初中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

黃恕伯2016.10.28物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新安排實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的總思路實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的總思路獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，形成知識(shí)結(jié)論經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)驗(yàn)技能關(guān)注學(xué)習(xí)行為，提升相關(guān)能力獲得實(shí)踐體驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)通過物理實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣通過實(shí)驗(yàn)感知，理解物理知識(shí)形成結(jié)論提高技能理解知識(shí)提升能力增強(qiáng)意識(shí)激發(fā)興趣通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法領(lǐng)悟方法一、優(yōu)選器材、優(yōu)化操作，獲得準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)查——老師們希望改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：●晶體熔化●比熱容實(shí)驗(yàn)●焦耳定律實(shí)驗(yàn)●機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)●電功定量實(shí)驗(yàn)●測(cè)水平運(yùn)動(dòng)物體的滑動(dòng)摩擦力●內(nèi)能演示實(shí)驗(yàn)●光在不均勻液體中折射返回一、優(yōu)選器材、優(yōu)化操作，獲得準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例：滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量◆手持測(cè)力計(jì)拉著木塊前進(jìn)的缺點(diǎn)△手很難保持勻速△運(yùn)動(dòng)的測(cè)力計(jì)不容易觀察讀數(shù)◆改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案△用電動(dòng)玩具方式可以保持木塊勻速運(yùn)動(dòng)△把測(cè)力計(jì)固定不動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量◆手持測(cè)力計(jì)拉著木塊前進(jìn)的缺點(diǎn)△手很難保持勻速△運(yùn)動(dòng)的測(cè)力計(jì)不容易觀察讀數(shù)◆改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案△用電動(dòng)玩具方式可以保持木塊勻速運(yùn)動(dòng)△把測(cè)力計(jì)固定不動(dòng)△摩擦材料的選取滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量返回二、通過實(shí)驗(yàn)感知和思維加工理解物理知識(shí)調(diào)查——老師們希望改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：●探究物質(zhì)的密度●探究物質(zhì)的比熱容返回通過實(shí)驗(yàn)建立“比熱容”概念的教學(xué)設(shè)計(jì)

比熱容概念的建立可以有以下不同層次的教學(xué)方案：

方案一：適合大多數(shù)學(xué)生，一般層次。

方案二：適合接受能力強(qiáng)的學(xué)生，稍高層次。

方案三：適合自主探究、邏輯思維強(qiáng)的學(xué)生，高層次。（建立比熱容概念的）教學(xué)方案一：

(1)

按人教版物理教科書做演示實(shí)驗(yàn)：用相同的電加熱器加熱質(zhì)量相同的水和食用油，使它們升高相同的溫度，發(fā)現(xiàn)加熱水需要的時(shí)間較長(zhǎng)，說(shuō)明水所吸收的熱量較多。更多實(shí)驗(yàn)都表明，不同物質(zhì)，在質(zhì)量相等、升高的溫度相同時(shí)，吸收的熱量不同。(2)小結(jié)：為表明物質(zhì)的這種性質(zhì)，把一定質(zhì)量某種物質(zhì)在溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質(zhì)的比熱容。(3)隨后介紹比熱容的符號(hào)、單位和計(jì)算式。引導(dǎo)學(xué)生閱讀“一些物質(zhì)的比熱容”表，關(guān)注某些物質(zhì)比熱容的值。本方案是一種普適方案，要求不高，可接受性好。在教學(xué)中，要啟發(fā)學(xué)生積極思考：為什么要把吸收的熱量除以“質(zhì)量和升高溫度的乘積”？（建立比熱容概念的）教學(xué)方案二：

(1)

定性實(shí)驗(yàn)：加熱相同質(zhì)量不同物質(zhì)，說(shuō)明它們吸熱能力不同。用相同酒精燈加熱質(zhì)量相同的水和食用油，加熱相同時(shí)間（加熱一半時(shí)間后把兩酒精燈交換，盡量保持兩吸收熱量相同），發(fā)現(xiàn)水升高的溫度不多，若要使水升高的溫度跟食用油相同，還要繼續(xù)對(duì)水加熱，說(shuō)明水的吸熱能力強(qiáng)。

(2)

定量實(shí)驗(yàn)：比較兩種質(zhì)量不同物質(zhì)溫度升高時(shí)的吸熱能力。(2)小結(jié)：為表明物質(zhì)的這種性質(zhì)，把一定質(zhì)量某種物質(zhì)在溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度乘積之比，叫做這種物質(zhì)的比熱容。……吸收的熱量……b……a升高的溫度質(zhì)量物質(zhì)用相同的電加熱器加熱質(zhì)量不同的a、b兩杯液體（圖為其中一杯），一定時(shí)間后記錄它們升高的溫度，記錄在表格中。a（老師根據(jù)加熱器功率和加熱時(shí)間提供熱量數(shù)據(jù)，認(rèn)為這是a、b“吸收的熱量”）

(3)

學(xué)生計(jì)算：哪種物質(zhì)吸熱能力強(qiáng)？（相同質(zhì)量、升高相同溫度）。

(4)

根據(jù)計(jì)算式，引出比熱容的定義。進(jìn)而介紹單位、比熱容表等。本方案的優(yōu)點(diǎn)在于，“物體吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高溫度乘積的比值”是學(xué)生自主計(jì)算中得出的，有具體數(shù)據(jù)的支撐，因而易于理解。但本方案對(duì)學(xué)生的要求稍高，且需要花費(fèi)一定的時(shí)間。

〔引入：物體吸收的熱量跟什么因素有關(guān)？質(zhì)量、升溫、材料〕（建立比熱容概念的）教學(xué)方案三：

(1)

定性實(shí)驗(yàn)：溫度升高時(shí)不同物質(zhì)吸熱能力不同（同方案二，略）

(2)定量實(shí)驗(yàn)：比較兩種質(zhì)量不同物質(zhì)溫度升高時(shí)的吸熱能力。用電加熱器加熱質(zhì)量不同的a、b兩杯液體，記錄每隔一段時(shí)間后它們升高的溫度。a………升高溫度………升高溫度………………加熱時(shí)間加熱時(shí)間液體b液體a

(3)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：a（單位質(zhì)量）b（單位質(zhì)量）吸收熱量升高溫度吸收熱量升高溫度………………………………把加熱時(shí)間乘以功率轉(zhuǎn)換為吸收熱量，并除以液體的質(zhì)量，得到單位質(zhì)量液體所吸收的熱量，得到右表。

(4)制作圖象：Q/mΔtOab縱坐標(biāo)為所吸收熱量與質(zhì)量的比值（等于單位質(zhì)量液體吸收的熱量），橫坐標(biāo)為升高的溫度。

(5)解釋圖象，引出定義：類比密度定義?？v坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的比值體現(xiàn)了液體的吸熱能力。引出比熱容定義。

本方案通過圖象引出比熱容定義，概念的形成比較嚴(yán)密，先得到物體吸熱與升溫的正比規(guī)律，再用比值定義物理量，經(jīng)歷了類似密度的學(xué)習(xí)過程，但又比密度上升了一個(gè)層次。本方案對(duì)學(xué)生的要求高，對(duì)一般學(xué)生來(lái)說(shuō)，可接受性較差。本方案也可以用溫度傳感器和專用軟件通過計(jì)算機(jī)得到圖象。演示實(shí)驗(yàn)：用聽覺理解加速度1.理論基礎(chǔ)：●位移是視覺中的長(zhǎng)度形象，加速度是與視覺長(zhǎng)度相關(guān)的物理量，加速度不容易被視覺直接感知。是否可以用聽覺來(lái)理解加速度？演示實(shí)驗(yàn)：用聽覺理解加速度韋伯定律當(dāng)人的感覺器官受到一定強(qiáng)度I的刺激時(shí)，在此基礎(chǔ)上再增加刺激量ΔI，使ΔI等于感官恰能覺察到的最小差別感覺閾限，ΔI與I的比值為一個(gè)常數(shù)。即K＝ΔI/I

，K稱為韋伯常數(shù)。下表為幾種不同刺激方式的韋伯常數(shù)：音高（在2000Hz時(shí)）……1/333響度（在1000Hz，100分貝時(shí)）…………1/11舉重（在300g時(shí)）…………1/53視覺亮度（在1000光量子時(shí)）……………1/62視覺長(zhǎng)度（對(duì)美術(shù)家而言）………………1/601.理論基礎(chǔ)：錄音帶v錄有一個(gè)固定頻率的樂音放音磁頭和錄音機(jī)接通演示實(shí)驗(yàn)：用聽覺理解加速度2.教學(xué)設(shè)計(jì)：演示實(shí)驗(yàn)：用聽覺理解加速度2.教學(xué)設(shè)計(jì)：返回三、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)驗(yàn)技能例：測(cè)量卵石的密度返回●用天平、量筒測(cè)量卵石的密度——提高使用天平測(cè)質(zhì)量、量筒測(cè)體積的技能●用滴管、溢杯測(cè)量卵石的密度——領(lǐng)悟物理方法（替代法）在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法FABC●如圖，物體靜止，各接觸面之間是否有摩擦？——利用“假設(shè)”的方法，假設(shè)接觸面之間沒有摩擦，將會(huì)如何？返回實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)用手拉紙條，兩本書都靜止，A、B之間，B、C之間有靜摩擦力嗎？FABCF施加拉力F

但保持B靜止把兩支鉛筆放在A、B

之間：F把兩支鉛筆放在B、C

之間：同樣施加拉力F返回光線從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)，在界面上同時(shí)發(fā)生兩種現(xiàn)象：1.反射：光線返回至原介質(zhì)中。遵從反射定律。2.折射：光線進(jìn)入至另一介質(zhì)中。發(fā)生折射?，F(xiàn)通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)作出入射光線、反射光線、折射光線。驗(yàn)證反射定律、體現(xiàn)折射特點(diǎn)。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)光的反射和折射實(shí)驗(yàn)思路眼睛看到物體，是從物體發(fā)出（反射）的光進(jìn)入了眼睛。確定了物體、眼睛的位置，就確定了光線。由此，刻度尺上的各個(gè)刻度，都可以看成是一個(gè)點(diǎn)光源，這些刻度到眼睛的連線，就是這些刻度發(fā)出的光射入眼睛的光線。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)光的反射和折射實(shí)驗(yàn)器材（如下圖）眼睛看見水面下方刻度尺的刻度，是水下刻度發(fā)出的光經(jīng)水面折射后進(jìn)入眼中；眼睛看見水面上方刻度的倒影，是上方刻度發(fā)出的光經(jīng)過水面反射后進(jìn)入眼中。由此可以確定入射光線、折射光線和反射光線。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)光的反射和折射先研究折射：把眼睛放在豎直尺的前上方觀察水下尺的刻度。觀察水下刻度、水平尺刻度、豎直尺頂端刻度的重合點(diǎn)，這就是同一根光線通過的三個(gè)位置，由此可以畫出入射光線和折射光線。實(shí)驗(yàn)器材（如下圖）四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)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，這樣可以看到插入在水中豎直尺水面上方刻度的倒影。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)光的反射和折射在照片上作一水平線。水平線在三支尺子上的刻度記錄了同一光線的三個(gè)位置：發(fā)光點(diǎn)、水面反射點(diǎn)、觀察點(diǎn)。從而確定了反射光線和入射光線。把眼睛放容器外豎直尺的斜上方觀察倒影如右圖。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)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可以用平面鏡代替水面做成專門的復(fù)習(xí)用實(shí)驗(yàn)儀器，把激發(fā)興趣、深化知識(shí)和增強(qiáng)能力結(jié)合起來(lái)。四、通過觀察實(shí)踐，領(lǐng)悟物理方法●通過實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)光的反射和折射五、關(guān)注學(xué)習(xí)行為，提升相關(guān)能力怎樣在物理教學(xué)中提升學(xué)生的創(chuàng)造能力？●把理解知識(shí)的過程提升為進(jìn)行創(chuàng)造的過程返回“換向器”的教學(xué)演示：沒有換向器的“電動(dòng)機(jī)”。解釋：線圈無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因。比較：兩種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的差異閱讀：教材關(guān)于換向器的介紹講解：換向器的構(gòu)造特點(diǎn)和原理改裝：安裝換向器的線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)小結(jié)：技術(shù)發(fā)明跟科學(xué)發(fā)現(xiàn)同樣偉大理解課堂教學(xué)的改進(jìn)：把“理解知識(shí)”變?yōu)椤斑M(jìn)行創(chuàng)造”這段教學(xué)使學(xué)生對(duì)技術(shù)發(fā)明的過程、意義有了很好的認(rèn)識(shí)怎樣進(jìn)一步優(yōu)化？理解→創(chuàng)造注重知識(shí)→發(fā)展能力“換向器”的教學(xué)演示：沒有換向器的“電動(dòng)機(jī)”。解釋：線圈無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因。比較：兩種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的差異閱讀：教材關(guān)于換向器的介紹講解：換向器的構(gòu)造特點(diǎn)和原理改裝：安裝換向器的線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)小結(jié)：技術(shù)發(fā)明跟科學(xué)發(fā)現(xiàn)同樣偉大演示：沒有換向器的“電動(dòng)機(jī)”。解釋：線圈無(wú)法持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因。猜想：每轉(zhuǎn)半圈改變電流方向會(huì)怎樣檢驗(yàn)：用人工方法改變電流方向設(shè)計(jì)：怎樣把人工換向改為自動(dòng)換向分析：電源和線圈每半圈變換接觸點(diǎn)評(píng)價(jià)：提出具體方案評(píng)價(jià)并優(yōu)化創(chuàng)造理解課堂教學(xué)的改進(jìn)：把“理解知識(shí)”變?yōu)椤斑M(jìn)行創(chuàng)造”讓學(xué)生經(jīng)歷猜想、檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)的過程。甲.乙.丙.傳統(tǒng)教學(xué)是關(guān)注的是知識(shí)結(jié)果，講授活塞抽水機(jī)的構(gòu)造、原理等，讓學(xué)生記住。培養(yǎng)創(chuàng)造力的教學(xué)設(shè)計(jì)可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境，從“玩”開始。把理解變?yōu)閯?chuàng)造甲.乙.丙.創(chuàng)設(shè)一個(gè)有趣的活動(dòng)——用手做閥門使一根管子能抽水。然后不斷改進(jìn)、創(chuàng)新。把學(xué)習(xí)知識(shí)→進(jìn)行創(chuàng)造。把理解變?yōu)閯?chuàng)造五、關(guān)注學(xué)習(xí)行為，提升相關(guān)能力怎樣在物理教學(xué)中提升學(xué)生的創(chuàng)造能力？●把理解知識(shí)的過程提升為進(jìn)行創(chuàng)造的過程●通過教師的創(chuàng)造實(shí)例激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情上世紀(jì)七十年代一張活動(dòng)幻燈片的創(chuàng)制N返回六、獲得實(shí)踐體驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)返回●向心力和半徑是成正比還是成反比？實(shí)驗(yàn)時(shí)，rA＝40cm，rB＝80cm，每秒鐘喊口令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；比較一和二：

ω相同，F(xiàn)跟r成正比比較二和三：

v相同，F(xiàn)跟r成反比這是“體驗(yàn)性”實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)的重點(diǎn)并不在知識(shí)上，而是增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)。把實(shí)踐中的感受用傳感器實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)一下：力傳感器實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)

人在行進(jìn)中如果踩上一塊瓜皮會(huì)怎樣？用滑板試試。有什么發(fā)現(xiàn)？●人走路時(shí)腳所受的靜摩擦力方向如何？從生活實(shí)踐中引入“自感和互感”課題電磁感應(yīng)的應(yīng)用教科書第三章第3節(jié)（汽化和液化）電冰箱的構(gòu)造和原理電冰箱的構(gòu)造和原理用打火機(jī)演示“電冰箱”返回七、通過物理實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣●《拔火罐和馬德堡半球》——2016科學(xué)晚會(huì)節(jié)目返回七、通過物理實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣●《兩根牙簽挑重重?fù)?dān)》——2016科學(xué)晚會(huì)節(jié)目有趣的實(shí)驗(yàn)：“天女散花”用于引入新課的各種物理魔術(shù)自制“兩心壺”兩個(gè)倒水孔，倒水后用膠帶紙封住預(yù)先鉆了兩個(gè)進(jìn)氣孔用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)用于引入新課的各種物理魔術(shù)用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)水壺的壺嘴與壺身組成連通器排水管的U形“反水彎”是一個(gè)連通器八年級(jí)物理教科書“連通器”用于引入新