時(shí)間:2023-08-10 17:12:38
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解答電學(xué)圖像問(wèn)題需要認(rèn)真審題,理解題意,靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行破題。實(shí)踐表明,很多學(xué)生遇到電學(xué)圖像問(wèn)題,一時(shí)難以找到突破口。針對(duì)這一現(xiàn)象,筆者結(jié)合自身授課經(jīng)驗(yàn),對(duì)初中物理常見(jiàn)的電學(xué)圖像問(wèn)題進(jìn)行分門別類,展示相關(guān)習(xí)題的解題過(guò)程,這能給學(xué)生帶來(lái)良好的啟發(fā),避免其在以后的解題中走彎路。
一、U-I圖像問(wèn)題例講
相對(duì)來(lái)說(shuō),U-I圖像是初中物理電學(xué)圖像中較為容易的一類圖像。該類圖像中縱、橫坐標(biāo)分別表示電壓、電流值。由R=U/I可知,圖線的傾角越大,對(duì)應(yīng)的電阻值就越大。為使學(xué)生更好地掌握U-I圖像問(wèn)題的解題思路,教師應(yīng)注重與學(xué)生一起回顧歐姆定律,使學(xué)生牢固掌握歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá),能夠熟練地運(yùn)用公式求解未知參數(shù)。如圖1所示,1、2分別表示電阻R1、R2的U-I圖像,則以下說(shuō)法正確的是()。習(xí)題結(jié)合U-I圖像,考查學(xué)生對(duì)電阻串聯(lián)與并聯(lián)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解。因此,解答該題需要學(xué)生充分挖掘圖像中的隱含條件,并注重運(yùn)用控制變量法進(jìn)行分析[1]。其中,構(gòu)建歐姆定律與圖線的聯(lián)系是解題的關(guān)鍵。另外,學(xué)生還需要明白兩電阻并聯(lián)后的阻值與任意電阻值的大小關(guān)系。在課堂上,教師可要求學(xué)生進(jìn)行推導(dǎo)。圖1表示的是U-I圖像,由R=U/I可知,當(dāng)電流大小相等時(shí),電壓高的對(duì)應(yīng)大電阻,則R1>R2。兩電阻串聯(lián)后的阻值會(huì)大于任意電阻,并聯(lián)后會(huì)小于任意電阻,所以在同一電壓下,電阻串聯(lián)對(duì)應(yīng)的電流最小,對(duì)應(yīng)區(qū)域Ⅲ,并聯(lián)對(duì)應(yīng)的電流最大,對(duì)應(yīng)區(qū)域Ⅰ。綜上分析,C項(xiàng)正確。
二、I-R圖像問(wèn)題例講
I-R圖像在初中物理中較為常見(jiàn)。分析該圖像類問(wèn)題仍需運(yùn)用歐姆定律,由U=IR可知,圖像中I值與R值的乘積表示的是某電學(xué)元件兩端的電壓。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后,學(xué)生還需要掌握電路圖分析知識(shí),搞清楚要研究的電學(xué)元件與其他電學(xué)元件以及整個(gè)電路圖之間的關(guān)系,尤其明確電路圖中電壓表、電流表測(cè)量的是哪一個(gè)電學(xué)元件的電壓、電流。例如,使用圖2(a)中的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中電源電壓恒為4.5V,更換5個(gè)定值電阻Rx,得到I-Rx的圖像,如圖2(b)所示,則()。A.實(shí)驗(yàn)研究的是電流與電壓的關(guān)系B.實(shí)驗(yàn)中電壓表的示數(shù)2V保持不變C.滑動(dòng)變阻器的變化范圍為4~20ΩD.將Rx從5Ω換成10Ω后,應(yīng)左移滑片P圖2(b)表示的是I-Rx的圖像,因此,實(shí)驗(yàn)研究的是電流與電阻的關(guān)系。分別取圖2(b)中的點(diǎn)(5,0.5)、點(diǎn)(25,0.1),可知其乘積為2.5V保持不變。電壓表測(cè)量的是Rx兩端的電壓,保持2.5V不變,電源電壓恒為4.5V,則滑動(dòng)變阻器兩端電壓為4.5V-2.5V=2V。電流表測(cè)量的是干路電流,因此,電流最大、最小分別對(duì)應(yīng)滑動(dòng)變阻器的最小、最大阻值,最小阻值為2V/0.5A=4Ω,最大阻值為2V/0.1A=10Ω。將Rx從5Ω換成10Ω后,分得的電壓增大,因此,要想保持電壓不變,應(yīng)將滑片右移。綜上分析,C項(xiàng)正確。
三、I-U圖像問(wèn)題例講
I-U圖像與U-I圖像不同,其縱軸表示電流值,橫軸表示電壓值。由R=U/I可知,1/R=I/U,因此圖線的傾角越大,對(duì)應(yīng)的R的阻值越小,這一點(diǎn)應(yīng)和U-I圖像區(qū)分開(kāi)。另外,為使學(xué)生掌握該類問(wèn)題的分析思路,遇到相關(guān)問(wèn)題能夠迅速破題,教師應(yīng)在講解相關(guān)例題的基礎(chǔ)上,要求學(xué)生做好課堂總結(jié),使其認(rèn)識(shí)到解答該類問(wèn)題需要結(jié)合電路圖,靈活運(yùn)用上述結(jié)論。如圖3(a)所示,保持電路的電壓不變,在將開(kāi)關(guān)S閉合,將滑動(dòng)變阻器滑片P從右端滑到左端的過(guò)程中,R1、R2的I-U關(guān)系圖像如圖3(b)所示,則()該問(wèn)題涉及的電路圖較為復(fù)雜,分析時(shí)應(yīng)明確電表的作用,抓住變與不變的量,而后結(jié)合圖像進(jìn)行分析。為提高學(xué)生的聽(tīng)課滿意度,教師可圍繞相關(guān)問(wèn)題與學(xué)生互動(dòng),指引其盡快找到解題思路[2]。電壓表V1、V2分別測(cè)量R1、R2兩端電壓,電源電壓保持不變,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P從右向左滑動(dòng)的過(guò)程中,電路中的電阻變小,電流變大,V1的示數(shù)變大,V2的示數(shù)變小,因此,A、B分別表示的是R2、R1的I-U關(guān)系圖像。兩電壓表示數(shù)之和與電源電壓相等,當(dāng)R1的電壓為4V時(shí),由圖線A可知,此時(shí)R2的電壓為14V,則電源電壓為18V。R1的大小不變,在圖線B中取點(diǎn)(4,0.2),則其阻值大小為4V/0.2A=20Ω。R2的電流最小時(shí),阻值達(dá)到最大,由圖線A可知,其最小電流為0.2A,此時(shí)的電壓為14V,則阻值為14V/0.2A=70Ω。綜上分析,B項(xiàng)正確。
四、P-R圖像問(wèn)題例講
初中物理學(xué)習(xí)中有時(shí)會(huì)遇到P-R圖像。初中階段有關(guān)電功率的計(jì)算公式有P=UI,P=I2R,解答P-R圖像問(wèn)題需要搞清楚兩個(gè)計(jì)算公式的區(qū)別以及適用的物理情境。其中,前者適用范圍較廣,而后者主要用于求解純電阻的電功率。不僅如此,解題時(shí)還需要將其和歐姆定律聯(lián)系起來(lái),結(jié)合圖像中給出的特殊點(diǎn)加以突破。如圖4(a)所示,電源電壓恒為6V,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為20Ω。閉合開(kāi)關(guān)后,滑動(dòng)變阻器的功率與其接入電路電阻的P-R圖像如圖4(b)所示,則R1和圖中P0的值分別為()。電路中的電阻為純電阻,P=I2R,取圖線的最高點(diǎn),可知0.9W=I2×10Ω,則I=0.3A,此時(shí)其兩端的電壓U=IR=0.3A×10Ω=3V,而電源電壓恒為6V,則此時(shí)R1上的電壓為3V,R1的阻值為3V/0.3A=10Ω。當(dāng)R2的阻值為5Ω時(shí),對(duì)應(yīng)的電流為6V/(10Ω+5Ω)=0.4A,則對(duì)應(yīng)的功率P=0.4A×0.4A×5Ω=0.8W。綜上分析,B項(xiàng)正確。
五、P-U圖像問(wèn)題例講
在解答初中物理有關(guān)P-U圖像問(wèn)題時(shí),學(xué)生應(yīng)認(rèn)真分析給出的電路圖,搞清楚各電器元件之間的串并聯(lián)關(guān)系,充分利用圖像中給出的參數(shù),靈活運(yùn)用歐姆定律相關(guān)知識(shí),求解未知參數(shù)。如圖5(a)所示,電路圖中的電源電壓保持不變,R1為定值電阻,將開(kāi)關(guān)閉合后,將滑動(dòng)變阻器R2的滑片從b端向a端滑動(dòng),R2消耗的電功率和其兩端電壓的關(guān)系如圖5(b)所示,則以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是()。圖5(b)表明,當(dāng)R2兩端電壓分別為2V、5V時(shí)對(duì)應(yīng)的電功率為0.8W、0.5W,由I=P/U可知,對(duì)應(yīng)的電流分別為0.4A、0.1A。圖5(a)表明,兩個(gè)電阻是串聯(lián)關(guān)系,則電源電壓U=IR1+UR2,U=0.4A×R1+2V,U=0.1A×R1+5V,解得U=6V,R1=10Ω。R2最大阻值對(duì)應(yīng)滑片在a端,此時(shí)電路中的電流為0.1A,電壓為5V,則R1=5V/0.1A=50Ω。當(dāng)滑片在b端時(shí),電路中的電流達(dá)到最大為6V/10Ω=0.6A,因此,電流表的變化范圍為0.1~0.6A。由P=UI可知,要想電路消耗的功率最大,則對(duì)應(yīng)電路中的電流應(yīng)最大,此時(shí)P=6V×0.6A=3.6W。綜上分析,D項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤。
六、?U-?I圖像問(wèn)題例講
?U-?I圖像在初中物理中不常見(jiàn)。該類問(wèn)題難度較大,不僅需要掌握相關(guān)電路圖的基礎(chǔ)知識(shí),還需要充分理解所學(xué)知識(shí)的本質(zhì),搞清楚參數(shù)變化的內(nèi)在聯(lián)系。在如圖6(a)所示的電路中,電源電壓12V始終不變,改變滑動(dòng)變阻器滑片P的位置,電表示數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。其中,V1、V2兩電壓表示數(shù)變化量?U和電流表示數(shù)變化量?I之間的關(guān)系如圖6(b)中的①②直線,則()。A.R0=10Ω,R2=20ΩB.電流表從0.1A增大到0.2A時(shí),R0電功率變?yōu)?.6WC.電流表為0.1A,R1消耗的電功率為0.9WD.向右滑動(dòng)P時(shí),兩電壓表示數(shù)均增大由電路圖6(a)可知,V1測(cè)量的是R2、R1的電壓之和,V2測(cè)量的是R2兩端電壓,電源電壓保持不變,所以?U2=?IR2,R0兩端電壓的變化量?U0=?U1=?IR0。由圖6(b)可知,取?I=0.1A時(shí),?U1=2V,?U2=1V,則R0=?U1/?I=2V/0.1A=20Ω,R2=?U2/?I=1V/0.1A=10Ω;電流表示數(shù)從0.1A增大到0.2A時(shí),由電功率計(jì)算公式可知,R0電功率變化為(I22-I12)R0=0.03×20=0.6W;電流表測(cè)量的是干路電流,當(dāng)其電流為0.1A時(shí),則電路中的總電阻R=12V/0.1A=120Ω,所以R1對(duì)應(yīng)的阻值為R-R0-R1=120Ω-20Ω-10Ω=90Ω,R1消耗的電功率為0.1A×0.1A×90Ω=0.9W。向右滑動(dòng)P時(shí),電路中的電阻增大,電流減小,R0分壓減小。因此,V1示數(shù)增大,V2示數(shù)減小。綜上分析,B、C兩項(xiàng)正確。結(jié)語(yǔ)電學(xué)圖像在初中物理中占有重要地位,其相關(guān)問(wèn)題對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題的能力有一定要求。為使學(xué)生更好地突破該類問(wèn)題,教師應(yīng)為學(xué)生深入講解相關(guān)知識(shí),幫助其構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),并做好例題的優(yōu)選與精講,使學(xué)生掌握不同電學(xué)圖像的突破思路,促進(jìn)其解題能力的進(jìn)一步提升。
[參考文獻(xiàn)]
高中物理實(shí)驗(yàn)作為完成物理教學(xué)任務(wù)的重要方法和必要手段,是整個(gè)物理教學(xué)的基礎(chǔ)。物理教學(xué)的三維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),均離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)具有融科學(xué)觀察、動(dòng)手操作、物理思維于一體的特點(diǎn),這就決定了物理實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)、完善學(xué)生的物理思維品質(zhì)提供了豐富的素材。教師應(yīng)該深入分析、挖掘物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生思維品質(zhì)培養(yǎng)上的各種有利因素,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)思維品質(zhì)的有效性、針對(duì)性和可操作性。
一、把握實(shí)驗(yàn)原理,提升思維的深刻性
實(shí)驗(yàn)原理的把握包括對(duì)原理的深刻理解,以及原理在實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的落實(shí)應(yīng)用。該過(guò)程實(shí)質(zhì)上是揭示物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在本質(zhì)的一種深刻性思維過(guò)程,可有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的深刻性。為此,教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,首先應(yīng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的,啟發(fā)學(xué)生根據(jù)已有的物理知識(shí)經(jīng)驗(yàn),得出制約實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在依據(jù)――實(shí)驗(yàn)原理。在中學(xué)物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)原理主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)依據(jù)的物理規(guī)律。諸如,測(cè)量性實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)物理量的量度公式,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中所要驗(yàn)證的物理定律等。其次應(yīng)在學(xué)生全面理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)具體分析,明確實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象,選取恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材,確定合理的實(shí)驗(yàn)步驟,確定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵――如何控制實(shí)驗(yàn)條件,知道實(shí)驗(yàn)誤差的可能來(lái)源,以及減少誤差的具體辦法,等等。這樣,實(shí)驗(yàn)原理即成為學(xué)生頭腦中的一條思維主線,貫穿于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的各個(gè)具體環(huán)節(jié)。學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手操作之前,已先在頭腦中進(jìn)行了積極的思維操作,正是這種深刻的物理思維過(guò)程,保證著實(shí)驗(yàn)有序順利地進(jìn)行。
例如我指導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)眯≤囂骄框?yàn)證加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn),首先讓學(xué)生全面把握實(shí)驗(yàn)的原理:在質(zhì)量一定時(shí),加速度與合外力成正比;在合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比。接著根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)嚴(yán)密的物理思維得出:實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象――運(yùn)動(dòng)的小車;實(shí)驗(yàn)的方法――控制變量法;實(shí)驗(yàn)的步驟――控制實(shí)驗(yàn)條件(保持小車質(zhì)量一定時(shí),探究加速度跟力的關(guān)系),得到研究對(duì)象在不同拉力下的加速度值(保持小車所受拉力一定時(shí),探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系),得到研究對(duì)象在不同質(zhì)量下的加速度值;實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)――要平衡小車的摩擦力、拉小車的鉤碼的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量等;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理――用直觀形象的a―F、a―m、a―1/m圖線;實(shí)驗(yàn)誤差――主要來(lái)自小車的摩擦力沒(méi)有完全被平衡,拉小車的鉤碼的質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,等等。
通過(guò)上述積極的物理思維,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的因果關(guān)系有了全面、深刻的認(rèn)識(shí),深入了解了物理現(xiàn)象的內(nèi)
在本質(zhì),從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生物理思維的深刻性。
二、掌握實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)思維的靈活性
實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)P妥鳛閷?shí)驗(yàn)的理想“框架”,具有很強(qiáng)的概括性和極大的遷移價(jià)值。教學(xué)中有意識(shí)地使學(xué)生掌握各種常用的實(shí)驗(yàn)方法,并用以解決新的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性。為此,在實(shí)際教學(xué)中我們要注意以下幾個(gè)方面:
首先,使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。作為實(shí)驗(yàn)方法的精華,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想是物理智慧的集中體現(xiàn)。在教學(xué)中教師應(yīng)通過(guò)對(duì)一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的全面剖析,引導(dǎo)學(xué)生概括出其中獨(dú)特的設(shè)計(jì)、巧妙的構(gòu)思,以有效地啟迪物理智慧,為培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性奠定基礎(chǔ)。如,卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)中測(cè)定微小量的轉(zhuǎn)化放大的實(shí)驗(yàn)思想,光的干涉實(shí)驗(yàn)中將一束光分為兩束從而得到相干光源的巧妙設(shè)計(jì),庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)中改變帶電體電量的巧妙構(gòu)思,驗(yàn)證碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中以平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移代替碰撞前后的瞬時(shí)速度的等效替代思想,等等,均是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的豐富素材。
其次,提供新的實(shí)驗(yàn)情景(諸如改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅淖儗?shí)驗(yàn)的器材等),要求學(xué)生運(yùn)用已掌握的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)?zāi)P停瑯?gòu)思新的實(shí)驗(yàn)方案,解決新的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。例如,學(xué)生從測(cè)定光的折射率實(shí)驗(yàn)中掌握了用插針?lè)ù_定光線的方法后,可將其靈活遷移到驗(yàn)證光的反射定律、測(cè)定玻璃的臨界角、測(cè)定透鏡的折射率等新的實(shí)驗(yàn)情景中。再如,圖像法作為處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、探索物理規(guī)律的重要方法,具有極大的遷移價(jià)值。學(xué)生最早從探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度規(guī)律實(shí)驗(yàn)中掌握了圖像法之后,可將它應(yīng)用于多種不同的實(shí)驗(yàn)情景中,諸如電源電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻的測(cè)定、研究胡克定律等。這種將具有概括性的實(shí)驗(yàn)方法向新實(shí)驗(yàn)的遷移,能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性。
再次,要求學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模岢霰M可能多的實(shí)驗(yàn)方案,或者運(yùn)用同樣的實(shí)驗(yàn)裝置,完成多個(gè)實(shí)驗(yàn),以有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的發(fā)散性和靈活性。例如,在測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)中,可啟發(fā)學(xué)生提出多種實(shí)驗(yàn)方案,如用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的自由落體法、滴水法、斜面上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)法、單擺法、圓錐擺法等。再如,應(yīng)用電池、變阻器、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)等器材,要求學(xué)生完成多個(gè)實(shí)驗(yàn),如驗(yàn)證部分電路和閉合電路的歐姆定律,測(cè)量電阻,測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻,研究電源輸出功率的變化規(guī)律,等等。
三、反思評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提升思維的批判性
對(duì)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,教師要引導(dǎo)學(xué)生用批判性的眼光加以全面審視,從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,分析其中的物理原因,提出新的見(jiàn)解,以有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的批判性。
首先,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不盲目迷信,要善于質(zhì)疑,辨明真?zhèn)巍S幸恍?shí)驗(yàn)(如用小球在斜面上滾動(dòng)驗(yàn)證力和加速度成正比),盡管實(shí)驗(yàn)顯示的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)原理預(yù)想的相吻合,但未必說(shuō)明此實(shí)驗(yàn)原理就一定沒(méi)有問(wèn)題。另一些實(shí)驗(yàn),課本中的敘述并不嚴(yán)密準(zhǔn)確(如驗(yàn)證機(jī)械守恒定律實(shí)驗(yàn)中要求用前面兩打點(diǎn)的間距為2mm的紙帶)。還有一些實(shí)驗(yàn),它所顯示的結(jié)果是一種假象,并不能真正說(shuō)明物理規(guī)律,諸如,將音叉振動(dòng)后旋轉(zhuǎn)能聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音說(shuō)明聲波干涉,用與感應(yīng)圈接通的陰極射線管發(fā)出的陰極射線使其下方的小磁針偏轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)明運(yùn)動(dòng)電荷的磁效應(yīng),用一對(duì)平行金屬板(與感應(yīng)圈相連)在充、放電時(shí)其內(nèi)部的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),等等。對(duì)這些似是而非的實(shí)驗(yàn),學(xué)生往往會(huì)被實(shí)驗(yàn)的假象所迷惑。教師要引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已有的物理知識(shí),對(duì)此進(jìn)行周密、深刻的分析,找出其中的問(wèn)題,揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的真實(shí)原因。如對(duì)陰極射線下方小磁針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,產(chǎn)生的真實(shí)原因并不是陰極射線激發(fā)的磁場(chǎng)(此磁場(chǎng)極弱,不足以使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)),而是感應(yīng)圈工作時(shí)強(qiáng)大的磁場(chǎng)所致。利用這種排除假象、去偽存真的積極的物理思維,能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的批判性。
其次,要求學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)。由于各種原因,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康目赡懿⒉煌耆稀VT如,在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的a―F圖線往往不是嚴(yán)格的直線;在描繪等勢(shì)線實(shí)驗(yàn)中得到的等勢(shì)線在導(dǎo)電紙的邊緣處與理論上的存在著較大的差別,等等。這時(shí),教師要引導(dǎo)學(xué)生本著實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)作出客觀、公正的評(píng)價(jià);通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全面反思,仔細(xì)分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因,進(jìn)而提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)想。切忌為了迎合實(shí)驗(yàn)要求而隨意篡改實(shí)驗(yàn)事實(shí),從而既培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度,又訓(xùn)練學(xué)生物理思維的批判性。
四、加強(qiáng)探索性實(shí)驗(yàn),提升思維的獨(dú)創(chuàng)性
在物理實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)獲得成功的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生思維創(chuàng)造力的關(guān)鍵。探索性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立構(gòu)想實(shí)驗(yàn)方案,能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的獨(dú)創(chuàng)性。
1.提出課題。在創(chuàng)設(shè)一種有利于學(xué)生探索與研究的情景的基礎(chǔ)上,可以直接向?qū)W生提問(wèn)或由學(xué)生自己提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課題。比如:“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻?”“如何探索試管(內(nèi)置重物)在水中處于穩(wěn)定平衡的條件?”等。
2.自主設(shè)計(jì)。針對(duì)提出的課題,學(xué)生獨(dú)立地對(duì)已有的知識(shí)、方法加以新的組合分析,提出理論假設(shè),構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案。如在“探索浮體(內(nèi)置重物的試管)的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中,首先,學(xué)生利用已有的相關(guān)知識(shí),提出浮體在水中處于穩(wěn)定平衡的假設(shè)――物體整體重心位于浮心下方;接著,根據(jù)假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,確定實(shí)驗(yàn)步驟。
3.觀察操作。學(xué)生根據(jù)自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,運(yùn)用儀器獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)際操作,控制實(shí)驗(yàn)條件,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如在“探索浮體穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)條件――改變?cè)嚬苤杏矌诺膫€(gè)數(shù),用懸掛法測(cè)得試管相應(yīng)的重心位置,用穩(wěn)定平衡法測(cè)得試管的浮心位置,并將測(cè)得的結(jié)果填入相應(yīng)的表格中。
4.分析歸納。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中觀察到的現(xiàn)象、測(cè)得的數(shù)據(jù),進(jìn)行思維操作,理性加工,從中概括總結(jié)出規(guī)律性的結(jié)論。如在“探索浮體穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生對(duì)已測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,采用圖線方法,得到反映試管重心及浮心隨硬幣個(gè)數(shù)變化的圖線,再對(duì)圖線加以外推,總結(jié)得到試管穩(wěn)定平衡(重心低于浮心)時(shí)硬幣個(gè)數(shù)應(yīng)滿足的條件。
5.質(zhì)疑釋疑,遷移再創(chuàng)造。作為實(shí)驗(yàn)的最后環(huán)節(jié),對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論及實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程,要求學(xué)生從新的角度進(jìn)行批判性的考查。教師要啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑,或教師向?qū)W生質(zhì)疑。諸如,有沒(méi)有與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論相關(guān)的理論模型?本實(shí)驗(yàn)有無(wú)需要改進(jìn)的地方?實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想能否遷移到其它情景中?等等。如在“探索浮體的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的兩根圖線(重心隨硬幣個(gè)數(shù)的變化及浮心隨硬幣個(gè)數(shù)的變化),啟發(fā)學(xué)生思考是否有與圖線變化規(guī)律相對(duì)應(yīng)的物理模型?由該模型得到的數(shù)學(xué)關(guān)系與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否吻合?在重心圖線上,重心最低位置與管中硬幣的高度恰好相等,這是偶然的巧合還是必然的結(jié)果?浮心圖線為何是條直線?本實(shí)驗(yàn)結(jié)論可否遷移到木塊在水中的平衡?比重計(jì)的原理與本實(shí)驗(yàn)有聯(lián)系嗎?等等一系列問(wèn)題。這種質(zhì)疑、釋疑,可有效地培養(yǎng)物理思維批判性、創(chuàng)造性。
俗話說(shuō):“只有在游泳中才能學(xué)會(huì)游泳。”同樣道理,個(gè)體只有在思維過(guò)程中才能學(xué)會(huì)思維,任何人都無(wú)法替代。所以教師應(yīng)該更加主動(dòng)地按照物理新課改的要求,給學(xué)生以更大的信任,在實(shí)驗(yàn)中放手讓學(xué)生去探索、去領(lǐng)悟,更多地重視學(xué)生探求知識(shí)的過(guò)程而不是結(jié)果,進(jìn)而提升思維品質(zhì)。惟有如此,才能培養(yǎng)出充滿科學(xué)精神的創(chuàng)新者、思想者。
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