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摘要:导学案教学引起许多中学效仿,但实际中真正该如何实施,各地根据学生的学情有所不同。本文以《闭合电路的动态分析》为例,阐述笔者在高二物理学科的导学案教学方式。
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关键词:导学案教学;闭合电路的动态分析;高二物理
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2014)2(S)-0031-3
闭合电路的动态分析,所用到的知识包括闭合电路的欧姆定律,部分电路的欧姆定律以及串、并联电路的特点。这类问题所用知识点较多,逻辑思维严密,是考察学生逻辑思维能力常用的一类习题,也是高考的重难点。讲授的时间,一般放在高二上学期恒定电流中闭合电路的欧姆定律之后,可作为一个小专题来讲。
1 结合专业实际特点利用以下手段促进课程改革
1.1 贴近生活。各种家用电器的大量使用,为物理教学提供了丰富的感性材料。如电压、电流、电磁炉等,学生在日常生活中,观察和接触的电现象和应用电的知识的事例,恰当地利用学生已有的感性认识及生活经验,通过举例引导学生提取储存在头脑中的印象。教师在课堂上应密切联系生活实际,注意身边的科学,如学生普遍对现代电子信息技术比较感兴趣,教师可以针对这一问题,有意识地讲述物理知识在电子信息技术中的重要作用等。以日常生活中的电学概念教学,可以增加学生学习的主动性。
1.2 注重实验。物理学是一门以实验为基础的自然学科,物理规律和理论是以实验为基础并验正的。在物理学里,某些性质不同的物理现象都是要通过实验来验证的,运用演示实验或学生亲自做实验来获得感性认识,容易更好的集中学生的注意力,培养学生的观察力,激发学生的学习兴趣。新颖的实验往往更能吸引学生注意,恰当地将教材中的实验加以发展、变化,可以增加学生的好奇心和求知欲。采用演示教学法,在整个教学过程中,教师边演示、边提问、边解答,学生边观察,边考虑问题,把抽象的理论变得具体、生动。使学生在愉悦的教学环境中,深深感受到学习的趣味性和有用性。
1.3 利用多媒体课件模拟演示。物理概念和原理是比较抽象的,有些现象在传统的实验中也是无法展示的,所以仅靠形象、表象和想象对初学者来说是不容易理解和掌握的。但是,利用多媒体课件可以较好地解决这一难点。例如“电流”概念比较抽象,可以利用多媒体模拟电路中电流的流动,看到正电荷从正极向负极运动,这样将电流转换成电荷的流动,让本来看不见的电流变成动态的画面,将课本中不动的图形变为电荷不断流动的动画。遵循学生的思维由浅入深、由表及里,从具体到抽象,由现象到本质的循序渐进的思维过程,可以比较容易地解决这一教学难点。加深学生对电流的感观认识,从而为建立电流概念打下基础。
1.4 在公式分析。讲解公式时,注重公式推理、得出过程,注重公式的使用条件,主要学习公式的如何使用。这是物理式正确使用的前提,前期学不好,后期无法正确应用。中职学生在初中物理中已学过的部分电路欧姆定律,它只适用于电路中某个导体或某一部分电路的电压、电流和电阻三者之间的关系。《电工基础》中引入了全电路欧姆定律新知识,进一步完善电路中内、外电路的电流、电压(电动势)和电阻间的关系,使知识由“部分电路”向“全电路”深化和发展。教学中可以充分利用部分电路欧姆定律的概念和相关知识,引入全电路欧姆定律的概念。如在课本电路中,将全电路分解为外电路和内电路两部分,在外电路中,根据部分电路欧姆定律可知负载R两端的电压降为:U=IR.在内电路中,电源电动势E与内阻r的电压降Ur和电源端电压的关系是:U=E-Ir。在全电路中,负载两端电压U与电源端电压U相等,且内外电路电流相等,则可得:I=E/R+r即为全电路欧姆定律。通过实例的讲解,注意强调部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律两种概念的共同点、不同点以及相互联系,使学生对新知识能进一步理解和掌握。
2 提高基础学力,促进科学素养可持续发展
学力,是指通过学习获得的能力。物理教育在提高学生科学素养的同时,还要提高学生的学力水平,并使更多的学生对物理产生兴趣。学力是教育的内核,是学校课程设计的前提。任何一门学科教学的目标大体有四个组成部分:①知识、理解;②技能;③思考力、判断力;④关系、动机、态度。前两部分为显性学力,后两部分为隐形学力。就犹如浮在水面上的冰山,浮出水面的仅仅只是冰山一角,而更多的、隐匿在水面下的才是支撑浮出水面部分的基础,四部分做为一个整体反映了一种学力观。
3 结合学生、学校或专业的特定环境和特点,开展适合专业特点和学生实际的校本课程开发,是培养学生专业素养的必要补充
《导体的电阻》是新课标物理选修3-1的第二章《恒定电流》第六节的内容,它是电学的基本规律之一,本节内容安排在部分电路欧姆定律知识之后,起到了承上启下的作用,部分电路的欧姆定律是研究导体两端电压、流过的电流等外界条件与导体电阻的数量关系而非决定关系;电阻定律是研究导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系。学生在初中已经定性研究了导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系,本节在此基础上通过实验分析进行定量描述的研究,同时突出了“电阻率”这一物理概念,这部分知识与现代科技、生活、生产等有着密切联系。本节课以问题为主线,通过同手实验、观察分析,辅助以多媒体进行教学。
2.教学目标
2.1知识目标
(1)通过探究“导体电阻与其影响因素的定量关系”这个实验,探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系,体会控制变量法在科学研究中的重要作用。
(2)通过逻辑推理,探究导体电阻与长度、横截面积的定量关系。
(3)通过运算,知道电阻率的的物理意义及电阻定律的内容和表达式。
(4)通过“加热日光灯丝,观察欧姆表示数变化”这个实验,了解电阻率与温度的关系。
2.2能力目标
(1)经历实验探究或逻辑推理探究导体电阻与其影响因素的定量关系的过程,使学生进一步掌握控制变量的科学方法。
(2)通过探究活动,培养学生科学思维的能力和合作交流的能力。
2.3情感目标
(1)通过对各种材料电阻率的介绍,加强学生安全用电的意识。
(2)培养实事求是、严谨认真的科学态度。
(3)让学生在自主学习中体会成功的喜悦,激发求知欲望,增强学习兴趣.
3.教学重难点
重点:电阻定律;
难点:电阻率。
4.器材准备
电压表,电流表,直流电源,滑动变阻器,电阻丝示教板,酒精灯,电阻丝(一根),多用电表。
5.教学流程
环节一 旧知链接,多媒体展示问题。
(1)电阻的定义式:,电阻是反映的物理量。
(2)n个阻值同为R的电阻串联,电路的总电阻为,n个阻值同为R的电阻并联,总电阻为。
设计意图:复习旧知,为学习新知识热身。
环节二提出问题,引入新课。
(师)问题1、为了改变电路中的电流,应该如何操作?
根据欧姆定律可知,只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可。
(师)问题2、给定一个导体,如何测量它的电阻?(学生自己设计电路)
从上述问题可以看出,导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关,那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢?
设计意图:通过问题引导学生思考导体的电阻究竟跟什么因素有关,激发学生学习兴趣
环节三 新课教学,分组实验、探索定律。
(1)影响电阻的因素可能有哪些呢:(材料、长度、横截面积、温度……)
(2)解决办法——控制变量法 引导学生设计表格。
(3)实验探究:
A、引导学生设计实验电路图(教师投影打出)。
B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料。
C、引导学生连接电路,并说明注意事项。
D、依次对四种金属材料的电阻进行测量。
E、对数据进行分析:
定性观察——R与长度、横接面积有关。
设计意图:通过自己设计实验,小组合作动手做实验,测量数据,通过比较电阻与长度、横截面积的关系,初步得出电阻与长度、横截面积的关系,培养学生动手实验能力和数据分析能力。
(4)逻辑推理探究:
分组活动:A、理论探讨电阻R与长度L的关系 n个电阻串联。
B、理论探讨电阻与横截面积的关系n个电阻并联。
投影展示电路图
设计意图:通过理论探讨得出分析导体的电阻与和它的长度的关系、与它的横截面积的关系
(5)实验:探究导体电阻与材料的关系(投影展示):
A、根据以上分析,我们可以等式的形式写出用导体长度l、导体横截面积S表示电阻R的关系式,比例系数用一常量表示,此等式为_____________。
B、已知上述试验中,导体长度l=50cm,直径d=0.50mm,横截面积S=1/4πd2=1.96×10-7m2,根据上述实验数据,分别计算上面四个导体的比例系数,并填入填入表格。
C、分析上述比例系数的物理意义:
设计意图:通过对实验数据的分析,得出比例系数即是电阻率,并使学生清楚的知道不同物体的电阻率不同,从而得出电阻定律的表达式。
环节四 总结规律,深化理解。
由学生总结电阻定律:
(1)内容:同种材料的导体的电阻R跟它的长度L成正比,跟它的横截面积S成反比;导体电组与构成它的材料有关。这就是电阻定律。
(2)公式:R=ρ
教师指出:式中ρ是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
电阻率ρ:
(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量。
(2)单位:欧·米(Ω·m)
[投影]几种导体材料在20℃时的电阻率
学生思考:
(1)金属与合金哪种材料的电阻率大?
(2)制造输电电缆和线绕电阻时,怎样选择材料的电阻率?
设计意图:通过对电阻率的学习,让学生认识到电阻率在实际生活中的应用。
环节五、电阻率与温度的关系。
演示实验:将日光灯灯丝(额定功率为8W)与演示用欧姆表调零后连接成下图电路,观察用酒精灯加热灯丝前后,欧姆表示数的变化情况。
学生总结:当温度升高时,欧姆表的示数变大,表明金属灯丝的电阻增大,从而可以得出:金属的电阻率随着温度的升高而增大。
教师:介绍电阻温度计的主要构造、工作原理。如图2.6-5所示。
图2.6-5 金属电阻温度计
学生思考:锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小,怎样利用它们的这种性质?
设计意图:巩固知识,强化训练。
环节六:自主完善,意义构建。
让学生自己总结这节课学习的内容和方法,找出学习过程中,理解不透彻,容易混淆的地方进行小组合作学习
一、明确知识板块,抓住重难点和易错点
苏科版九年级物理由八章内容组成,现将每章的知识要点和重难点及易错点呈现如下,供同学们参考.
第十一章 简单机械与功
知识要点:杠杆五要素、杠杆的平衡条件、杠杆的分类与作图、滑轮和滑轮组及其他简单机械、功和功率、机械效率与测量.
重难点及易错点:杠杆的作图(特别是最小力的画法);杠杆平衡条件的实验探究及应用(特别是动力变化的判断);功与功率的计算;机械效率的计算(特别是三种功的判断与改变滑轮组所挂重物时的机械效率)和机械效率大小变化及影响因素的分析.
第十二章 机械能和内能
知识要点:动能、重力势能、弹性势能及相互转化、内能、热量、比热容、热值、热机.
重难点及易错点:动能、重力势能、弹性势能影响因素实验探究及相互转化的判断;内能、热量、温度的辩证关系判断;比热容的应用分析;热机的工作过程;能量转化判断及效率的计算.
第十三章 电路初探
知识要点:电路的基本组成及作用、三种电路、电路图、串并联电路的特点、电路连接与设计及故障分析、电流与电流表、电压与电压表.
重难点及易错点:利用串并联电路的特点进行电路的连接方式判断;故障分析及电路设计;串并联电路的电流、电压特点及应用;电流表与电压表的量程选择判断.
第十四章 欧姆定律
知识要点:电阻、变阻器、半导体与超导体、欧姆定律及应用.
重难点及易错点:影响导体因素的实验探究;电流与电压、电阻关系的实验探究;伏安法测电阻及特殊测量方法(如一表法、等效替代法);动态电路物理量变化的分析与计算及电路故障的分析.
第十五章 电功和电热
知识要点:电能与电能表、电功与电功率、电热与电热器、家庭电路与安全用电.
重难点及易错点:电能表参数的含义与应用(如测电能及测电功率);影响电功因素的实验探究;影响电热因素的实验探究;多挡电热器的问题计算;测量电功率的常用方法与特殊方法;灯泡亮度与电功率关系;家庭电路故障的分析排查;非纯电阻电路的问题计算(如含电动机电路).本章是电学中的重点,通常问题的综合性较强.
第十六章 电磁转换
知识要点:简单磁现象、电流的磁场与安培定则、电磁现象的应用(电磁铁、继电器、扬声器与话筒)、磁场对电流的作用与电动机、电磁感应与发电机.
重难点及易错点:磁现象分析与作图;影响电流磁场的强弱及方向因素的实验探究;影响感应电流的大小及方向因素的实验探究;电动机与发电机的能量转化及工作原理图的识别.
第十七章 电磁波与现代通信
知识要点:人类特有的3种信息、信息传播的5次巨大变革、电磁波、现代通信.
重难点及易错点:电磁波特性的实验探究;电磁波波长、波速、频率、周期的关系及计算(特别是图像题).
第十八章 能源与可持续发展
知识要点:能源的分类、核能、太阳能、能量转化与守恒规律、能源与可持续发展.
重难点及易错点:能源的分类判断;核电站的能量转化;人类利用太阳能的3种方式及能量转化;能量转化与转移实例的判断;能源可持续发展策略.
二、九年级物理学习与复习对策
1.细读教材,关注重点
同学们在物理学习中,一定要注意仔细阅读教材,因为教材是课堂学习的根本依据,也是中考命题的依据之一.阅读教材时要特别注意以下几个内容:①物理概念和规律形成的过程及伴随的科学方法.在最近几年的中考物理试题中,此类题目的分值要占到10%左右.在初中物理教材中,物理规律形成的过程经常采用“控制变量法”.如:速度、密度、压强、比热容等概念的形成过程,欧姆定律、影响液体蒸发快慢的因素、影响电阻大小的因素、液体内部压强的规律等物理规律的得到等,都是采用“控制变量法”来进行研究的.②教材中的实例分析(包括各类插图、生活及有关科技发展的实例等).③各种实验的原理、研究方法、过程.④相关的物理学史.
2.整理知识内容,归类掌握
中考物理试题中的各知识点的覆盖率较高,最近几年都在80%左右,但以下10个重点知识点的覆盖率则为100%:比热容和热量的计算、光的反射定律和平面镜成像特点、凸透镜成像规律、串并联电路的特点、欧姆定律、电功率、力的概念、密度、压强、二力平衡.同学们要对每个部分中的知识,按知识结构进行归类、整理,形成各知识点之间的联系,做到基本概念牢固掌握,基本理论相互联系.如:在对速度这一知识进行复习时,就可以把研究这一物理概念的思想方法迁移到密度、压强、功率、比热容等其他物理概念的形成过程中去,举一反三,即要做到“书越读越厚(知识内容多)——书越读越薄(概括整理、总结)——知识越来越丰富”,这样才能在考试时思维敏捷,得心应手.
3.勤于思考,勇于探究,加强实验探究能力的训练
物理是一门以实验为基础的学科.教材和历年各地的中考试题中都十分注重对实验探究能力的考查.近几年来,中考物理中实验考查的分值在逐年上升,而从试题内容上看,已从单纯的记忆型逐步向实验探究设计转型.因此,同学们在学习中要多加强训练.在实验过程中,同学们尤其要注意题目中提供的信息,明确实验目的、实验原理、实验器材的作用和选择、实验操作步骤,重视对实验现象的观察分析和对实验结果的分析归纳.
4.关注实际生活,做个有心人
近几年的中考试题中有五大类热点问题:①估计、估算题主要涉及同学们实际生活中与所学知识直接相关的实际事例.②动态、故障分析.③科学方法题主要考查物理概念、规律形成过程中的思想方法.④情景信息题,即在考题中提供较多的情景信息,要求同学们根据题目要求,从中筛选出有用的信息.⑤开放性试题(包括结果开放、条件开放、过程开放等),即同学们在研究过程中可以多角度、多方面地进行研究的方法.手段可以多种多样,没有固定的模式和定势,研究的结果也不唯一,表达的形式可以丰富多彩.特别要注意的是,要解决好第①类问题,同学们平时就应该学会关注实际生活,做个有心人.做到关注自己,如体重、身高、密度、体积、正常步行速度、正常体温、站立时对地面的压力和压强等;关注周围,如课桌多高、一层楼多高、一只鸡蛋质量多大、家用电器功率多大、小轿车速度多少、保温瓶容积多大、指甲刀及自行车所涉及的物理知识等;关注生活中的一些常见现象,如露水和霜的形成、为什么冬天水管容易破裂等;关注科学技术及社会,如温室效应、城市热岛效应、光污染、人工降雨、航空航天、西气东输、西电东送、南水北调等.
三、提高复习效率的策略
理清了学习与复习的基本思路及对策,有利于把握复习方向,而要提高复习效率同学们则应注意以下问题:
1.不要盲目使用资料
总复习阶段同学们有相当多的各类复习资料,如何合理有效地使用复习资料,就显得非常重要.目前,大部分复习资料所存在的主要缺陷是:题型过于陈旧,缺乏创新理念,常常会把物理学习引入了死胡同;或者过于追求新奇,把物理复习引上歪路.所以,任何资料在使用时都要加以分析、选择,以避免浪费精力和时间.
2.切忌大量重复劳动
不少同学和家长认为,题目一定要多做,才能熟能生巧、触类旁通.其实,在有限的时间内做大量的题目,并不是明智之举.因为,同类型的题做过了多次,就没有新鲜感,也就缺少解决问题的欲望,并且题做得太多,会让人钝化,产生错觉.所以,同学们应当对已经熟悉思路的题一带而过,把主要精力集中在有疑惑的问题上.另外,应把所做练习中的各类题型进行分析、比较、归类,发现其中的异同点,掌握解决问题的方法.只有掌握了方法,才能在解决问题时多角度地理解题意,拓宽解决问题的思路和方法.
3.防止身心过度疲劳
在最后冲刺阶段,适度紧张是必要的,但过度疲劳则绝对不会有好的效果,因此,同学们要因人而异地合理安排进度和时间,将自己的学习和复习安排与老师的复习计划同步协调,这样才能提高复习的效率.
4.不要忽视心理调节
建构主义认为:知识不可能以实体的形式存在于个体之外,尽管通过语言赋予了知识一定的外在形式,且获得了较为普遍的认同,但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解.真正的理解只能由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来,取决于特定情境下的学习活动过程.否则,就不叫理解,而是被动的复制式的学习.因此,学生不是简单被动地接收信息,而是主动地建构知识的意义,这种建构是无法由他人来代替的.
学生理解能力的形成,是个循序渐进的过程,是从不自觉到有目的地自觉进行的.在初中两年的物理教学中,老师对学生的理解能力要有正确的预估,备课时设计的教学过程要在学生理解能力的“最近发展区”,不可过高也不能过于低,才可能实现真正意义上的高效课堂.
理解是一种积极思维活动的心理过程,理解能力是认识物理现象的前提.相对其他科目来说,很多同学反映物理比较难学难懂.往往上课听了,概念公式也背了,类似的题目练了,到解决实际问题时还是脑子一片模糊,究其原因主要是理解能力不足,没有弄清事物的意义,影响了他们的学习效果.主要存在的问题有:(1)实验教学中的问题.对实验探究不能明确探究目的,不会设计实验与制定计划;(2)概念教学中的问题.不能从物理现象和实验中归纳科学规律,对同一概念的几种表达形式鉴别能力差;(3)规律教学中的问题.不理解物理规律的确切内涵和外延,包含其适用条件及在简单情况下的应用.以上这些问题的存在直接影响着教学质量的提高.
2培养学生理解能力的三点方法
2.1在物理实验教学中培养学生的理解能力
在进行实验探究时,可以设置问题串引导学生的思维.问题设计是很重要的一个教学技巧,教师可以通过问题来引导、促进学生思维过程.教师务必注意引导学生思考探究目的是什么,如何进行设计实验与制定计划,应该准备哪些实验器材?哪些物理量需要测[HJ1.9mm]量?笔者相信学生经过多次训练,在主动寻求途径解决问题时才理解了整个实验.否则,学生们要么不知道要做什么,要么就是被动地记录一堆数据而已.
例1[HT]探究“物质吸热或放热规律”的实验教学时,设置问题串引导学生的思维.
(1)探究的问题是物质吸热与物质的种类、物质温度的变化、物质质量的关系,要采用什么方法研究?
(2)设计实验以前,先要解决一个问题,就是怎样比较物质吸热的多少?物质要吸热,必须要给它加热,加热越多,则物质吸热就越多.加热的多少怎样比较?
(3)利用生活经验说明物质吸热的多少与温度变化、质量有什么关系?物质吸热与物质的种类有什么关系?怎样设计实验探究?引导学生答出取相同质量的水和煤油,升高相同的温度,比较吸热的多少.(同时师生共同设计表格)
(4)更进一步地,提问取相同质量的水和煤油,加热相同的时间,比较升高的温度,可以吗?思维上清楚了,学生实施观察和思考就有效了很多.
2.2在物理概念教学中培养学生的理解能力
循序渐进地要求学生从物理现象和实验数据中归纳科学规律,敢于表达并对同一规律进行不同形式的表达,通过实验与思维过程的结合提升理解能力.想让学生主动建构获得概念,应该注重概念的来龙去脉:为什么要研究这个问题,怎样进行研究,通过研究得到怎样的结论,物理量的物理意义是什么以及这个物理量有什么重要的应用等.
例2[HT]密度这个概念的建立是重点也是难点,初二新授课时学生能直观地体会到体积相同的不同物质质量不同.但是传统的讲授式教学直接用“比值法”定义密度概念,初中生接受起来会有一定的难度.要体现以教师为主导学生为主体的课改理念,就要引导学生对各组实验数据讨论,去发现“同一物质的体积增大几倍,它的质量也增大几倍”,“同种物质的质量和体积比值一定”,“物质的质量和体积成正比”,“不同种类的物质,质量跟体积的比值是不同的”,进一步引导学生用图像法处理数据画出[TP2CW01.TIF,Y#]如图1所示的m-V图像.虽然各抒己见,但教师务必给予每个人及时表扬.师生进一步共同总结,区别物质的一种办法:质量跟体积的比值.可见单位体积的质量反映了物质的一种特性,密度就是表示这种特性的物理量.学生通过体验理解物理方法,对于学习后续物[HJ1.85mm]理知识具有很好的迁移价值.
2.3在物理规律教学中培养学生的理解能力
利用图示法能形象地表达物理规律,直观地叙述物理过程,鲜明地表示各物理量之间的关系,帮助学生弄清物理条件过程,把握概念条件.理解物理规律[JP2]的确切含义,包含其适用条件及在简单情况下的应用.
例3[HT]欧姆定律是一条重要的电学定律,是贯穿整个电学的主线,全面正确地理解和透彻地掌握它是正确解答涉及电学问题的前提和基础.该定律是利用控制变量法在实验的基础上归纳总结出来的,即控制电阻不变,得到通过导体中的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体中的电流跟导体的电阻成反比(如图2),由此得到了公式I=U/R.