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        圖示法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

        2020-11-30 09:08:13李明星
        中學(xué)理科園地 2020年5期
        關(guān)鍵詞:前概念物理教學(xué)初中

        李明星

        摘? ?要:本文闡述了筆者設(shè)計的三個物理圖示,分別用來消除光的三原色的錯誤前概念,構(gòu)建伯努利定律的微觀模型和解析一個相關(guān)的物理實驗的內(nèi)部成因。

        關(guān)鍵詞:圖示法;初中;前概念;物理教學(xué)

        物理是研究物理概念、物理規(guī)律以及物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的一門學(xué)科,作為首次系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理學(xué)的初中生,其邏輯思維結(jié)構(gòu)正由感性思維向理性思維轉(zhuǎn)化,科學(xué)探究能力還沒有完善。在如何學(xué)好以及如何理解物理概念和規(guī)律的過程中,學(xué)生很容易陷入死記硬背的惡性循環(huán),短暫的會提高學(xué)生的成績,但是長此以往會降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情,無法正式成為主動學(xué)習(xí)者,自主地建構(gòu)物理知識體系和框架。初中物理的主要目的是增加學(xué)生的興趣和掌握學(xué)習(xí)物理的方式方法,死記硬背既無法提高課堂效率,也導(dǎo)致初中、高中的銜接不順暢。解決這些問題的方法有很多,其中一種為圖示法,運(yùn)用物理圖示講解生動又高效,物理教材上的物理圖示就很多[1 ]。本文探討筆者自行設(shè)計的三個物理圖示,以及這些物理圖示在物理教學(xué)中如何解決對應(yīng)的易錯點(diǎn)。

        1? 利用“圖示法”消除學(xué)生光的三原色的錯誤前概念

        《現(xiàn)代漢語詞典》(1996年第三次修訂出版)中,有關(guān)“原色”的釋文為:色光中的原色是紅、綠、藍(lán);顏料中的原色是紅、黃、藍(lán)。也就是我們?nèi)粘L岬降墓獾娜ɑ蛘吖獾娜┖皖伭系娜ɑ蛘呙佬g(shù)的三原色),雖然美術(shù)界后期發(fā)現(xiàn)品紅加適量黃可以調(diào)出大紅,而大紅卻無法調(diào)出品紅;青加適量品紅可以得到藍(lán),而藍(lán)加綠得到的卻是不鮮艷的青;用黃、品紅、青三色能調(diào)配出更多的顏色,而且純正并鮮艷,即更科學(xué)的美術(shù)三原色為品紅、青、藍(lán)[2 ]。但筆者通過對初一300名學(xué)生調(diào)查發(fā)現(xiàn),除去13份空白卷子,77.7%的學(xué)生回答顏料的三原色為紅、黃、藍(lán),而這其中65.0%的人認(rèn)為光的三原色與顏料的三原色是相同的。哪怕對初三的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查,部分學(xué)生也會混淆光的三原色與顏料的三原色。說明初中生頭腦中對光的三原色有根深蒂固的錯誤前概念,哪怕經(jīng)過對滬科版物理八年級全一冊第四章第四節(jié)“光的色散”這節(jié)課的學(xué)習(xí),也有很多學(xué)生的錯誤前概念也沒有被轉(zhuǎn)化。

        筆者設(shè)計如圖1來轉(zhuǎn)化學(xué)生的錯誤前概念,學(xué)生都知道牛頓的實驗將白光通過三棱鏡后色散為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫這七種單色光,將這七種單色光按照順時針分布在等分的圓內(nèi),并且將紅光寫在最上面。根據(jù)圖示講解時,可知最上方的紅光和最下方的藍(lán)光和綠光為光的三原色,并且紅光和綠光可以復(fù)合為橙光和黃光,紅光的比例多一些就復(fù)合為橙光,綠光的比例多一些就復(fù)合為黃光,紅光和藍(lán)光可以復(fù)合為紫光和靛光,紅光的比例多一些就復(fù)合為紫色,藍(lán)光的比例多一些就復(fù)合為靛光。筆者經(jīng)過實踐證明該方法對于學(xué)生對光的三原色錯誤前概念的轉(zhuǎn)變有一定的作用。

        2? 利用圖示法構(gòu)建伯努利定律的微觀物理模型

        19世紀(jì),人們對物理概念和物理規(guī)律的宏觀認(rèn)識日趨完善,為推動物理學(xué)的發(fā)展,很多科學(xué)家將更多的焦點(diǎn)對準(zhǔn)物理學(xué)的微觀世界研究。隨著生產(chǎn)和科學(xué)水平的進(jìn)步,以及科學(xué)儀器和技術(shù)的發(fā)展,19世紀(jì)初,在德謨克利特、伊壁鳩魯、笛卡爾、牛頓等人的基礎(chǔ)上道爾頓提出了系統(tǒng)的原子學(xué)說,人類對微觀物理世界有了深入研究[3 ]。很多物理規(guī)律的宏觀描述不足以讓學(xué)生明白其內(nèi)在邏輯和體系,比如伯努利定律在初中的講解——流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系:流速越大的地方壓強(qiáng)越小,流速越小的地方壓強(qiáng)越大。

        這節(jié)課的講解多數(shù)以演示實驗為主,例如“天女散花”“吹不掉的乒乓球”“向回跑的小球”等。這些實驗都具有操作簡單、現(xiàn)象明顯等特點(diǎn),并且這些實現(xiàn)現(xiàn)象與學(xué)生的預(yù)期結(jié)果相反,例如將礦泉水瓶去掉瓶蓋和底部,水平放置后將小球放在瓶中,從瓶口向里吹氣,發(fā)現(xiàn)小球不會被吹走,反而會移向瓶口的位置,也就是吹氣的方向。這些“反?!钡膶嶒灛F(xiàn)象可以極大的引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究的欲望,但根據(jù)物理規(guī)律來解釋實驗現(xiàn)象的過程卻一筆而過,這樣講解學(xué)生也能應(yīng)付初中目前的習(xí)題,短暫提高學(xué)習(xí)的成績,但追其根、溯其源:到底為什么流速大的地方壓力就小,從而導(dǎo)致壓強(qiáng)小呢?很多學(xué)生都無法準(zhǔn)回答。因此,筆者建構(gòu)了伯努利定律的微觀物理模型。

        該模型以流體中的氣體為例,簡化了空氣中各色原子和分子獨(dú)有的微觀結(jié)構(gòu),并將其表述為帶箭頭的圓點(diǎn),圓點(diǎn)的大小表示其質(zhì)量,箭頭代表運(yùn)動方向,如圖2所示。由于分子是在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動,所以水平放置的紙面上方和下方分子的數(shù)量和撞擊紙面的分子數(shù)量基本一致,即上下方的壓力、壓強(qiáng)一致。但是當(dāng)紙面上方有水平方向上的風(fēng)吹過時(以水平向右吹動為例),原本無規(guī)則運(yùn)動的分子被氣體帶動向右運(yùn)動,使得撞擊紙面的分子數(shù)量減小,導(dǎo)致由于撞擊而產(chǎn)生的壓力減小,上下受力面積相同,上方氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)就減少,如圖3所示。

        3? 利用圖示法解析物理實驗的內(nèi)部成因

        流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實驗中,學(xué)生對漏斗倒扣吹乒乓球但是乒乓球不掉落的實驗現(xiàn)象非常驚奇,將漏斗倒扣,用手指將乒乓球抵在漏斗口中,從細(xì)管口中向下吹氣,小球沒有被吹落,反而懸置在漏斗口中。要想描述該物理現(xiàn)象的原理,影響因素很多,例如小球的自轉(zhuǎn)對流速的影響等。所以很少有老師對現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致解析,導(dǎo)致很多同學(xué)認(rèn)為流速小的地方是漏斗細(xì)口的部分,然而這部分對小球產(chǎn)生的是向下的沖擊力,而不是對抗小球重力使小球懸浮的力。因此,筆者簡化自轉(zhuǎn)的因素,簡單設(shè)計一個圖示,使實驗講解簡單易懂。

        該實驗難點(diǎn)在造成實驗結(jié)果的是使學(xué)生看不見的風(fēng),所以筆者將風(fēng)具象化——設(shè)計成流暢的線條,風(fēng)的總量是不變的,所以從細(xì)口到漏斗部分的線條數(shù)量是一致的,用線條的疏密程度來反映風(fēng)速,線條越密集的地方表示該處流速大,反之,線條越稀疏的地方表示該處流速越小,這樣就使流速分布具體化。另外一點(diǎn)也可轉(zhuǎn)變學(xué)生認(rèn)為細(xì)口管處產(chǎn)生的力是向上的這一錯誤概念,圖示展示出此處的力是氣體對小球向下的沖擊力。根據(jù)滬科版八年級物理教材的編輯順序,可知此前已講授了力的合成,所以也可以根據(jù)圖4深入講解向上的力是如何形成的,由于流速大小差異產(chǎn)生的豎直向上的合力抵消了風(fēng)對小球向下的沖擊力以及小球自身的重力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]孫艷波.圖示法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].教改課改,2015(22):76.

        [2]孫宏博.物理與美術(shù)色彩的異同分析及應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2010(8):35-36.

        [3]李艷平,申先甲.物理學(xué)史教程[M].北京:科學(xué)出版社 ,2003.

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