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爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要”。鼓励学生自己发现问题,提出问题,既能帮助学生解决存在的问题,也能引导学生从不同的角度去加强知识间的联系,提高学生获取知识的能力。
在人教版新教材九年级物理教科书的第十四章压强和浮力第五节浮力的课后97页动手动脑学物理第四题是这样的:“同样重的铁块甲和乙,甲浸没在水中,乙浸没在煤油中,哪个铁块受到的浮力大?为什么?”
对于这道题目的解答,教参书上认为是甲铁块受到的浮力大。理由是:甲、乙铁块的重力相同,其体积也相同,由阿基米德原理可知,在排开液体体积相同时,浮力的大小跟液体的密度有关,水的密度大于煤油的密度,所以铁块在水中受到的浮力大。
我认为这道题目的答案不是唯一的。所以学生在回答这道题目时,虽然他们的答案各不相同,我还是给以肯定。很多学生都很不理解。经过我的启发,学生们的思维一下子就活跃起来了。
这道题目只告诉我们两块铁块的重量相等,而它们的体积是否相等,又与它们是空心还是实心有关,还与空心部分的大小有关。这些我们不知道,可能两块铁块都是实心的;可能两块铁块都是空心的;也可能是一空一实等等。这些情况我们都要一个一个的去分析,这是从它们排开的液体的体积的多少的角度考虑。若从它们的沉浮情况考虑,就要看它们到底在液体中的什么位置而论。如果它们都处于悬浮状态,可以说两块铁块受到的浮力相等,都等于它们自身的重力,若一个悬浮,一个沉底,那又要看是哪块铁块悬浮?哪块铁块沉底?基于上面的种种情况,回答那块铁块所受到的浮力大都行,这样又失去了这道题的意义,我们不妨从它们排开液体的体积的多少的角度来分析一下,就会有以下不同的结果:
1.若两块铁块都是实心的,那么它们的体积相等,也就是说它们排开水的体积和排开煤油的体积相等,由阿基米德原理可知,在排开液体体积相同时,浮力的大小跟液体的密度有关,水的密度大于煤油的密度,所以铁块在水中受到的浮力大。
2.若两块铁块都是空心的, 又会出现几种情况:
2.1当两块铁块空心部分体积相同时,说它们排开水的体积和排开煤油的体积相等,所以仍是铁块在水中受到的浮力大。
2.2当甲铁块的空心部分大于乙铁块空心部分时,甲铁块排开水的体积大于乙铁块排开煤油的体积,所以甲铁块受到的浮力大于乙铁块受到的浮力。
例题.用密度是ρ甲=4╳103kg/m3的材料制成的空心球甲和用密度ρ乙=8╳103kg/m3的材料制成的空心球乙,两球的质量相等,乙球恰好在水中悬浮.
(1)若把甲球置于足够多的水中时,求甲球露出水面的体积和甲球总体积之比.
(2)在甲球的空心处有的适量酒精,使甲球也可在水中悬浮,求酒精的体积和空心部分体积之比(ρ酒精=0.8╳103kg/m3).
分析:基于利用方程组的解题思路,我们先假设甲球的体积为V甲,乙球的体积为V乙,两球的空心部分的体积均为Vo,水的密度为ρ水=1.0╳103kg/m3,甲球放入水中后排开水的体积为V排,甲球里面酒精的体积为V酒精.
接下来的思路是如何根据题给条件利用相应的物理原理列方程了:
(1)根据两球的质量相等的条件有:ρ甲(V甲-Vo)=ρ乙(V乙-Vo)-----(1) (2)根据乙球恰好在水中悬浮的条件有,由重力等于浮力得:ρ乙(V乙-Vo)g=ρ水V乙g----------(2)
(3)将甲球放入水中后因它是处于悬浮状态,所以它的重力也等于所受到的浮力, 于是有:
ρ甲(V甲-Vo)g=ρ水V排g---------(3)
(4)甲露出水水面的体积和甲的总体积之比等于:(V甲-V排)/V甲-----------(4)
由上可见为了解答第一小题,列出了3个方程(第四式是本小题要求的结论),涉及到V甲、Vo、V乙和V排等共四个未知量,解起方程来也是挺复杂的.那么为什么要这样做呢?原因是只有这样才符合物理学的思维方法,所谓物理学的思维方法是每一物理现象都符合一定的物理规律,即符合某一物理定律,我们中学里学物理的任务是用学过的物理原理去描述物理现象,将来如果是研究物理的话,就要倒过来:根据你所发现的新的物理现象,去总结规律了.何况进入高中后,解物理题时一般都采用这种方法,如果能在初中就加强这方面的训练,对未来高中学习物理打下一个良好的基础,也是初高中物理教学衔接的一个方面.
当你把物理题中给出的条件一一用物理公式把它表达出----即把它"翻译"成数学方程时,其实你就基本上完成了出题者交给你的任为了.接下来的问题是如何解数学方程的事情了.这样的解题方法,只要题目没有出错,列出未知数再多,都可以在解题的过程中被一一消去,达到成功的彼岸:
(1)将甲、乙的密度代入1式,得V乙=(V甲+Vo)/2.
(2)将乙和水的密度代入2式得:8(V乙-Vo)=V乙从而得:7V乙=8Vo,再把(1)中得到的V乙代入左式,又有:
7V甲+7Vo=16Vo Vo=7V甲/9
(3)把Vo=7V甲/9代入方程(3)得V排=4(V甲-7V甲/9)=8V甲/9,这样一来最终结果为:
(V甲-V排)/V甲=(V甲-8V甲/9)/V甲=1/9
对于第二小题,只要根据甲球的空心部分加了酒精后能悬浮在水中,甲球和酒精的总重量等于它们所受的浮力就可搞定:
ρ甲(V甲-Vog)+ρ酒V酒g =ρ水V甲g---------(4)
【关键词】初中物理培养 创新能力
创新能力是在智力发展的基础上形成的一种综合能力。“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,是社会前进的永动力”。我们物理教师在开展初中物理教学过程中要切记树立科学的学生观,以人为本,充分发展学生学习兴趣,启发学生的思维,提高他们的探究能力,促进学生创造性思维的培养,提高学生的创新能力。从而点燃学生创新思维的火花。
1.精心设计情景,诱发学生学习兴趣,培养创新意识
布鲁纳说过:“学习的最好刺激乃是兴趣。”。学生作为年轻人,总是对新奇的事物充满着兴趣。如上“大气压强”这节课时,教师先演示了一个课本中没有介绍的实验,即用一支大试管装满水,将一支稍小的试管插入大试管中,而后把大小试管倒过来。结果,小试管不仅没有掉下来,而且还会徐徐往上升。这一出乎意料的现象很自然地激发起学生强烈的好奇心,迫不及待地想知道为什么,因而对新课教学兴趣盎然,并产生跃跃欲试、想要亲自动手实验一番的愿望。比如设计“低压沸腾”、“纸盒烧水”、“瓶吃鸡蛋”、“分子间作用力”、“摩擦起电”、“水果电池”等一系列生动有趣、精彩异常的实验,激发学生的好奇心。
2.创设宽松环境,引导学生质疑,启迪创新思维
兴趣是创造性思维的先导,有了兴趣不等于就有了创造性思维能力。发展学生的创新思维,还要培养创造性思维能力。首先教师要转变教学观念,教师要通过挖掘教材,把与时展相适应的新问题、新知识与教材有机结合,鼓励学生打破思维定势,从独特的角度提出疑问,敢于批判性地质疑、实践、验证。引导学生去探究新问题和新方法,培养学生的创新能力。其次创造性思维能力的培养,是以丰富的知识为基础的。法国科学家巴斯德说过:“偶然的机会对素有准备的人有利。”这说明了知识的广博性与创造性思维的“顿悟”性之间的必然联系。因此,课内讲要精,学要透,练要巧,扎扎实实地让学生学好课内的基础知识,练好基本技能,使学生有能力打开分析问题的思路。在教学中,多用启发式及探究式教学法,引导学生求异质疑,激励学生多提问题。在习题课教学中用“一题多解”、“一题多变”等多种方式,引导学生从不同角度和不同的方向去思考,设想出解决问题的不同途径,拓展学生的思维空间。例如:一质量为5千克、体积是2立方分米的铜块,问此铜块是空心还是实心的?可以分别从质量、体积、密度三方面来讨论铜块是空心还是实心的。教师应引导学生用多种方法去思考、分析和解题,不仅容易激发学生的兴趣,同时帮助他们加深对知识的理解、增加解题能力,更能促进发散思维的培养。总之,在培养学生的创造性思维中,不要把学生的创造性问题扼杀在萌芽之中。
3.在课堂实验教学中培养学生的创新精神
物理是一门以实验为基础的自然科学,实验教学是物理教学中的重要组成部分。在物理实验教学活动中,让学生在科学的海洋里自由遨游,通过亲身去学习、去体验、去感悟,从而真正领会物理学科的精神与真谛,获得学习的愉悦感,从而变“要我学”为“我要学”。比如在探究《声音的响度与什么因素有关》这一实验时,笔者先提出问题让学生猜想,然后放手让学生去结合书上给出的实验设计方案,完成实验并让学生思考以下几个问题:①音叉的振幅不易观察,我们通过什么方法能比较出其振幅的大小?②这一实验中我们应观察什么?如何记录实验现象?③你还能设计哪些不同实验进一步来探究这个问题?最后同学们很好完成了本探究实验,并设计出了几种新的探究方案。再比如:在讲光的镜面放射与漫反射时,笔者并没有让学生取来平面镜来完成镜面反射。结合生活中雨后迎着月光与背着月光走路时,判断地上水坑的依据,利用亲身体验来教学取得了十分良好的效果。迎着月光走路时,笔者让学生讨论看到的明亮的与灰暗的区别。同学们讨论结果明亮的是水,这时笔者告诉同学们,月亮光平行的射到平静的水面上时,它的反射光线也会平行射出,这时,眼睛就会感觉光线特别明亮。这种反射就为镜面反射。月亮光平行的射到凹凸不平,它的反射光线虽然遵循光的反射定律但会变得向各个方向射出,进入眼睛的光线比较少,眼睛就会感觉光线灰暗,这种反射就为漫反射。背着月光走路时,笔者让学生讨论看到的区别。同学们讨论结果黑的是水,这时笔者告诉同学们,月亮光平行的射到平静的水面上时,它的反射光线也会平行射出,几乎没有光线进入人眼,这时,眼睛就会感觉有水的地方特别黑。月亮光平行的射到凹凸不平,它的反射光线变得向各个方向射出。但有少量光线进入人眼,这时,眼睛就会感觉无水的地方虽然暗但是可以看到。通过这种生动而又直观的亲身体验解解,学生们对镜面反射与漫反射有了更加清晰的认识,对二种反射的特点从感性认识上升到理性认识。在初中物理实验教学中,强调学生的亲历与体验,珍视学生的个性感受,学生们在动手动脑的过程中,诱发创造兴趣,培养了学生的创造性思维能力。
总之,培养学生的创新能力,是初中物理教学中一项长期而又艰苦的系统工程。在物理教学中,教师应以学生为主体,创设学习情境,不断地培养学生的创造性思维能力。
参考文献
[1]王伟丹.浅谈初中物理教学中能力素质的培养[J].广西教育学院学报,2003,(2)
[2]乔际平.物理创造思维能力的培养[M].北京:首都师范大学出版社,1998
一、创设教学情境,提高学生学习的积极性与主动性
内驱力是改善初中物理课堂教学的根本.怎样调动学生的内驱力是值得物理教师研究的问题.情境教学对提高学生学习的积极性有着重大作用.在初中物理教学中,教师应利用情境导入,帮助学生深化知识,使学生带着兴趣与疑问进入课堂学习,从而提高教学效率.
1.强化生活情境教学.在教学中,教师要结合教学内容与学生特性,创设有趣、新奇,并且与生活直接相关的情境,提高学生的学习兴趣,引导学生参与相关问题的解答,使学生感受到学习物理知识的价值与意义.例如,在讲“大气压强”时,教师可以借助多媒体展示生活实例,利用自动喂水器、高压锅、打气筒等,让学生感受到相关概念与规律之间的联系,从而提高探索大气压的欲望.为了深化学习内容,教师还可以利用常见物品,如一个软管与两个水瓶进行模拟演示,并提问:将盛满水的水瓶放在高处,将空瓶放在低端,怎样才能让水自高处流向低处?此时学生从生活经验出发,认为可以通过导管进行引流.这样可行吗?先让几个学生尝试,其他同学在一旁观察,然后分析成功的原因.当软管进入水后,因为内部气压是0,没有外部大气压,此时液体就能利用大气压进行倒流.又如,在讲“杠杆”时,教师可以创设生活情境:某天,同学们驾车去旅行,路过某山路时,发现路前有一块大石头,将道路阻挡,此时车辆很难正常通行,而这条路又是必经之路,该怎么办?此时学生会想:大家一起搬动.新问题随之出现,怎样搬?要求学生转动大脑进行思考,此时课堂不仅是学习的过程,更是解决问题的过程.有的学生想到用一根棍子将石头撬开,从而过渡到杠杆内容,并且将学生的注意力都集中在杠杆原理与相关知识点上.
2.创设问题情境.问题情境是教师通过情境预设的形式,将学生熟悉的相关问题变成形象、生动的生活情境,帮助学生从生活中提出并发现问题.参与问题情境的同时,帮助学生建成直观的形式,促进知识链接.在初中物理教学中,教师要想方设法将问题贯穿到学习中,在精心设问的同时,激发学生的学习兴趣,促使学生发散思维,提高学生的综合能力.以问题为重点的教学,是以问题为重点,帮助学生打开思维,提出各种问题,促进学生发展.例如,在讲“浮力”时,教师可以提问:你们坐过船吗?对于轮船,你们有什么建议与疑问?思考后,学生有以下疑问:将铁块放在水中会下沉,为何以铁块为原材料的轮船不会下沉?轮船是实心还是空心?为何货物越多船越下沉?轮船能像汽车一样行驶在水面吗?针对学生的提问,教师进行有针对性的讲解,学生聚精会神聆听的同时,得到了想要的答案,提高了学习成果.
二、因材施教,改善合作学习效果
初中物理学习是一项动态的过程.为了让课堂更加有致,必须促进师生整合,在双向交流的过程中,优化教学内容设计,对相关内容进行延伸与剖析.在课堂设计过程中,先明确师生分工,在掌握相关知识的同时,提高学生的参与意识.例如,在讲“摩擦力”时,教师可以利用学习资源,带领学生分析摩擦力,摩擦力方向与产生的条件,完成教学任务.在此期间,教师可以指导学生动手实践,利用实验解决问题.如,引导学生用力压住桌面,手掌静止,然后用手掌向前用力,以方便手掌滑动;让两根手指模仿人体走路的姿势,以感受摩擦力.
三、提高思维可视化,拓展探究领域
1营造宽松的教学环境
首先,要营造宽松的教学环境,建立平等的师生关系.要充分发挥学生的主体作用,让学生积极参与课堂教学,培养学生愿意讲、善于讲的能力;其次,要鼓励学生大胆回答问题,因为只有让他们大胆“说话”,才能发现其中的创新之处,才便于因势利导,因材施教.对学生回答出错,我们要有耐心,不应埋怨或当场嘲笑,更不应该立刻打断发言,此时我们不是简单地去纠正学生的错误,而应以它为资源,来发现学生思维的轨迹,或让其他学生进行补充、评价,来达到培养全班学生创造力的目的.对表述完整、富有创新的学生要及时给予表扬和奖励.
2创设问题情境
创设使学生在认识上产生矛盾和冲突的问题情境,能够激发学生求知的心理状态,产生学习的迫切需要.正如孔子所说:“不愤不启,不悱不发.”教师根据课程内容,精心策划一、两个问题情境,寓教学目标和研究问题于引人入胜的情景、悬念丛生的问题、承上启下的思考、新颖奇妙的实验之中,使问题更直观、更形象,产生兴趣,引起思考,上课开始就能吸引学生的注意力和兴趣,同时为学生创造力的培养提供前提条件.
例如学习“电磁感应”时,教师可以演示实验的方法引入新课.当教师只拿出导线、条形磁体、线圈、开关、电流表,教师问:“利用这些器材,能否产生电流?”学生一看没有电池都回答不能.“真的不能吗?让我们试一试”.然后教师操作,电流表的指针动了.学生顿感迷惑不解,急切等待教师的解答,这时就激起了学生的浓厚的兴趣和强烈的学习动机.
3强化实验探究教学
学生都有对新事物产生新鲜感和求知欲.苏霍姆林斯基说过:“在人的心理深处,都有一种需要,这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者,而在儿童世界里这种需要特别强烈.”从学生现有的认知水平、生活体验、思想信仰的实际及教学内容出发,通过创设真实而有挑战性的开放的探究情境,激发学习兴趣,引导学生参与探究、思考和解决问题.
例如,学习“物体的浮沉”时,教师把三个外形完全相同的乒乓球(其中有两个用注射器注入适量的盐水)同时浸在水中.问学生“是上浮,还是下沉呢?”学生答“上浮.”“真的上浮吗?”在全班同学注意力集中的时候,教师突然放手,结果一个上浮,一个悬浮,另一个下沉.“为什么”? 激发学生学习兴趣,对学生创造力的培养做到有的放矢.
4引导学生对错题进行反思
通过对错题结果的反思,剖析错误形成的原因,不仅给学生提供一个对基础知识、基本概念重新理解的机会,而且使学生在纠正错误的过程中牢牢掌握基础知识,加深对数量关系的理解,从而大大提高解题正确率.
例1如图1所示,平底茶壶的质量是400 g,底面积是40 cm2,内盛0.6 kg的开水,放置在面积为1 m2的水平桌面中央.试求:(1)水对茶壶底部的压力;(2)茶壶对桌面的压强.
解(1)茶壶静止在水平桌面上,水对茶壶底的压力
F1=G水=m水g=0.6 kg×10 N/kg=6 N.
(2)茶壶的重力
G壶=m壶g=0.4 kg×10 N/kg=4 N,
茶壶对水平桌面的压力
F2=G水+G壶=6 N+4 N=10 N,
茶壶对水平桌面的压强p=F2S=101=10 (Pa).
反思这是一道考查液体对容器底部的压力与压强两方面知识的问题.液体对容器底部产生的压力可分为两类:(1)形状规则的容器,F=G液;(2)形状不规则的容器,容器底部承受的压力就不等于液体的重力了.应运用F=pS=pghS进行计算.
故错误之一:水对茶壶底的压力,正解:F1=pS=ρghS=103 kg/m3×10 N/kg×0.12 m×0.004 m2=4.8 N.
本题中茶壶对桌面的受力面积为40 cm2而不是1 m2,这是错误之二,故茶壶对桌面的压强
p=F2S=10 N0.004 m2=2500 Pa.
5一题多解
教师在设计练习时,应有意识地穿插一题多解的内容,启发学生多元思维,引导学生寻找不同的解题路径,寻求多种解答方法.通过一题多解使学生的思维逐渐朝着多开端、灵活、精细和新颖的方向发展.
例2一个铜球的质量为178 g,体积为40 cm3,这个铜球是实心的还是空心的?(ρ铜=8.9×103 kg/m3)
解法1从质量方面判断
m=ρ铜V=8.9 g/cm3×40 cm3=386 g.
因为386 g>178 g,所以这个铜球是空心的.
解法2从密度方面判断
ρ=mV=178 g40 cm3=4.45 g/cm3<8.9 g/cm3,
所以这个铜球是空心的.
解法3从体积方面判断
V=mρ=178 g8.9 g/cm3=20 cm3,
因为40 cm3>20 cm3,所以这个铜球是空心的.
指出:因为V=mρ有两个变形公式:m=ρV和V=mρ,所以本题出现了三种解法.像类似的情况在物理学科中很多,如P=Wt,v=St,I=UR等.