关于物理实验的思考

关于物理实验的思考

1、探索性物理实验有利于激发学生的教育功能这些实验是由教师提供的。老师提供实验主题，提供实验设备，提出实验要求，然后让学生自己制定实验计划，制定实验步骤，积极收集相关信息，通过观察和分析实验，研究和发现新的物理现象。根据设计要求进行操作试验，并总结出他们不知道的部分规律。整个探索过程包括提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作几个基本要素。由于探索性物理实验强调探索的过程与方法,注重学生的主动参与及其积极性的发挥,因而在激发学生学习兴趣、训练学生手脑并用、促使学生协作交流、培养学生求实创新和热爱生活等方面具有良好的教育功能。正是因为它具有独特的教育功能,所以它受到了教育界的特别关注。但是,这对于广大教师来说还是一个新的课题,至今可提供借鉴的案例还很少,本文利用现代教育理论作指导,结合当前物理教学的实际情况,设计了一个探索性物理实验。2、主题设计的基本思想2.1.培养学生解决实际问题的能力它是指:在设计探索性物理实验课题时,应该把促进学生的全面发展作为课题设计的指导思想,以便学生在课题探索的过程中,既能通过自己的努力获取相应的物理知识和练就一定的操作技能,又能逐步学会一套获取新知识和解决新问题的科学方法;既发展学生的逻辑思维能力和批判性思维能力,又培养学生敢于质疑和求实创新的科学精神;既培养学生的科学探究能力,又提高学生的人文素质;既让学生能经历探索者的艰辛,从而培养学生勇敢坚强的心理品质,又让学生能享受探索中的成功喜悦和生活中的无穷乐趣,进而培养学生热爱学习和生活的情感态度。也就是说,要把知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观三维目标同时贯穿到课题设计之中,要着眼于学生的全面发展而不是只注重物理知识的传授。2.2、丰富学生的生活它是指:设计的探索性课题要尽可能的贴近学生的生活,探索的对象要以学生周围的物理问题或学生有所了解的事物为主。这种探索课题因为来自学生的生活之中而让学生倍感亲切,在探索的过程中,学生通过亲身的体验,能深深感受到物理既不是高不可攀的奇峦异峰,也不是硬要被动应付的课程内容。它存在于学生的生活之中,它不仅能帮助学生认识自然的奥妙,服务于学生的生活,而且能激发学生的学习兴趣,培养学生的科学探究能力和对生活的热爱之情。2.3、探索方法分类它是指:在设计探索课题时,应该给各种不同层次的学生提供足够开放的探索范围。在这个开放的探索体系中,设计的探索内容要有多层次,寻求的探索结果要有多样性,使用的探索方法可有多种类。这样一来,既可使不同层次的学生都能在探索课题中找到适合自己的探索层面,并通过自身的努力去获得不同程度的成功,又可吸引学生在成功的基础上乘胜前进,通过或拓展探索对象、或深入探索层次、或改变探索方法、或组合新的合作伙伴,使探索活动不断向广度和深度两个方向发展,从而不断激活学生的思维,培养学生的兴趣,训练学生发现问题和解决问题的能力,改善学生的内心世界,进而推动学生的全面发展。2.4、科学探究与物理知识的统一开展探索性物理实验教学,是希望打破传统教学长期一统天下的教学局面,为培养学生的科学探究能力和求实创新的科学精神打开一扇方便之门。但是,强调培养学生的科学探究能力,并不是要淡化物理知识的建构,二者在探索的过程中完全可以而且应该有机地统一起来,让学生既能体验科学研究的一般过程,又能掌握一定量的物理知识和操作技能;既能感受科学探究的基本要素,又能提升自己的情感态度和价值观。总之,科学探究能力的培养和物理知识的建构是探索性课题设计应该和谐处理的两个目标。3、探索物理实验的主题水从私家车充放电还能继续采集该目标一、探索目的:1、让学生体验科学探究的过程,领会科学探究的基本要素;2、激发学生的思维,重点培养学生的发散思维能力和批判性思维能力;3、培养学生学习物理的兴趣和学生对生活的热爱之情;4、让学生结合自己的探索内容掌握一定的物理知识;等等。二、所需器材1、学生可以根据自己探索的需要自由选用器材,鼓励自制实验器材,或从生活中选用其它物品用作实验器材进行实验。2、教师应为每个实验小组准备的器材主要有:玻璃杯(直径为5厘米左右)1个;陶瓷杯(直径为5厘米左右)1个;回形针(即夹文件用的别针)3盒;刻度尺(最小刻度为1毫米)1个;天平及砝码1套;50克钩码1个;棉线一卷;烧杯1个;水。三、适用学生的层次:初中、高中、大学四、组织形式:个人探索与小组合作探索相结合(每小组4人左右)五、探索课题完成的时间:根据具体需要而定。1、探索前的猜想和讨论:将一玻璃杯放在水平桌面上,向杯中缓缓加水,直到水从杯中溢出,当水停止溢出时(符合此条件的玻璃杯叫装满水的玻璃杯,下同):(1)若把1个50克的钩码轻轻放入此杯中,猜想会发生哪些现象?(2)若把10个回形针一一放入此杯中,猜想会看到哪些现象?各组归纳本组同学的观点,再向其他组的同学报告,并陈述各自提出该猜想的理由。面对其他同学的猜想结果及其提出该猜想的理由,你有何想法?2、操作步骤1中的实验,仔细观察现象,检验你及同学的猜想是否正确,并归纳你的新发现、新想法,把它们一起报告给同学,和同学一起交换意见和看法。在你和同学交流之后,进一步总结你的新发现和新思想,并注重考虑同学的新发现和新想法。3、向装满水的玻璃杯中一一轻轻加入回形针,直到杯中有水溢出为止,计下你放入回形针的数目N1。(1)已装满水的玻璃杯中还可以加入(N1—1)个回形针,你打算怎样理解这种现象?能否设计一个实验去检验一下你的想法?若操作了实验,请向同学报告你的实验设计、实验步骤、实验结果。请去调查:世界上还有那些领域存在相似的现象?请将你的调查结果和同学交流。(2)根据你的观察和估计去判断,从杯中溢出的水的体积V溢和你最后加入的那一个回形针的体积V针相等吗?设法检验你的估计。面对此现象和你的检测结果,你有何感想?请去调查:类似的现象在世界上其它领域你还能找到多少?并请尽可能多地收集周围各种人士的相关发现。(3)接着步骤3,当水停止溢出时,若又一一加入10个回形针,猜想会发生什么情况?并请说出你提出这些猜想的理由。然后,用实验检验你的猜想。直到水再次从杯中溢出时,记下你加入的回形针的数目N2。对此,你是否又有新的想法?1、在实验中,你是否还发现一些新的现象?2、根据你的观察和实验,找出一或两个你感兴趣的问题进一步探索,并把你的探索过程和结果写一篇小论文。论文要求:(1)描述实验现象、探索过程、实验结论和你的体验;(2)评价获得的探索结果,并说明哪些地方还可以进一步探索?说明:教师在指导学生探索性的过程中,要注意以下几点:1、要改变自己长期在传统教育中所扮演的中心角色,从教育活动的统治者转变为学生在探索活动中的帮助者和指导者,致力于为学生构建一个民主、自由的探索环境;2、要尽可能保证不同水平的学生在各自的探索方向上,都可以获得不同程度的成功,帮助学生构建自信的探索心理;3、要给学生充分的探索时间和宽广的探索空间;4、要给学生适当的指导,这种指导一方面要有利于打破学生在探索中出现的僵局,另一方面要注意给学生的探索留下一片自由发展的空间和相互研讨的余地;5、要充分尊重学生的探索过程和探索结果;6、要鼓励学生勇于探索、大胆交流和合作,大力提倡采用一切可以采用的方法收集有用的信息或资料。附:下面是一组初三学生的一篇研究论文个回形针排开的水是否在其u开始时,我们和其它组同学一样一致认为,无论向杯中加入钩码还是回形针,都会看到相应体积的水从杯中溢出。这似乎是个十分简单的事实,因为杯中已装满了水,浸没在水中的钩码和回形针都要排开相应体积的水。排开的那部分体积的水除了从杯中溢出来之外还有什么地方可以藏身呢?至于其它现象,我们根据各自的生活经验和已有的物理知识提出了以下几点猜想:1、钩码和回形针在下沉的过程中会有气泡从水中冒出,同时水面会出现大小不同的旋涡。2、若把钩码系在弹簧秤的挂钩上,钩码在浸入水的过程中,弹簧秤的示数会减小。3、从杯的上面向下看,会看到沉入杯底的钩码和回形针离水面的深度比它们的实际深度要浅。其它组的猜想结果最多也莫过如此。然而,在操作实验的过程中,结果让我们大为震惊的是:把10个回形针放入装满水的玻璃杯中竟无水溢出!真是不可思议!面对这个奇怪的现象,大家纷纷提出自己的解释,经过激烈的辩论后,认为以下两种猜测似乎有一定的道理:1、水分子之间有一定的距离,回形针占据的是不是水分子之间的空隙呢?2、在用水充满玻璃杯的过程中,由于注入水流的冲击,看来似乎装满水的玻璃杯可能没有真正装满。针对第1种解释,我们查阅了相关资料,得知:相邻水分子之间的间隔在10-10米的数量级,而一个回形针横截面的直径为7.5×10-4米,比相邻两个水分子之间距离大上百万倍!可见这种解释是站不住脚的。针对第2种解释,我们改装了注水的方式,让水通过分液漏斗从玻璃杯的底部慢慢注入,如在右图1所示,这就避免了注入水流对水面的冲击,待玻璃杯中溢出的水流停止时,由办事一向很细心的唐文静同学把10个回形针一一放入这个已装满水的杯中,结果玻璃杯中一样没有水溢出来!回形针排开的水到哪里去了?这个有趣的问题吸引着我们每一个人。在实验的过程中,我们还发现了以下两个很有意思的现象:1、钩码、回形针在杯中,若从杯的旁边看,它们都变大了,若从杯的上方通过水面向下看,它们的大小却没有变!2、把回形针横着放入水中,居然发现有些钢制的实心回形针竟然有些会漂浮在水面上!奇怪!为了集中精力探索,我们首先选出这样一个课题作为探索对象:回形针在杯中排开的水到底跑到哪里去了呢?我们决定采用增加投入回形针个数的办法来探索。让我们更为吃惊的是,在那个原来就装满水的玻璃杯中,唐文静同学竟然把90个回形针放入杯中还没有水溢出来!这时杯中已有“大半杯”回形针了!好一个神奇莫测的玻璃杯!同时,我们也发现了水面较原来高出杯口少许,这似乎为我们的探究找到了答案。但我们都感到疑惑:1、那一大堆回形针排开的水为什么只使水面上升那么一点点呢?2、已明显高出杯口的那一部分水为什么不溢出来?我们试图用定量测量来估算第一个问题:首先是测定这90个回形针的体积V。在这里大家提出了两种测量方法,方法一:根据公式V=m/p可知,只要用天平称出这90个回形针的质量m,再除以钢的密度ρ即可得出要求的体积。方法二:打开拉直回形针,它就成了一个圆柱体,利用公式V=90πr2L可知,只要测出一个回形针横截面的半径r及其长度L即可求出要求的体积。我们分别采用这两种方法求得这90个回形针的体积为:此外,我们采用的玻璃杯,其口径为D=55毫米,深h=100毫米,如果把这90个回形针排开水的体积累成一个以玻璃杯口的横截面为底面的圆柱体,通过计算我们惊奇地发现这个圆柱体的高毫米!也就是说这90个回形针看上去是一大堆,然而它排开的水只能使水面在原来基础上升高1.48毫米!真是意想不到!至于高于杯口的那部分水为什么不滑落到杯外,我们认为水面一定存在某一个奇怪的力,就是它阻止凸出的那部分水向外流出。这个力是一定存在的,否则凸出的水就会溢出来。至于这个力的本质还有待于我们进一步探索。到此,我们探索的问题已基本解决:(1)看上去是一大堆的回形针,其总体积其实是很小的,所以它们排开的水只能使杯中的水面升高一点点!(2)在水面有一个力,它使凸起的水不外流!在这个探索的过程中,我们特别研究了以下两大类非常有趣的现象:(1)非线性关系;(2)惯性现象。随着我们加入杯中回形针数目的增多,水面凸出越来越高,待凸起的水面达到最大位置,再加入一个回形针,这将导致整个凸起部分的崩塌,从杯中溢出水的体积V溢大大超过最后那个回形针的体积V针!例如,唐文静同学加入第93个回形针时,杯中凸起的部分突然崩溃,测得从杯中溢出的水的体积为3厘米3左右,远大于第93个回形针的体积3.75×10-2厘米3。这种奇怪的现象,在世界上其它领域是否也有呢?我们带着这个问题查阅了不少书籍,也请教过好几位不同学科的老师,结果发现上述现象乃是普遍存在的,它在不同领域的各个角落悄悄地发生作用。下面便是我们找到的一些例子:在电子学中,各种电子元件均有一个最大耐压值,如果它两端的电压达到了最大耐压值,电压增大哪怕只是一点点,也会烧毁该电子元件。在投资经济学中,例如需投资1千万元开发某个旅游景点,已用990万元建好了景点内所有其它各项内容,就差只要用10万元(只占总投资的1%)即可修筑好的观光小路,此景点的效益仍显示不出来。或者说,此时只需追加一点点投资(占总投资的1%)即可使该景点取得明显的好效益。在医学上,人体对各种有害因素(如各种有害的射线和病毒等)都有一个最大的防御值。如果超过这个值,哪怕是极少量的超出,都会使人体患上严重的疾病。在社会革命方面,如果一个阶级压迫另外一个阶级超过了一定的限度,哪怕是极小的事件也会导致大规模的反抗。在各种选拔考试中,都有一个最低录取线,某人哪怕是低于该录取线一个微小分数他也只能接受淘汰。如此等等的事实随处可见,我们好像可以归纳出这样一个结论:任何事物对环境中的某个因素都有一个最大的承受值,事物在这个值附近时,相关因素在量上的一个微小变化都会对事物产生巨大的影响。后来才发现:专家们已把这类奇怪的现象叫做非线性关系,并建立了生命力强大的非线性科学理论体系,这方面的研究成果已越来越多地用在各个学科之中。在探索中发现的另一种有趣的现象,我们模拟运动学中的“惯性”概念把它称为“惯性现象”。在装满水的杯中加入回形针,只要不超出最大值,杯中水总不向外流,显示出一种稳定的静态;达到最大值后,再加入1个回形针将会导致水的外溢,它不只溢出一个回形针那么多体积的水,而是“一发不可收拾”,表现出一种持续的动态,也就是说,杯中水在不外流之前或在外溢发生时,总是力图保持水原来的状态(不外流或外溢)。我们把这种现象进行了推广。认为“世界上的事物都有力图保持原有特征的性质。它体现在两个方面,如果该事物原