時間:2023-08-31 09:20:52
緒論:在尋找寫作靈感嗎?愛發表網為您精選了8篇歐姆定律科學方法,愿這些內容能夠啟迪您的思維,激發您的創作熱情,歡迎您的閱讀與分享!
一、將定值電阻改用電阻箱進行實驗
絕大部分老師在進行蘇科版歐姆定律實驗教學時常常有這樣的一個困惑,定值電阻標有10歐姆,在進行實驗時定值電阻的阻值卻不準確,給歐姆定律實驗帶來了一些不必要的麻煩。我認為定值電阻不準確的原因是:定值電阻出廠時是很精確的,但是由于學校購置后存放在實驗室的條件不好,另一方面定值電阻存放時間過長,現在實驗室中的定值電阻還是八十年代的產品。所以有些定值電阻的接線柱上面已氧化,電阻線也發生了化學變化,常見的10歐姆的電阻只有8歐姆左右。學校的實驗經費有限,不可能每年都購買新的定值電阻。另外在研究電流與電阻的關系時,要多次改變定值電阻的阻值,多次改變所連的電路,浪費了許多實驗時間。為此我嘗試用電阻箱來代替定值電阻進行實驗,效果顯著。一方面電阻箱電阻線在箱內,不易氧化。另一方面電阻箱內電阻的精確度高,一般實驗室用的J2362-1電阻箱的誤差為0.1歐姆,大大高于定值電阻的精確度。另外在進行研究電流與電阻的關系時,要多次改變定值電阻的阻值,利用電阻箱進行實驗就不必重復拆線連線,節省了許多實驗時間,大大提高了課堂效率,讓學生在課堂上有更多的時間來提高自己的知識技能。
二、電源由干電池組改為學生電源
這個探究歐姆定律的實驗在書本上用干電池組進行學生實驗,但是使用時由于干電池使用時間較長,干電池內部會發生化學變化,干電池的電阻會發生變化,對實驗的操作會產生影響。即使用了三節干電池,定值電阻兩端的電壓不一定達到3伏。另外從環保的角度分析,一學期電學內容的學習,學生至少要進行三次電學學生實驗。如果大量使用干電池作為電源進行實驗,一個中等規模的初級中學會產生一千多個廢舊電池,一方面大量浪費了學校有限的辦公經費,另一方面學校對廢舊電池處理不當,對周圍環境會產生嚴重影響。綜合上述考慮,我認為用學生電源來替代干電池,學生電源干凈污染少,還可以避免干電池內阻對實驗的影響。當然學生電源并不是沒有缺點,學生電源如果使用不當對人身安全有危險。我認為今后物理老師進行電學物理實驗時,盡可能使用學生電源,只要安全措施恰當,學生電源是進行歐姆定律和其他電學實驗最好的電源選擇。
三、導線由接線端帶叉口的導線改為兩端是鱷魚夾的導線
學生在進行歐姆定律實驗時連七根線,學生在連接電路時,經常不能捏緊螺母,造成接觸不良,實驗效果較差,為了提高學生做歐姆定律實驗的效率,我校在進行歐姆定律實驗時,用鱷魚夾來代替帶叉口的導線??晒澥∵B接導線的時間,我做過調查,學生用鱷魚夾代替帶叉口的導線連接電路后,連接歐姆定律實驗電路圖的時間大大的提高了。另一方面連接電路的成功率由原來的50%提高到80%左右,減少了一些不必要的檢修時間。節省了實驗操作時間,增加了學生進行探究的時間。另外為了提高實驗的精確度鱷魚夾最好用銅制,導線改用較粗的銅導線,在導線與鱷魚夾連接處應用錫焊或銀焊,這樣導線與鱷魚夾不易脫落。焊接處應加一根橡膠管加以保護,這樣同學們在使用時不易折斷,盡可能提高實驗的成功率和精確度。有些老師認為實驗存在誤差可以證明實驗的真實性,其實這種觀點是不科學的,在以前實驗環境較差、實驗器材精確度不高,在這種情況下誤差較大也是正常的。但是現在無錫地區經濟基礎較好,各校都在進行現代化實驗改造或已經完成現代化實驗改造。如果此時實驗誤差較大,這與物理老師的嚴謹,對科學的一絲不茍的精神是不相符的。
四、數據處理時采用整數
通過本節課的教學,構建一個“人文、物理、社會”三維的教學課堂,在引導學生探究物理知識的同時,滲透“以人為本”的理念。讓“研究性學習”走進課堂,走入學科教學,以此來切實增強課堂教學的開放性、生成性。張揚學生個性,最大限度地發展學生的創新思維和實踐能力。實現落實從生活走向物理,從物理走向社會的課程理念。
二、教學目標
1.通過對科學家歐姆事跡的介紹,激發學生勇攀科學高峰的斗志;通過歐姆定律的建立,使學生體驗自然界各種運動和變化必然遵循一定的客觀規律;在科學探究的活動中親身體驗,受到從特殊到一般的科學方法熏陶,以此來培養學生嚴謹細致、實事求是的科學態度。
2.記錄實驗數據,知道簡單的數據處理方法,提高連接電路及正確使用電流表、電壓表、滑動變阻器的技能。
3.使學生初步了解科學實驗的設計,培養學生設計實驗、控制變量并運用分析、比較、歸納等方法進行科學探究的能力。以此來培養學生初步提出問題的能力及信息的收集和交流能力。
三、教學重點
建立歐姆定律,理解其含義。
四、教學難點
就是實驗的設計和探究過程。
五、課時安排
一課時。
六、教學過程
1.提出問題:通過一系列實際問題,引出“探究電流與電壓、電阻會不會有定量關系”的問題,體現了從生活走向物理的課程理念。
2.猜想或假設:讓學生參與到課堂學習中來,結合已有的電學知識和生活經驗讓學生作出猜想,并說明猜想的依據。
3.設計實驗:小組討論如何改變電壓?如何進行研究?(提出解決問題的思路。要求畫出實驗的電路圖,列出所需器材、實驗步驟,設計好數據記錄表)
全班交流,許x代表用實物投影儀展示自己的方案,由老師或下面的學生當場提問(如:為什么要使用滑動變阻器等),共同完善實驗設計。
4.動手探究:動手準備,根據設計方案進行實驗時,該由教師引導,讓學生動手操作。
5.分析歸納:將學生的數據用投影儀投影,引導學生分析I與U的關系,將不同組的數據進行比較,引導學生分析I與U的關系。在這中間,穿插介紹歐姆的事跡。
七、布置作業
練習第一、第二題。
一、寓培養學生實事求是的科學態度于學生實驗操作之中
歐姆定律是一個實驗定律,因此在教學“歐姆定律”一節時,教師必須在學生對“電流與電壓、電阻”之間關系進行猜想假設的基礎上,引導學生設計實驗方案,精心組織學生進行實驗。在實驗前指導學生:(1)根據電路圖準確連接電路;(2)仔細檢查電路及電表、滑動變阻器等連接是否準確;(3)在確認無誤時,動手實驗,并認真觀察、精確記錄數據;(4)明確滑動變阻器在兩次實驗中的作用:使定值電阻兩端電壓成整數倍變化和保持電阻兩端電壓不變;(5)分析實驗中可能出現的數據差異原因,重復實驗,直至準確。對于在實驗中怕麻煩、湊數據的學生及時用科學家尊重事實、刻苦鉆研及時教育他們,端正他們態度,幫助他們用實驗得出準確結果。通過實驗,使學生得到了歐姆定律實驗所需要的數據,也培養了學生觀察實驗能力和實事求是、客觀、細致的科學態度,從而激發學生勤奮求真的熱情。
二、寓培養學生科學方法于分析實驗數據和歸納出實驗結論之中
在得出實驗數據之后,就著手組織學生分析數據、歸納出結論。在引導時,引導學生回憶“探究影響導體電阻大小的因素”的實驗方法,并要學生用之中方法研究電流跟電壓、電阻兩個因素的關系,即(1)固定電阻不變時,研究電流跟電壓的關系;(2)固定電壓不變時,研究電流跟電阻的關系。最后將兩次結論綜合起來,應用數學函數知識得出電流跟電壓、電阻的關系。接著,根據學生實驗數據組織討論,并分析歸納實驗結論。(1)分析“研究電流跟電壓關系”表格:電流隨電壓增大而增大,且電壓增大幾倍電流也增大幾倍。得出結論1:當電阻一定時,電流與電壓成正比。(2)分析“電流與電阻關系”表格:電流隨電阻的增大而減小,且電阻增大幾倍,電流就減小到原來的幾分之一。得出結論2:當電壓一定時,電流與電阻成反比。歸納結論1、2,即得歐姆定律。在整個研究、分析、抽象,歸納過程中,使學生潛移默化地學會了:(1)研究問題的方法――控制變量法;(2)對實驗數據的綜合――分析――抽象――歸納的處理方法,從而學到了由特殊、個別推到一般的邏輯推理方法。這些方法都是學生終生受益的科學研究方法。在得出實驗結論――歐姆定律后,教師接著就組織學生用他們已學過的數學知識推導歐姆定律的計算公式:(1)把電流與電壓成正比表達成I∝U;(2)把電流與電阻成反比表達成I∝1/R,把(1)、(2)結合起來得出計算公式:I=U/R;通過公式推導使學生了解到不同學科之間的聯系,它不僅開闊了學生的視野,也可使學生學到物理公式常用的科學的數學方法。
三、寓培養學生科學思想于理解、應用定律之中
對于實驗定律――歐姆定律,在理解其內容時,引導學生討論:能不能把定律敘述的導體的電流與導體兩端電壓成正比、與導體兩端電阻成反比改敘述成導體兩端電壓與導體電流成正比、導體電阻與導體電流成反比?讓學生在討論中明白:敘述定律時只能按課本那樣敘述,否則是錯誤的。這是因為事物內部矛盾的雙方有主有次,這里電壓、電阻是矛盾的主要方面,是事物變化的依據,對事物變化起決定作用的;而電流則是矛盾的次要方面,它是隨電壓、電阻變化而變化的,在事物變化中處于服從地位;這樣使敘述在討論中理解了定律,在理解定律過程中獲得了一次科學的認識教育。
在講解定律公式的應用時,如教師通過P111教材例1的講解,強調了定律的應用是有條件的,即(1)同體性:只能適用于同一段電路中的電流、電壓以及電阻之間的關系的運算;(2)同時性;(3)計算時數字代入單位必須是國際單位制中主單位。引導學生認識到真理是有局限性的,是離不開特定條件的。又如教師通過課本例2講解,強調了定律的應用性,即通過歐姆定律可以求出導體的電阻值,也就是可用伏安法測未知電阻,使學生體會到:理論的實踐性以及理論與實踐的一致性。此外取平均值可以減小實驗誤差;表格可以得到實驗結論1等。
四、寓培養學生的科學精神于介紹科學家的事例之中
結合課本中“信息庫”介紹,使學生了解德國的物理學家歐姆發現了電路中遵循的基本“交通規則”,但他幼年家貧,曾中途輟學,后全憑自己努力,完成學業。他為了得到歐姆定律,花費了十年心血。當時的實驗條件非常差,他自制了測電流的電流扭秤,花五年時間才找到電壓穩定的電源。經過長期細致的研究,終于取得了成果。在教學中把歐姆的對學習勤奮刻苦,對科學知識的執著追求,在科學研究道路上勇于探索、百折不撓的獻身精神及對人類社會的貢獻,展現在學生面前,使學生從中接受了熱愛科學、追求真理的科學接受教育。
教育者在實施科學素養教育時不是生硬的說教,應有機結合教材適時適量地滲透;科學素養教育是素質教育的核心,在實施時教師還應當有意識、有目的地進行,同時聯系教材中其他素質教育因素如能力、智力、科學美等全方位地開展,并做到主、次得當,這就需要安排好教學過程和節奏,從而使素質教育得到全面培養。
【參考文獻】
歐姆定律有效性反思電路設計滑動變阻器教材安排是通過實驗探究來研究電流與電壓電阻關系,從而得出歐姆定律。這樣安排比較好,但實際學生動手參與率不高,學生的科學探究有效性不高,有點照本宣科,對歐姆定律不能真正實現探究的思想,如何改變你?
歐姆定律(初中學習的是部分電路歐姆定律)作為一個重要的物理規律,反映了電流、電壓、電阻這三個重要的電學量之間的關系,是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的金鑰匙。
歐姆定律這節課的特點是,十分重視科學方法教育,重視科學研究的過程。讓學生在認知過程中體驗方法、學習方法,了解得出歐姆定律的過程。了解運用“控制變量法”研究多個變量關系的實驗方法,同時也為進一步學習電學知識打下了基礎。
教材安排是通過實驗探究來研究電流與電壓電阻關系,從而得出歐姆定律。這樣安排比較好,但實際學生動手參與率不高,學生的科學探究有效性不高,有點照本宣科,對歐姆定律不能真正實現探究的思想。究其原因有三點:
1.本實驗是用歐姆定律來研究歐姆定律由于學生還沒學習歐姆定律很難理解為什么調節滑片的位置就能改變或保持這段電路兩端的電壓。
2.學生很難正確區分一段電路和整個電路兩個概念及它們之間的關系,在本實驗中研究AB這段電路中的電流與電壓和電阻的關系時不容易將這段從整個電路中分離出來,更不會分析探究它們之間的關系。
3.在一個電路圖中卻要分次研究兩個實驗規律先研究電流與電壓的關系,后又更換電阻,研究電流與電阻的關系,學生很難理解,更別說自己設計這個電路來探究其中規律了。
以上是學生探究實驗和分析實驗電路的障礙,如何來解決呢?
在教學中筆者對實驗教學做了適當的改變。讓學生自己分兩步實驗來設計電路探究規律:先激疑,后激智,引出正確的電路設計,再完成正確的實驗操作。
第一步,研究電流與電壓的關系,他們的設計是:保持電阻不變,用改變電池節數來改變電池兩端的電壓。(因為學生很容易想到串聯電池越多電壓越大),于是我說,那你們就按你們的思路去探究,結果是能得出:電阻一定時,電壓越大,電流越大,卻得不出:電阻一定時,電流與電壓成正比的關系。此時,他們反問:問題出在哪呢?我接著反問:你們怎么知道定值電阻兩端的電壓是在成倍數的變化呢?學生馬上回答,因為電池是成倍的增加啊,我說,那你們用電壓表測測看,一測發現電壓并沒隨電池節數的成倍增加而成倍增大,學生反問:那怎么辦?有學生很快想到上節課學到滑動變阻器可以調節電壓,立即就串聯了滑動變阻器上去,結果,水到渠成,完成了該實驗,而且不用改變電池節數。現在再反問學生這兩種電路設計的區別在哪,問題在哪,優勢在哪,這時老師點撥一下:因為導線也有電阻,學生就會豁然開朗,會心一笑,經過一次挫折他們重新設計出探究電流與電壓關系的電路,同時也自行將這段電路從整個電路中分離出來,研究出這段電路中電流與電壓的關系:電阻一定時,電流與電壓成正比的關系。
第二步,研究電流與電阻的關系,起初他們的設計是:保持電池節數不變,再改變電阻。(因為學生很容易想到串聯電池節數不變,電壓也不變),很快,有些學生就想到在第一步中出現的問題,于是想到可以用滑動變阻器控制電壓不變,只要在原來的電路圖上改變電阻就行了,并想到如用電阻箱來改變就更好了,因為不僅改變方便,能多次成倍數改變電阻,并且能知道電阻的值,這樣也更方便找到電流與電阻的更具體的關系。
這樣分兩個實驗電路圖分別設計,分別實驗,避免了照搬照抄,死記硬背的教學模式,實驗從開始設計到實驗障礙,再到改進實驗,總結規律,都是學生親身實踐,學生真正理解了:
1.兩步實驗中為何要用滑動變阻器,如何用滑動變阻器?
在研究電流與電壓的關系時,如果不用滑動變阻器,雖然能夠測量出R兩端的電壓和其中的電流,但該電路只能測量出一組電壓和電流的值,而從一組電流和電壓的數據是無法找出二者之間的關系的,應該再測幾組電壓和電流,因此就需要改變R兩端的電壓,用滑動變阻器可以成倍地改變R兩端的電壓,簡單方便,當然也可以采用改變電池節數的方法,但因為導線有電阻,很難成倍地改變R兩端的電壓,比較下來,當然是用滑動變阻器更方便快捷。同時,滑動變阻器還可以起到保護電路的作用。
2.用控制變量法探究電流I與電阻R之間的關系實驗中,應該如何操作?探究電流I與電壓U之間關系時,應該如何操作?
探究電流I與電阻R之間的關系時,如何保持電壓U不變?即改變定值電阻的阻值的同時,該電阻兩端的電壓就發生了變化,因此,要及時調節滑動變阻器以保持電壓不變,觀察并記錄電流表的示數隨電阻的變化關系。
探究電流I與電壓U之間關系時,要不斷的改變電壓,即保持定值電阻的阻值不變的同時,要改變電阻兩端的電壓,因此,要及時調節滑動變阻器使電壓成倍地變化,觀察并記錄電流表的示數隨電壓的變化關系。
總之,這樣改進充分發揮了實驗的作用,降低了教學環節中學生遇到問題的難度,調動了學生的學習興趣和積極性,更深入地理解和掌握了知識。既培養了思維能力,又培養了實驗能力,進一步實現了以教師為主導、學生為主體、思維為核心、能力為目標的教學理念,開闊了學生思路,有效地提高物理教學質量。
參考文獻:
[1]教育部.初中物理新課程標準(實驗稿).
說課是把執教者的教學設想,教學思想及其理論依據說出來,供同行商榷和交流。今天“說課”的內容是“歐姆定律”一節。下面介紹說這節課的過程。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學生在初中階段已經學過,高中選修教材安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基礎研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖像法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節課的教學目的和教學要求。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎。本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段。
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析,這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從教學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從教學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實驗操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須通過實驗的檢驗,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用。
2. 對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答,這樣使學生既鞏固實驗知識,又調動學生積極參與。
3. 在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余學生注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖像使學生的學習情緒轉向高漲。
5. 在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提請學生展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實驗結論的基礎上,進一步總結歐姆定律,這實際是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力。
7. 為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合教材練習題,熟悉歐姆定律的應用,時間不宜過長,以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
4. 定義電阻及總結歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。
5.所編反饋練習題應重點放在概念辨析和方法訓練上,不能把套公式計算作為重點。
在1826~1827年,德國物理學家歐姆用實驗和理論確立了歐姆定律。
然而,在德國,只有費西內爾和斯威格爾等極少數科學家接受歐姆的發現,而絕大多數則反對歐姆的“歪理邪說”。例如,物理學家鮑爾就撰文煽動輿論,攻擊歐姆的著作:“以虔誠眼光看待世界的人不要去讀這本書,因為它純粹是不可置信的欺騙,它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴?!?/p>
但是,在“曾經滄?!焙汀俺齾s巫山”15年之后的1841年,科學界終于承認了歐姆的成果――英國皇家學會授予歐姆皇家學會的最高科學獎科普利獎章,還吸收他為學會的外籍會員。
這“花開德意志,果結英格蘭”的成果,使歐姆的祖國終于認識到了他的價值。1849年,慕尼黑大學終于聘請60歲高齡的歐姆為教授……
花發神州果結美洲――“女生”、“施泰納”遠涉重洋
“請我去講學?講組合數學?你們中國不是有陸家羲博士么?”1983年,中國某單位邀請兩位世界組合數學專家――加拿大多倫多大學的門德爾松教授與滑鐵盧大學的郝迪教授來中國講學,并出席在大連舉辦的中國首屆組合數學學術討論會。對此,他倆睜大了眼睛,門德爾松還疑惑不解地這樣用反問來回答。
他倆為什么會如此驚詫呢?
在1961~1979年間,包頭九中物理教師陸家羲先后6次向國內有關研究機構和刊物寄出有關“柯克曼女生問題”的論文。但是,他得到的回答不是“無價值”或“改投其他刊物”,就是退稿或石沉大海沒有回音!
“柯克曼女生問題”,是美國數學家柯克曼在1850年提出來的組合數學問題。和“女生”相關的,還有出生在瑞士的德國數學家施泰納提出的“施泰納系列問題”。它們都是100多年以來沒有得到徹底解決的世界性數學難題。
到了1980年春,陸家羲又攻克了“施泰納”,并立即把有關論文寄往北京。后來,按蘇州大學朱烈教授的建議,他把論文投寄給《組合論》雜志。為雜志審查論文的世界組合學權威之一門德爾松高度評價說:“這是世界上十年來組合設計方面最重大的成果之一。”1983年3月,他的6篇論文在《組合論》雜志上正式發表。
陸家羲死后4年的1987年,國家科委把他的一個成果評為國家自然科學一等獎。
帶著“遠行”去遠行――無線電“離家出走”
1896年初夏,一個容貌清秀的青年提著一個大箱子,登上了一艘從意大利開往英國的郵船。他躊躇滿志而又戀戀不舍――畢竟,要離開自己的祖國,的確“別有一番滋味在心頭”。
這個青年,就是意大利發明家馬可尼。那么,他為什么要“從故鄉到異鄉”呢?
1894年的一天,馬可尼的母親目睹了兒子的發明――樓上的無線電試驗裝置使樓下的電鈴響了起來。1895年夏,他把信號傳送距離擴大到2.7千米……
初步成功和經費緊缺,促使馬可尼向他的農場主父親借錢,還寫信向意大利郵電部求助,但都沒有得到支持。于是,他只好“離家出走”去遠行――大箱子里就是能讓電波“遠行”的無線電設備。
1896年12月12日,倫敦科技大廳座無虛席,英國郵電總局總工程師、英國電信界權威普利斯做完了無線電的科普講演之后,把馬可尼和他的無線電報裝置介紹給了大家,并當場作了表演,從而使“整個大廳變得比游藝場還熱鬧”。也是在這一年,馬可尼在英國取得了無線電發明的專利權。
1897年5月11日,馬可尼和喬治?肯普首次完成了不用導線把信號傳過英國的一個海灣的壯舉……
就這樣,在南歐開花的無線電,在英倫結了果。
蘇格蘭播種美利堅收獲――青霉素穿越大西洋
1928年,出生在蘇格蘭的英國醫學家弗萊明發現了青霉素。然而,“小扣柴扉久不開”――由于當時弗萊明和他的合作者無法解決產銷問題,它被塵封了10年。
在“二戰”隆隆的炮聲中,牛津大學的弗洛里和他年輕的助手――德國化學家錢恩在圖書館里翻閱資料的時候,發現了當年弗萊明關于青霉素的論文。
1941年,英國分析化學家馬丁和英國生物化學家賽恩其發明了分離復雜化學物質的紙層分析法。借助于這種方法,弗洛里和錢恩解決了青霉素的提純問題。然而,在生產青霉素的方面,他倆卻“雪擁藍關馬不前”了――許多英國藥廠因德寇飛機時??找u而拒絕投產,英國帝國化學工業公司只能生產出少量的青霉素。不知“云橫秦嶺家何在”的弗洛里和錢恩,只好帶上青霉素樣品穿越大西洋,到美國去尋找合作者。1944年,美國大量生產的青霉素在英美普通公民中廣泛使用。青霉素的大量生產,拯救了千百萬傷病員,成為第二次世界大戰中與原子彈、雷達并列的三大發明之一。
就這樣,由蘇格蘭人播種的青霉素,在美利堅得到豐收。
觀念、環境和評價機制――“紅杏出墻”的啟迪
為什么科技史上會有這么多“墻內開花墻外紅”的現象呢?它又給我們什么啟迪呢?
第一個原因是觀念的陳舊。
觀念陳舊的表現之一,是科學方法觀念的陳舊。
歐姆定律起初沒有被德國科學家普遍承認,原因之一就是他們片面強調實驗的重要性,忽略理論的概括作用,更忽略了伽利略開創的數學物理演繹法。例如,德國物理學家孟克就曾說:“我們更需要的是觀察和實驗,而不是計算和幾何公式?!?/p>
科學方法觀念的陳舊,還表現在推導歐姆定律的時候。歐姆采用了傅立葉在均勻熱傳導時金屬導線與外界完全絕熱的方法,而德國的一些實驗物理學家們認為這根本不可能。但在事實上,這種方法正是伽利略和牛頓早已采用過的“理想實驗”的基本物理方法之一。
由此可見,只有破除陳舊的科學方法,科學理論才有可能破土而出。
觀念陳舊的表現之二,是“大人物”忽視“小人物”。
一些科學家認為,歐美第一流的科學家尚未解決的問題不會如此簡單,作為“小小的中學教師”的歐姆不可能解決。
陸家羲的成果最早不是在國內得到承認,多少也有忽視“小人物”的因素。
觀念陳舊的表現之三,是對科學研究和技術開發的輕視。
青霉素之花之所以在異地大量結果,還有一個重要原因:英國重視科學,相對輕視技術;而美國則兩者并重。按人口平均計算,標志著科學水平三個自然學科(物理、化學和醫學)諾貝爾獎得主的人數,英國至今仍居世界第一。然而,英國的經濟發展速度,卻只居西歐共同體的倒數第二――更不能和美國及其他發展快的國家比肩!在這種科技政策下,青霉素“異地結果”就不足為奇了。
第二個原因是環境影響科研成果。
許多英國藥廠當年拒絕研究青霉素的規?;a的重要原因是,“二戰”時德寇的飛機時??找u,而美國本土則沒有這種空襲。陸家羲的論文之所以被多次忽略,原因之一也是因為他投寄論文時的社會環境是在“”時期。
由此可見,和諧、安定的社會環境,對科研(和其他活動),是多么重要。
第三個原因是評價機制。
歐姆和陸家羲的成果之所以沒能在“本土”及時得到公認,與當時評價機制的失誤有關。
奧地利生物學家孟德爾發現的生物遺傳學規律,在死后16年的1900年,才在荷蘭的德?弗里斯、德國的科倫斯和奧地利的西森內格?契馬克完成的“再發現”后得到公認,也與評價機制不健全有關。
一、物理定律教學法
在學生學習物理時,首先接觸的就是定律.對于怎樣能學好定律很多學生都會很茫然,也是每個物理教師首要考慮的問題.
在進行一項定律教學時,教師都會有意識的補充大量與這一定律有關的內容,這就是所謂的“溯源”教學.任何一個重要物理定律的建立,都會經過一個漫長的過程,在探索一個成功的定律,最后這個定律一定能夠得到確立,其中一定離開不科學的研究和正確的思維推理,這是人類一筆寶貴的知識財富,也是我們物理教學不可缺少的寶貴財富.
例如,牛頓萬有引力定律時,我們從第谷對行星進行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起,然后是開普勒在擁有這些數據的基礎上,通過大量計算總結出描寫天體運動的經驗規律(開普勒三定律),最后才是牛頓用定量的動力學原理對這些規律予以解釋,終于發現了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律.在學習牛頓萬有引力定律的過程中,我們還著重向學生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗證”三種科學研究的重要方法.
在學習歐姆定律時,很多學生開始時都以為研究導體電流和導體兩端的電壓之間的關系是不困難,只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可.可是在歐姆那個年代,非但沒有電流表、電壓表等儀器,連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有,歐姆面臨的困難之大是可想而知的.他到底是怎樣得到這個電學中最重的定律的呢?頓時讓學生對此產生了濃厚的興,在學習歐姆定律如何誕生的過程時,我們還結合歐姆的實踐,介紹了用圖線探新規律的方法.
通過一系列系統的學習,讓學生掌握一些重要的科學研究方法,有些學生在得到深刻體會時說到:學好物理定律是寶貴的,但搞懂研究物理定律的科學方法更寶貴,掌握了這些科學的研究方法,就能探索出大自然層出不窮的奧秘.
物理本就是一門自然學科,它的規律都是通過對生活中的一些現象觀察和在實驗的基礎上,認真思考總結得出來的.
二、習題研究教學法
不論是教師還是學生,在習題練習上都花費了大量的時間,物理習題教學也是物理課堂教學的重要組成部分之一.因此,習題教學的改革是一個非常重要的問題.想要培養學生具有良好的理解、分析、推理等能力,在做我們要求學生物理習題時就應該有目的性的習題來進行練習.
1.圍繞解題方法做習題
課本上一般都是按照力、熱、電、光等系統性的順序來講解,但是當我們講解習題時,應該圍繞解題方法分類來講解物理練習題.例如,對稱法、圖象法等等,這樣有系統的劃分和分類集中把一些重要的解題方法,在學習到某個階段的時候,集中將一批解題方法相同的習題安排給學生練習,使他們深刻的記牢這個解題方法.在以后的學習中遇到這種題類,能夠應用自如.
2.階梯練習法
階梯練習主要是幫助學生掌握一些難度高的題類比較有效.例如,在學生遇到一道難題不會做時,老師不應該直接告訴他們應該怎么去做,這時應該通過課堂講解一些題型相同,但難度較小的讓他們做做.或者講解一道內容完全不同,但解題方法相似的題給他們去理解,直到學生領悟出這道難題應該怎樣解為止.這樣讓學生一步一步自己往上爬,通過自己的努力提高學習的水平,比被動地聽老師講解效果要好得多.
三、特優學生特殊實驗
在課堂教學中運用控制變量法去分析問題、解決問題有著不可低估的重要作用,下邊就控制變量法分別在概念規律、實驗設計、探究實驗、演示實驗、例題教學、習題設計中的應用各舉一例作一探討。
一、控制變量法在密度概念教學中的應用
1.質量相同(控制質量)的不同物質,定量地看,密度與體積成反比例關系。
2.體積相同(控制體積)的不同物質,定量地看,密度與質量成正比例關系。
3.物質相同(控制物質因素)的不同物體,定量地看,m/v的值不變,即質量與體積成正比例關系。
同理,控制變量法還普遍的應用于速度、電功、功率、比熱容、燃料的熱值、力的三要素、參照物的選擇等物理概念的教學中。
二、控制變量法在歐姆定律教學中的應用
1.把一電阻跟滑動變阻器串聯起來,用滑動變阻器調節同一電阻(控制電阻)兩端的電壓,記錄通過該電流,去探究電流與電壓的關系;
2.把兩個阻值不同的電阻分別跟滑動變阻器串聯起來,用滑動變阻器調節兩個阻值不同電阻兩端的電壓并使之不變(控制電壓),記錄通過的電流,去探究電流與電阻的關系;
3.通過定量分析,概括總結出歐姆定律。
同理,控制變量法還應用在焦耳定律等物理規律的教學中。
三、控制變量法在實驗設計教學中的應用
例:給你一個電池組(電壓未知,且不變),一只電流表,一個已知最大阻值為Rab的滑動變阻器,一只開關和幾根導線,請你設計只需連一次電路就能測出未知電阻Rx的方法。
設計實驗,如下左圖所示。進行實驗,分析測算。
1.閉合開關,將變阻器滑片P移到a端,測出此時電路中電流I1。
2.將滑片P移到b端,測出此時電路中電流I2,由I1Rx=I2(Rx+Rab),得Rx=I2Rab/(I1-I2)。(當然,也可將Rx與Rab并聯,如上右圖所示)
以上兩種方法,都離不開一個設計思想,即控制電壓(電源或Rx兩端電壓)這個變量,用電流表測出電流,然后用歐姆定律就可算出未知電阻的阻值。
四、控制變量法在探究實驗教學中的應用
初中物理教材中許多實驗都必須使用控制變量法完成探究,方可得出結論。如探究“影響磁性強弱的因素等實驗、摩擦力的大小與什么因素有、壓力的作用效果與什么因素有關、動能的大小與什么因素有關、重力勢能與什么因素有關、阻力對物體運動的影響”中無一不滲透著控制變量法。
五、控制變量法在演示實驗教學中的應用
初中物理教材中許多實驗都必須用控制變量法完成演示,進行比較、分析、判斷。例如音調和頻率關系、液體內部壓強的特點、決定電阻大小的因素等演示實驗。
六、控制變量法在例題教學中的應用
例題:某同學在“探究電阻上電流與電壓的關系”時,根據實驗數據描繪出了如圖所示的U-I關系圖像,由此圖像可知:
A.R1
C.R1>R2 D.無法確定
析題:如果圖像上標有具體的電流、電壓數據,在圖像上任意找一個特殊點的坐標,根據歐姆定律公式就可以計算出它們的電阻值,并加以比較即可。可是,圖像上標出并沒有具體的電流、電壓數據,要比較它們的電阻大小就好像“無法判斷”,也無從下手。其實,用控制變量的方法就可以進行比較判斷的。在圖像上任意取一相同的電壓值U1=U2(控制電壓),去看它們對應的電流值I1、I2,顯然I1
解題:在圖上作三條“輔助線”,通過“輔助線”可以看出,在相同電壓下,通過R1的電流I1大,則R1的阻值就大,因此選C。
七、控制變量法在習題設計中的應用
如“質量相等的水和煤油,吸收相同的熱量,誰的溫度升高較大?”
控制變量法是一種分析問題、解決問題最普遍、最有效的科學方法,也是一種教學思想。在物理課堂教學中如能恰當運用這一科學方法,滲透這一教學思想,課堂教學就會取得事半功倍的效果。更為重要的是,在教學過程中,學生分析問題、解決問題的能力得到了極大的提高。在初中物理(如在力學、電學、熱學)中,可用“控制變量法”去分析、解決的實際問題還很多,這就為學生靈活應用這一科學方法解決問題提供了保證。總之,控制變量法貫穿整個初中物理的教學過程中,在教學中教師要有意識的去培養學生利用控制變量法去探究新知,掌握新知。