學(xué)習(xí)帶來困難。例如,在學(xué)“歐姆定律”時,就要聯(lián)系和綜合運(yùn)用前面的知識作為基礎(chǔ)。如電路、電流、電壓、電阻等,如果學(xué)生在其中某一環(huán)節(jié)上準(zhǔn)備不足,沒有很好的理解和掌握,將會使這一規(guī)律的學(xué)習(xí)遇到困難。
四、抽象邏輯思維能力不強(qiáng)
在物理規(guī)律的研究和運(yùn)用中,有時要進(jìn)行嚴(yán)格的邏輯推理和運(yùn)用科學(xué)的想象等抽象思維活動。初中學(xué)生還缺乏邏輯思維能力、沒有形成邏輯思維的習(xí)慣。其原因是它們心理發(fā)展正處于思維發(fā)展的轉(zhuǎn)折期,開始由經(jīng)驗(yàn)型的形象思維向理論型的抽象思維轉(zhuǎn)化,而這個轉(zhuǎn)化在初中階段一般來說還不能完成。在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時不能順利的度過而感到困難。往往是因?yàn)閺慕?jīng)驗(yàn)出發(fā),想當(dāng)然的看待問題,用事物的現(xiàn)象代替本質(zhì),用外部聯(lián)系代替內(nèi)在聯(lián)系,在解釋物理現(xiàn)象時“就事論事”,不習(xí)慣于運(yùn)用物理概念和規(guī)律進(jìn)行分析、說理和表述。
五、生活中的錯誤觀念的干擾
學(xué)生在日常生活中積累了一定的生活經(jīng)驗(yàn),對一些問題形成了某些觀念,在這些觀念中,有的雖比較正確,但往往有一定的表面性和片面性。這些“先入為主”的錯誤觀念對學(xué)生正確地理解物理規(guī)律往往起著嚴(yán)重的干擾作用。例如,學(xué)生有“運(yùn)動的物體才有慣性”,“物體運(yùn)動得快,慣性越大”等這類錯誤觀念,這就給學(xué)生在學(xué)習(xí)慣性時帶來了很大的困難。
六、思維定勢帶來的負(fù)遷移
遷移原理是教學(xué)中的一條重要原理,正向遷移有利于學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上掌握新知識。但思維定勢所起的負(fù)遷移卻干擾著學(xué)生對物理規(guī)律的理解的掌握,給物理的教學(xué)帶來困難。負(fù)遷移是指已有知識對新知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生的消極影響。例如,有的學(xué)生總是認(rèn)為浸在液體中的物體所受的浮力隨著深度的增大而增大,理由是由于液體內(nèi)部的壓強(qiáng)是隨著深度的增加而增大。產(chǎn)生這一錯誤的原因是把以前學(xué)過的液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式P=ρgh與浮力公式F=ρgv混淆在一起,沒有弄清兩個公式的區(qū)別,這是負(fù)遷移造成的這種結(jié)果。
在中學(xué)物理知識的結(jié)構(gòu)中有一些占主干地位的基本規(guī)律,這些重點(diǎn)規(guī)律教學(xué)的成敗,對于學(xué)生能否學(xué)好物理知識、能否運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題,具有關(guān)鍵作用。只要我們能認(rèn)清學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律中常見的問題,對癥下藥,引導(dǎo)學(xué)生掌握物理規(guī)律也不會成為一件難事。
七、解決問題的對策
1.創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)問題、探索規(guī)律的物理情境。教師要帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律,首先在教學(xué)開始階段,要創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)問題的物理環(huán)境。初中階段,主要是通過觀察和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題,也可以從分析學(xué)生生活中熟知的典型事例中發(fā)現(xiàn)問題,有時也可以從對學(xué)生已有知識的展開中發(fā)現(xiàn)問題。創(chuàng)設(shè)的物理情境要有利于引導(dǎo)學(xué)生探索規(guī)律。創(chuàng)設(shè)的物理情境還應(yīng)有助于激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。例如,在探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)后我教學(xué)生討論拔河比賽中要取勝應(yīng)注意那些問題。學(xué)生們踴躍發(fā)言,討論得出用力握緊繩子是增大壓力來增大摩擦,穿有釘?shù)男邮窃龃蠼佑|面的粗糙程度來增大摩擦等。從而更好地掌握了這條規(guī)律。
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué);重視;思想;方法
一、控制變量法
在利用物理實(shí)驗(yàn)探索物理規(guī)律時,涉及因素比較多。為了研究這些因素之間相互變化規(guī)律,常用方法之一研究兩個量之間的關(guān)系時,控制其它量不變,這種研究方法就是控制變量法。
控制變量法常用于探索物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué),例如歐姆定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué),教師可以組織學(xué)生討論怎樣研究I、U、R之間的關(guān)系;確定研究對象是電流以后,引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法,先控制一個物理量--電阻不變,研究電流與電壓這兩個物理量的關(guān)系,再控制另一個物理量--電壓不變,研究電流與電阻兩個物理之間的關(guān)系,最后將這些單一關(guān)系綜合、歸納找出它們之間的規(guī)律,得出歐姆定律。
高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用變量控制法進(jìn)行教學(xué)的內(nèi)容很多,例如“研究滑道動摩擦力大小與哪些困素有?”“研究壓強(qiáng)大小與哪些因素有關(guān)”、“研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)”。教師在進(jìn)行變量控制法的實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)時,應(yīng)循序漸進(jìn),逐步滲透,使學(xué)生掌握并會應(yīng)用。
二、理想實(shí)驗(yàn)法
研究任何物理現(xiàn)象,都要分清主要因素和次要因素。當(dāng)涉及因素比較多時,要突出事物的本質(zhì),忽略次要矛盾,采用理想化和純粹化的方法來反映事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系,這種研究方法叫理想實(shí)驗(yàn)法。
在“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時,教師首先引導(dǎo)學(xué)生討論;為什么使用的杠桿是一根粗細(xì)均勻的直桿,用線把之中心位置懸掛起來的目的又是什么?通過討論使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)用杠桿可以看作理想的輕質(zhì)杠桿,杠桿上只受到動力和阻力作用,這樣研究杠桿的平衡條件問題就簡單化,很容易得出杠桿的平衡條件。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,凡是要突出事物的本質(zhì),必然要忽略一些次要矛盾,實(shí)驗(yàn)探索時,應(yīng)該有一些理想化條件加以限制。如“研究功的原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,必須不考慮杠桿、滑輪的自重和受到的摩擦;“研究機(jī)械能轉(zhuǎn)化和守恒定律”時,應(yīng)不考慮滾動擺受到的空氣和摩擦阻力。
三、對比法
在研究事物的特征時,由于涉及的因素比較多,怎樣才能突出事物的本質(zhì)呢?在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時可以通過事物之間各種因素的比較,就能直觀地突出事物的本質(zhì)特征,這樣的研究方法就是對比法。
對比法一般用于探索事物的特征,如“研究物質(zhì)的密度”時,教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)比較,引出密度的概念。實(shí)驗(yàn)時將同一種物質(zhì)不同質(zhì)量,不同體積的兩塊鐵或兩杯水的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量與體積的比值是一個常數(shù),而對于不同物質(zhì),如鐵與水而言其質(zhì)量與體積的比值是不同的。通過比較從而發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的特性之一,也就是物質(zhì)的密度。又如“研究物質(zhì)的又一種特性--比熱”時,同樣可以采用對比法。
用對比法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較直觀,學(xué)生容易理解,實(shí)驗(yàn)教學(xué)時使用得比較多,如“研究物體浮沉條件”時,用同一支鉛牙膏殼,先做成盒狀放入水中,漂浮于水面,然把牙膏殼擠成一團(tuán)放入水中,結(jié)果沉底。通過對比得出物體浮沉的條件。
根據(jù)客觀世界的對稱性,用實(shí)驗(yàn)去探索物理規(guī)律時,除了用常規(guī)的研究方法外,思維不能定勢,還要用與常規(guī)思維方法相反的思維方法,也就是逆向思維法。
在“研究法拉第的發(fā)現(xiàn)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時,電流可以生磁,那么磁能不能生電呢?教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象相同處,使學(xué)生認(rèn)識到電與磁是對立統(tǒng)一的整體,有著內(nèi)在聯(lián)系,磁在一定條件下可以生電。英國科學(xué)家法拉第由于這種逆向思維找到了把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的方法,發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
再如“研究電話的原理”,聲音可以通過話筒使電流發(fā)生變化,相反變化的電流可以使聽筒發(fā)出聲音;“研發(fā)電機(jī)工作原理”的教學(xué),教師可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維法討論能否利用電動機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,成為發(fā)電機(jī)。
分析這是一道電路分析題,考查了電學(xué)知識的綜合能力,往往學(xué)生只記住結(jié)論,不能分析其本質(zhì)原因, 一知半解,只有學(xué)生弄清它的內(nèi)在原因,才能靈活運(yùn)用。
知識點(diǎn)①串聯(lián)電路中電流、電壓、電阻的特點(diǎn)
②歐姆定律
③電功率
解析由于燈泡與滑動變阻器是串聯(lián)的,由R總=R燈+R滑,可知R燈一般情況下認(rèn)為不變,當(dāng)滑片P向左滑動R滑變,R總變大,由歐姆定律I總=U總/R總,可知U總不變,I總變小,又由于串聯(lián)電路中電流處處相等,I燈=I滑=I總,示數(shù)變小,通過燈泡的電流變小,又由于P=UI=I2R可知燈泡的實(shí)際功率變小,而燈泡的亮度是由燈泡的實(shí)際功率決定的,燈泡變暗,由U=IR可知燈泡兩端的電壓變小,又由于U總=U燈+U滑,得U總不變,U燈變小,U滑變大,而V測滑動變阻器電壓,U變小。
引伸1
如上圖所示,電源電壓不變,開關(guān)S閉合時,移動滑片P使電壓表的示數(shù)從6V變化到12V,同時觀察到電流表的示數(shù)從0.5A變化到IA,求燈泡的電阻(不考慮溫度的影響)
分析這道題實(shí)際上是上一道題的拓展弄清上面的知識對這道題能迎刃而解,電路中電流增大而示數(shù)減小,當(dāng)電壓表示數(shù)最大時,電流表示數(shù)最小,當(dāng)電壓表示最小時,電流表示數(shù)最大。
解析方法一當(dāng)電壓表示數(shù)為6V時,電流表示數(shù)為0.5安,得U總=U燈+U滑=IR燈+U滑=0.5安R燈+6V,①
當(dāng)電壓表示數(shù)為2V時,電流表示數(shù)為1安
得U電=U燈+U滑=IR燈+U滑=1安R燈+U滑=1安R燈+2V,②
解①②可得U電=10VR燈=8歐
方法二利用R燈不變,U燈=IR燈,U燈'=I'R燈
U燈'-U燈=I'R燈-IR燈U=IR燈
R燈=U/I=(6V-2V)/(1A-0.5A)=4V/0.5A=8歐
延伸2
如上圖所示,電源電壓保持9V不變,燈泡電阻為12歐且保持不變,A量程為0-0.6安,V量程為0-3V,滑動變阻器的最大值為20歐,要使兩表不損壞,滑動變阻器的阻值變化范圍為多大?
解析方法一電流表不損壞,電流最大為0.6安,電阻最小為R最小=U總/I =9V/0.6A=15歐,R滑最小=R最小-R燈=15歐-12歐=3歐,電壓表不損壞,U滑最大=3V,U燈=U總-U滑最大=9V-3V=6V,I燈=U燈/R燈=6V/12歐=0.5A=I滑,R滑最大=U滑最大/I滑=3V/0.5A=6歐
兩表不損壞,滑動變阻器阻值范圍為3歐-6歐。
方法二用不等式求解
兩表不損壞1≤0.6A,U滑≤3V,即U電/(R燈+R滑)≤0.6A, U電/(R燈+R滑)R滑≤3V,
即9V/(12歐+R滑)≤0.6A ①
9V/(12歐+R滑)≤3A ②
解①得R滑≥3歐
解②得R滑≤6歐
遠(yuǎn)近及周圍介質(zhì)有關(guān)。這說明對物理“定義式”的學(xué)習(xí)不能簡單的只看形式,更應(yīng)從本質(zhì)上去理解。又如磁感應(yīng)強(qiáng)度概念,定義式為B=F/IL.從形式看,垂直放入磁場中某處的通電導(dǎo)線磁感應(yīng)強(qiáng)度大小似乎與導(dǎo)線受力、導(dǎo)線在磁場中的有效長度、受力導(dǎo)線內(nèi)的電流強(qiáng)度有關(guān);而本質(zhì)上與這三方面的因素?zé)o關(guān)。通電導(dǎo)線在磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線在磁場中所處的位置、“原場源”導(dǎo)線的電流強(qiáng)度有關(guān)。因此,定義式的學(xué)習(xí)不僅要注重形式,更應(yīng)把握本質(zhì)。2.“基本規(guī)律”公式的學(xué)習(xí)“基本規(guī)律”在這里要區(qū)別于概念描述的規(guī)律,主要指一些基本定律等。如牛頓第二定律、第三定律,部分電路域閉合電路的歐姆定律,動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律、萬有引力定律等等。這些規(guī)律是人類千百年來智慧的結(jié)晶,在掌握了公式的形式的同時應(yīng)結(jié)合實(shí)際理解公式。如對萬有引力規(guī)律公式的學(xué)習(xí),其公式為:F=GM1M2/R2。萬有引力規(guī)律告訴了我們什么?它揭示宇宙天體什么運(yùn)行規(guī)律?原來在我們?nèi)祟愘囈陨娴淖匀唤缥锱c物之間存在相互作用的引力,無論是宏觀物體,還是微觀粒子,它們之間都存在或大或小這樣的作用力。微觀領(lǐng)域我們覺察不到這些粒子之間的相互作用力(可以通過實(shí)驗(yàn)測定),覺察不到但不等于它不存在;在宏觀領(lǐng)域,我們可以感知宇宙的斗轉(zhuǎn)星移、四季輪回,潮漲潮落,這些都是萬有引力在起作用;發(fā)射宇宙飛船,衛(wèi)星環(huán)繞地球飛行,人類成功登月……這無不是人類利用了萬有引力規(guī)律的結(jié)果。在學(xué)習(xí)規(guī)律公式時還應(yīng)注意公式的適用條件。有些物理規(guī)律公式目前現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件下是適用的,而有些在使用時則有條件制約。如機(jī)械能守恒定律限定的適用條件為:系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功。在這種條件下,物體運(yùn)動過程中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,而系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械能總量保持不變,
才適用公式EK1+EP1=EK2+EP2。又如公式I=U/R只適用于純電阻電路,相應(yīng)公式P=U2/R及P=I2R都只能適用于純電阻電路,余不贅述。3.“導(dǎo)出公式”的學(xué)習(xí)“導(dǎo)出公式”是指將“定義式”和“基本規(guī)律公式”進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變形,或依據(jù)現(xiàn)有的規(guī)律公式與其它公式相結(jié)合推導(dǎo)得出來的物理規(guī)律公式。這些“導(dǎo)出公式”在物理學(xué)習(xí)中比較常見。如將定義式E=F/q可變形為F=Eq,公示形式變化的同時其物理意義也會發(fā)生變化。前者用來計(jì)算電場強(qiáng)度大小;后者用來計(jì)算電荷在電場中受力大小。如加速度公式的定義式為a=(Vt-V0)/t,經(jīng)變形后可得Vt=V0+at,該公式即為勻變速直線運(yùn)動的速度―時間公式,由此可計(jì)算出作勻
變速直線運(yùn)動的物體在任意時刻的即時速度;又可變形為t=(Vt-V0)/a,即可用來計(jì)算物體的運(yùn)動時間問題;將該公式與平均速度公式V=(V0+Vt)/2、位移公式S=Vt相結(jié)合可導(dǎo)出
1 試題再現(xiàn)
2016年全國高考理科綜合試卷Ⅰ物理第24題,為必做題,原題如下:如圖1,兩固定的絕緣斜面傾角均為θ,上沿相連.兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為L,質(zhì)量分別為2m和m;用兩根不可伸長的柔軟導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩金屬棒水平.右斜面上存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于斜面向上,已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中,回路電阻為R,兩金屬棒與斜面間動摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度大小為g,已知金屬棒ab勻速下滑.求:
(1)作用在金屬棒ab上的安培力的大??;
(2)金屬棒運(yùn)動速度的大小.
2 分析解答
2.1 常規(guī)解法――動力學(xué)規(guī)律的應(yīng)用
此解法再現(xiàn)了解決電磁感應(yīng)綜合問題的能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的靈活運(yùn)用,彰顯了解決電磁感應(yīng)綜合問題中動力學(xué)思想與能量思想,物理現(xiàn)象與物理學(xué)本質(zhì)的一致貫通性,突出了能力培養(yǎng).
3 試題點(diǎn)評
導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢問題是綜合性較強(qiáng)的問題,它涉及的知識面很廣,有動力學(xué)(運(yùn)動學(xué)、物體平衡、牛頓定律)、能量的(能量守恒定律)、動量(動量定理、動量守恒定律)和電磁學(xué)的(安培力、閉合?路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、電流的定義、電功率等)內(nèi)容,并且要求學(xué)生具備很高的分析問題的能力,既能考查學(xué)生所學(xué)過的知識掌握情況,又能考查學(xué)生的綜合素質(zhì).因此,一直是高考的熱點(diǎn)問題,更是高中物理電磁感應(yīng)部分的常見題型.2016年全國高考理科綜合試卷Ⅰ物理第24題有如下亮點(diǎn):
3.1 試題背景新(兩個金屬棒分別放在兩個斜面上)
沒有照搬“發(fā)電機(jī)”問題中的動力源是某一恒力作用這一經(jīng)典模型,而是將經(jīng)典“發(fā)電機(jī)”模型進(jìn)行“揚(yáng)棄”,創(chuàng)新“發(fā)電機(jī)”動力源為兩個物體(導(dǎo)體棒)組成的系統(tǒng)所受的合外力.
3.2 試題設(shè)計(jì)新穎
該試題不落俗套,這無疑增加了試題難度,但只要學(xué)生對動力學(xué)、能量、電磁感應(yīng)等各部分基礎(chǔ)知識掌握的比較系統(tǒng)、扎實(shí),就能應(yīng)對此類電磁感應(yīng)問題,在高考理科綜合應(yīng)試中,定能思路清晰,從容應(yīng)對,考出好成績.
3.3 試題難度適中
試題考察知識點(diǎn)較豐富,知識覆蓋面較廣,難度把握較合理.試題涉及動力學(xué)、平衡條件、感應(yīng)電動勢、安培力、閉合電路歐姆定律、機(jī)械功率與電功率、能量守恒定律等均為高中物理的主干知識、重點(diǎn)知識、基礎(chǔ)知識.
3.4 試題代表高考改革與課程改革大勢
第24題源自物理教科書,但又不拘泥于物理教科書,緊緊圍繞物理教科書,密切關(guān)注高中物理主干知識、重點(diǎn)知識和基礎(chǔ)知識,強(qiáng)化物理基本知識和基本方法的考察力度,既考查了學(xué)生的知識,又考查了學(xué)生的能力,體現(xiàn)了高考理綜物理試題在新課改環(huán)境下的創(chuàng)新,體現(xiàn)了高考改革與物理課程改革精神.
4 教學(xué)啟示
4.1 強(qiáng)化基本知識教學(xué)
教科書是知識的本源所在,它提供給學(xué)生以最科學(xué)、最準(zhǔn)確、最系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)知識,教科書的編排最符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,因此,教科書是高考命題的主要參考,高考物理備考復(fù)習(xí)必須重視學(xué)生對教科書的認(rèn)真研讀.要注重對基本知識的理解,注重知識點(diǎn)之間的聯(lián)系,并做到靈活運(yùn)用,讓學(xué)生將抽象問題形象化,在高考中應(yīng)對各種干擾,解決各種迷惑性物理問題.