论文部分内容阅读
● 教材分析及构思过程
本课是人教版《物理》(选修)3-1第二章第三节《欧姆定律》的内容,教材安排了测导体电流、电压和测绘小灯泡的伏安特性曲线两个实验。笔者根据教材做了大胆尝试,把演示实验改为学生实验,运用数字化实验系统进行物理实验的探究活动,解决了本节课实验量大、不易完成的难题,较好地体现了物理实验是科学探究的重要环节,有助于培养学生科学探究能力和实践能力。对于“定值电阻的伏安特性曲线”,采用传统实验测电压和电流值,然后将数据输入Excel表格中,生成定值电阻的伏安特性曲线。因为“定值电阻的伏安特性曲线”是学生高中阶段接触的第一个电学实验,电路连接时的注意事项、电压表和电流表的使用方法以及注意事项都要呈现给学生。但是,如果用传统实验仪器来测得“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”的数据,就只能让学生凭感觉画出来,其走向完全在重复教师直接告诉的结论,这就与新课改要求学生以探究的方式研究问题相违背。在这样的矛盾冲突下,笔者保留了部分传统实验,把数字化实验系统应用进来。
● 学情分析
本课时教学中学生可能会出现的主要思维障碍与困惑:①本节课是学生高中阶段的第一次电学实验,实验电路图的连接和实验的注意事项,都应该让学生清楚,要让学生养成良好的实验习惯,培养学生严谨求学的态度;②本节课要用到Excel来制作“定值电阻的伏安特性曲线”,还要用到数字化实验系统来完成“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”,所以,教师要对学生进行一定的计算机培训,以确保课上实验的顺利进行。学生掌握了数字化实验系统的操作,掌握了如何应用传感器,对于将来继续深入学习物理知识能够起到巨大的推动作用。
● 教学目标
知识与能力目标:进一步体会用比值法定义物理量的方法,理解电阻的定义,理解欧姆定律;通过测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,掌握利用滑动变阻器分压式电路来改变电压的基本技能;知道线性元件和非线性元件,学会一般元件伏安特性曲线的测绘方法。
过程与方法目标:经历探究导体电压和电流关系的过程,体会利用数字化实验系统对图像进行处理、分析实验数据、总结实验规律的方法;运用数学图像法处理物理问题,培养学生运用数学进行逻辑推理的能力;课后由学生提交本次实验的实验报告,并把打印好的数字化实验结果附在实验报告后,以便反思和交流,也作为教师对学生学习效果的反馈与检测的依据之一。
情感、态度与价值观目标:通过介绍欧姆的研究过程和“欧姆定律”的建立,激发学生的创新意识,培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格,进行热爱科学、献身科学的品格教育;通过传统实验与数字化实验系统的对比,学生树立“继承与发展”的人生观。
● 教学重、难点
重点:欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题;学生探究用电元件的伏安特性曲线。
难点:“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”的生成;学生能够建立概念图意识,自己能够画出概念图。
● 教学过程
1.课堂引入
演示仪器:红绿灯演示仪。
师:在导体的两端加上电压,导体中才有电流,那么,导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢?这节课同学们会通过实验自己找到答案。
2.实验探究
(1)探究定值电阻的“电压-电流关系图像”及其“电流-电压关系图像”(即伏安特性曲线)。
师:同学们在连接电路时,按电流的方向连接,先连干路再连支路(如图1),最后将电压表并联到灯泡的两端;连接电路时,电键要处在断开状态,滑动变阻器滑片处于这个电路图的最左端(滑动变阻器的分压式接法将在以后课堂上加以介绍,不是这堂课的主题);电流表、电压表的量程选择要正确,要使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出;调节滑动变阻器时要缓慢移动滑片,且电表指针稳定时读数;每个实验台上有两个定值电阻,阻值分别为15Ω的和5Ω的。同学们从电压表和电流表示数均为零开始对其中的一个定值电阻进行实验,电压表每增加2V就在Excel上记录一组电压和电流值,一共记录7组数据;做完实验后马上把滑动变阻器挪回到这个电路图的最左端;用另一个定值电阻替换前一个定值电阻,仍然在Excel上记录7组数据;在Excel上生成U-I图和I-U图。
师:说出所做的U-I图像是什么形状。
生:同一金属导体的U-I图像应该是一条通过原点的直线。这一组数据虽然生成的是一次函数图像,但在误差允许范围之内,可以把它看成正比例函数图像。
师:通过你对导体图像的认识,能否说明“i1”系列的“U-I”图像直线的斜率有什么物理意义?
生:同一导体,不管电流、电压怎样变化,电压跟电流的比值都是一个常数,可写为,比值R反映了导体对电流的阻碍作用,这个比值R我们叫导体的电阻。
师:比较“i1”系列的“U-I”图像与“i2”系列的“U-I”图像,你又能得出什么结论?
生:由图像的斜率值的大小,可以看出不同导体的U-I图像的倾斜程度不同,即不同导体的R值也不同。在“U-I”图像中,倾斜程度越大的图像,阻值R就越大。
师:注意物理量的比值定义法然后回答:由电阻的定义式能否说成“电阻和导体两端电压成正比、和导体中的电流成反比”?
生:不能。电阻R是一个跟导体本身性质有关而与通过的电流无关的量,这就是数学函数关系与物理规律之间的差别。
师:我将以上结论式做变形处理,可以得到什么规律?
生:将结论式变形就得到了我们在初中学习过的“欧姆定律”,即导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
师:同学们,我们刚才还在表格中生成了一个“I-U”图像,请大家结合教材说出这种图像的名称,并进行具体表述。
生:表格中的“I-U”图像,即伏安特性曲线。教材上介绍:在实际应用中,常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,这样画出的I-U图像叫做导体的伏安特性曲线。
师:请同学们思考,为什么教材上说“实际应用中,常用I-U图像,而不是U-I图像”?
生:我们之所以常用“I-U”图,是因为电压是比较容易控制的变量,所以常用电压作为横坐标。
师:“I-U”图像的斜率表示什么物理意义?它与“U-I”图像的斜率有什么区别?
生:“I-U”图像的斜率等于电阻的倒数;而“U-I”图像的斜率等于电阻。
情感目标落实:欧姆的生平;欧姆在经济十分困难的情况下还锲而不舍地求学,这种精神很值得我们学习。
(2)探究小灯泡的电压和电流关系图像。
师:电路连接时注意先断开电键,滑动变阻器还是达到A端,把定值电阻用小灯泡代替,电压表和电流表分别用电压传感器和电流传感器代替。用数字化实验系统来完成这个实验的数据处理。
学生用数字化实验系统完成实验的同时,在计算机上就可以看出数据走向(如图3)。
师:请大家观察稳压二极管的电压和电流关系,分析二极管的电压电流关系图线是不是线性关系。
生:二极管的电流与电压不成正比,二极管是非线性关系。
师:二极管加正向电压时,电压越高,电流随电压的变化越快还是越慢?
生:二极管加正向电压时,电压越高,电流随电压的变化越快。
师:二极管加反向电压时,一般电压下电流为0表示导通还是不导通?
生:不导通。
师:二极管加反向电压时,一般电压下电流为0表示不导通,当电压达到一定值时,电流出现什么现象?
生:迅速增大。
教师总结。
3.课堂练习(略)
4.课堂小结
教师应用概念图技术对知识进行归纳(如下页图5)。在概念图相应概念处,教师用链接技术对相应的知识点加以解释。这使学生对本节课的知识有了更系统、更全面的认识;使得学生的思维能力得到了很大程度的提升。
教师建议学生课下自己试着画出概念图。
5.课后作业
(1)完成《物理学习质量监测》P54“理解与应用”第1～10题;思考并回答第11题。
(2)课下查找资料,写一篇关于课上所用电路图误差分析的小论文。
(3)今天网上QQ交流与答疑时间为:晚上7:30～8:00。
● 教学反思
1.新课标、新教材赋予实验教学新的内容和要求
物理实验教学不仅仅是为学生演示一个物理现象、验证一个物理原理、发现一条物理规律,更为重要的是通过实验来引导学生掌握科学实验的方法、树立科学实验的思想。此外,物理实验还是科学探究的重要一环,它有助于培养学生科学探究能力和实践能力。新教材也加大了实验教学的力度,学生实验由19个增加到23个。
2.在矛盾中寻求实验手段的进步
《欧姆定律》这节安排了“定值电阻的伏安特性曲线”、“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”三个实验。对于“定值电阻的伏安特性曲线”,我采用了传统实验测电压和电流值,然后将数据输入Excel中,生成定值电阻的伏安特性曲线。因为它是我们高中阶段接触的第一个电学实验,电路连接时的注意事项,电压表和电流表的使用方法以及注意事项都要呈现给学生。
但是,“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”用传统实验仪器来测得数据,就只能让学生凭感觉画出来,其走向完全在重复教师直接告诉的结论,这就与新课改要求学生以探究的方式研究问题相违背。在这样的矛盾冲突下,笔者辨证地保留了部分传统实验,想到了把数字化实验系统应用进来。
3.用数字化实验系统来优化传统实验
数字化实验系统是利用计算机作为实验终端,通过数据采集器、多种教学专用传感器以及配套使用的专用软件和常规仪器共同完成物理量的采集、测量、数据记录和处理。数据采集器与计算机以串行方式通信,与传感器采用并行输入方式,可同时接多y个传感器。它同时具备电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等仪器设备的功能,实现了测量结果的高精度和数字化。
数字化实验系统是一个开放性的实验平台,将传感器和计算机组成多功能的测量系统,能够独立地或者与传统的仪器结合起来进行实验,快速、高精度地实时采集数据,自动记录和分析处理。具有操作简便、所得图像直观、可回放等优点。
点评
《欧姆定律》教学设计不同于一般的整合教学设计,设计者在设计中并没有使用多少花哨的素材和信息化手段,但却“招招”实用。
第一招:利用电子表格处理实验数据。相对于传统的手工记录及处理数据的方式,使用电子表格来记录、处理数据方便、快捷,高效。此外,也让学生进一步亲身体验信息技术在日常学习、生活、工作中的重要应用。
第二招:数字化实验系统探究实验。数字化实验系统具有数据采集智能化、数据处理智能化的特点,操作更加简单,也更加节省时间。与传统实验方法结合,从而确保自主实验探究落到实处。
第三招:概念图的使用。在本节课的结尾部分使用概念图的形式明确和分析了本节课的任务及为了达成该任务所需要具备的知识、条件、方法和过程,借助于概念图所具有的思维效率高、让人的左右脑同时运作的特点,使学生更容易建构知识体系。
新课标积极倡导“自主、探究、合作”的教与学方式,要想将这种新型教与学的方式落实到自身教学的实处,其中关键一点是利用信息技术营造一种支撑它的环境。很显然,在这方面,本课的设计者已做了很多有益的尝试。
本课是人教版《物理》(选修)3-1第二章第三节《欧姆定律》的内容,教材安排了测导体电流、电压和测绘小灯泡的伏安特性曲线两个实验。笔者根据教材做了大胆尝试,把演示实验改为学生实验,运用数字化实验系统进行物理实验的探究活动,解决了本节课实验量大、不易完成的难题,较好地体现了物理实验是科学探究的重要环节,有助于培养学生科学探究能力和实践能力。对于“定值电阻的伏安特性曲线”,采用传统实验测电压和电流值,然后将数据输入Excel表格中,生成定值电阻的伏安特性曲线。因为“定值电阻的伏安特性曲线”是学生高中阶段接触的第一个电学实验,电路连接时的注意事项、电压表和电流表的使用方法以及注意事项都要呈现给学生。但是,如果用传统实验仪器来测得“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”的数据,就只能让学生凭感觉画出来,其走向完全在重复教师直接告诉的结论,这就与新课改要求学生以探究的方式研究问题相违背。在这样的矛盾冲突下,笔者保留了部分传统实验,把数字化实验系统应用进来。
● 学情分析
本课时教学中学生可能会出现的主要思维障碍与困惑:①本节课是学生高中阶段的第一次电学实验,实验电路图的连接和实验的注意事项,都应该让学生清楚,要让学生养成良好的实验习惯,培养学生严谨求学的态度;②本节课要用到Excel来制作“定值电阻的伏安特性曲线”,还要用到数字化实验系统来完成“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”,所以,教师要对学生进行一定的计算机培训,以确保课上实验的顺利进行。学生掌握了数字化实验系统的操作,掌握了如何应用传感器,对于将来继续深入学习物理知识能够起到巨大的推动作用。
● 教学目标
知识与能力目标:进一步体会用比值法定义物理量的方法,理解电阻的定义,理解欧姆定律;通过测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,掌握利用滑动变阻器分压式电路来改变电压的基本技能;知道线性元件和非线性元件,学会一般元件伏安特性曲线的测绘方法。
过程与方法目标:经历探究导体电压和电流关系的过程,体会利用数字化实验系统对图像进行处理、分析实验数据、总结实验规律的方法;运用数学图像法处理物理问题,培养学生运用数学进行逻辑推理的能力;课后由学生提交本次实验的实验报告,并把打印好的数字化实验结果附在实验报告后,以便反思和交流,也作为教师对学生学习效果的反馈与检测的依据之一。
情感、态度与价值观目标:通过介绍欧姆的研究过程和“欧姆定律”的建立,激发学生的创新意识,培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格,进行热爱科学、献身科学的品格教育;通过传统实验与数字化实验系统的对比,学生树立“继承与发展”的人生观。
● 教学重、难点
重点:欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题;学生探究用电元件的伏安特性曲线。
难点:“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”的生成;学生能够建立概念图意识,自己能够画出概念图。
● 教学过程
1.课堂引入
演示仪器:红绿灯演示仪。
师:在导体的两端加上电压,导体中才有电流,那么,导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢?这节课同学们会通过实验自己找到答案。
2.实验探究
(1)探究定值电阻的“电压-电流关系图像”及其“电流-电压关系图像”(即伏安特性曲线)。
师:同学们在连接电路时,按电流的方向连接,先连干路再连支路(如图1),最后将电压表并联到灯泡的两端;连接电路时,电键要处在断开状态,滑动变阻器滑片处于这个电路图的最左端(滑动变阻器的分压式接法将在以后课堂上加以介绍,不是这堂课的主题);电流表、电压表的量程选择要正确,要使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出;调节滑动变阻器时要缓慢移动滑片,且电表指针稳定时读数;每个实验台上有两个定值电阻,阻值分别为15Ω的和5Ω的。同学们从电压表和电流表示数均为零开始对其中的一个定值电阻进行实验,电压表每增加2V就在Excel上记录一组电压和电流值,一共记录7组数据;做完实验后马上把滑动变阻器挪回到这个电路图的最左端;用另一个定值电阻替换前一个定值电阻,仍然在Excel上记录7组数据;在Excel上生成U-I图和I-U图。
师:说出所做的U-I图像是什么形状。
生:同一金属导体的U-I图像应该是一条通过原点的直线。这一组数据虽然生成的是一次函数图像,但在误差允许范围之内,可以把它看成正比例函数图像。
师:通过你对导体图像的认识,能否说明“i1”系列的“U-I”图像直线的斜率有什么物理意义?
生:同一导体,不管电流、电压怎样变化,电压跟电流的比值都是一个常数,可写为,比值R反映了导体对电流的阻碍作用,这个比值R我们叫导体的电阻。
师:比较“i1”系列的“U-I”图像与“i2”系列的“U-I”图像,你又能得出什么结论?
生:由图像的斜率值的大小,可以看出不同导体的U-I图像的倾斜程度不同,即不同导体的R值也不同。在“U-I”图像中,倾斜程度越大的图像,阻值R就越大。
师:注意物理量的比值定义法然后回答:由电阻的定义式能否说成“电阻和导体两端电压成正比、和导体中的电流成反比”?
生:不能。电阻R是一个跟导体本身性质有关而与通过的电流无关的量,这就是数学函数关系与物理规律之间的差别。
师:我将以上结论式做变形处理,可以得到什么规律?
生:将结论式变形就得到了我们在初中学习过的“欧姆定律”,即导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
师:同学们,我们刚才还在表格中生成了一个“I-U”图像,请大家结合教材说出这种图像的名称,并进行具体表述。
生:表格中的“I-U”图像,即伏安特性曲线。教材上介绍:在实际应用中,常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,这样画出的I-U图像叫做导体的伏安特性曲线。
师:请同学们思考,为什么教材上说“实际应用中,常用I-U图像,而不是U-I图像”?
生:我们之所以常用“I-U”图,是因为电压是比较容易控制的变量,所以常用电压作为横坐标。
师:“I-U”图像的斜率表示什么物理意义?它与“U-I”图像的斜率有什么区别?
生:“I-U”图像的斜率等于电阻的倒数;而“U-I”图像的斜率等于电阻。
情感目标落实:欧姆的生平;欧姆在经济十分困难的情况下还锲而不舍地求学,这种精神很值得我们学习。
(2)探究小灯泡的电压和电流关系图像。
师:电路连接时注意先断开电键,滑动变阻器还是达到A端,把定值电阻用小灯泡代替,电压表和电流表分别用电压传感器和电流传感器代替。用数字化实验系统来完成这个实验的数据处理。
学生用数字化实验系统完成实验的同时,在计算机上就可以看出数据走向(如图3)。
师:请大家观察稳压二极管的电压和电流关系,分析二极管的电压电流关系图线是不是线性关系。
生:二极管的电流与电压不成正比,二极管是非线性关系。
师:二极管加正向电压时,电压越高,电流随电压的变化越快还是越慢?
生:二极管加正向电压时,电压越高,电流随电压的变化越快。
师:二极管加反向电压时,一般电压下电流为0表示导通还是不导通?
生:不导通。
师:二极管加反向电压时,一般电压下电流为0表示不导通,当电压达到一定值时,电流出现什么现象?
生:迅速增大。
教师总结。
3.课堂练习(略)
4.课堂小结
教师应用概念图技术对知识进行归纳(如下页图5)。在概念图相应概念处,教师用链接技术对相应的知识点加以解释。这使学生对本节课的知识有了更系统、更全面的认识;使得学生的思维能力得到了很大程度的提升。
教师建议学生课下自己试着画出概念图。
5.课后作业
(1)完成《物理学习质量监测》P54“理解与应用”第1～10题;思考并回答第11题。
(2)课下查找资料,写一篇关于课上所用电路图误差分析的小论文。
(3)今天网上QQ交流与答疑时间为:晚上7:30～8:00。
● 教学反思
1.新课标、新教材赋予实验教学新的内容和要求
物理实验教学不仅仅是为学生演示一个物理现象、验证一个物理原理、发现一条物理规律,更为重要的是通过实验来引导学生掌握科学实验的方法、树立科学实验的思想。此外,物理实验还是科学探究的重要一环,它有助于培养学生科学探究能力和实践能力。新教材也加大了实验教学的力度,学生实验由19个增加到23个。
2.在矛盾中寻求实验手段的进步
《欧姆定律》这节安排了“定值电阻的伏安特性曲线”、“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”三个实验。对于“定值电阻的伏安特性曲线”,我采用了传统实验测电压和电流值,然后将数据输入Excel中,生成定值电阻的伏安特性曲线。因为它是我们高中阶段接触的第一个电学实验,电路连接时的注意事项,电压表和电流表的使用方法以及注意事项都要呈现给学生。
但是,“小灯泡的伏安特性曲线”和“二极管的伏安特性曲线”用传统实验仪器来测得数据,就只能让学生凭感觉画出来,其走向完全在重复教师直接告诉的结论,这就与新课改要求学生以探究的方式研究问题相违背。在这样的矛盾冲突下,笔者辨证地保留了部分传统实验,想到了把数字化实验系统应用进来。
3.用数字化实验系统来优化传统实验
数字化实验系统是利用计算机作为实验终端,通过数据采集器、多种教学专用传感器以及配套使用的专用软件和常规仪器共同完成物理量的采集、测量、数据记录和处理。数据采集器与计算机以串行方式通信,与传感器采用并行输入方式,可同时接多y个传感器。它同时具备电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等仪器设备的功能,实现了测量结果的高精度和数字化。
数字化实验系统是一个开放性的实验平台,将传感器和计算机组成多功能的测量系统,能够独立地或者与传统的仪器结合起来进行实验,快速、高精度地实时采集数据,自动记录和分析处理。具有操作简便、所得图像直观、可回放等优点。
点评
《欧姆定律》教学设计不同于一般的整合教学设计,设计者在设计中并没有使用多少花哨的素材和信息化手段,但却“招招”实用。
第一招:利用电子表格处理实验数据。相对于传统的手工记录及处理数据的方式,使用电子表格来记录、处理数据方便、快捷,高效。此外,也让学生进一步亲身体验信息技术在日常学习、生活、工作中的重要应用。
第二招:数字化实验系统探究实验。数字化实验系统具有数据采集智能化、数据处理智能化的特点,操作更加简单,也更加节省时间。与传统实验方法结合,从而确保自主实验探究落到实处。
第三招:概念图的使用。在本节课的结尾部分使用概念图的形式明确和分析了本节课的任务及为了达成该任务所需要具备的知识、条件、方法和过程,借助于概念图所具有的思维效率高、让人的左右脑同时运作的特点,使学生更容易建构知识体系。
新课标积极倡导“自主、探究、合作”的教与学方式,要想将这种新型教与学的方式落实到自身教学的实处,其中关键一点是利用信息技术营造一种支撑它的环境。很显然,在这方面,本课的设计者已做了很多有益的尝试。