《用油膜法估測油酸分子的大小》作業(yè)設(shè)計(jì)方案

《用油膜法估測油酸分子的大小》作業(yè)設(shè)計(jì)方案一、作業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)這節(jié)內(nèi)容在高中物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊里可是很重要的。作業(yè)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)呢，就是讓同學(xué)們把用油膜法估測油酸分子大小的原理、步驟這些重點(diǎn)知識牢牢掌握住。其次呢，希望同學(xué)們能通過作業(yè)提高自己的數(shù)據(jù)處理能力，畢竟這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及到不少數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析。最后，想讓同學(xué)們在做作業(yè)的過程中體會到物理實(shí)驗(yàn)的樂趣，感受到物理和微觀世界的奇妙聯(lián)系。我以前教過一個(gè)學(xué)生小王，他對物理實(shí)驗(yàn)挺感興趣的，每次做實(shí)驗(yàn)都很積極?？墒且坏教幚韺?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算油酸分子大小的時(shí)候就犯難了。所以這個(gè)作業(yè)設(shè)計(jì)得合理的話，就能幫助像小王這樣的同學(xué)更好地掌握這部分知識，提高他們解決這類問題的能力。二、作業(yè)類型與內(nèi)容1、基礎(chǔ)型作業(yè)（1)概念鞏固默寫用油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)原理。就像背歌詞一樣，先把這個(gè)重要的原理記熟了，才能在后面的作業(yè)和學(xué)習(xí)中順利進(jìn)行。然后解釋一下實(shí)驗(yàn)中為什么要把油酸稀釋，這是理解實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分。我會跟同學(xué)們說，這就好比做菜的時(shí)候要把調(diào)料稀釋一樣，太濃了就不好控制用量啦。選擇題：在油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是（）。A.將油酸直接滴在水面上B.用注射器吸取油酸酒精溶液時(shí)，不需要先排出注射器內(nèi)的空氣C.在水面上撒痱子粉是為了讓油膜的輪廓更清晰D.計(jì)算油膜面積時(shí)，只計(jì)算輪廓內(nèi)完整方格的面積這題主要考查同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)基本操作的掌握情況。我就會跟同學(xué)們講，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)就像搭積木，每個(gè)步驟都要穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)?，每個(gè)操作都有它的道理。（2)簡單計(jì)算已知一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V＝5×10??mL，這滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積為S＝0.5m2，求油酸分子的直徑。這就需要同學(xué)們根據(jù)油膜法的原理，用油酸的體積除以油膜面積來計(jì)算分子直徑，也就是d＝V／S。我會提醒同學(xué)們，計(jì)算的時(shí)候要注意單位的換算，就像不同國家的貨幣換算一樣，換算錯(cuò)了結(jié)果可就不對啦。2、拓展型作業(yè)（1)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)讓同學(xué)們思考如何改進(jìn)用油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)，使其結(jié)果更準(zhǔn)確。要求寫出改進(jìn)的具體措施和預(yù)期效果。有個(gè)同學(xué)以前在做這個(gè)作業(yè)的時(shí)候，想到在測量油膜面積的時(shí)候，用更精密的儀器，比如電子顯微鏡來觀察油膜的邊界，這樣能更精確地測量面積。他還說預(yù)期效果就是計(jì)算出來的油酸分子直徑會更接近真實(shí)值。通過這個(gè)作業(yè)，同學(xué)們不僅能更深入地理解實(shí)驗(yàn)，還能鍛煉創(chuàng)新思維能力。（2)簡答題在油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)中，如果油酸酒精溶液的濃度不準(zhǔn)確，會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生什么影響？請簡要說明。這就需要同學(xué)們理解油酸分子大小的計(jì)算和油酸酒精溶液濃度之間的關(guān)系。我會告訴同學(xué)們，回答這個(gè)問題就像分析因果關(guān)系一樣，要把前因后果說清楚。3、探究型作業(yè)（1)實(shí)際應(yīng)用探究布置同學(xué)們?nèi)ヌ骄坑湍しㄔ谄渌I(lǐng)域的應(yīng)用，比如在環(huán)境科學(xué)中檢測油污污染程度方面的應(yīng)用。讓同學(xué)們寫一份探究報(bào)告，包括應(yīng)用的原理、具體的操作方法以及存在的問題。有個(gè)同學(xué)探究后發(fā)現(xiàn)，在檢測油污污染程度時(shí)，也是利用油膜在水面上的擴(kuò)散原理，通過測量油膜面積等數(shù)據(jù)來估算油污的量。他還提到存在的問題是環(huán)境中的其他雜質(zhì)可能會干擾測量結(jié)果。通過這個(gè)作業(yè)，同學(xué)們能把物理知識和其他學(xué)科聯(lián)系起來，拓寬知識面。（2)深度思考論述題論述油膜法估測油酸分子大小這個(gè)實(shí)驗(yàn)在微觀世界研究中的意義。這題難度比較大，需要同學(xué)們對微觀世界研究有一定的理解。我會跟同學(xué)們說，這就像探索一個(gè)神秘的小世界一樣，要說出這個(gè)實(shí)驗(yàn)在這個(gè)小世界里扮演的重要角色。有的同學(xué)在回答中提到，這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我們能通過宏觀的測量手段去了解微觀分子的大小，是打開微觀世界大門的一把鑰匙。三、作業(yè)難度分層1、對于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生重點(diǎn)完成基礎(chǔ)型作業(yè)。在概念鞏固作業(yè)中，如果對實(shí)驗(yàn)原理解釋不清楚，可以參考課本后再重新解釋。在選擇題和簡單計(jì)算作業(yè)中，如果做錯(cuò)了，可以多做幾道類似的題目進(jìn)行練習(xí)，老師會給予更多的詳細(xì)指導(dǎo)，比如重新講解計(jì)算過程中的易錯(cuò)點(diǎn)。2、對于中等學(xué)習(xí)能力的學(xué)生在完成基礎(chǔ)型作業(yè)的基礎(chǔ)上，認(rèn)真做好拓展型作業(yè)。在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)作業(yè)中，要盡可能多地想出合理的改進(jìn)措施；在簡答題中，要回答得全面、有條理。3、對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生要高質(zhì)量地完成基礎(chǔ)型、拓展型作業(yè)，并且在探究型作業(yè)中有出色的表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用探究作業(yè)中，可以深入探究油膜法在更多領(lǐng)域的應(yīng)用并且分析得更詳細(xì)；在深度思考論述題中，要能夠從多個(gè)角度進(jìn)行深入的分析，并且結(jié)合具體的實(shí)例闡述。四、作業(yè)評價(jià)方式1、教師評價(jià)（1)對于基礎(chǔ)型作業(yè)在概念鞏固作業(yè)中，檢查實(shí)驗(yàn)原理默寫是否準(zhǔn)確無誤，關(guān)鍵詞解釋是否合理。如果默寫全對且解釋清晰，就在作業(yè)上寫個(gè)“非常好，繼續(xù)加油！”如果有錯(cuò)誤，就用紅筆圈出來，讓學(xué)生重新寫一遍。在選擇題作業(yè)中，主要看答案是否正確，如果錯(cuò)了，要和學(xué)生一起分析是對實(shí)驗(yàn)操作理解錯(cuò)誤還是粗心導(dǎo)致的。在簡單計(jì)算作業(yè)中，檢查計(jì)算過程是否正確，單位是否換算正確。如果計(jì)算準(zhǔn)確、過程詳細(xì)、單位無誤，就給個(gè)小笑臉作為獎(jiǎng)勵(lì)。（2)對于拓展型作業(yè)在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)作業(yè)中，評價(jià)改進(jìn)措施是否合理、可行，預(yù)期效果是否合理。如果改進(jìn)措施新穎、可行且預(yù)期效果合理，就給予高度評價(jià)，比如在作業(yè)旁邊寫“這個(gè)改進(jìn)想法很有創(chuàng)意！”在簡答題作業(yè)中，看答案是否完整、條理是否清晰。如果能夠全面、有條理地回答問題，就給一個(gè)“優(yōu)”。（3)對于探究型作業(yè)在實(shí)際應(yīng)用探究作業(yè)中，評價(jià)探究報(bào)告的內(nèi)容是否詳實(shí)，對應(yīng)用原理和操作方法的分析是否準(zhǔn)確，存在問題的分析是否合理。如果報(bào)告內(nèi)容豐富、分析準(zhǔn)確，就可以在課堂上讓學(xué)生分享他的探究報(bào)告。在深度思考論述題作業(yè)中，評價(jià)論述的深度和廣度。如果能夠從多個(gè)角度深入分析實(shí)驗(yàn)在微觀世界研究中的意義并且結(jié)合實(shí)例，就給予很高的評價(jià)，像“你的思考很深入，非常棒！”2、學(xué)生自評引導(dǎo)學(xué)生對自己的作業(yè)進(jìn)行自我評價(jià)。在完成基礎(chǔ)型作業(yè)后，讓學(xué)生自己檢查概念鞏固的內(nèi)容是否準(zhǔn)確，選擇題是否因?yàn)榇中亩鲥e(cuò)，計(jì)算過程有沒有問題。在拓展型和探究型作業(yè)中，讓學(xué)生思考自己在作業(yè)過程中的優(yōu)點(diǎn)和不足。比如在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)作業(yè)中，自己的改進(jìn)想法是否還有可以完善的地方；在論述題作業(yè)中，自己的觀點(diǎn)是否新穎，論述是否有邏輯。3、學(xué)生互評組織學(xué)生進(jìn)行作業(yè)互評。讓學(xué)生交換作業(yè)，互相評價(jià)。在互評的過程中，他們可以學(xué)習(xí)別人的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。比如在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)作業(yè)中，學(xué)生可以互相學(xué)習(xí)對方的改進(jìn)措施；在探究報(bào)告作業(yè)中，可以互相學(xué)習(xí)資料的搜集和分析方法。而且在互評的時(shí)候，同學(xué)們還會互相交流自己在完成作業(yè)過程中的經(jīng)驗(yàn)和感受，這也是一種很好的學(xué)習(xí)方式。下面我們再詳細(xì)說說每部分作業(yè)的設(shè)計(jì)意圖和可能遇到的問題及解決方法。對于基礎(chǔ)型作業(yè)中的概念鞏固部分，默寫實(shí)驗(yàn)原理是為了讓同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)有一個(gè)準(zhǔn)確的記憶基礎(chǔ)，這就像蓋房子的基石一樣重要。解釋為什么要把油酸稀釋，是讓同學(xué)們深入理解實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可能遇到的問題是同學(xué)們解釋得不夠準(zhǔn)確，解決方法是老師可以通過對比其他類似實(shí)驗(yàn)或者打比方的方式來加深同學(xué)們的理解，比如把油酸比作濃墨水，太濃了就不好控制在水面上的擴(kuò)散情況了。選擇題部分主要是考查同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)基本操作的掌握程度?？赡軙霈F(xiàn)同學(xué)們對某些操作的理解模棱兩可的情況，這時(shí)候老師可以在講解題目時(shí)再次強(qiáng)調(diào)每個(gè)操作的目的和意義，并且讓同學(xué)們回憶自己做實(shí)驗(yàn)時(shí)的情景。簡單計(jì)算部分是讓同學(xué)們學(xué)會運(yùn)用油膜法的原理進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。同學(xué)們可能會在單位換算或者計(jì)算過程中出錯(cuò)。老師可以針對這些問題進(jìn)行專項(xiàng)練習(xí)，比如多做幾道單位換算的題目，再讓同學(xué)們做幾道類似的計(jì)算題目，同時(shí)強(qiáng)調(diào)計(jì)算的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。拓展型作業(yè)中的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)部分，設(shè)計(jì)這個(gè)作業(yè)是為了讓同學(xué)們將理論知識和實(shí)際操作結(jié)合起來，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。同學(xué)們可能在想出改進(jìn)措施的時(shí)候會受到思維定式的限制，比如只想到從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材上去改進(jìn)，而忽略了實(shí)驗(yàn)方法或者測量手段的改進(jìn)。老師可以在課堂上展示一些其他實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的案例，給同學(xué)們一些啟發(fā)，讓他們開闊思路。簡答題部分主要是考查同學(xué)們對知識的綜合運(yùn)用能力。同學(xué)們可能會回答得不夠完整或者條理不清晰。老師可以教給同學(xué)們一些答題的技巧，比如按照“先闡述問題核心，再分析影響因素，最后得出結(jié)論”這樣的步驟來回答。探究型作業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用探究部分，這個(gè)作業(yè)是為了讓同學(xué)們認(rèn)識到物理知識在其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。同學(xué)們可能在探究過程中遇到資料搜集困難的問題，比如不知道如何查找油膜法在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用資料。老師可以給同學(xué)們提供一些查找資料的途徑，比如專業(yè)的科學(xué)數(shù)據(jù)庫、相關(guān)的學(xué)術(shù)論文網(wǎng)站等。在撰寫探究報(bào)告時(shí)，同學(xué)們可能會不知道如何組織內(nèi)容。老師可以提供一個(gè)探究報(bào)告的模板，包括標(biāo)題、引言、探究目的、探究方法、探究結(jié)果、結(jié)論等部分，讓同學(xué)們按照模板來寫。深度思考論述題部分是為了培養(yǎng)同學(xué)們的深度思考能力。同學(xué)們可能會覺得無從下手或者思考不夠深入。老師可以先引導(dǎo)同學(xué)們回顧油膜法實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程以及微觀世界研究的一些基本概念，然后給同學(xué)們一些提示，比如從實(shí)驗(yàn)對微觀粒子研究方法的影響這個(gè)角度來思考。在整個(gè)作業(yè)的實(shí)施過程中，要注意控制作業(yè)的量和難度。如果作業(yè)量太大，同學(xué)們會覺得壓力很大，產(chǎn)生抵觸情緒；如果難度過高，會打擊同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，要根據(jù)同學(xué)們的反饋及時(shí)調(diào)整作業(yè)內(nèi)容和評價(jià)方式，讓作業(yè)真正成為同學(xué)們學(xué)習(xí)的好幫手。另外，為了增加作業(yè)的趣味性，我們可以把一些作業(yè)變成有趣的小活動(dòng)。比如在基礎(chǔ)型作業(yè)的概念鞏固部分，可以組織一個(gè)“實(shí)驗(yàn)原理小競賽”，同學(xué)們分成小組，互相提問實(shí)驗(yàn)原理的相關(guān)問題，答對最多的小組可以得到小獎(jiǎng)品，像物理小書簽之類的。在拓展型作業(yè)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)部分，可以讓同學(xué)們把自己的改進(jìn)想法制作成小海報(bào)，然后在教室里展示，讓大家投票選出最有創(chuàng)意的改進(jìn)方案，獲勝者可以獲得一次免寫小作業(yè)的獎(jiǎng)勵(lì)。這樣可以激發(fā)同學(xué)們的興趣和競爭意識，提高他們的參與度。對于不同層次的同學(xué)，我們也要給予不同的關(guān)注和鼓勵(lì)。對于學(xué)習(xí)能力較弱的同學(xué)，當(dāng)他們在基礎(chǔ)型作業(yè)中取得一點(diǎn)進(jìn)步時(shí)，要及時(shí)給予表揚(yáng)，比如在作業(yè)上寫“你這次對實(shí)驗(yàn)原理的理解比上次清晰多了，很棒！”對于中等學(xué)習(xí)能力的同學(xué)，要鼓勵(lì)他們在拓展型作業(yè)中發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，比如“你的這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)想法很獨(dú)特，繼續(xù)加油哦?！睂τ趯W(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)，要給他們提供更多的拓展空間，比如推薦一些關(guān)于微觀世界研究的科普書籍或者學(xué)術(shù)文章，讓他們能夠進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。答案：1、基礎(chǔ)型作業(yè)概念鞏固：實(shí)驗(yàn)原理：把油酸滴到水面上，油酸會在水面上散開形成單分子油膜。如果把油酸分子看成球形，油膜的厚度就近似等于油酸分子的直徑?？梢酝ㄟ^測量油酸的體積和油膜的面積來計(jì)算油酸分子的直徑。油酸稀釋的原因：油酸的分子直徑非常小，如果直接用油酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一滴油酸所含分子數(shù)過多，在水面上形成的油膜面積過大，不容易準(zhǔn)確測量油膜面積，所以要把油酸稀釋。選擇題：C。簡單計(jì)算：首先進(jìn)行單位換算，V＝5×10??mL＝5×10??m3，根據(jù)d＝V／S，可得d＝（5×10??)／0.5＝1×10??m。2、拓展型作業(yè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：改進(jìn)措施：可以使用更精密的量具來量取油酸酒精溶液的體積，確保體積測量更準(zhǔn)確；在撒痱子粉時(shí)，用更均勻的撒粉工具，使痱子粉在水面上分布更均勻；測量油膜面積時(shí)，可以利用圖像分析軟件，更精確地確定油膜的邊界。預(yù)期效果：提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而使計(jì)算出的油酸分子直徑更接近真實(shí)值。簡答題：如果油酸酒精溶液的濃度不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致計(jì)算出的油酸分子直徑不準(zhǔn)確。若濃度偏大，一滴油酸酒精溶液中純油酸的實(shí)際體積就偏大，根據(jù)d＝V／S，計(jì)算出的油酸分子直徑就會偏大；若濃度偏小，一滴油酸酒精溶液中純油酸的實(shí)際體積就偏小，計(jì)算出的油酸分子直徑就會偏小。3、探究型作業(yè)實(shí)際應(yīng)用探究：原理：在檢測油污污染程度時(shí)，油污在水面上會形成油膜，類似于油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)。通過測量油膜的面積、厚度等數(shù)據(jù)，結(jié)合油污的密度等物理性質(zhì)，可以估算出油污的量。操作方法：在被污染的水面上選取一定面積的區(qū)域，使用合適的工具（如特制的取樣框）來限定油膜的范圍，測量油膜的面積；可以通過一些間接方法測量油膜的厚度，例如利用光的折射原理等；根據(jù)已知的油污密度，計(jì)算油污的量。存在的問題：環(huán)境中的其他雜質(zhì)（如漂浮的雜物、微生物等）可能會與油污混合在一起，影響油膜面積和厚度的測量；水面的波動(dòng)也會對油膜的形狀和面積測量產(chǎn)生影響。深度思考論