物理创新性实验设计

物理创新性实验设计

李松岭

9/19/20241

一．报告内容提纲归纳：1.物理创新性实验设计的重要性和必要性2.物理创新性实验设计的内涵和外延3.物理创新性实验设计的六大原理和实例演示4.物理创新性教学六要素和八理念5.物理创新性教学九行为9/19/20242

二．报告采用教学方法：

(科学探究、实验实践、互动合作)1.创新实验设计理论提升归纳与创新实验设计实例相结合2.创新实验设计演示与讲解讨论探究互动

相统一3.创新物理教育理念与创新物理教育实例相交集9/19/20243三．报告内容结构框架：1.物理创新性实验设计的重要性和必要性２１世纪是创新教育的世纪，物理教学改革的核心是培养学生的创新意识和创新能力。目前，我国中等物理教学人才观、实验教学理念、实验教学内容、实验教学形式、实验教学方法和实验教学评价等所形成的培养模式陈旧，仍然是以验证性实验为主，以模仿性操作为主，缺乏具有一定创新因子的物理创新性实验，远远不能适应当今社会对创新人才的需求。9/19/20244

物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验在物理教学中占有重要地位，特别是物理创新性实验在进一步提高教学质量，培养创新性人才方面具有不可替代的重要作用。9/19/20245

“创新”可分为三种类型：1.相对于个体来说是前所未有、首次出现的事物；2.相对于所属群体来说是他人未涉足、提出或实施的事物；3.相对于全社会来说是独创的、具有社会积极意义的新事物或新活动等。9/19/20246

物理创新性实验设计是以培养创新性人才为先导，改进传统物理学实验原理，改革传统物理学实验方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家生产仪器设备的束缚，创新性的运用物理学理论和物理学实验原理，创新性的设计实验方案、自选、自组和自制实验器材、简约物理实验仪器、优化物理实验效果、创新性的完成物理学实验，具有一定创新因子的物理学实验。9/19/20247物理创新性实验设计能有效促进学生熟练掌握和灵活运用所学物理知识和理论，极大激发学生学习物理的主动性和积极性，更有利于启发、引导和训练学生的创新思维、使学生逐步掌握实验科学研究方法，更有效地培养学生的物理实验设计能力、物理创新能力和物理实践能力。9/19/20248

国家教育部本科教学工作水平评估专家组在观看我们的物理创新性实验设计时给予了充分肯定和高度评价。9/19/202499/19/2024109/19/2024112.物理创新性实验设计的内涵和外延

物理创新性实验设计是以培养创新性人才为先导，改进传统物理实验原理，改革传统物理实验方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家生产仪器设备的束缚，创新性的运用物理学理论和物理学实验原理，创新性的设计实验方案、自选、自组和自制实验器材、创新性的完成物理学实验。简约物理实验器材，优化物理实验效果，具有创新因子的物理学实验。9/19/202412物理创新性实验设计的内涵聚焦在:⑴物理实验设计思路创新⑵物理实验原理创新⑶物理实验方案创新⑷物理实验方法创新⑸物理实验器材创新⑹物理实验教学创新

六个维度上9/19/2024133.物理创新性实验设计的六大原理

物理创新性实验要打破常规，发散思维，突出创新，所以没有固定的模式和万能的方法。但是物理创新性实验的设计又有其规律性、方法和技巧，从物理创新性实验设计的六个层面上试探性的提炼、归纳出物理创新性实验的六大设计原理。9/19/202414（1）物理创新性实验设计物理平衡原理；（2）物理创新性实验设计物理转换原理；（3）物理创新性实验设计物理比较原理；（4）物理创新性实验设计物理放大原理；（5）物理创新性实验设计物理模拟原理；（6）物理创新性实验设计物理变换原理。9/19/2024153.1物理平衡原理

物理平衡原理是已知A，现测B，B不易直接测，让B与A平衡，则可巧妙的测B。A和B代表物理现象、物理过程或物理量，这里的平衡可以是力平衡、热平衡、电磁平衡等等。9/19/202416实例1：用注射器测定大气压强

广西师范大学主办：国际物理实验研讨会。国家教育部仪器司司长9/19/202417

托里拆里实验存在两大问题：一是实验难度大，当向托里拆利管中灌水银时，由于管很细水银容易洒出管外，并且容易堵进气泡，增大实验误差；二是要用水银做实验，水银是有毒的液体，水银蒸气对人身体危害较大，使实验不安全。9/19/202418

用注射器测定大气压强：1.把注射器的活塞推到底，把注射器里的空气全部压出。2.用橡皮塞把注射器的出液口封住。3.把注射器出液口朝上，活塞朝下，并用铁架台把注射器外筒固定。4.用耐拉力的细线拴住注射器的活塞，并连一个挂钩。5.向挂钩上挂钩码，逐渐加大钩码质量，直至注射器活塞微微向下滑动为止。6.分别测出活塞的直径、活塞的质量和所挂钩码的质量。7.根据力平衡有PS＝G1＋G2﹣f，即P＝(G1＋G2﹣f)／S，即可测定大气压强P。9/19/202419

这个物理创新性实验设计打破了传统实验方案，既简明、准确、又安全可靠，具有很强的创新性、实用性和推广性。9/19/202420实例2：能平衡吗？为什么？

9/19/202421解决思路:

⑴整体法⑵分立法

9/19/202422实例3：小试管的奇怪运动小试管的运动状态将如何？9/19/202423推导1：

9/19/202424推导2：9/19/2024253.2物理转换原理物理转换原理是已知B＝f（A），现要测B，但B不易测，利用B＝f（A）把测B转换为测A，由B＝f（A）可得B。9/19/202426实例4：浮力产生的本质问题：1.物体在液体中一定受浮力吗？问题：2.物体全部在液体中一定受浮力吗？问题：3.物体在液体中受浮力的大小一定等于G排吗？9/19/202427第一种情况小球受浮力吗？⑴9/19/202428第二种情况小球受浮力吗？

满足什么条件，小球才受浮力？⑵(2)9/19/202429分析：石蜡块受浮力吗？F浮？F浮？F浮？F浮？⑷9/19/202430浮力产生的本质：9/19/202431⑴F浮=G排⑵F浮=0⑶F浮＞G排⑷F浮＜G排F浮？F浮？F浮？F浮？⑷9/19/202432石蜡块受浮力吗？F浮？⑸9/19/202433思考：1.F浮=G排，有条件吗？2.F浮=G排，条件是什么？3.阿基米德原理F浮=G排，

“浸”的物理含意？9/19/202434实例5：魔杯实验

杯中的水能都流出吗？

图一那么，如何能让杯中的水全部从杯中流出呢？9/19/202435用一个盖子将导管盖住，这时水就能从下面全都流了出来。为什么？

（虹吸原理）图二9/19/2024363.3物理比较原理

物理比较原理是若实验条件N相同，有某物理现象或物理规律K相同；若条件N不同，有某物理现象或物理规律K不同，则说明实验条件N是某物理现象或物理规律K的相关因子。9/19/202437实例6：黑球看上去是黑的吗？把黑球放入清水中后会发生什么现象？9/19/202438分析：9/19/2024393.4物理放大原理

物理放大原理是若物理现象、物理过程不明显或物理量A太小不易测量，可以进物理放大，使物理现象和物理过程明显，使物理量A容易测量。物理放大有力学放大、光学放大、电磁放大、热学放大和叠加放大等多种方案。9/19/202440实例7：巧测头发丝的直径利用光学放大原理设计：1.把待测的头发丝和一把最小分度值为1mm的透明直尺（学生常用的直尺都可用）同放在同一台书写投影仪（中小学最常用的）上，调节投影仪的物距使头发丝和刻度尺成清晰的像在白墙上。9/19/2024412.再用一把刻度尺分别测出头发丝在白墙上的像的直径D和刻度尺1cm在屏上的长度L，由L可以算出投影的放大倍数N，则被测头发丝的直径d＝。9/19/202442实例8：自制单显微镜9/19/2024433.5物理模拟原理物理模拟原理是某些物理现象、物理过程或物理规律A不容易或不可能直接显示出来，经过物理原理模拟后把它们可靠的，更容易的显示出来。9/19/202444实例9：神奇的小孔与景深⑴如何缩短眼睛的盲视距离？⑵如何判断别人的眼睛是否近视？⑶如何增大照相的景深？9/19/2024453.6物理变换原理物理变换原理是在物理实验改革和物理创新性实验设计中常用的原理。9/19/202446物理变换原理分为：1.静—动变换；2.水平—竖直变换；3.平面—立体变换；4.放大—缩小变换；5.分立—一体变换等等。9/19/202447实例10：立体显示磁感线实验9/19/202448实例11：神奇又奇怪的覆杯实验确保实验成功的三大因素？9/19/2024499/19/202450原理解释：

倒置后，塑料片受水的压力后其型变将向下稍有突出，使杯内空气的体积变大,于是使杯内空气的压强减小，根据一定质量气体的等温变化规律：据：P0V0=PV=(P0-△P)(V0+△V)=P0V0+P0△V-△PV0-△P△V，略去二级小量后有：△P∕P0=△V∕V0，实测h=5cm,再令：△P=水gh有：水gh∕76cm×水银g=S△h∕Sh,即：水h∕76cm×水银=△h∕h,有：1×103×5cm∕76cm×13.6×103=△h∕5cm解得：△h=0.025cm9/19/202451实例12：防爆灯原理实验点燃的蜡烛罩上试管后会熄灭吗？点燃的蜡烛罩上铜丝螺旋管后会熄灭吗？9/19/202452矿井防爆灯知识应用：防爆灯是指用于可燃性气体和粉尘存在的危险场所，能防止灯内部可能产生的电弧、火花和高温引燃周围环境里的可燃性气体和粉尘，从而达到防爆要求的灯具。也称作防爆灯具、防爆照明灯。原理：隔爆型的原理根据欧洲标准EN13463-1:2002《爆炸性环境用非电气设备第1部分：基本方法与要求》的防爆概念和防火类型，隔爆型是采取措施允许内部爆炸并阻止火焰传爆的一种防爆型式，是最常用的一种防爆类型。9/19/202453创新有法，但无定法。物理创新性实验设计有技巧，但又没有固定的模式。物理创新性实验设计的六大原理可成为我们目前进行物理创新性实验设计的初步理论指导，但我们又不要受这六个设计原理的束缚。让我们不断的去创新设计和设计创新。9/19/2024544.物理创新性教学六要素和八理念4.1物理创新性教学六要素4.1.1激发兴趣4.1.2实验探究4.1.3互动讨论4.1.4教授方法4.1.5试探创新4.1.6提高素养9/19/202455