兰小波老师荣获2020年四川省高中物理论文一等奖

    作者:党政办来源:www.0830lw.net发布时间:2021.01.26浏览量:327

热烈祝贺兰小波老师荣获2020年四川省高中物理论文一等奖!

我校高中物理教师兰小波所撰写的论文《核心素养取向的高中物理创新实验教学研究》,荣获2020年四川省高中物理论文一等奖(全省共15人),在此,我们表示热烈祝贺!

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附:兰小波教学论文《核心素养取向的高中物理创新实验教学研究》

摘要高中物理“知识建构”式教学是培养学生高中物理学科核心素养的有效教学模式。只有在物理概念的建构过程、物理规律的探索过程中,才能有效培养学生的物理核心素养。实验是建构物理知识最有效的科学探究方法,高中物理教材中设置了许多物理实验,其目的就是让学生通过实验去探索物理规律,从而培育学生的高中物理核心素养。然而随着课程改革的不断深入,高中物理教材中的传统物理实验己不能完全满足培养学生高中物理学科核心素养的需要,物理实验的改进与创新十分必要。本文试以创新实验为突破口,以笔者在教学实践过程中设计的创新实验为教学案例,简述核心素养取向的高中物理创新实验的设计与应用。

关键词:核心素养培养;高中物理;创新实验;教学研究

一、《楞次定律》教学中的创新实验设计

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(一)设计对比实验引入新课

创设情境:设计对比实验,如图1所示,一根铝管,一根透明塑料管。对比观察磁铁和铁柱分别在塑料管和铝管中的下落情况。教师设问:磁铁不会吸引铝管,为什么磁铁在铝管中下落变慢了呢?通过设计对比实验,创设情境,让学生形成疑惑,激发学生学习《楞次定律》的迫切性。

(二)设计创新实验突破《楞次定律》教学中的思维难点

1.设计创新实验的必要性:利用教材中的实验装置和设计,学生记录下了感应电流方向,原磁场方向,原磁通量变化的相关实验数据。但是学生们分析归纳三者之间的关系时,学生们很难概括感应电流方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的规律。按照传统的教学,一般是由教师直接引导说明,告知学生转换研究思路,直接探究感应电流激发的磁场与原磁通量变化之间的规律。然而按照这种“知识传递”式教学,虽然也能让学生得出楞次定律,但是在培养学生物理核心素养上缺乏了知识的建构过程。为此,笔者设计了一个创新实验,让学生通过创新实验在实践探究过程中自己发现感应电流激发的磁场与原磁通量变化之间存在联系,从而突破思维难点,让学生自己转换研究思路,先探究感应电流激发的磁场与原磁通量变化之间的规律,进而得到感应电流方向遵循的规律。

2.创新实验设计:如图2所示,将铝管固定在支架上,支架放在电子秤上,通过细线控制强磁铁的位置,将强磁铁插入、拔出铝管,学生观察电子秤示数的变化情况。

现象:强磁铁插入铝管,电子秤示数变大;强磁铁拔出铝管,电子秤示数变小。

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教师引导:(1)从现象入手,引导学生从力的观念分析电子秤示数变化的原因。(2)铝管与磁铁不接触,引导学生从磁场的观念分析铝管与磁铁之间的相互作用。

学生:通过分析,学生认识到感应电流的磁场与磁铁的磁场有相互作用,感应电流的磁场对原磁通量的变化有影响,从而转换研究思路,去寻找感应电流磁场与原磁通量变化之间的关系,进而得到感应电流方向遵循的规律——楞次定律。

3.创新实验教学效果:通过创新实验,让学生得以在知识建构过程中得出感应电流方向遵循的规律,有效培养了学生的高中物理核心素养。学生探究感应电流的方向时,发现感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量的变化不容易建立起直接的联系时,笔者通过设计创新实验,引导学生应用运动观和相互作用观等物理观念发现解决困惑的办法——转换思想,即将研究“感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量的变化的关系”转换为研究“感应电流磁场与原磁通量变化之间的关系”。根据培养学生物理核心素养的需要设计创新实验,并自制教具进行创新实验教学是高中物理知识建构的重要方法和手段。

(三)设计创新实验让学生体验《楞次定律》中的“阻碍”作用

1.器材准备:强磁铁(可以在强磁铁上固定好手柄,便于学生操作)和铝管。

2.具体操作:学生将铝管拿在手上,将强磁铁插入、拔出铝管。

3.教学效果:通过创新实验,让学生通过“触觉”感受到楞次定律中的“阻碍”作用。亚里士多德曾说:告诉我的,我会忘记;给我看的我会记住;让我参与的我会理解。教学中通过创新设计这样的小实验,让学生在愉悦中建构起知识的重难点。

二、《动量》教学中构建动量概念的创新实验设计

怎样才能更好地建立“动量”这一概念呢?按照教材的编排,在“动量”教学之前,学生学习了“碰撞”,为此,笔者从“碰撞”着手,设计了以下创新实验建构“动量”概念。

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【教师】同学们,上节课我们学习了碰撞,知道了碰撞的两个物体在极短时间内发生了相互作用,那么,物体碰撞时,相互作用力是恒力还是变力呢?

(一)设计创新实验,演示碰撞的两个物体形变的变化。

如图3所示,用铁丝自制轨道,将气球装满水(水球),用铁球碰撞水球,学生观察两个物体形变的变化。学生思考讨论后得出:物体碰撞时,水球的形变在不断发生变化,相互作用力是变力。

【教师】变力问题在高中阶段不能用牛顿运动定律直接研究,那我们能否从碰撞的作用效果来研究呢?

(二)设计创新实验演示碰撞效果与物体质量的关系。

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如图4所示,将两个相同的玻璃球静置于水平轨道上,分别将体积相同的一个铁球(质量大)和一个玻璃球(质量小)从相同高度同时释放,观察水平轨道上的两个玻璃球被碰撞的效果。学生观察后发现:被铁球(质量大)碰撞后,玻璃球上升更高。

(三)设计创新实验演示碰撞效果与物体速度大小的关系。

如图5所示,将两个相同的玻璃球静置于水平轨道上,分别将质量相同但高度不同的两个玻璃球同时释放,观察水平轨道上的两个玻璃球被碰撞的效果。学生观察后发现:被高度高的玻璃球(碰前速度大)碰撞后,玻璃球上升更高。

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(四)设计创新实验演示碰撞效果与物体速度方向的关系。如图6所示,将两个相同的玻璃球静置于相同高度的高轨道上,将另外两个相同的玻璃球静置于相同高度的低轨道上(且在不同侧轨道),分别将四个玻璃球同时释放,观察在水平轨道上玻璃球碰撞的效果。学生观察后发现:同向碰撞与反向碰撞后,玻璃球运动的方向和上升的高度不同。

【教师】根据碰撞的作用效果发现,碰撞的效果与物体的质量,物体的速度大小,物体的速度方向等因素有关,那么用什么样的物理量来研究碰撞问题比较合适呢?从而激发学生建构动量的概念。

三、《传感器及自动控制》教学中的创新实验设计

(一)设计创新实验的必要性

《传感器及自动控制》是高二下期的选修内容,相比以前的老教材,是新课程改革后知识内容变化较大的一部分知识,在教学过程中,笔者发现如果仅靠教材上的文字介绍和一些图片说明,学生对传感器和自动控制的认识就会感到很抽象,对传感器知识有距离感,觉得传感器高深莫测,而学校实验室的相应设备又不足,为了帮助学生更直观的学习和认识传感器以及自动控制技术,笔者设计了创新实验,并根据创新实验的要求自制教具“教学用多功能报警器”,演示光传感器、温度传感器和振动传感器自动控制音响报警。

(二)教具原理和电路图

传感器一般由敏感元件和处理电路(比如三极管)组成,敏感元件能将光照、

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温度、振动等外界信号按一定的规律转换成电信号,转换后的电信号经过三极管放大处理后转变成放大的电信号,放大的电信号自动驱动继电器工作,如果继电器吸合,音响报警,如果继电器断开,音响不报警。原理如图7所示,电路图如图8所示,自制教学用多功能报警器如图9所示。

(三)使用方法及教学效果

1.用光传感器自动控制报警器

首先闭合电源开关,闭合光报警开关,然后顺时针调节光控开关,改变小灯泡的亮度,使光敏电阻受到光照,当亮度达到一定程度时,继电器吸合,音响报警。若减弱灯泡的亮度,或用手遮挡照向光敏电阻的光线,音响停止报警。该实验演示了通过光照强弱的变化自动控制音响报警,如图10所示。

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2.用温度传感器自动控制报警器

首先将热敏电阻接入电路,再闭合电源开关,闭合热报警开关,调节电位器阻值,使音响恰好不发声,再将热敏电阻放入热水中,热敏电阻温度升高,阻值将减小,电流增大,继电器吸合,音响报警。若将热敏电阻从热水中拿出(或放入冷水中),等待热敏电阻温度降低后,阻值将增大,电流减小,继电器断开,音响停止报警。该实验演示了温度高低自动控制音响报警,如图11所示。

3.用振动传感器自动控制报警器

首先将振动传感器接入电路,闭合电源开关,闭合振动报警开关,然后晃动振动传感器,音响报警;若将传感器静置于桌上,音响停止报警。该实验演示了振动自动控制音响报警,如图12所示。

四、《圆周运动》教学中的创新实验设计

(一)设计创新实验的必要性

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《圆周运动》的是高一下期的教学内容,描述圆周运动的物理概念和圆周运动的规律与之前学习的直线运动、平抛运动等的知识完全不同。通过传统讲授,学生建立的线速度、角速度等概念模型往往不够深刻,对几个物理量之间的关系也容易混淆,因此,为了让学生更直观、形象的构建描述圆周运动的几个物理概念,笔者在教学实践中设计了创新实验,并制作了一个能演示圆周运动各个物理量及其关系的教具——圆周运动教学演示板。

(二)教具整体结构

教具上部为带有黄色乒乓球的大圆形轨道和白色乒乓球的小圆形轨道,在演示板背面有把手,可以旋转圆形轨道;教具下部为半径1:2的齿轮传动装置,如图13所示。

(三)使用方法及教学效果

1.演示做圆周运动的物体的运动方向:如图14所示,旋转把手,让学生观察黄色乒乓球上的细棒指示方向的变化,从而认识做圆周运动的物体的运动方向。

2.演示线速度:如图14所示,让乒乓球从红色竖直线开始运动,以不同的速度旋转把手,让学生观察乒乓球在相同时间内运动的弧长的长短,从而直观得出:在相同时间内物体运动的弧长越长时,线速度就越大;弧长越短时,线速度就越小。

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3.演示角速度:如图14所示,让乒乓球从红色竖直线开始运动,以不同的速度旋转把手,观察乒乓球在相同时间内转过的圆心角的大小,从而直观得出:在相同时间内物体转过的圆心角越大时,角速度就越大;圆心角越小时,角速度就越小。

4.演示同轴转动的规律:如图15所示,以不同的速度旋转把手,观察得到两个乒乓球在任意相同的时间内转过的角度都相等,从而直观得出:同轴转动的物体角速度相等。黄球转动的半径若为白球转动半径的2倍,则黄球转过的弧长是白球的两倍,因此,黄球的线速度是白球的2倍,从而直观得出:同轴转动的物体,线速度与半径成正比。

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5.演示齿轮传动装置的规律:如图16所示,旋转大齿轮,当大齿轮转一圈时,小齿轮恰好转两圈,说明大、小齿轮边缘接触的两点在相同的时间内运动的弧长相等(因为大齿轮周长为小齿轮周长的两倍),从而直观得出:齿轮传动装置接触点的线速度相等。小齿轮转过的角度是大齿轮转过角度的两倍,说明小齿轮的角速度是大齿轮角速度的两倍,从而直观得出:齿轮传动装置接触点角速度与半径成反比。

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结语:教育部在2014年3月印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中首次提出了“核心素养体系”概念,并将这一概念摆在深化基础教育课程改革、落实立德树人目标的基础地位,成为我国新一轮基础教育课程改革的灵魂。针对新时代、新课改背景下高中物理教学而言,物理概念、物理规律、物理方法的有效教学和高中物理学科核心素养的有效培养是当代高中物理教师急需探究的问题。那么,高中物理教师在课堂教学中究竟应该怎样培养高中学生的物理核心素养呢?笔者认为,为了有效培养学生的高中物理核心素养,高中物理教学必须从“知识传递”式教学转向“知识建构”式教学。只有在物理概念的建构过程、物理规律的探索过程中,才能让学生真切感受物理的思想方法,才能有效培养学生的物理核心素养。而物理学是一门实验科学,物理知识、规律是在实验过程中产生、发现、总结的,实验是建构物理知识最有效的科学探究方法。目前,高中物理教材中设置了许多物理实验,大多数能满足培样高中学生物理学科核心素养的需求,然而随着课程改革的不断深入以及笔者十余年来的教学实践经验发现,高中物理教材中的传统物理实验己经不能完全满足新时代、新课改背景下培养学生的高中物理核心素养的需要。因此,基于高中物理核心素养的培养需求,在高中物理课堂教学中设计一些行之有效的创新实验显得尤为重要和迫切。笔者通过总结自身在教学实践过程中设计的几个创新实验为教学案例,借本文进行经验总结与分享,希望能为广大高中物理教师以创新实验为突破口,探究培养高中学生物理核心素养的有效教学模式。

参考文献:

[1]廖伯琴.普通高中物理课程标准(2017年版)解读[M].北京:高等教育出版社,2018.6:45-59.

[2]普通高中物理课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社.

[3]物理必修2[M].北京:教育科学出版社.

[4]物理选修3-2[M].北京:教育科学出版社.

[5]物理选修3-4[M].北京:教育科学出版社.

[6]物理选修3-5[M].北京:教育科学出版社.