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        開展家庭物理實(shí)驗(yàn) 提升物理學(xué)科素養(yǎng)

        2022-02-24 03:11:06季秋霞
        數(shù)理化解題研究 2022年2期
        關(guān)鍵詞:電流表器材動(dòng)手

        季秋霞

        (江蘇省南通市啟秀中學(xué) 226000)

        蘇科版物理教材中每一節(jié)都有一個(gè)“生活、物理、社會(huì)”環(huán)節(jié),這正是初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中從生活走向物理,從物理走向社會(huì)的縮影.家庭物理實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生在家庭中自主選取器材獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作,是對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)一個(gè)很好的補(bǔ)充.學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程,學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法,使得他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得以培養(yǎng),物理學(xué)科素養(yǎng)得以提升.

        1 開展家庭物理實(shí)驗(yàn)的作用及意義

        家庭物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于初中學(xué)生的思維發(fā)展與動(dòng)手能力提升有著很好的促進(jìn)作用.首先,初中階段的學(xué)生,思維方式逐漸從形象思維向抽象思維發(fā)展,但發(fā)展得較為緩慢.而物理作為一門不同于數(shù)學(xué)的理科,不僅需要學(xué)生有理性的思維模式,還需要學(xué)生有良好的動(dòng)手操作能力.而開展家庭物理實(shí)驗(yàn),可以鍛煉學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手能力,通過手腦并用,綜合開發(fā)學(xué)生的抽象思維與物理思維.其次,實(shí)驗(yàn)就是從生活走向物理,從物理走向社會(huì)的途徑,通過開展家庭物理實(shí)驗(yàn),可以很好的考查學(xué)生課堂知識(shí)的掌握情況,也可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容更深層次的理解,提高物理學(xué)習(xí)水平.

        2 開展家庭物理實(shí)驗(yàn)的局限和應(yīng)對(duì)措施

        盡管家庭物理實(shí)驗(yàn)的作用及意義重大,但在農(nóng)村寄宿制學(xué)校中實(shí)施起來仍困難重重,主要原因有以下幾點(diǎn):

        2.1 時(shí)間有限,精力不足

        平時(shí)寄宿在學(xué)校,周末在家時(shí)間短,而各門功課作業(yè)繁多,還有各種課外輔導(dǎo)班,學(xué)生完成作業(yè)時(shí)間已經(jīng)很緊了,讓他們獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn),可能會(huì)精力不足.針對(duì)這一困難,我對(duì)每周的物理作業(yè)進(jìn)行了優(yōu)化:用“做實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)題”.以實(shí)驗(yàn)操作代替書面作業(yè),而物理書面作業(yè)相應(yīng)地減少.

        例【動(dòng)手操作】探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)

        器材:兩節(jié)干電池、開關(guān)、電流表(0-0.6A)、電壓表(0-3V)、滑動(dòng)變阻器(20Ω,2A),定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω)、導(dǎo)線若干.

        (1)設(shè)計(jì)電路圖

        (2)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格

        (3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)(控制導(dǎo)體兩端電壓為1V不變)

        試一試:

        a.先用5 Ω進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄好數(shù)據(jù),斷開開關(guān),保持滑片的位置不變,用10 Ω的電阻替換5 Ω的電阻,閉合開關(guān),要使電壓表示數(shù)仍為1 V,應(yīng)將滑片向____端移動(dòng).

        b.斷開開關(guān),再用15 Ω替換10 Ω,繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí),移動(dòng)滑片P,要使電壓表示數(shù)仍為1V,能實(shí)現(xiàn)嗎?

        觀察并記錄這種情況下電壓表示數(shù)的變化范圍:

        c.為了使這三個(gè)電阻都能為實(shí)驗(yàn)所用,應(yīng)控制R兩端的電壓應(yīng)不低于____V(保留一位小數(shù))

        d.在c的基礎(chǔ)上再次實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù).

        探究電流與電阻的關(guān)系是初中的一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn),也比較難理解.做這類實(shí)驗(yàn)題,很多同學(xué)都是死記硬背,各個(gè)元件的用處以及實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)都是混淆的,因此我將該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為一道動(dòng)手操作題,讓學(xué)生周末作為家庭實(shí)驗(yàn)完成,一邊做實(shí)驗(yàn),一邊思考.不僅要求學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),還鼓勵(lì)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題用文字記錄下來,然后在班里集體討論,碰撞出物理思維的火花.

        圖1 圖2

        火花一:有同學(xué)在實(shí)驗(yàn)的一開始就出現(xiàn)了問題:如圖1所示,閉合開關(guān)后,無論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,電壓表、電流表始終無示數(shù).這其實(shí)是很好的電路故障分析實(shí)例,我將他的問題在全班討論,全班提出了各種判斷電路故障的方法,不僅激發(fā)了學(xué)生們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的積極性,同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生們學(xué)好物理的信心.

        火花二:在上述實(shí)驗(yàn)操作過程中,其實(shí)按照預(yù)設(shè)的1V,15Ω是無法完成實(shí)驗(yàn)的.但是如圖2所示,有同學(xué)15Ω也順利測(cè)出了電流值.經(jīng)過全班的分析檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電源電壓只有2.5V.為此我們不僅解決了這位同學(xué)的問題,也得出了如果要使實(shí)驗(yàn)順利完成可以采用減小電源電壓的方法.

        2.2 經(jīng)濟(jì)有限,器材緊缺

        部分物理器材價(jià)格昂貴,這對(duì)于農(nóng)村學(xué)校的學(xué)生家庭而言,可能難以負(fù)擔(dān),所以我在設(shè)計(jì)家庭物理實(shí)驗(yàn)作業(yè)時(shí),也將這類因素考慮進(jìn)去.劉炳昇教授也曾說過“瓶瓶罐罐當(dāng)儀器,拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”.我們完全可以利用身邊的器材完成一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),既可以提高學(xué)生對(duì)物理課的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力,突出理論聯(lián)系實(shí)際,加深對(duì)物理來源于生活,回到生活理念的理解.

        實(shí)驗(yàn)一:探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系

        將一礦泉水瓶底部切掉,蒙上橡皮膜后緩慢浸入水中,仔細(xì)觀察橡皮膜的形變程度,發(fā)現(xiàn)隨著深度的增加,橡皮膜向上凸起的越發(fā)明顯,多次實(shí)驗(yàn)后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果:液體密度相同時(shí),深度越大,液體壓強(qiáng)越大.

        實(shí)驗(yàn)二:探究液體壓強(qiáng)與密度的關(guān)系

        將上述自制器材,分別浸入清水,飽和濃鹽水中的同一深度處,這邊考查了學(xué)生對(duì)于控制變量法的掌握,通過比較發(fā)現(xiàn)同一深度處液體密度越大,液體壓強(qiáng)也越大.

        實(shí)驗(yàn)三:探究液體壓強(qiáng)與方向的關(guān)系

        將上述自制器材進(jìn)行改進(jìn),將礦泉水瓶的上端也切掉,變成一個(gè)上下粗細(xì)均勻的圓柱體,上端也蒙上同樣材質(zhì)的橡皮膜,將其橫著放入同種液體中,觀察發(fā)現(xiàn)在同一深度處,無論礦泉水瓶如何放置,左右兩端形變程度相同,從而得出液體壓強(qiáng)與方向無關(guān)的結(jié)論.

        2.3 能力有限,缺乏自信

        出于安全考慮,不建議學(xué)生周末集中在一起合作交流完成家庭物理實(shí)驗(yàn).因此,家庭物理實(shí)驗(yàn)絕大部分都是學(xué)生一個(gè)人獨(dú)立完成.一些學(xué)生的能力足夠支撐他獨(dú)立完成家庭物理實(shí)驗(yàn),而還有部分學(xué)生由于動(dòng)手能力或物理能力有限,沒有了小組內(nèi)的合作與交流,導(dǎo)致操作過程中的一些問題無法得到及時(shí)解決,實(shí)驗(yàn)失敗甚至產(chǎn)生挫敗感,不利于對(duì)物理學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng).針對(duì)此現(xiàn)象,要多鼓勵(lì)學(xué)生.

        例:【動(dòng)手操作】測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)

        圖3

        A類:在測(cè)量阻值約為5Ω的定值電阻Rx的實(shí)驗(yàn)中,用如圖3甲所示的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),電源電壓保持不變.

        (1) 連接電路時(shí),開關(guān)應(yīng)____.請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖3甲所示的實(shí)物電路連接完整,要求:滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí),連入電路的電阻變?。?/p>

        (2) 閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)電流表指針不動(dòng),電壓表示數(shù)為電源電壓,故障原因是____(Rx短路/Rx斷路).

        (3) 改正錯(cuò)誤后,小明改變Rx兩端的電壓和電流.兩次測(cè)得的電阻值分別為R1=5.1Ω,R2=5.3Ω.第三次測(cè)量時(shí),電壓表示數(shù)為1.5V,電流表示數(shù)如圖3乙所示,則R3=____Ω,實(shí)驗(yàn)測(cè)得值應(yīng)為Rx=____Ω

        (4) 若不添加其他器材,利用如圖3甲所示電路還可完成的電學(xué)實(shí)驗(yàn)有:____(寫出一個(gè)即可).

        B類:利用電流表、已知阻值的定值電阻R0和恒壓電源,同樣可以測(cè)出未知電阻Rx的阻值,如圖4甲所示.

        (1) 閉合開關(guān)____,測(cè)出通過已知電阻R0的電流I0.

        (2)____.[模仿(1)寫出必要的操作內(nèi)容及對(duì)應(yīng)物理量]

        (3) 則電阻Rx=____.(用已知和測(cè)出的物理量符號(hào)表示)

        (4) 小芳設(shè)計(jì)了另一種方案,也測(cè)出了Rx的電阻,電路圖如圖4乙所示,測(cè)量步驟如下:

        圖4

        ①當(dāng)開關(guān)____時(shí),電流表讀數(shù)為I1;

        ②當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電流表讀數(shù)為I2;

        ③待測(cè)電阻Rx=____. (用已知和測(cè)出的物理量符號(hào)表示)

        學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際能力,選擇能夠完成的題目去動(dòng)手操作.這樣即鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力,也保護(hù)了學(xué)生的自尊心,提升學(xué)生的成就感,讓每一個(gè)學(xué)生都能參與到家庭物理實(shí)驗(yàn)中,并有所收獲,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好物理的信心.

        3 開展家庭物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方式

        越來越多的物理老師已經(jīng)意識(shí)到家庭實(shí)驗(yàn)的重要性,并且把家庭實(shí)驗(yàn)歸入教學(xué)的管理中,但以考試成績(jī)?yōu)橹饕憩F(xiàn)方式的終結(jié)性評(píng)價(jià),并不適用家庭物理實(shí)驗(yàn).家庭物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)應(yīng)該突出過程評(píng)價(jià),重心應(yīng)轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)生探究的過程,立足于促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展,即重視形成性評(píng)價(jià).

        3.1 匯報(bào)小結(jié)

        教師編寫家庭實(shí)驗(yàn)報(bào)告,要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)填入報(bào)告,實(shí)驗(yàn)后將實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題、實(shí)驗(yàn)的結(jié)論再次整理填入報(bào)告.教師檢查批改后,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng),對(duì)存在的問題提出改正意見,并提出注意事項(xiàng);對(duì)學(xué)生的在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問題及時(shí)做出解答,或組織學(xué)生再次實(shí)驗(yàn),以找到答案.

        3.2 設(shè)計(jì)展覽

        鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上撰寫小論文,將實(shí)驗(yàn)上升為理論.加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解,并對(duì)學(xué)生的論文進(jìn)行評(píng)選,挑選優(yōu)秀的論文在班級(jí)圖書角展示.發(fā)揮榜樣的作用,鼓勵(lì)學(xué)生不斷探索,在實(shí)驗(yàn)中找真理,在實(shí)驗(yàn)中求發(fā)展.

        家庭物理實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)方面起著不可忽視的作用,是課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充.因此克服各類困難,開展家庭物理實(shí)驗(yàn),不僅能提高教學(xué)質(zhì)量,而且對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)起著重要的作用.

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