初中物理实验的创新

黄恕伯2016.10.28物理实验的创新安排实验物理实验创新的总思路实验创新的总思路获得准确数据，形成知识结论经历实验操作，提高实验技能关注学习行为，提升相关能力获得实践体验，增强实践意识通过物理实验，激发学习兴趣通过实验感知，理解物理知识形成结论提高技能理解知识提升能力增强意识激发兴趣通过观察实践，领悟物理方法领悟方法一、优选器材、优化操作，获得准确实验数据调查——老师们希望改进的实验项目：●晶体熔化●比热容实验●焦耳定律实验●机械效率实验●电功定量实验●测水平运动物体的滑动摩擦力●内能演示实验●光在不均匀液体中折射返回一、优选器材、优化操作，获得准确实验数据例：滑动摩擦力的测量滑动摩擦力的测量◆手持测力计拉着木块前进的缺点△手很难保持匀速△运动的测力计不容易观察读数◆改进的实验方案△用电动玩具方式可以保持木块匀速运动△把测力计固定不动滑动摩擦力的测量滑动摩擦力的测量◆手持测力计拉着木块前进的缺点△手很难保持匀速△运动的测力计不容易观察读数◆改进的实验方案△用电动玩具方式可以保持木块匀速运动△把测力计固定不动△摩擦材料的选取滑动摩擦力的测量返回二、通过实验感知和思维加工理解物理知识调查——老师们希望改进的实验项目：●探究物质的密度●探究物质的比热容返回通过实验建立“比热容”概念的教学设计比热容概念的建立可以有以下不同层次的教学方案：方案一：适合大多数学生，一般层次。方案二：适合接受能力强的学生，稍高层次。方案三：适合自主探究、逻辑思维强的学生，高层次。（建立比热容概念的）教学方案一：(1)按人教版物理教科书做演示实验：用相同的电加热器加热质量相同的水和食用油，使它们升高相同的温度，发现加热水需要的时间较长，说明水所吸收的热量较多。更多实验都表明，不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量不同。(2)小结：为表明物质的这种性质，把一定质量某种物质在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。(3)随后介绍比热容的符号、单位和计算式。引导学生阅读“一些物质的比热容”表，关注某些物质比热容的值。本方案是一种普适方案，要求不高，可接受性好。在教学中，要启发学生积极思考：为什么要把吸收的热量除以“质量和升高温度的乘积”？（建立比热容概念的）教学方案二：(1)定性实验：加热相同质量不同物质，说明它们吸热能力不同。用相同酒精灯加热质量相同的水和食用油，加热相同时间（加热一半时间后把两酒精灯交换，尽量保持两吸收热量相同），发现水升高的温度不多，若要使水升高的温度跟食用油相同，还要继续对水加热，说明水的吸热能力强。(2)定量实验：比较两种质量不同物质温度升高时的吸热能力。(2)小结：为表明物质的这种性质，把一定质量某种物质在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。……吸收的热量……b……a升高的温度质量物质用相同的电加热器加热质量不同的a、b两杯液体（图为其中一杯），一定时间后记录它们升高的温度，记录在表格中。a（老师根据加热器功率和加热时间提供热量数据，认为这是a、b“吸收的热量”）(3)学生计算：哪种物质吸热能力强？（相同质量、升高相同温度）。(4)根据计算式，引出比热容的定义。进而介绍单位、比热容表等。本方案的优点在于，“物体吸收的热量与它的质量和升高温度乘积的比值”是学生自主计算中得出的，有具体数据的支撑，因而易于理解。但本方案对学生的要求稍高，且需要花费一定的时间。〔引入：物体吸收的热量跟什么因素有关？质量、升温、材料〕（建立比热容概念的）教学方案三：(1)定性实验：温度升高时不同物质吸热能力不同（同方案二，略）(2)定量实验：比较两种质量不同物质温度升高时的吸热能力。用电加热器加热质量不同的a、b两杯液体，记录每隔一段时间后它们升高的温度。a………升高温度………升高温度………………加热时间加热时间液体b液体a(3)转换数据：a（单位质量）b（单位质量）吸收热量升高温度吸收热量升高温度………………………………把加热时间乘以功率转换为吸收热量，并除以液体的质量，得到单位质量液体所吸收的热量，得到右表。(4)制作图象：Q/mΔtOab纵坐标为所吸收热量与质量的比值（等于单位质量液体吸收的热量），横坐标为升高的温度。(5)解释图象，引出定义：类比密度定义。纵坐标与横坐标的比值体现了液体的吸热能力。引出比热容定义。本方案通过图象引出比热容定义，概念的形成比较严密，先得到物体吸热与升温的正比规律，再用比值定义物理量，经历了类似密度的学习过程，但又比密度上升了一个层次。本方案对学生的要求高，对一般学生来说，可接受性较差。本方案也可以用温度传感器和专用软件通过计算机得到图象。演示实验：用听觉理解加速度1.理论基础：●位移是视觉中的长度形象，加速度是与视觉长度相关的物理量，加速度不容易被视觉直接感知。是否可以用听觉来理解加速度？演示实验：用听觉理解加速度韦伯定律当人的感觉器官受到一定强度I的刺激时，在此基础上再增加刺激量ΔI，使ΔI等于感官恰能觉察到的最小差别感觉阈限，ΔI与I的比值为一个常数。即K＝ΔI/I，K称为韦伯常数。下表为几种不同刺激方式的韦伯常数：音高（在2000Hz时）……………………1/333响度（在1000Hz，100分贝时）…………1/11举重（在300g时）…………………………1/53视觉亮度（在1000光量子时）……………1/62视觉长度（对美术家而言）………………1/601.理论基础：录音带v录有一个固定频率的乐音放音磁头和录音机接通演示实验：用听觉理解加速度2.教学设计：演示实验：用听觉理解加速度2.教学设计：返回三、经历实验操作，提高实验技能例：测量卵石的密度返回●用天平、量筒测量卵石的密度——提高使用天平测质量、量筒测体积的技能●用滴管、溢杯测量卵石的密度——领悟物理方法（替代法）在实验中的应用四、通过观察实践，领悟物理方法FABC●如图，物体静止，各接触面之间是否有摩擦？——利用“假设”的方法，假设接触面之间没有摩擦，将会如何？返回实验体验用手拉纸条，两本书都静止，A、B之间，B、C之间有静摩擦力吗？FABCF施加拉力F但保持B静止把两支铅笔放在A、B之间：F把两支铅笔放在B、C之间：同样施加拉力F返回光线从一种介质进入到另一种介质，在界面上同时发生两种现象：1.反射：光线返回至原介质中。遵从反射定律。2.折射：光线进入至另一介质中。发生折射。现通过一个实验作出入射光线、反射光线、折射光线。验证反射定律、体现折射特点。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射实验思路眼睛看到物体，是从物体发出（反射）的光进入了眼睛。确定了物体、眼睛的位置，就确定了光线。由此，刻度尺上的各个刻度，都可以看成是一个点光源，这些刻度到眼睛的连线，就是这些刻度发出的光射入眼睛的光线。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射实验器材（如下图）眼睛看见水面下方刻度尺的刻度，是水下刻度发出的光经水面折射后进入眼中；眼睛看见水面上方刻度的倒影，是上方刻度发出的光经过水面反射后进入眼中。由此可以确定入射光线、折射光线和反射光线。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射先研究折射：把眼睛放在竖直尺的前上方观察水下尺的刻度。观察水下刻度、水平尺刻度、竖直尺顶端刻度的重合点，这就是同一根光线通过的三个位置，由此可以画出入射光线和折射光线。实验器材（如下图）四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射水平25.2深度61.2292827262524232221201918171615141373727170696867666564636261606059585756555453525150494847水平25.2深度61.2再研究反射把水染成深色，这样可以看到插入在水中竖直尺水面上方刻度的倒影。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射在照片上作一水平线。水平线在三支尺子上的刻度记录了同一光线的三个位置：发光点、水面反射点、观察点。从而确定了反射光线和入射光线。把眼睛放容器外竖直尺的斜上方观察倒影如右图。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射69.9、18.0、55.371.2、14.6、54.229282726252423222120191817161514137372717069686766656463626160605958575655545352515049484769.9、18.0、55.371.2、14.6、54.2可以用平面镜代替水面做成专门的复习用实验仪器，把激发兴趣、深化知识和增强能力结合起来。四、通过观察实践，领悟物理方法●通过实验复习光的反射和折射五、关注学习行为，提升相关能力怎样在物理教学中提升学生的创造能力？●把理解知识的过程提升为进行创造的过程返回“换向器”的教学演示：没有换向器的“电动机”。解释：线圈无法持续转动的原因。比较：两种电动机结构上的差异阅读：教材关于换向器的介绍讲解：换向器的构造特点和原理改装：安装换向器的线圈持续转动小结：技术发明跟科学发现同样伟大理解课堂教学的改进：把“理解知识”变为“进行创造”这段教学使学生对技术发明的过程、意义有了很好的认识怎样进一步优化？理解→创造注重知识→发展能力“换向器”的教学演示：没有换向器的“电动机”。解释：线圈无法持续转动的原因。比较：两种电动机结构上的差异阅读：教材关于换向器的介绍讲解：换向器的构造特点和原理改装：安装换向器的线圈持续转动小结：技术发明跟科学发现同样伟大演示：没有换向器的“电动机”。解释：线圈无法持续转动的原因。猜想：每转半圈改变电流方向会怎样检验：用人工方法改变电流方向设计：怎样把人工换向改为自动换向分析：电源和线圈每半圈变换接触点评价：提出具体方案评价并优化创造理解课堂教学的改进：把“理解知识”变为“进行创造”让学生经历猜想、检验、设计、分析、评价的过程。甲.乙.丙.传统教学是关注的是知识结果，讲授活塞抽水机的构造、原理等，让学生记住。培养创造力的教学设计可以创设一个情境，从“玩”开始。把理解变为创造甲.乙.丙.创设一个有趣的活动——用手做阀门使一根管子能抽水。然后不断改进、创新。把学习知识→进行创造。把理解变为创造五、关注学习行为，提升相关能力怎样在物理教学中提升学生的创造能力？●把理解知识的过程提升为进行创造的过程●通过教师的创造实例激发学生的创造热情上世纪七十年代一张活动幻灯片的创制N返回六、获得实践体验，增强实践意识返回●向心力和半径是成正比还是成反比？实验时，rA＝40cm，rB＝80cm，每秒钟喊口令2次。操作一：手握A，每秒1周；操作二：手握B，每秒1周；操作三：手握A，每秒2周；比较一和二：ω相同，F跟r成正比比较二和三：v相同，F跟r成反比这是“体验性”实验，目标的重点并不在知识上，而是增强学生的实践意识。把实践中的感受用传感器实验检验一下：力传感器实验体验人在行进中如果踩上一块瓜皮会怎样？用滑板试试。有什么发现？●人走路时脚所受的静摩擦力方向如何？从生活实践中引入“自感和互感”课题电磁感应的应用教科书第三章第3节（汽化和液化）电冰箱的构造和原理电冰箱的构造和原理用打火机演示“电冰箱”返回七、通过物理实验，激发学习兴趣●《拔火罐和马德堡半球》——2016科学晚会节目返回七、通过物理实验，激发学习兴趣●《两根牙签挑重重担》——2016科学晚会节目有趣的实验：“天女散花”用于引入新课的各种物理魔术自制“两心壶”两个倒水孔，倒水后用胶带纸封住预先钻了两个进气孔用物理知识“揭密”魔术用于引入新课的各种物理魔术用物理知识“揭密”魔术水壶的壶嘴与壶身组成连通器排水管的U形“反水弯”是一个连通器八年级物理教科书“连通器”用于引入新课的各种物理魔术用物理知识“揭密”魔术钻一个孔倒入牛奶用于引入新课的各种物理魔术用物理知识“揭密”魔术用于引入新课的各种物理魔术教科书上的覆杯实验用于引入新课的各种物理魔术乐器原题：八年级物理教材的一道练习题题目：请用身边容易获得的器材，创