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探究传统实验与数字化实验耦合教学

(2018-08-02 15:20:38)
标签:

教学反思

教育

分类: 书籍与心得

探究传统实验与数字化实验耦合教学

 ——以《欧姆定律》为例

   丁丹华    邱国民

(安庆市第二中学,安徽安庆246001

摘 要:为了让学生深刻理解科学家们探究欧姆定律的过程,明晰相关概念,将传统实验和数字化实验耦合进行教学,提出可行性策略,再现科学家们探究欧姆定律的过程,引导学生理解科学探究的严谨性。

关键词:欧姆定律;传统实验;数字化实验;探究式教学 

物理是一门以实验为基础的学科,在高中物理教学中,传统实验设备有打点计时器、米尺、天平、电压表、电流表、温度计、弹簧秤等,这些传统实验设备的使用,在进行实验探究时需要多个实验器材结合使用,实验进程较慢,且在实验过程中,偶然误差和系统误差都无法避免,导致精确度不高。但在数字化实验教学中,数字化实验设备包含电脑、DIS软件、数据采集器(可连接4个传感器)、传感器。其中传感器包含电压传感器、电流传感器、,压力传感器等。数据采集器它可以自动采集实验数据,基本消除了偶然误差。同时快速、准确,动态采取实验信息,电脑分析处理实验数据,在教学中节省了大量时间,可见数字化实验优势巨大,但它需要教师和学生学习大量与物理联系不密切的知识,耗费大量时间,增加了学习负担。因此,广大一线物理教师在教学时,要将数字化实验和传统实验耦合教学,实现优势互补,提高教学质量。现以《欧姆定律》教学为例,与广大一线物理教师共同探究。

一、教材实验分析

欧姆定律属于实验定律,因此本节课教学离不开实验,在本节教材中涉及2个实验,探究通过导体的电流与通过导体两端的电压和导体电阻的关系及探究小灯泡伏安特性曲线。在这两个实验基础上,教学时可以适当增加两个小实验,如探究电动机的伏安特性曲线及探究硫酸铜溶液的伏安特性曲线。为了提高实验效率,教学时合理分配时间,哪些实验采用传统实验进行,哪些实验采用数字化实验进行。笔者在教学时,探究通过导体的电流与通过导体两端的电压和导体电阻的关系实验,采用的是传统分组实验,目的是让学生熟悉电压表、电流表读数及滑动变阻器分压式实物图连接技巧和利用常规作图制表处理实验数据的方法。其余实验则采用数字化实验,目的是方便快速直观,让学生深刻体会现代科学技术在物理教学中使用时的高效、便捷,便于增强学生的综合能力。

二、实验教学过程

    欧姆定律学生在初中已接触,而本节课是通过实验教学再现科学家们探究欧姆定律的过程,在实验教学过程中,教师们要提前备好课,要提前预设到实验教学过程中可能会遇到的各种问题:(1)如何引导学生设计实验方案?(2)如何引导学生连接实物图?(3)如何引导学生表述观察到的实验现象?(4)如何引导学生有效记录实验数据?(5)如何引导学生处理实验数据?(6)如何引导学生得出实验结论等,处理好这一系列问题,实现学生熟练掌握实验探究物理规律基本过程的教学目标。在进行传统分组实验教学时,要提前了解学情,课前事先分好小组,并将导学案提前分发,指导学生自学本节内容,在传统实验教学过程中,学生对实验探究目了然于胸,有的放矢,从而获得准确的实验数据及成果。现将《欧姆定律》传统分组实验教学过程基本步骤呈现如下:

1.传统分组实验---探究通过导体的电流与通过导体两端的电压和导体电阻的关系

说明: https://gss0.baidu.com/7Po3dSag_xI4khGko9WTAnF6hhy/zhidao/wh=600,800/sign=ceb815ab5066d0167e4c962ea71bf83f/9825bc315c6034a8a9bc2ee7c91349540923767e.jpg1)事先请学生设计好实验电路图,大部分同学会设计成滑动变阻器限流接法的电路图,即右图中的第一个电路图,此时在这里要向学生简单介绍滑动变阻器的分压式接法,并告知这种接法的好处就是能够让通过导体的电流及电压从0开始变化。

2)将班级50人分成12小组进行实验,让各小组长分配小组成员具体任务。

3)告知学生实验注意事项

4)实物图连接

 (5)记录实验数据,分析处理实验数据

6)得出实验结论

通过分组实验,提高了学生主动学习的积极性,加强了动手能力,加深了学生对欧姆定律的深刻认识,促进了学生物理实验思维的发展。数字化实验教学作为传统实验教学的辅助手段,给学生视觉上带来直观冲击,激发了学生主动进行实验探究的欲望,提升学生实验综合能力,因此教师在数字化实验教学中设置好课堂中可能遇到的各种情境:(1)如何引导学生连接好传统实验器材和数字化实验器材相耦合的实验装置?(2)如何引导学生进行电压传感器和电流传感器调零? (3)如何引导学生采集实验数据? (4)如何引导学生获得实验图像伏安特性曲线。本节课以探究小灯泡伏安特性曲线为切入点,起点虽不高,但较快激发了学生实验探究的主观能动性,现将数字化实验教学基本步骤呈现如下:

2.教师演示数字化实验­­­---探究小灯泡的伏安特性曲线

1)介绍数字化实验器材,数据采集器、电压传感器、电流传感器、灯泡、开关、电脑、数字化实验软件。(与传统实验器材耦合)

2)在电脑上打开数字化实验软件。

3)实物图连接,主要介绍电压传感器、电流传感器的接法与电压表、电流表在电路中接法一致,然后再将它们接入到数据采集器插孔中,最后将数据采集器与电脑相连。

4)传感器调零,点击开始,慢慢移动滑动变阻器滑动片。

5)点击绘制图线,看到伏安特性曲线。

6)通过直观的观察伏安特性曲线,判断小灯泡是否适用于欧姆定律?

从教师演示数字化实验教学中,让学生体会到通过实验验证电学元件是否符合欧姆定律使用条件的乐趣,从而让学生主动进行数字化实验探究一些电学元件是否符合欧姆定律的使用条件。

3.学生演示数字化实验----探究电动机转动和不转动时的伏安特性曲线及探究CUSO4电解液的伏安特性曲线。

通过数字化实验,提高了实验数据的精度和效率,实现了高效课堂,充分激起了学生学习兴趣以及探索精神,提高了学生综合素质和能力。

三、高中物理教学中传统实验与数字化实验耦合的策略

物理实验是学习物理的基础,在物理学中,概念定律的形成、公式的建立都离不开实验的论证。因此,实验教学是新课程改革的重中之重,而本节课笔者采用传统实验与数字化实验的耦合进行教学,收到了极好的课堂效果,完美的完成了教学任务,现将其耦合策略整理如下:

1.耦合实验器材:在探究灯泡的伏安特性曲线时,传统实验器材有滑动变阻器、开关、导线,在进行数字化实验时将电压表和电流表用电压传感器和电流传感器代替,并用数据采集器提取信息,再用数字化软件分析数据,让伏安特性曲线更加直观呈现。

2.耦合实验思路:虽然数字化实验快速、精确,更加科学,但传统实验更能让学生直观了解知识点,增强物理思维,因此笔者认为在高中物理实验教学中,应以传统实验为主、数字化实验为辅,增强学生对物理实验知识的理解。

3.耦合实验思维:在高中物理实验教学中,不仅要让学生学会做实验、掌握实验技能,还要让学生经历实验探究过程,学习实验方法,形成科学探究精神,提高物理实验思维。

参考文献:

张宪魁.物理科学方法教育理论与实践[M. 北京:北京师范大学出版社,2015. 5

夏波.基于核心素养的物理教学设计策略探讨——以“科学探究:欧姆定律”为例J].物理之友,201733( 10) :17

丁丹华  安徽省安庆市菱湖南路321号安庆市第二中学   18009665983      953562017@qq.com



 作者简介: 丁丹华(1983.1-),女,安徽怀宁人,大学本科,理学学士,中学一级教师;研究方向:物理教学。

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