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作者简介:李源贵(1986-),男,广东信宜人,大学本科,学士学位,中学一级教师,主要研究方向:初中物理概念的教学.
物理概念是构成物理知识体系的基本要素,它是在大量观察实验的基础上,运用逻辑思维的方法,把一些事物的本质的共同特征集中起来加以概括而形成的.物理概念包括了物理现象、物理本质属性、物理意义、物理思维形成过程、物体间的相互作用和规律等,掌握和界定每个物理概念才能形成物理学体系.但是在学习中,却有部分同学对物理概念的学习存在问题,出现物理概念的混淆,物理概念界定不清等现象,在解决实际问题时出现乱用概念、滥用概念等问题.因此,正确认识物理概念,帮助学生形成完整的物理知识体系非常重要.
1认识物理概念时存在的问题
11把物理概念等同于定义
初中学生刚接触物理,头脑中缺乏科学严谨的物理思维,在学习物理概念时,部分同学会对物理概念理解不深,简单的认为物理概念就是物理定义,只是从定义上来记忆物理概念,而没有深入理解到物理概念是从物理现象、物理过程中归纳出来的事物的共同特征、本质属性.
例如:在物理学中,某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫做这种物质的密度.学生从定义上理解到密度其实是一个比值,如同数学一样,通过公式ρ=mV来计算其大小就可以了,但是正确理解密度应从它的物理意义上理解,密度是由物质的种类来决定,跟物质的质量、体积无关,它反映的是物质的一种特性,单从定义上理解并没有正确理解密度的概念.
12没有区别物理概念的个别现象与一般现象
物理概念是物理事实的抽象,它是在大量观察实验的基础上,运用逻辑思维的方法,把一些事物的本质的共同特征集中起来加以概括而形成的.但是物理概念中也有个别案例是在概念界限之外的,应当加以区别.
例如:在学习“浮力”时,一般学生都是从大量的例子认识到浸在液体中的物体受到向上的力,这个力叫做浮力.所以就在一般现象中概括形成了“浮力”的概念.但是所有浸在液体中的物体都会受到浮力吗?显然不是的,例如浸在水中的桥墩,它就没有受到水的浮力,这个应该从浮力产生的原因进行思考.
13没有分清“前概念”与“物理概念”
在学习物理之前,学生根据生活经验或现象在头脑中已经形成“前概念”,但“前概念”是一把双刃剑,既可以帮助学生形成正确的物理概念,也能阻碍学生形成正确的物理概念,如果没有把“前概念”和“物理概念”区分,则容易把物理概念混淆.
例如:学生在学习摩擦力前,从大量的生活经验中就形成了摩擦力的前概念,而且都认为摩擦力总是阻碍物体运动的,是属于阻力.但是从实验中发现,摩擦力也可以是动力,如运动员起跑时的摩擦力就属于动力,所以学习摩擦力的概念时,关键要认识到摩擦力只是阻碍物体的相对运动或相对运动的趋势,“相对”两个字就把前概念和正确的物理概念分清.
14没有界定清楚概念的范围
物理教材中出现的概念基本是从大量的实验和现象中总结归纳出来的,但是每个概念也有一定的范围,学生在学习中容易出现概念范围界定不清的问题,导致在知识点上出现前后矛盾.例如:学生学习声的产生时,知道声是由物体的振动产生的.但学生容易把“声”等同于生活中的“声音”,但是他们的范围不同.人们能够听到的才叫做“声音”,把声音、超声波、次声波统称为声.声音只是声的一部分,所以振动的物体能够产生声,但不一定能够听到声音.
2初中物理概念的分类
在初中阶段,学生学习到的物理概念很多,但大致可以归纳为三类:
21对物理现象描述的概念
在初中物理中,对物理现象的观察尤其重要,有些概念就是物理现象的直接描述.例如:把一块固态冰放在室温中慢慢变成了液体的水,对于这种现象就叫做“熔化”.所以把匀速直线运动、熔化、凝固、扩散、光的直线传播、反射、折射等概念都归纳为对物理现象描述的概念.
22反映物理本质特性或属性的概念
在初中阶段,有些物理定义只是根据实验现象归纳出总结,但并没有描述出物理的本质,当我们深入学习时,就会发现它反映的事物的本质属性或特性.例如:在物理学中,某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫做这种物质的密度.这个定义只是给出了密度如何计算,但实际上密度反映的是物质本身的特性.除此以外,特性还有、比热容、电阻、热值等,属性的有:质量、惯性.
23反映物体间相互作用及其规律的概念
物理概念除了描述物理现象和物理本质属性或特性外,还有就是反映物体间的相互作用及其规律的,它往往是通过公式的计算来描述.例如:物理学中如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功.用公式表示就是W=FS.这就是通过描述物体间相互作用的概念.除此以外还有力、功率、机械能、电流、压强、效率等.
3怎样学习初中物理概念
31理解概念的物理意x
在物理学中,虽然物理概念很多,但是每个物理概念都有物理意义,如果学习中忽略了物理意义,那就不叫物理了.例如:物理学中引入了“速度”,如果学生只是知道速度等于路程除以时间,当路程越远,时间越短时,速度就越大.这就等同于数学中学习的速度,物理学中之所以引入速度的概念目的就是为了描述物体运动的快慢,是物体运动的一种本领,它的大小不是由路程的大小和时间的长短来决定,而是由物体本身的性能决定.所以学习物理概念一定要理解它的物理意义.
32分清物理现象与本质
物理现象的概念和物理本质属性的概念是物理概念中最难区分的,有些概念从物理定义上看好像是描述物理现象的,但实际上是反映物理本质的,这样的概念最容易造成混淆.例如:在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小.从定义上看是一种阻碍现象,但实际上导体的电阻是导体本身的一种性质.因此,学习物理概念时应分清现象概念和本质属性概念.
33分清物理概念的范围
物理概念都有它的适用范围,界定清楚概念的范围能让学生正确理解和使用物理概念.而物理概念的范围有大小之分,也有过程量和状态量之分.例如:学习“密度”的概念时,我们清楚密度的大小是由物质的种类决定,跟物体的质量和体积无关,但是这只是针对固体和液体而言,而对于气体则不成立.又例如:在学习“热量”的概念时,我们知道在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量,“热量”是一个过程量,只会出现在热传递的过程中,我们不能说某个物体具有多少的“热量”,但我们能说某个物体具有多少的“能量”.
34用科学实验学习物理概念
物理学是一门以观察、实验为基础的科学,人们的许多物理知识和概念是通过观察和实验,经过认真的思考而总结出来的,但是在做实验时一定要遵循科学性和严谨性,只有正确的实验才能得出正确的物理概念或知识.例如:在学习“分子热运动”的概念时,气体扩散实验是把装有二氧化氮的瓶子放在下面,上面倒扣的是空瓶子,这两个瓶子的上下位置不能颠倒,否则不能说明分子在不停的做无规则运动.
初中物理定义很多、很抽象,不好理解,比如八年级刚开始学习物理,接触到密度的定义:单位体积所含物质的多少。初学物理的学生很难理解:单位体积是什么?所含的物质的多少又是什么?定义是帮助学生解释物理概念的,结果解释不清楚就达不到定义的作用了。此时给学生出示用公式做的定义,结果就显而易见了ρ=:密度就是质量与体积的比值。同样八年级学生也对压强的定义、压强的作用效果或者说单位面积所受到压力的大小无法理解而头疼。如果用公式P=:压力和表面积的比值。学生立马就明白这个概念。到了九年级电学部分电压、电阻、电功率、电能都是看不见、摸不着的抽象物理概念,几乎所有的定义都需要使用公式让学生更容易接受,在使用中慢慢加以体会。
比如,机械效率和功率的区别,如果用其他方法解释可能讲了半天学生没法理解,但是利用公式就能事半功倍,两者公式上可以看出不同P=和η=×100%,一个是所做的功与时间之比,一个是有用功与总功之比。学生记住公式便能说出两者之间的区别。再比如阿基米德原理:浸在液体(或气体)里的物体受到的浮力作用,浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。而公式:F浮=G排简练地概括出其中的阿基米德原理,学生理解就非常简单了。
二、公式便于了解物理量的影响因素
初中阶段知道怎样改变物理量的大小很关键。初中物理量本身很多,而许多物理量的影响因素又有很多,很难记忆。此时利用公式就可以简化很多记忆过程。比如,液体压强的影响因素是:液体的深度和液体的密度,与受力面积和方向没有关系。如果用公式表示P液,=ρ液gh只要学生理解公式中ρ液表示液体的密度、h表示物体高度。液体的压强大小只决定于公式中的变量,与其他没有任何关系。
三、公式帮助学生排除实验多变量因素的干扰
初中物理探究验证实验的核心思想就是控制变量法。毫不夸张地说,学不好控制变量法就做不好物理实验。在验证不同物质吸收热量的能力不同的实验中变量很多。很多变量都会影响吸收热量的效果,比如考虑不考虑散热问题?在用煤油和水的对比实验中考虑不考虑湿度问题?如果逐一控制变量会使实验难度和复杂程度增加。而没有很好地控制变量会影响实验结果,导致得出错误的实验结论。如果我们可以通过公式Q=cmΔt,很清楚地看到影响吸收热量的多少的主要因素有质量、初始温度最终温度和物质的本身属性比热容。所以这个实验可以改成验证实验,在保证相同质量的不同物质,在初始温度相同时,吸收相同的热量比较它们升高的温度。实验的设计思路一下就清晰了。在初中物理实验题中,学生能够通过公式确定实验中的主要变量有哪些,题目就简单化了。例如,如何增大机械效率的问题?学生在设计实验时不知道从何做起,如果能够用公式η=×100%。可以明显地看出机械效率的两个影响因素是有用功和总功。从而可以降低实验设计难度,控制总功不变的情况下,增加有用功所占的比重;控制有用功不变情况下减少总功,然后围绕这个思路去设计实验。
四、活学活用公式可以巧解正比和反比问题
比例问题是初中物理从性质到计算的一种过渡。中学物理中很多比例问题,比如轮船从大海驶向长江,请说出吃水深度的变化。我们可以根据阿基米德原理公式F浮=ρgv排得到。
五、活用公式帮助巧计单位和单位的换算问题
初中物理中许多单位都是复合单位,比如比热容单位、密度单位、热值单位、速度单位等。许多单位学生容易搞混淆,比如错把热量单位焦耳看成比热容单位。如果搞清楚公式间简单物理量的单位,那么这些符合单位也就迎刃而解了。比如比热容的单位:J・(kg・C0)-1很不好记。但是根据比热容求吸收热量公式得Q=cmΔt从而可以理解为热量的单位焦耳与温度和质量单位之比,从而得到J・(kg・C0)-1这个单位,简单了很多。另外,公式还可以解决复合单位换算的问题。可以通过平均速度的公式换算出1米每秒等于3.6千米每小时。
二、夯实基础,学会区分重力与浮力
在教学中,我们经常会遇到浮力问题,要想尽快找到解决问题的方法和入口点,需要认真阅读题干,然后再结合所学知识,把问题进行转化,转移到相关的物理理论、物理规律以及定律上来,有助于解决问题。在解决“浮力”的问题中,学生们有时候会把物体的重力和浮力等同起来,容易混淆概念,这样就会导致计算错误,因此,要解决好“浮力”的问题,需要扎实基础知识,夯实基础,而且还要会甄别重力与浮力的区别。例如,有一个质量为85g的铁块,其中密度为7.9g/cm3,求它的质量与重量。如果把它浸没在水中,能排出多少水呢?再求出它所受的浮力?这一例题最后需要求出铁块所受到的浮力的大小,但是,题干中给出的已知量是很少的,需要求的量则很多,问题也都是紧挨着的,且环环相扣。解决这类问题最好的方法就是按部就班。仔细分析题干,就会发现所考察的内容主要是关于物体重力与浮力的计算,这就需要学生区分两者的本质差别。按照公式计算,物理重力物G=mg,所受浮力ρgv=mg=G。两者在计算上有很多相似之处,但是在结果上却是截然不同的,因此,解决这个问题的关键则是考察学生是否能够清楚地区别两者的不同之处,掌握两者的区别,很快就能顺利解决了。
三、借助练习题目,提高学生们的思变能力
初中阶段的物理学习:需要学生掌握的是基础知识,另一方面,教师也要在教学中关注学生的思维能力,让学生学会灵活使用物理知识点解决实际问题。这也对教师的教学提出了新的要求,在课堂教学过程中,教师需要思考更具价值的问题,鼓励学生学会去分析这些有价值的问题,并且需找出解决问题的方法和途径。例如,物理教师可以借助例题来讲授相关的物理知识点,通过例题,便于学生对相关知识点的理解。把两个体积相同的红球、黑球分别放置于烧杯水中,红球漂浮于水面上,而黑球则沉在水里面。结合这一现象,让学生判断两个球所受的浮力大小。学生也会结合“阿基米德”原理,自然就会想到借助浮力公式来解这个例题,他们也能够很顺利地解决这一问题。再如,当在讲解完“沉浮条件”这一章节的相关知识点时,也可以为学生布置相关的练习题目,把两个质量相等的A、B小球分别放在烧杯水中,其中,小球A则浮在水面上,小球B则悬浮在水中,需要学生判断的是两个小球所受到的浮力的具体情况。学生也会结合学习到的“沉浮条件”这一章节的相关内容进行分析、探讨、思考、解决。他们很快也就会使用浮力、物体重力二者间的关系解决这些问题了,而且还能够做出正确的判断。
1、概念的形成
例如,密度是初中物理的一个重要知识内容,在密度概念形成的教学中,可以用实验探究的方法:先通过测量比较不同体积的同一种物质的质量是否相同,再通过测量比较相同体积的不同物质的质量是否相同,由此引导学生分析得出相同物质的质量与体积的比值是个定值,而不同物质的这个比值一般不同,再经过是否可改变这个比值的思考,从而引入密度的概念。这样不仅让学生知道了密度是表示物质特性的物理量,而且还让学生在不知不觉中掌握了用比值定义物理量的方法,提高了学生的归纳能力。这样的概念还有速度、惯性、比热、电功率等等。
2、物理规律的形成
例如:在研究光的折射规律时,“光为什么会发生折射现象?不同的介质对光的折射本领一样吗?”学生在研究过程中不仅要学习实验的方法,还要学习探究物理知识的一般途径。
二、初中物理探究性实验课的课堂设计
1、教学目标的设计
探究目标是整个探究设计的中心,要根据初中学生的学习特点、学习内容和学习能力,从二期课改三个纬度的目标来设计。通过探究实验不仅仅要使学生获得相关知识和技能,更主要的是通过探究成功的体验来培养学生科学的情感态度与价值观。
2、教学内容的设计
初中物理与学生的生活联系密切,初中物理知识中可作为探究实验的教学内容相当丰富,探究内容要与学生的生活紧密相关,还要具有可操作性。
3、教学方法的设计
(1)创设情境,提出问题
学生虽然天天看到某些现象,但未必能像科学家那样“主动”发现问题。“苹果落地”的现象看到的人很多,却很少有人探究万有引力的存在。上海二期课改的课程目标要求是:初中阶段的物理课程强调激发学生学习的兴趣,发展探究意识,养成自主学习的习惯。我们学习的都是前人总结过的知识,而我们要培养的是学生的探究意识和能力。
要达到这个目的,首先要激发学生的探究兴趣,所有的探究都是从好奇开始的。例如在蒸发教学中,老师可以用水和酒精在黑板上分别写字,一会儿,黑板上的字都“干”了,而且酒精字“干”得快。
当学生发现这个现象后,很自然地就会想为什么会这样,有助于激发学生解决问题的动机。
在初中物理教材中,提供了许多小实验,如在“探究压力的作用效果”时,可以组织学生亲身体验,用拇指和食指压住铅笔的两端,学生会感受到“压笔尖的手指比压笔尾处的手指疼”,很容易猜想到压力的作用效果与受力面积有关。
通过情境的创设,引导学生注意观察、发现问题,可以增强初中学生对科学的好奇心,养成主动探究的习惯。情境的创设方法除了实验法以外,还可以用多媒体课件模拟,或用录像、图片展示等。
(2)合理猜想,形成假设
通过创设有效的情境,学生会产生疑问,由此激发起探究热情。作为教学主导者的教师如何因势利导,引导学生对问题形成合理的假设,也是课堂设计的一个要点。例如在“探究浮力的大小与哪些因素有关”时,学生可能会猜想:浮力与物体浸没的体积有关;浮力与液体的密度有关;浮力与物体浸没的深度有关。教师应在学生猜测的基础上予以点拨,学生一时猜错也是正常的,允许学生通过分析、比较进一步讨论,最终形成假设。
(3)制定计划,设计实验
初中阶段物理的学习要求学生了解科学探究的基本过程,能用合适的方法进行探究。初中最常用的就是“控制变量法”,影响问题的因素如果不止一个,那么在研究其中一个因素对问题的影响时,应保持其他因素不变。如上述实验中,若要探究浮力大小与物体浸没的体积是否有关时,就必须保持液体的密度和物体浸没的深度不变;同样,若要探究浮力大小与物体浸没的深度是否有关时,就必须保持液体的密度和物体浸没的体积不变。当然,通过实验,学生最后会发现浮力大小与物体浸没的深度无关。
问题导向学习(PBL)始于上世纪60年代的美国,先后在商业、法律、教育等各个行业得到了广泛应用,并在跟多专家学者的研究中得到了发展。问题导向学习理论在我国的研究起步较晚,新课改后有些教师才开始采用问题来组织课堂,针对性较小,内容比较单一,应用的范围也比较狭隘,大多仅限于课堂。
很多专家学者对问题导向学习理论进行了定义,这些定义虽然存在差异,但其核心可归纳为三个主要部分。
第一,问题导向学习理论侧重以问题为学习的起点。问题导向学习理论和核心要素在于问题,它注重让学生带着疑问投入到学习中,将学习的过程转化为解决问题的过程,促使学生在学到理论知识的同时也掌握相关的技能,从而提升学生的问题解决能力。
第二,问题导向学习理论侧重于小组合作。当前的基础教育中很多教师也善于利用问题来组织课堂,然而,其具体做法是提出一个问题让全体学生解答,在解答问题的过程中学生各自为战,这种方法不利于启发学生的思维,促进学生成长。而问题导向学习则侧重于小组合作,在实践中,教师可让每个小组解决不同的问题,也可给出一个问题,让各个小组采用不同的方法来解决,如此,则有助于学生健康快速的成长。
第三,问题导向学习理论侧重主体与主导的角色清晰。面对一个问题,无论问题是人为(教师)造成的,还是成长必需的,都必须由学生自主来解决,这也是问题导向学习理论的主要内容。
二、问题导向学习理论在探究教学中的应用
在实践中,教师可将探究教学与问题导向学习进行整合,将探究的主题设计为问题,将问题视作一个课题,引导学生或在课堂上解决,或去生活中解决,以此来提升学生的问题解决能力。
以“浮力”一课为例。
在课堂开篇,笔者首先以实验来创设课堂情境:将一个空塑料瓶放入盛满水的盆里,此时塑料瓶会浮在水面上;而将塑料瓶灌满水,再次放入水盆中,此时塑料瓶会沉入水底。
问题1:为什么第一次实验塑料瓶会漂浮在水面上?而第二次则沉入水底?
引导学生进行小组讨论并解答:第一次实验中,空塑料瓶浸入水中后产生压强,而瓶体正起到了传递压强的作用,水面对瓶体产生向上的压力,所以塑料瓶才会浮在水面上。而第二次实验中塑料瓶里灌满了水,则增加了它的质量,水面向上的压力减小,则水会外溢,而塑料瓶则沉入水底。
问题2:物体在空气中是否也会产生浮力?
演示实验:将氢气球放在空中,则气球会上浮;而在氢气球底部的绳子上系上重物,则气球会停留在空中。
问题3:水中的浮力和空气中的浮力有哪些共同之处?能否根据实验总结出浮力的定义?
小组合作解答:物体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)称作浮力。此时浮力的定义则提取出来,由此,学生也学到了关于浮力的知识。然而,知识并不代表技能,要将知识转化为技能,教师就必须要进行进一步的引导。
近些年来,生活化的教学越来越受到教师的青睐,由于物理是一门生活性需求很高的学科,这就要求教师在教学过程中,把课堂教学与生活实际紧密联系起来,让学生能够学以致用,真正做到知识源于生活,并服务于生活。
一、将生活引入教学,调动学生兴趣
在物理教学过程中,一些公式或者定义往往很枯燥无味,当需要记忆时,学生往往提不起兴趣,而这些公式和定义又通常是物理教学的重点内容,需要学生熟练掌握和运用。生活化情境教学就是在这种情况下应运而生的。教师在进行备课时,要注意运用生活中常见的现象或者场景作为本课主题的牵引,以此来达到吸引学生注意力的目的,促使学生能够集中注意力进行学习。例如,正式开始讲课之前,教师就可以对学生进行提问,初中物理是一门怎样的学科,学生们有没有兴趣跟教师一起来学习这门学科,学习物理这门课程有什么用处能够解决什么问题等,让学生对物理有一个初步的认识。在讲到相关的物理知识时,还要从生活常见的现象入手,对学生进行引导。如,在讲到浮力的内容时,教师就可以对学生提问:“有谁坐过船?在坐船时,船上承载那么多人和物体,为什么依然能够漂浮在水面上而不沉没?但是当船触礁或者与其他船只相撞时,往往会发生缠磨的现象,这又是为什么?”有了这些问题进行铺垫,学生的兴趣就被带动了,就会在好奇心的驱使之下,认真学习教师所讲的知识。在对知识进行基本讲解之后,教师引用阿基米德的事例,讲述他是如何受到启发,在何种情况下发现浮力现象并最终得出结论的,也就是阿基米德定理。这样进行教学之后,不仅能够加深学生的印象,而且在以后涉及有关浮力的知识时,学生也能够进行解答,并不断探索和研究。
二、创设生活情境,满足学生求知欲
教师在进行教学时,适当为学生创设生活化的课堂情境,不仅可以满足学生求知欲,也能让学生学到知识。例如,在讲到“光的反射现象”时,教师就可以根据生活常识,让学生对着镜子进行思考,为什么镜子会映射出自己,然后进行讲解,学生就会对知识学习得更加透彻。再如,冬天往暖壶里倒满水盖上壶盖塞子时,往往会听到“砰”的一声,然后就会看到壶盖塞弹出来。让学生自己分析其成因,并在进行实验之后自己总结成因,然后教师公布正确答案:由于暖壶内的热空气与瓶盖口处的冷空气接触,冷空气与热空气发生热传递,冷空气的气温升高,热胀冷缩,冷空气受热膨胀,对塞子做功,就会将塞子弹出来。这时,只要将暖壶轻轻摇动几下,将冷空气赶出暖瓶之外,就不会再发生上述现象了。
三、结合生活情境,激发学生积极性
在物理教学中,不可缺少的就是实验,通过实验对物理现象的原理进行验证,是掌握物理知识的必经之路。有些学生认为实验很难进行操作,这时教师就可以结合生活化情境来对学生进行启发,激发学生学习的积极性。例如,教师在引导学生做“光的折射定律”的实验时,就可以先让学生进行演示。桌子上有一个装满水的透明玻璃杯和一根筷子,将筷子放入水中,让其他学生从不同角度进行观察,就能发现筷子在水中是弯的,并且是从水面与空气交接的地方开始弯曲的,这时教师就可以对学生进行提问,明明筷子本身是笔直的,但是放入水中之后就像弯曲了的一样,为什么会形成这种视觉差异呢?这样就可以引出教学内容:光的折射。
随着人们对生活与教学间的关系越来越重视,生活化情境课堂教学逐渐深入人心,这种新型的教学方式不仅能够调动学生的学习积极性和主动性,还能促使教师不断转变教学方式,虽然在实际的教学过程中,还存在一些问题,但是通过学生与教师的共同努力,这些问题终将被解决。
参考文献:
[1]谭龙飞.简谈初中物理课堂教学的生活化[J].教学c管理,2010(7).
(二)、应用信息技术进行倾听学习信息技术的应用,使学生们更好的倾听物理现象中的声音,通过计算机音响播放各种声音,使学生们学习物理知识[2]。例如,在学习《噪声》这部分的知识内容的时候,教师利用计算机和配置的音响,给学生们播放着好听的乐曲,紧接着有播放工厂的嘈杂声,机械加工的声音,汽车的鸣笛声,婴儿的啼哭声等等,学生们马上会感到从优美的环境中转变成了噪杂多变的环境,并且大家都不喜欢后者的声音,接着教师再讲噪声的定义,以及噪声是如何被控制的措施,这样学生就会更加认真地学习。通过信息技术在物理课堂的应用,使学生真实的感受到生活与物理知识紧密相关,更好的学习物理知识保护自己和自己的家园,利用物理知识更好地来造福于人类,造福于社会。
(三)、应用信息技术进行联想学习信息技术的应用,使学生们在学习物理知识的过程中结合网络的帮助,联想出更多的物理现象,发现更多的物理奥秘[3]。例如在学习《浮力》这部分知识内容的时候,教师通过将计算机连接网络,使学生们通过网络找到更多的与浮力有关的现象和知识,同学生们都积极主动地查找着与浮力有关的视频、图像、文字等,在网络技术的帮助下,学生们很快就找到了许多和浮力有关的视频、文字等,教师要求学生们思考影响浮力的因素,并且在黑板上给出,一些物质(石子、海绵、泡沫、木块),问学生们他们在水里将会是怎样的不同状态?受到的浮力是怎样的?学生们就会结合自己在网络中查找的资料,合理的想象教师安排的任务。通过信息技术的网络的帮助,使学生们在头脑中顺其自然地勾画出与课堂知识内容有关的生动画面,有效地提高学生们在物理方面的自学能力,使学生们在学习物理知识的过程中不断的进步,使学生们的学习成绩得到明显的提高,同时提高了学校的教学质量。
1.激发兴趣,增强信念.物理是一门具有明显辩证性与和谐性的学科,物理知识中凝结着自然美与物理学家的智慧,但受传统教学模式的影响,学生在学习物理时面对的是毫无生气的定义、公式,匮乏的教学设施,限制了学生对物理知识有全面深刻的认识,导致学生缺乏对物理学科的兴趣,只是被动接收教师讲解的内容.随着微课理念的提出及与初中物理课堂的有效融合,使教材中的概念和具体实验直观且生动地展现在学生面前,物理知识变得更加丰富有趣.通过多媒体的形象展示,有效刺激了学生的兴奋中枢,激发了学生的学习兴趣,满足了学生对于探索知识的需求,进而促使学生形成坚定的学习信念.
2.针对性明显,扩展教学空间,提高教学质量.微课的时间一般在10分钟以下,视频中的知识点具体且精细.由于其具有短小精湛的特点,因此便于教师制作和学生使用.微课一般是围绕某个知识点进行单独的分析,没有冗杂的导入和铺垫,突出难点、重点,针对性明显,有利于学生理解和掌握物理知识的精髓.微课也有利于促进互动式教学模式的形成,加强师生间的沟通交流,方便学生向教师提出疑问和教师及时了解学生对知识的掌握情况,学生可以把自己遇到的问题反馈给教师,教师可以根据学生的实际需求制作微课的内容.这样的教学模式,改变了传统教学中教师一个个分析问题的情况,为学生提供了一个可以随时观看和学习的资源,使教学不再局限于正式的课堂,学生可以自由灵活地学习,扩展了物理教学空间,提高了教学效率和教学质量,从而有利于学生全面发展.
二、微课与初中物理教学有效融合
1.教师要发挥能动作用.在传统的物理实验教学中,教师由于担心学生对实验的过程不够熟悉、不会操作,占用了大量的时间为学生分析实验原理、讲解实验方法、正确选择仪器等,然后让学生进行机械实验,不利于学生对于物理现象的理解和掌握.因此,教师要转变传统教学观念,对于知识较为简单、目的性明显的物理实验,大胆运用微课,让学生在课前对实验的内容和操作过程有所了解.这样,教师在正式授课时可以突出重点、剖析难点,提高学生学习的自主性,从而达到优化教学资源、提高学生的物理应用水平的目的.
2.突出重点知识,预设与生成共同促进教学方式的变革.在制作微课时,教师要体现出较强的前瞻性,即教师在对学生的情况有深刻了解之后,做好预设,突出重点知识,还要兼顾学生对知识的理解程度.在制作微课前,教师要进行充分的调查,通过布置作业、训练题等方式,对学生存在的困惑有足够的了解.这样,才能有针对性地创设微课.这样的物理课堂,不再是教师导演的结果,而是由学生和教师共同创建的.在提出问题时,教师不能只是单纯地为了达成自己的教学任务,而忽视学生的问题,要注重培养学生的实践操作能力和学生对物理知识的持续性兴趣.在处理学生的浅显问题时,教师可以即时予以回答;对于复杂的问题以及需要教师深入讲解的问题,教师可以制作微课,对学生进行针对性的讲解和辅导;对于值得学生深入探究的问题,教师可以根据实际情况,适时地改变预设教学目标,引导学生对该问题展开深入探究.
在初中物理探究教学中渗透科学方法教育,可以帮助学生充分理解和掌握物理知识点,熟知物理变化规律,并以此为依据将物理知识运用到实践中,解决实际物理问题,实现初中物理教学的目的。在传统初中物理教学中,教师过于重视自己的“教”,常常忽略了学生的“学”,一定程度上抹杀了学生学习物理的积极性和主动性。对此,初中物理教育者要积极转变教学观念,采用科学的教育方法,将“授人以鱼”的教学模式逐渐转化为“授人以渔”,提高学生的自主学习能力,进而提升学生的物理素养。
一、强化基础知识,探究科学方法教学
在初中物理教学过程中,探究教学就是学生自主探究实现课堂教学的目的,是现代化教学模式之一,在实际应用过程中,实现师生或者生生之间的充分互动交流,提高学生参与课堂教学活动的积极性与主动性。这种教学模式以探究作为物理课堂教学的核心,使学生可以发现问题、提出问题,最后利用集体或者个体的力量解决问题。
在初中物理探究教学中开展科学方法教育,教师要先从物理基础知识入手,加强学生物理基础知识的掌握能力和运用能力,以研究物理问题为重点,让学生了解物理概念与物理知识,进而发挥科学方法教育的作用,提高学生的综合物理能力。例如,在人教版初中物理“汽化和液化”一课的教学设计中,以学生活动为主线,让W生探究沸腾的特点以及蒸发与液体的温度、表面积、表面空气流动的速度的关系。教师要以学生生活中较为熟悉的现象为例,化抽象思维为形象思维,让学生很好地理解蒸发和沸腾的概念。设计的实验过程如下:教师取一烧水壶,壶嘴正冒着热气,提出“壶嘴为什么冒白气”的问题。为了效果明显,壶嘴上可盖一玻璃片,玻璃片上出现大量水珠。通过演示实验、口述过程、得出结论,使学生直观、形象地理解汽化现象,教学难点迎刃而解。在通过探究实验得出沸腾和蒸发的有关知识后,教师要注重引导学生运用所学知识解释生活中的沸腾和蒸发现象,掌握科学方法,全面提高学生的知识运用能力和综合素养,进而实现本节课的科学方法教育。
二、进行物理实验,开展科学方法教学
在初中物理探究教学过程中,为了提高学生对物理知识点的理解力,教师一般要借助物理实验引导学生进行物理探究,感受直观的物理现象。同时,在进行物理实验的过程中,教师和学生可以对实验过程和实验现象进行讨论,借助物理实验开展科学方法教育,达到物理探究教学的预期效果。
例如,在人教版初中物理“升华和凝华”一课的教学设计中,在探究碘的升华和凝华中,教师要引导学生进行实验,在烧瓶中放少量碘,同时摇动烧瓶,并展示碘的变化,提出“烧瓶里的碘是什么状态的?瓶塞底部是什么颜色的”。学生可以听见碘在烧瓶里晃动的声音,观察碘的状态并回答:烧瓶内是固态的碘,瓶塞底部是白色的,同时把观察到的现象填写在导学案上。摇动烧瓶是为了让学生确定里面的碘是固态的,展示则是让所有学生都能清楚观察。为了确信碘的凝华现象,让学生观察瓶塞底部的颜色,培养学生观察和记录实验现象的习惯。综上所述,利用物理实验进行科学方法教育可以有效提高学生的科学思想,培养学生的创造性思维能力和想象能力,为科学方法教育创造有利的教学条件。
三、观察物理现象,渗透科学理念
初中物理学科在实际教学中有极强的实践性与操作性,为了实现物理教学水平和教学质量的提升,教师要引导学生采用多样化的学习方式学习物理知识,提高物理学习效率和学习质量。在物理探究教学中,物理现象作为物理实验的最终结果,对科学方法教育具有非常重要的意义和作用。教师可以借助物理现象对学生开展科学方法教育,进而实现物理探究教学的最终目的。
例如,在人教版初中物理“浮力”一课的教学设计中,为了使学生深入了解浮力,教师可以开展浮力实验教学活动,先将小石块悬挂在弹簧测力计下,示数为F1;再将小石块浸没在水中,弹簧测力计示数为F2;将小石块从水中取出,给一个向上的托力,弹簧测力计的示数也能变为F2。学生观察实验现象,得出水给小石块一个向上的力,教师加以总结,得出浮力定义:浸在液体中的物体受到液体向上的托力,这个力叫浮力。
在初中物理探究教学中渗透科学方法教育,有利于提高学生的科学方法意识,提升初中物理探究教学效果,促进学生的全面发展。
参考文献:
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2015)12-0018-4
关于浮力的概念,苏科版八年级物理第十章第四节中,通过四幅图提供的实验情境,得出了“浸在液体或气体里的物体,受到液体或气体向上的托力,这个力叫浮力。”在教学实践中,教师应如何创设实验情境,采用怎样的引导方法,让学生通过实验认识浮力呢?听课中发现,教师不一样的认识方法和实验设计,导出了异样的观察结论。
1 无疑处生问
在一次“浮力”优课评比活动中,老师用实验帮助学生建立“浮力” 的概念,为了直观显示浮力的方向,用细线系住乒乓球,让学生观察乒乓球在水中静止时细线伸长的方向,而且在旁边还加挂了重锤线与之对比,以此来说明浮力的方向总是竖直向上的。教师的此番设计可谓煞费苦心,由此实验演示,学生也毫无疑问地观察得出浮力的方向是竖直向上的,但教师板书时却没有“竖直”二字。那么,究竟是“向上”还是“竖直向上”呢?学生普遍获得的认识和得出的结论是怎样的呢?笔者在课后随即进行的课堂检测中,有意出了与此相关的一道选择性填空题:浮力的方向是: (填“向上”或“竖直向上”)。结果,45位学生中填“向上”有12位,填“竖直向上”有33位。后经问及几个填“向上”的同学为什么选“向上”时,他们的回答是“书上只说向上,没说一定竖直向上”;问及几个填“竖直向上”的同学的理由是什么时,他们的回答是“课上的实验事实可见”。让他们在一起讨论时,也有几个同学疑惑地提出:为什么书上和老师在黑板上都没有写“竖直”二字。这样,就在看起来没有问题、不是问题的地方,却产生了一个值得深究的问题。
评课时,笔者把这个问题提了出来,与老师们研讨交流。部分老师也认为“亦可以说竖直向上”,理由是:从浮力的本质来看,浮力产生的原因是浸在液体中的物体受到液体的压力的合力。在静止的液体中,通常用“小液柱法”来研究(如图1),因为静止时液体的压强随深度的增加而增加,但在同一深度,液体向各个方向的压强相等,所以小液柱的下表面受到向上的压力与上表面受到向下的压力的合力就是浮力,方向是竖直向上(前、后,左、右受到的压力的合力为零)。
2 辨析中明理
鉴于此,笔者提出,假如学生叩问这样一个问题:洗衣机工作时,浮在水面上跟着水一起转动的乒乓球受到的浮力方向是否竖直向上?因为乒乓球不保持静止,那么应该通过什么手段让学生明白此时浮力的方向呢?
此时,有的老师拿出课上用的实验器材,用笔作搅拌器将容器中的水搅拌起来,形成漩涡,看到“系住乒乓球的细线”倾斜(这位老师就是用细线系住乒乓球),说道:细线的方向就是浮力的方向,不是竖直向上,而是偏向容器侧壁斜着向上(即偏离圆心向外)。上述老师的分析,恰恰暴露出他们关于浮力这部分专业知识和教学知识视野的局限性。
至此,可发现存在两个问题。其一,系住乒乓球的细线伸长的方向是不能表示浮力方向的。此处“用系住乒乓球的细线”来直观显示浮力的方向,看似是对学习重力方向的一种迁移,但重力方向用重锤线来显现,是根据重锤受到的重力和细线的拉力是平衡力的原理,具有特殊性,是在特定条件下的一种间接反映,而不是本质反映,实际上细线的伸长方向应该是其产生的张力的方向。若以此为方法来显示各种情形下的浮力方向,本身就犯了认识方法上的错误。如果学生将此方法固化,形成认识定势,对今后的学习就是一种方法上的“前概念”的错误,会产生负影响。其二,当液体静止时,小液柱的前与后、左与右受到的压力可以平衡;但液体不是静止时,情况又是怎样呢。从动力学的角度进行分析:因为液体的压强与流速有关,在同一深度,流速越大,压强越小。漩涡中,靠近漩涡中心处,液体的流速大,在漩涡中的乒乓球,其靠近容器壁的那个侧面受到的压强比靠近漩涡中心的侧面受到的压强大。正因为如此,在乒乓球跟着旋转做圆周运动时,液体除了对球产生向上和向下的压力差,同时也产生向内和向外的压力差,这个向内和向外的压力的合力方向指向漩涡中心,所以乒乓球受到液体压力的合力方向由向上和向内两个方向共同决定,不是竖直向上,而是偏向漩涡中心斜着向上。
如果再从普通逻辑学的视角来看(普通逻辑不研究概念的形成过程,只研究概念的逻辑特征、逻辑方法),“概念不是反映事物的具体形象,而是抽象地反映事物的本质属性,舍弃了事物的非本质属性”,“人们通过它反映的本质属性去认识具有这些属性的事物”。浮力作为“普遍概念”(而非“单独概念”)系“反映某一类事物的概念,它的外延不是由一个单独的对象构成的,而是指有许多分子的类”。因此,对浮力概念下定义应当是“概念的概括”,而不是“概念的限制”。对概念的概括即从特殊过渡到一般,掌握事物的共同本质;对概念的限制即从一般过渡到特殊,使认识具体化。给概念下定义就是揭示被定义概念所反映对象的本质特征、共同特征。教材中在给浮力下定义时,在关于浮力方向是“向上” 抑或“竖直向上”的词语定义上,采用的“向上”是符合普通逻辑方法的。这也正说明了教材中关于“向上”的词语定义是准确的。
鉴于以上分析,可以有两种解决办法。其一,用动力学知识进行分析。这样处理,学生感觉比较抽象,难以理解。其二,能否再做新的实验,让学生直接观察到浮力的方向,但这个实验很难设计。再分析学情,学生在前面已经学过“力与运动”,知道力是物体运动状态改变的原因,会根据物体运动状态的变化来判断力的存在,那就可以沿着这一思路,创设新的实验情境,来帮助学生自我认识。换言之,可以创设对比性实验情景,抓住对物体受力分析这一核心,通过对照比较、分析研究的方法,达到异中求同,让学生在比较中认识到浮力的方向。
具体操作可采用以下步骤:
1.演示:用细线系一小铁球,让细线吊住小球在水平面上旋转,请画出小铁球的受力示意图。
2.学生实验:用搅拌器将容器里的水搅转起来,形成漩涡,乒乓球跟着转动。请画出乒乓球的受力示意图。
3.对乒乓球和小铁球的运动状况和受力情况进行比较。思考:两球的运动状态发生改变的原因是什么?小铁球受到细线拉力的方向是竖直向上的吗?如不是,应该是什么方向?乒乓球受到浮力的方向如果是竖直向上,乒乓球能在水平面内转动吗?乒乓球受到浮力和小铁球受到细线的拉力作用的效果是否一样?乒乓球受到浮力的方向应该是什么方向?
显然,通过两个实验的对比和辨析,学生能理解课本上为什么没有“竖直”二字,不是课本叙述不够严谨,而是从普遍性来说更科学、更能反映事物的普遍规律。
3 反思中求真
3.1 从实验情境的特殊性到导出结论的普遍性:力避以偏概全
“什么是浮力”属于概念探究,教师创设怎样的探究情境,关乎学生归纳的途径和结论的得出。课本提供的腾空而起的气球、浮在海面上的舰艇、在水中升起的乒乓球、浮在死海海面上的人等情境中,都能说明浮力的方向是竖直向上的。但学生生活中遇到的一些现象,如洗衣机工作时,浮在水面上跟着水一起转动的乒乓球,漩涡将浮在上面的小木块吸到水底等。这些情境中的乒乓球和小木块受到的浮力的方向确实不是竖直向上的。如仅就课本提供的情境,则显得太狭窄、太特殊,未能兼顾全面,且得出浮力方向一定是竖直向上,就显得以偏概全,以至学生生成错误认识,得不出一般性的结论。需要指出的是,我们并非刻意要让学生理解在特定情形下物体受到的浮力方向是斜着向上,因为人们对真理的认识犹如登山,攀的越高则视野越宽,认识则越深刻。对真理的认识也是有过程的,作为对初学物理的学生而言,不应要求过高,但作为教者,一是应有高于学生的认识,二是不应束缚住学生的思维空间,让错误的认识潜伏下来,给今后的学习留下隐患。记得有一位特级教师说过:初中物理教学应慷慨事实,吝啬结论。这句话的意思就是:教学中应创设丰富的情景以提供事实基础,结论的表述既要适合学生现有的认知能力(特殊性),又要留有“登高”后的认知空间(普遍性)。
3.2 从“概念表象”到“概念核心”:对概念的深度构建
不少教师在概念教学的过程中,对概念背后的“核心”究竟是什么,对这个概念中有哪些关键的知识是需要学生深度学习的,哪些只要通过教师点拨一下学生就可以观察得出的,等等问题缺少深入的研究和把握,而一味地把教学的重心指向所谓的概念描述的主要特征――“概念表象”,忽略了概念的核心――知识内在的思维方式。 比如,在“浮力”概念的教学上,把重心放在了如何能让学生看到向上之托力,“导致学生在观察、思考过程中,形成对所学概念的‘思维表象’,阻碍了学生向学习目标的深度追溯”。
有效的概念教学应当追问和直抵“核心知识”,抓住知识的核心要害进行深入剖析,使学生从本质上掌握埋藏在“概念表象”背后的“核心知识”。“浮力”这一概念的核心知识就是:在实验探究中应用已学过的“力与运动”的知识,对浸在液体中的物体的受力进行判断、分析、比较及推理;而“向上之托力”只是“概念表象”。在授课中,教师如果一味地追求让学生能观察到浮力的方向,而忽视了探究中的“受力分析”这一核心环节的深入学习,就不能把隐匿在结论之中的内在思维方式再现出来,释放其应有的发展价值,也就达不到对浮力概念内涵的深度构建。
从科学准确地理解浮力概念的教学要求来说,就是要引导学生观察与“浮力方向”有关联的“其他区域”――“影响源”,并通过判断、分析、比较及推理等思维活动,穿透“概念表象”,在挖掘其背后原因的基础上,引导学生自主建立浮力概念,促进学生深度把握浮力的本质内涵和物理思考力的提升。这样,也就避免了游离核心知识,落入“概念表象”之巢穴。
3.3 从源于课本的典型实验到变式设计的再实验:延伸实验链
为了达到对物理概念、原理的深刻认识,实际教学中,想通过某一典型实验“一次到位”、理解透彻,有时很困难,往往需要跟进“变式设计”,运用方法迁移等手段,进行二次甚至三次类比实验,形成实验链,以完成对知识内容由表及里、由特殊到一般的完整认识。如果本课例中教师在教学设计中就有预设,演示乒乓球在静止的水中受到浮力的实验后,再提出如果容器中的水是转动的,用对比性实验进行二次认识,即使学生在第一次认识中生成了“抑或竖直向上”的“错误”认识,也恰好为深入探究的“对比实验”作了导引,形成了生成性教学的活的课程资源,延生出破解概念核心的实验链。
在很多情况下“二次实验”是必须的,教材中需要通过变式设计延伸实验链的还很多。例如,苏科版第八章中“判断重力的方向”,教材中的原实验如图2。这样的教学设计虽然有利于通过变化木板的倾角α,直观显现悬线OA始终与工作台面垂直,但是从学生认知的角度看,“竖直向下”是一个很抽象的概念,学生很可能提出这样一个问题:“工作台面真的水平吗?”这时,就需要改进实验素材进行再次实验,可将图2中的“用重垂线来显示重力方向”予以保留,(下转第23页)(上接第20页)用长方形水槽构建真实的水平面来代替“看似水平的工作台面”,用直角三角板来判断重垂线与水平面的关系。实验中,保持直角三角板的与重锤线重合的那条直角边不动,且以这条边为轴,转动三角板,观察另一条直角边与水槽中的其他水平线是否垂直。通过再一次的真实探究,使学生对“工作台面真的水平吗?”这一问题自然得到求证。这样,“重力方向是竖直向下”的这一概念就自然使学生深信无疑。
通过变式设计延伸实验链,有时是为了“证伪”(如“浮力方向”的再实验),消解误识;有时是为了“证真”(如“重力方向”的再实验),形成真认识。探究是一种多侧面、多形式的活动,教师应针对初中学生的认知特点,尽可能提供给他们丰富、多样的材料,并且加以恰当的理性引导,逐步提升他们缜密的思维品质。
参考文献:
[1]《普通逻辑》编写组.普通逻辑[M].上海:上海人民出版社,1980.
所谓发散性思维就是对同一类型问题,在不同的条件下,提出多向性、多变性的解决问题的方案的思维。而初中学生由于受年龄和阅历等方面的限制,他们的思维能力虽然已有了相当的发展,但思维形式明显偏重于具体思维,其发散思维意识相对薄弱,因此,在课堂教学中应注意加强学生发散性思维能力的培养。实践表明,利用初中物理实验可引导学生广开思路,从多个角度去观察和分析问题,所以对初中生进行发散思维能力的培养是完全可行的。下面就如何利用初中物理实验教学培养学生的发散思维能力来谈一谈本人的一些做法。
一、从基本公式、定义出发,多途径、多方位地寻找处理实验问题的方法
即我们实际教学中常见的“一题多解”。也就是说,在基本原理相同的前提下,从已学知识出发,尽可能地挖掘出各种直接或间接的可行的测量方法。例如,在测量固体(如:圆柱形金属)的密度实验中,可从公式ρ= m / V出发,用天平直接测量或用弹簧秤间接测量出物体的质量m,用刻度尺或量筒测量物体的体积V,并指导学生将这几种方法进行组合,则测量物体密度的方法就可有四种。随着学生物理的知识面的逐渐扩大,在学生接受了压强、浮力的概念及杠杆原理后,可引导学生用弹簧秤进行浮力称重法、用杠杆间接称质量法、天平等质量法来测。不仅固体密度测量方法很多,液体密度测量方法也较多,如密度计直接测量法、海尔法(利用连通器原理)、天平等质量法、杠杆法等。最后,要注意引导学生总结归纳出这几种方法的基本原理都依然是密度的定义式:ρ= m / V ,从而达到“殊途归一”的效果。
二、相同实验目的,通过变换实验器材,引导学生变换思维触角,将多个知识点进行相互沟通和综合,灵活地处理问题
例如,现要求用实验测出待测电阻RX的阻值。
1.如果给你的器材中电流表、电压表均齐全,则可用“伏安法”来直接测量待测电阻两端的电压UX及通过的电流IX,后用公式 即可求得待测电阻RX 。
2.如果给你的器材中缺少了电流表、滑动变阻器,但多给了一个已知阻值的电阻R0,则要用电压表来直接测量待测电阻两端的电压UX,并设法利用串联时电流处处相等的性质来进行间接测量通过RX的电流的大小IX——串联等流法。