刘炳升,仲扣庄：新课程理念下高中物理实验教学.ppt

新课程理念下的,高中物理实验教学刘炳昇，仲扣庄,一、物理教学,必须以实验为基础,（一）物理实验的特点及作用,在物理学建立前，人们就在不断地对自然现象进行探究，但还算不上是科学探究，直到以伽利略、牛顿为代表的科学家取得一系列成就以来，才奠定了物理学形成和发展的基础物理实验的特点,物理实验可以简化和纯化研究过程； 物理实验可以强化研究条件； 物理实验可以加速或延缓物理过程； 物理实验可以再现和重复物理过程物理实验在物理学发展中的作用,发现新的现象，揭示新的矛盾，为探索新的规律和开拓新的领域奠定基础； 检验理论（假说）的正确性及其适用范围； 测定物理常数，研究物理规律的内在联系； 开拓物理学应用的新领域二）物理教学必须以实验为基础,加强物理实验是我国物理教学的历来主张 实验能有效激发学生学习物理的兴趣和求知欲望； 实验能创设有效获取和掌握知识的学习环境； 实验是培养学生创新意识和实践能力的有效途径； 实验还有利于培养学生的科学态度和科学精神案例一： 制作一个“非常规”电动机模型,器材：小圆柱形磁铁， 干电池， 硬铜丝 没有换向器，没有支架和底座 （视频：非常规电动机模型）,尝试1—思考,绕一个线圈，用引线的两端作转轴。

为什么不能转动？ 怎么办？,,尝试2—思考,去掉线圈的一边，做一个开口的线框 为什么还是不能持续转动？ 怎么办？,,尝试3—思考,把磁铁吸到电池的一个极上， 可以持续转动了， 但转动中不停地颤动 怎么办？,,尝试4 —不断改进,,,案例小结,可以看出，实验能为学生提供动手、动脑的机会，让他们不断地尝试和思考，应用他们学到的知识， 它有利于发挥学生的个性特长，培养创新的意识和能力案例二：酒杯加水后音调变高还是变低？,不同的教参有不同的答案，究竟谁对？ 问老师， 问同学， 找书看， 问家长， 谁是权威？ 唯独没有试一试现场演示,求真求实，现代公民科学素养的要求,经过实验的训练，要求学生观察测量，如实地记录现象和数据，客观地分析发现的问题，不弄虚作假 经过实验的训练，要求学生考虑问题从事实出发，运用理性思维，靠事实检验，不轻信“权威” 这会影响一个人做人的根本，影响决策的思维模式和行为准则二、新课程理念下的,物理实验教学建议,（一）在实验教学中,关注激发 学生的好奇心和未知欲,激发学生的好奇心和求知欲,好奇是儿童的天性 好奇是与生俱来的，但不可能自然而然地保持和发展好奇心好奇心在一定条件下可以转化为求知欲，进而发展为科学的兴趣，由此形成的动机是一种内部的驱动力， 通过观察和实验能有效激发学生的好奇心和求知欲，应当引起物理教师的充分重视。

声波能把酒杯震碎，你相信吗？,案例三、辉光球点亮日光灯,,案例四、奇妙的肥皂泡 你看到什么现象？ 你感到奇妙吗？ 你能提出一些你感兴趣而还不能回答的问题吗？,,,,,（二）在实验教学设计中,关注体现科学探究的本质特征,防止探究的表面化和形式化,加强实验的探究性是使实验向科学本质的回归，也是激励学生学习动机和培养创新品质的需要 从实验内容、教学模式等方面都有了变化 但也出现了一些形式化、表面化的倾向，因此要关注体现探究的本质特征1. 给学生提出问题的机会,观察发现， 你能否提出来几个感兴趣而你又不能回答的问题？,案例五：发现电池的内电阻,学习初中物理之后，往往给学生形成了一种错误的思维定势：电源给定后，电源的电压就是不变的了 这一定势对学习闭合电路欧姆定律带来障碍创设情景，发现问题,演示与讨论：将开关逐一闭合（选用旧的干电池），观察现象，提出一个你感兴趣而却不能回答的问题现场视频演示）,讨论,学生1：U一定，并联电阻变小，电流变大；电流变大，为什么灯泡变暗呢？ 学生2：U一定，通过每一个灯泡的电流不变，每个灯泡的亮度应当不变 那么，什么情况下可能使灯泡变暗呢？ 可能电源的输出电压变小实验验证与再讨论：,测量电源两端的电压，验证了上述猜想。

那么，为什么并联灯泡增多（并联电阻变小）时加在灯泡两端的电压（电源两端的电压）会减小呢？,讨论,如果在电路中串联一个电阻，能解释灯泡变暗的现象吗？ 灯泡合电阻变小，导致串联电阻上的电压变大，灯泡两端电压变小，所以灯泡变暗再猜想和验证,原来电路中的串联电阻可能在电池内部，即电池内有电阻存在 用可调内阻电池实验，验证了内电压的存在，由此可知，电池有内电阻用可调内阻电池测量内电压,,2. 在“形成假说”上下功夫,只要自然科学还在思维着，它的发展形式就是假说 ——恩格斯,以猜想和假设（假说）为探究的纽带,不同层次的猜想和假设： 猜一猜：随机猜想 发散性的猜想：搜集一切可能有关的因素 推断型猜想：以一定的经验事实和已有的理论为基础，经过逻辑推理，做出一定判断 创造型的猜想：以表象为基元，通过联想、想象，运用直觉和灵感等非逻辑思维，并与逻辑思维结合，做出一定的猜想和假设案例六：探究求合力的方法,通常实验中，学生很难猜想 怎样为学生猜想提供铺垫？,教学过程,一、教师演示：用3、4个砝码牵引橡皮筋，求两分力成直角时的合力——（右图） 二、学生猜想：合力和分力可能有什么关系？,验证你的猜想,三、学生实验：用两个弹簧测力计拉伸橡皮筋，验证你的猜想。

该教学方案的特点,演示实验，教师操作且只演示一种特殊情况，实验难度降低，通过它说明力的合成的概念； 演示实验只给出了一种特殊情况下的信息，它为学生提供猜想的依据，而不是实验的结论； 选用了一种有较大尝试空间且操作难度较小的实验方案，让学生动手，验证自己提出的猜想3. 关注学生的前认知 运用实验实现概念转变,案例七：力减小时物体的速度也减小吗？,生活中，我们常有一种经验认识：力越大速度越大，力越小速度就越小， 例如，运动员把垒球抛出去时，力越大，抛出的速度就越大；踢球的力越大，飞出的足球速度也越大这种观点正确吗？ 如果一个物体受力做加速直线运动，当牵引力持续减小时，物体的速度将会怎样变化？请设计一个实验来证实你的想法看起来很奇怪，大多数人对运动的看法仍是亚里士多德物理学体系的一部分，而这个体系是在2000多年前提出的，并且至少早在400年前就已在实验上被证明是不对的 --科恩 科学史学家,,对于前科学概念不能只去破坏它，或象垃圾似的丢掉它，这样做是没有用的；而是应当通过有效的教学活动，把错误的前科学概念转变为正确的科学概念．--------纳曲替高,案例：力减小时物体的速度也减小吗？,可供选择的器材：轨道，小车，打点计时器，钩码，线，橡皮筋，钥匙链条等。

（1）你的想法是：如果牵引力持续减小，物体的速度将 （2）你打算如何来验证你的猜想？如何使作用在物体上的牵引力持续减小？需要做哪些测量？ （3）你的实验结果是怎样的？实验中有哪些原来没想到的发现和问题？ （4）怎样从理论上解释你的实验现象？,实验方案,（三）重视常规实验仪器的应用,和对传统实验的开发,《普通高中物理课程标准(实验)》 实施建议,教师应该积极开发适合教学的实验项目，充分利用各种实验资源做实验鼓励将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中，同时提倡使用身边随手可得的普通物品做物理实验继承传统物理实验的基本思想,使用基本仪器的规范要求； 测量与间接测量的思想； 控制变量的方法； 等效替代的方法； 黑箱方法； 处理与评价数据的技能； 偶然发现的追踪等案例八：用单摆法测重力加速度,这是一个传统的经典实验，有许多巧妙的思想方法和技术细节必须通过学生的动手操作而体现出来如： 用间接测量的方法测量物理常数； 用多次测量的方法减小偶然误差； 用图像的方法处理实验数据等一些不容忽视的技术细节,①如何悬挂单摆的悬线？ ②怎样测量摆长？ ③在什么位置开始计时和终止计时，为什么？为什么要测多次全振动的时间？④各直接测量量对加速度值误差的影响。

案例九：泊松亮斑的实验,,,,,,,案例：估测阴极射线中电子的比荷,利用洛伦兹力演示器 实验中需测量哪些物理量？ 怎样测量这些物理量？ 怎样根据测量的物理量，计算电子的比荷？,,,（四）物理实验与现代教育技术,,现代教育技术在实验中的应用,在物理实验教学中应用现代教育技术是时代性的反映与要求，将现代教育技术与物理教学整合是物理课程发展的必然趋势 （1）数字化信息实验系统的应用 （2）数码照相、摄像技术在实验中的应用 （3）网络支持探究实验的应用 （4）其他现代教育技术的应用,1、DIS在物理实验教学中的应用,DIS实验系统由物理量传感器、数据采集器、计算机和数据处理软件组成，它可实时采集、处理实验数据，实验结果可以数字、图形等形式显示在屏幕上DIS实验是 传感技术、计算机技术与真实实验的结合,它有利于使学生了解现代实验技术的思想方法； 有利于解决教学中的难点实验； 有利于提供更多的探究实验课题； 有利于学生进行某些探究实验设计和探究技能的训练 有其优势，也有其不足，需要选择能发挥其优势的实验内容和应用合适的教学方法案例： 玻意耳定律,p—V图,V轴截距＝－0.3015 mL,—V图,在注射器中放入蚕豆,V轴截距＝－0.3015 mL,V轴截距为1.2021mL， 测得蚕豆的体积为1.5 mL,案例：摩擦力的探究,,定性观察（F-t 图像）,,滑动摩擦力与速度的关系,S-t 图线,,F – t 图线,案例：自感现象的探究,,传统实验视频1：通电自感现象 视频2：断电自感现象,北京十一学校秦建云教学实录,传统自感现象实验是用两个小灯泡来比较的，其缺点是电流的精细变化反映不出来，而且容易产生非本质因素的干扰。

电感支路,电阻支路,2. 数码照相、摄像技术在物理实验教学中的应用,应用数码相机进行闪光照相的实验研究； 应用数码相机做光的色彩的实验； 应用数码显微摄像，播放微小现象，如布朗运动、密立根油滴实验、泊松亮斑等； 应用摄像技术进行微重力实验等案例：小球自由下落的视频截图,,,s=s9-s1=14.22cm T=1/25 sa=s/(8T2 )=10.89m/s2 a南京=9.795m/s2  a /a南京=11%,案例：小球在离心轨道上的运动,案例：小球在离心轨道上的运动,,摆的研究,,习题：,质量均为m的两个物体A、B悬挂在相隔2L的两个滑轮的两边，位于同一高度现又在绳子中央轻轻挂一质量为m的物体C，则由静止释放C后，求C下降的最大距离解法一：,当三根绳子互成120°时系统处于平衡状态，可以算出C下落距离为h=L×cos60°,,解法二：,由机械能守恒定律，C减少的势能等于A、B增大的势能，即得 h=4L/3,,,,,,,究竟哪一答案是正确的？ 实验验证的闪光照片,从1990年起，香港的中学生每年都要举行趣味科学比赛，其中的一个项目叫“鸡蛋撞地球”，要求设计保护装置，使鸡蛋从大约13m的高度落地后完好无损。

如果你所在的小组受邀参加比赛，你们的方案是什么？,,案例：探究动量变化与冲量的关系,富有挑战性的项目研究,用数码相机研究鸡蛋的下落,鸡蛋落在水泥地上受到的冲力,v1 = 5.822m/s , m = 0.07kg t mv1 /t +G =12.91N,布朗运动的显微摄像,（五）开发自制教具,和非常规物理实验的 创新教育功能,随手取材和自制教具的实验不是权宜之计,这是由它的特点决定的，因为用这种资源实验使学生感到亲切，能吸引学生积极参与； 常常出于教师的创造，能满足教学的需要； 常常体现“小实验，大智慧”，蕴涵着创造教育的因素，另外成本也比较低廉 这些特点体现了教育现代化的思想精髓因此，这类资源会随着技术的发展而发展，不会随现代技术的发展而消亡案例：曲线运动的速度方向,随手取材的简易实验,用可乐瓶滴水体验打点计时实验 用纸笔直尺做运动合成的实验； 用手感做力的分解实验；（现场演示） 用橡皮筋体验做功与内能变化的关系案例：辉光球电场的探究,将高频、高压电加在辉光球中心电极上，在很短的时间内可以把它当静电场处理 观察现象，它的电场有什么特点？ 用手接触在玻璃壳上并在其上移动时，现象有什么特点，你能提出什么问题，怎样解释？,。