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问题3:为什么布朗运动也反映了分子永不停息地做无规则运动?(即需研究布朗运动的产生原因?先引导学生回书本P74的思考和讨论:为什么不可能是由外界影响起的?)问题4:布朗运动的激烈程度与哪些因素有关? 问题5:怎么理解书本P73的图,图中的直线是不是直线运动? 课后反思:从课前要达到的目标来看,这节课是成功的,在课堂内,同学们个个像小科学家一样,探讨着、争论着、研究着,一会儿组内讨论,一会儿组间交流,实现了课堂内师生交流、生生交流。这节课的缺点也很明显,一是情景设置有问题,三个情景都集中在扩散现象上,有关布朗运动的情景一个也没有,所以学生提出的问题都集中在扩散现象上,有关布朗运动的问题很小,且质量不高;二是在规定的45分钟内没有完成预定的教学任务,造成拖堂,最后边连课堂小结也忘了。在随后的评课中大家也指出了这一点,并帮助找出解决的方法。一位教师说:一堂课为什么要讨论5次呢?如果每次讨论5分钟,就要化去25分钟,而问题3这一个问题就化了12分钟,所以光讨论问题最快也要32分钟,拖堂也就成为必然了。能不能少讨论几次?一位教师说:这是一条思路,如果一节课只讨论3个问题,不就行了?一位教师说:问题站上交的问题有二三十个,只讨论3个,对学习的积极性打击太大了,以后谁愿意再提问题,这不违背了让学习者提出问题的初衷了吗?一位教师说:我们可以把学生提出的相关问题集中在一起同时展示,这样两者兼顾,既可以展示更多学习提出的问题,又可以把讨论的次数减下来。杨老师:这个一个好方法,我们把学生提出的关联性的问题,组合、打印在一起,然后集中展示,这样的问题集合我们就把它称为“问题包”。4下节课用“问题包”继续上这节课。案例2时间:2003年10月15日教学内容:分子的热运动课前准备:学生:1、上一节课观察、思考教师设置的问题情境。情景一、实验:二氧化氮气体在不同温度情况下扩散的对比。情景二、实验:红墨水在不同温度的水中扩散的对比。情景三:实验:利用光电显微镜和实物投影仪把颗粒所做的布朗运动投影在大屏幕上情景四:课间观察,阳光下的尘埃在空中飞舞2、预习课文,填写问题指南卡。教师:1、创设前一节课的问题情境,并用数码摄影机拍下。2、收集问题指南卡,归纳整理问题。 3、准备实验仪器:制备好有悬浮花粉颗粒的水一杯、滴管、光电显微镜、实物投影仪、计算机、布朗运动教学课件。 4、设置下一节课的问题情景。教学流程教学过程中“问题包”的展示:问题包一:1气体、液体有扩散运动,那么固体中也有扩散运动吗?2二氧化氮的密度比空气大,为什么能到上面去?3情景1、2中为什么温度高时二氧化氮和红墨水的扩散比温度低的快?问题包二:4布朗运动中的这些微粒是什么东西?是分子吗?它们的运动有什么规律?5布朗运动只适用于液体吗?课本图114中的连线是颗粒的运动轨迹吗?问题包三:6为什么液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因?7为什么悬浮颗粒越小,在某一瞬间跟它相撞的分子数越少?8空中的尘埃的运动是否也是布朗运动?课后反思:这节课条理清楚,通过三个“问题包”解决三个问题:扩散及其产生原因;布朗运动及其规律;布朗运动产生原因。由于在情景设置中增加了演示实验,关于布朗运动的问题也大幅增加;学生看到自己提出的问题展示出来,研究的热情高涨;学生组内、组间研究交流的次数减为三次,使得每次讨论、研究问题的时间较充分,教学效果较好,受到课题组教师的肯定。从“问题包”构建的角度来看,这节课是否真的很完美?还有没有进一步改进的余地呢?这位年青教师并不满足,继续反思,并在课后向其他教师虚心请教。一位教师说:一节课的教学有重点、难点,“问题包”是不是也应该有一个重点,总不能三个“问题包”平均分配吧。另一位教师说:学生提出的问题很多,估计会有一些超出课程计划或教材的问题,这些问题你如何处理?这可是学生的创造性思维,别扼杀了!课后再反思:这节课的重点和难点是布朗运动及其产生的原因,所以必须化较多的时间及精力去研究、解决,像这样构建成的“问题包”我们就称为核心“问题包”,如上面的问题包三就是这节课的核心“问题包”。学生提出的问题确实很多,不同的班级提出的问题也不相同,不同的教师由于教学理念的不同,对教材的理解、把握不同,教学的侧重点不同,学生的程度不同,构建的“问题包”也不相同。“学习者提出问题的教学”的课题研究小组通过实践,吸收了各研究小组(包括这位年青教师)的研究成果,认为“问题包”的构建应注意以下几点:1 问题来源于学生。在课堂上展示的最好是学生的原题、原话。2同一问题空间。一个“问题包”内的问题应是同一教学任务(一个概念或一个原理或一个规律或一个知识点)及研究它们的过程,即同一问题空间。教师就要通过“问题包”的构建,使学生的知识结构化,便于理解和掌握。不同的“问题包”应具有不同的问题空间,同一包内的问题应是同一问题空间,通过子问题序列排布,使问题序列化。3核心“问题包”。应该体现这节课的重点、难点,在课堂上应化费较多的时间及精力去研究、解决。4阅读文本。学生提出的超出教材要求的B型、C型知识,可在上课前向学生提供阅读文本(见附录),可以是物理学史和教材内容的拓展,有利于学生对教材的理解。对于在课堂上无法解决的问题,可以采用课题研究,学生在课外通过做实验、找资料、采访专业人员或教师解决,要求完成并写出课题研究报告。案例3经多次讨论修改的分子的热运动“问题包”问题包一:1在任何物质间都能发生扩散吗?煤放在墙角,墙角会变黑,是扩散现象吗?2扩散说明了什么?温度越高,二氧化氮扩散得越快,为什么?3温度越高,分子扩散越快,温度越低,分子扩散越慢。那么有没有一种极低的温度使分子的扩散停止呢?如果分子的扩散停止的话,与分子在永不停息地做无规则运动相矛盾吗?问题包二:4布朗运动中所看到的这些颗粒是什么东西?是分子吗?它大小的数量级约为多少?5通过实验观察到的布朗运动有什么规律?6布朗运动只适用于液体吗?课本图114中的连线是颗粒的运动轨迹吗?问题包三:7为什么温度越高,布朗运动越明显?8只要悬浮颗粒足够小,都可观察到布朗运动。为什么强调足够小?是否有较大的悬浮颗粒不做无规则运动,如果有,那么存在此现象的原因是什么?9空中尘埃的运动是布朗运动吗?尘埃的运动是否是分子的宏观运动的表现?课题研究:年月日中国宇航员杨利伟昂首登上太空,实现了中国人的飞天梦想。我们知道,在太空宇宙飞船中,物体处于完全失重状态,这时扩散和布朗运动还有吗?这时杨利伟如果点燃一支蜡烛,它还能继续燃烧吗? 从上面的案例可以看到,“问题包”的构建过程也是这位年青教师的成长过程,它为年青教师提供了良好的成长环境;它有利于教师间的合作交流;通过教学反思,促进了教师专业化发展的“自我更新”。对“问题包”的研究刚刚开始,还有很长的路要走;年青教师的成长,更是一个系统工程,需要方方面面的合作。但我相信,只要我们坚持“以人为本”的理念,积极地投入到教学改革和教学创新中去,就一定能培养出适合时代发展的新一代的教师。附录:阅读文本一绝对零度在麻省理工学院,一个由德国、美国、奥地利等国科学家组成的国际科研小组改写了人类创造的最低温度纪录。他们在实验室内达到了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度,而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。该研究结果发表在2003年9月12日版的科学杂志上。 开尔文是热力学温度单位,简称“开”,1开相当于1摄氏度,1纳开等于十亿分之一开尔文。0开即绝对零度,是温度的极限,相当于零下273.15摄氏度。在绝对零度时,由于冷却过程将所有的粒子能量都吸收掉,所有的原子运动都将停止。室温下,原子的运动速度与喷气式飞机相当。但在新的低温纪录下,原子每分钟的运行距离不足一英寸。根据经典物理理论,在绝对零度时所有物质的原子完全停止运动,在此温度下物质的热能为一定值,可取为0。阅读文本二布朗运动的理论解释及其验证分子动理论是热学的一种微观理论,它是以分子的运动来解释物质的宏观性质分子动理论包括两个基本内容,一是物质由大量分子和原子组成,二是热现象是这些分子做无规则运动的表现形式其中分子的无规则热运动是建立在实验事实的基础上的,能够明显地证明分子运动的事例是布朗运动 1827年,英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉时发现这些花粉颗粒不停地做无规则的运动出于植物学家的本能,起初布朗怀疑这种运动是不是因为它具有生命而造成的,于是他把花粉泡在酒精中将它杀死,待干燥后再让花粉悬浮在水中,结果花粉同样在运动从而,否定了这种运动是一种生物现象,即有生命才会运动接着他又把碎玻璃片碾成粉末和墨汁分别撒在水中,同样能观察到这些粉末和碳粒均做无规则运动,并且颗粒越小、温度越高,这种无规则运动越显著,布朗把他的实验经过详细地记载下来,写在他于1828年出版的植物花粉的显微观察一书中可以说他当时并不理解产生这种运动的原因(顺便指出,现行课本上谈及分子动理论,总和布朗运动联系在一起,这就使人们误认为布朗就是分子动理论的缔造者,其实不然)他虽然没有找到小颗粒运动的原因,但他精心观察和实验发现了问题,并把问题详细记录下来,为后人提供了一个作深入研究的课题因此,他对科学的发展做出了有益的贡献后人为了纪念他,把他观察的小颗粒运动命名为“布朗运动” 布朗运动究竟是怎样产生的呢?无数学者为解释这种现象的奥秘做了种种徒劳的努力起初人们认为是由外界影响,如震动、液体对流的扰动等引起的但实验表明,尽量在排除外界的影响下,布朗运动仍然存在,只要微粒足够小,在任何液体中(甚至包括气体中)都可以观察到布朗运动,即使连续观察几个月,布朗运动也决不会停止,可见产生布朗运动的原因不在外部而在液体的内部在1885年前后,法国物理学家们曾经猜测,布朗运动是由于悬浮粒子受到显微镜下观察不到的液体分子的不规则碰撞所造成的,这种富于想象的解释在当时不仅缺乏数学基础,而且没有任何实验证明 时隔70多年后,于1905年德国物理学家爱因斯坦和波兰物理学家斯莫路霍夫斯基发表了对布朗运动的理论研究成果但最引人注目的是爱因斯坦发表在德国的物理学年鉴第四篇第17卷上题为“热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动”的论文,该论文也是爱因斯坦在1905年富有创造性研究中的首篇在这篇论文中,爱因斯坦把显微镜下可见粒子的运动看作是显微镜下看不到的液体分子运动的表征,证明了布朗粒子的运动是由于液体分子从四面八方对它撞击引起的,这种撞击的不规则性和偶然性,使来自不同方向的作用互不完全抵消由于布朗粒子线度非常小(约10cm),周围分子的不均匀碰撞所产生的不平衡力的作用足以使它发生运动爱因斯坦还同时用统计方法论证了悬浮粒子的运动速度与颗粒大小及其液体的粘滞系数之间存在着可用实验检验的数量关系 一般说来,每个布朗粒子与液体分子碰撞机会约为1021次秒,因此粒子的瞬时运动是无法观察的,人们只能每隔一定的时间(如30秒等)记录一次它的位置设布朗颗粒处于热力学温标为、粘滞系数为的液体中,每次观察相隔时间,则从理论上可以求出布朗粒子在时间内沿轴上的方均位移值为:2,这就是爱因斯坦关于布朗运动理论解释的一个重要公式 1908年法国物理学家佩兰利用与大气分子的垂直分布相类似的胶态粒子在液体中保持悬浮状态,再用显微镜进行观察,并对处于液体中不同高度的单位体积内粒子进行计数,发现单位体积内粒子数随高度升高而减小的这种变化规律与大气中气体分子数随高度变化规律相同,描述出粒子的竖直分布状况与爱因斯坦对布朗运动的理论解释相吻合这样通过实验完全证实了布朗运动的爱因斯坦定律,并由此求得阿伏加德罗常量由于这项工作的出色成就,佩兰荣获了1926年诺贝尔物理学奖 科学家们通过对布朗运动的深入研究,加深了对分子热运动的理解,更重要的是获取了一种研究微观世界的重要方法:把原来看不见的分子的微观运动,可以借助于能够看得见的微粒与其相互作用而表现出来的宏观现象联系起来,并且从大量的分子对微粒碰撞得到这些分子的集体行为来研究微观粒子(或分子)的作用,即利用宏观世界掌握的信息探讨物质的微观

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