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随着高中新课程改革的全面推开,科学探究已成为当前基础教育课程改革的热点、亮点和难点,这就迫切要求教师要善于吸收教育科学及所教学科的最新成果,拓宽自己的知识面,挖掘出教材所蕴涵的探究性因素,精心设计相应的探究性课题,把学生置于开放、多元的学习环境中,确立起学生在学习中的主体地位,增进独立思考能力,启迪创新思维,以更好的培养学生的科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神,更有利于我国创新拔尖人才的培养。
物理学在日常生活、生产实践和科学研究中有着极其广泛的应用,在物理学习中,注重实际问题的分析探究,对于激发学生学习兴趣,拓宽知识面,提高应用物理基础知识解决实际问题的能力,树立一切从实际出发的良好作风,都是十分必要的,本人在教学中开发实验资源,设计实践探究问题,激发了学生的探究欲望,培养了学生的科学探究能力,下面略举几个物理科学探究与创新有效整合的案例,以求抛砖引玉。
案例一:[探究课题]对摩擦力较量的奇特现象探究
[创设情境,引出问题]:
用一根绳子,在绳子上系两个一大一小松开的结,如图1所示,然后双手提起绳子,沿水平方向缓慢地拉绳的两端,请大家思考:两结在收紧的过程中有无先后之分呢?
[学生积极思考,分析猜想]:
学生根据自己日常生活中的经验,想当然地回答:肯定有先后之分,绳上的小结先收紧,大结后收紧,究竟是不是这样的呢?
[家庭实验,实施探究]:
学生分别找来绳子,在绳子上系两个一大一小松开的结,然后双手提起绳子,沿水平方向缓慢地拉绳的两端,实施自主探究,多做几次以得出一般规律。
[实验探究结果]:(出乎意料)在探究实验中,两结总是同时被收紧。
与猜想结果不相符合,激发起学生更加强烈的好奇心和探究欲望:为什么是这样的呢?
[引导分析,启迪创新思维]:
在缓慢拉绳的过程中,原来较小的结中绳与绳之间的压力较大,根据最大静摩擦力与压力成正比的原理,故较小的结中绳与绳之间的最大静摩擦力也较大,若左侧的结较大,当拉绳子时,左侧结中由于绳与绳之间的压力较小,最大静摩擦力较小,随着两端拉绳的力的逐渐增大,将首先大于左侧结中的最大静摩擦力,故左侧结先收缩,而右侧的结由于最大静摩擦力较大而保持原样,一旦左侧的结收缩到小于右侧的结后,该结的最大静摩擦力将大于右侧的结,在摩擦力的作用下,该结将暂停收缩,而右侧结开始收缩,如此周而复始,最终两结将被同时被收紧。
点评 根据生活经验的主观猜想,往往是不可靠的,需要通过实践来检验,实验探究能够给学生提供一实践的机会,从而培养学生较强的观察能力、动手能力、分析综合能力、团结协作能力、自主创新能力等等。
案例二:[探究课题]对奇妙的螺旋风轮的探究
[创设情境,设计实验,引出问题]:
取一根竹筷,用刀子从上到下刮去一半,制成一根扁筷子,然后用小刀在竹筷上刻几排槽,槽的间隔为
2cm,准备一张边长为4cm的正方形纸片,用剪刀沿对角线向中心剪,中间不要剪断,收起四边的角,拉向中心,用一根大头针从中心穿过,便制作好了一个螺旋风轮,最后把风轮固定在扁竹筷子的顶端,使其能够自由转动,如图2所示,操作:左手拿一个螺旋风轮,右手拿一根筷子在螺旋风轮的槽口来回摩擦,螺旋风轮便飞快地旋转起来;当摩擦另一边的槽口时,螺旋风轮立即反过来旋转,这简直是太神奇了,到底是为什么呢?(这是本人孩提时代自制的一个玩具)
[引导学生自制有趣的玩具,实施探究]:
学生找来材料,自制螺旋风轮玩具,个个十分投入地进行研究,探索“风轮奇妙旋转”的原因,相互交流、讨论,众说纷纭,莫衷一是,还是没人能准确解释这种现象。
[引导分析,启迪思维]:
在该探究实验中,风轮是松动地套在大头针上的,大头针不可能完全位于旋转风轮的重心上,所以当筷子摩擦时,就会使风轮的重力相对于转轴产生旋转力矩,把风轮带动起来,因为筷子是扁的,当摩擦槽口时,必然导致筷子的振动,这种振动是椭圆式振动,也会带动风轮转动。这就是“风轮奇妙旋转”的道理,该孩提时代的自制玩具玩起来十分有趣。
点评 这个实验非常有趣,可以培养学生较强的观察能力、分析综合能力,在玩中学,在愉快中感悟,在浓厚的兴趣中提升,实施自主探究,亲身感受,将使物理学变得更加亲切。
案例三:[探究课题]对风帆逆风行舟的探究
[创设情境,引出问题]:
我们知道,风帆能乘风破浪,顺风而行,那么,请大家思考:风帆能逆风行驶吗?
[学生积极思考,分析猜想]:
有的学生认为可以,因为从电影电视上看过;有的学生则认为不可能,顶着风怎么能前进呢?众说纷纭,莫衷一是,到底该是怎样的一种情景呢?
[引导设计实验,启迪思维,实施自主探究]:
找一块南瓜或土豆,切成如图3所示的直角三棱柱的形状,将其放在光滑的水平玻璃板面上,手指放在斜面上,并让手指沿斜面向下滑,使斜面受到向右下方的力的作用,如图4所示,请大家猜想:南瓜块或土豆块将向左还是向右运动呢?如果条件允许,用冰块做该实验,效果会更好。
[学生积极思考,分析猜想]:
有的学生认为向左运动;有的学生则认为向右运动;有的学生却认为不动,到底是怎样的呢?
[家庭实验,实施探究]:
学生用冰箱冻了如图3形状的直角三棱柱,将其放在光滑的水平玻璃板面上,手指放在斜面上,并让手指沿斜面向下滑,使斜面受到向右下方的力的作用,结果神奇地发现:虽然施力方向斜向右下方,但冰块却向左滑,这到底是为什么呢?这与逆风行舟有什么关联呢?
[引导分析,启迪创新思维]:
如图5所示,当手指沿斜面向下滑时,对斜面产生一个斜向右下方的力F.F力有两个分力,一个是平行于斜面的分力,由于斜面较光滑,故该力起不了多大的作用,另一个是垂直于斜面向下的力N,力N按实际效果又可分解为分力N1和N2,只要这南瓜块或土豆块或冰块与玻璃板间的动摩擦因数较小(实际情景),N1便能使南瓜块或土豆块或冰块向左移动。
风帆逆风行舟的道理与上述基本相同,如图6所示,M为风帆,要使船由起点A行至终点P,船身须偏转一角度,并使帆面M介于直线AP与AB之间,当风吹到风帆M上时,平行于风帆的风力作用可忽略,主要作用力为垂直于帆的风力F,力F可分解为沿船身把船向前推进的分力F。和使船侧向移动的分力F2,由于船体在侧向移动方向上受到水的阻力很大,所以船侧向移动很小可不计;而船沿船身方向所受水的阻力较小,所以在分力F,的作用下船沿AB方向前进,当船沿AB方向航行一段距离后,将船头掉到BC方向,同时改变风帆的方位,风力将使船沿BC方向前进,不断交替改变船头的方向,可使船沿“之”字形路线前进,最终到达目的地P(见图7)
[学以致用,实施探究]:
请学生每人做一个小帆船,用电吹风沿适当角度吹小帆船的帆面,使小帆船在水中逆风行驶,比一比,赛一赛,看谁做的小帆船既漂亮,又能在水中逆风行驶得最快。
点评 联系生活实践的问题往往是学生特别感兴趣的问题,能激发起学生更加强烈的好奇心和求知欲,通过对问题的自主探究,可以使学生品尝探究的乐趣,从而激发学生对物理学的热爱,使他们义无返顾地投入到物理学科的探究学习中去,更有利于学生素质的全面提高。
没有探究,就没有科学,如果学生初接触探究性课题,探究性学习可在教师指导下进行;如果学生多次做探究性课题,探究性学习可由学生自己设计完成,以更好地激发学生自主学习能力,启迪创新思维,总之,教师在教学过程中要深挖教材中的探究性因素,开发实验探究资源,精心多多设计或启发学生设计新的探究方案,尽最大可能给学生提供必要的科学探究机会,让学生自主思维、动手实验、社会调查、查阅文献等等,体验探究过程的曲折和乐趣,发展科学探究能力,教育改革呼唤更多具有创新思维的教师,以更好地激发学生探究科学的热情,增强他们的创新意识。
物理学在日常生活、生产实践和科学研究中有着极其广泛的应用,在物理学习中,注重实际问题的分析探究,对于激发学生学习兴趣,拓宽知识面,提高应用物理基础知识解决实际问题的能力,树立一切从实际出发的良好作风,都是十分必要的,本人在教学中开发实验资源,设计实践探究问题,激发了学生的探究欲望,培养了学生的科学探究能力,下面略举几个物理科学探究与创新有效整合的案例,以求抛砖引玉。
案例一:[探究课题]对摩擦力较量的奇特现象探究
[创设情境,引出问题]:
用一根绳子,在绳子上系两个一大一小松开的结,如图1所示,然后双手提起绳子,沿水平方向缓慢地拉绳的两端,请大家思考:两结在收紧的过程中有无先后之分呢?
[学生积极思考,分析猜想]:
学生根据自己日常生活中的经验,想当然地回答:肯定有先后之分,绳上的小结先收紧,大结后收紧,究竟是不是这样的呢?
[家庭实验,实施探究]:
学生分别找来绳子,在绳子上系两个一大一小松开的结,然后双手提起绳子,沿水平方向缓慢地拉绳的两端,实施自主探究,多做几次以得出一般规律。
[实验探究结果]:(出乎意料)在探究实验中,两结总是同时被收紧。
与猜想结果不相符合,激发起学生更加强烈的好奇心和探究欲望:为什么是这样的呢?
[引导分析,启迪创新思维]:
在缓慢拉绳的过程中,原来较小的结中绳与绳之间的压力较大,根据最大静摩擦力与压力成正比的原理,故较小的结中绳与绳之间的最大静摩擦力也较大,若左侧的结较大,当拉绳子时,左侧结中由于绳与绳之间的压力较小,最大静摩擦力较小,随着两端拉绳的力的逐渐增大,将首先大于左侧结中的最大静摩擦力,故左侧结先收缩,而右侧的结由于最大静摩擦力较大而保持原样,一旦左侧的结收缩到小于右侧的结后,该结的最大静摩擦力将大于右侧的结,在摩擦力的作用下,该结将暂停收缩,而右侧结开始收缩,如此周而复始,最终两结将被同时被收紧。
点评 根据生活经验的主观猜想,往往是不可靠的,需要通过实践来检验,实验探究能够给学生提供一实践的机会,从而培养学生较强的观察能力、动手能力、分析综合能力、团结协作能力、自主创新能力等等。
案例二:[探究课题]对奇妙的螺旋风轮的探究
[创设情境,设计实验,引出问题]:
取一根竹筷,用刀子从上到下刮去一半,制成一根扁筷子,然后用小刀在竹筷上刻几排槽,槽的间隔为
2cm,准备一张边长为4cm的正方形纸片,用剪刀沿对角线向中心剪,中间不要剪断,收起四边的角,拉向中心,用一根大头针从中心穿过,便制作好了一个螺旋风轮,最后把风轮固定在扁竹筷子的顶端,使其能够自由转动,如图2所示,操作:左手拿一个螺旋风轮,右手拿一根筷子在螺旋风轮的槽口来回摩擦,螺旋风轮便飞快地旋转起来;当摩擦另一边的槽口时,螺旋风轮立即反过来旋转,这简直是太神奇了,到底是为什么呢?(这是本人孩提时代自制的一个玩具)
[引导学生自制有趣的玩具,实施探究]:
学生找来材料,自制螺旋风轮玩具,个个十分投入地进行研究,探索“风轮奇妙旋转”的原因,相互交流、讨论,众说纷纭,莫衷一是,还是没人能准确解释这种现象。
[引导分析,启迪思维]:
在该探究实验中,风轮是松动地套在大头针上的,大头针不可能完全位于旋转风轮的重心上,所以当筷子摩擦时,就会使风轮的重力相对于转轴产生旋转力矩,把风轮带动起来,因为筷子是扁的,当摩擦槽口时,必然导致筷子的振动,这种振动是椭圆式振动,也会带动风轮转动。这就是“风轮奇妙旋转”的道理,该孩提时代的自制玩具玩起来十分有趣。
点评 这个实验非常有趣,可以培养学生较强的观察能力、分析综合能力,在玩中学,在愉快中感悟,在浓厚的兴趣中提升,实施自主探究,亲身感受,将使物理学变得更加亲切。
案例三:[探究课题]对风帆逆风行舟的探究
[创设情境,引出问题]:
我们知道,风帆能乘风破浪,顺风而行,那么,请大家思考:风帆能逆风行驶吗?
[学生积极思考,分析猜想]:
有的学生认为可以,因为从电影电视上看过;有的学生则认为不可能,顶着风怎么能前进呢?众说纷纭,莫衷一是,到底该是怎样的一种情景呢?
[引导设计实验,启迪思维,实施自主探究]:
找一块南瓜或土豆,切成如图3所示的直角三棱柱的形状,将其放在光滑的水平玻璃板面上,手指放在斜面上,并让手指沿斜面向下滑,使斜面受到向右下方的力的作用,如图4所示,请大家猜想:南瓜块或土豆块将向左还是向右运动呢?如果条件允许,用冰块做该实验,效果会更好。
[学生积极思考,分析猜想]:
有的学生认为向左运动;有的学生则认为向右运动;有的学生却认为不动,到底是怎样的呢?
[家庭实验,实施探究]:
学生用冰箱冻了如图3形状的直角三棱柱,将其放在光滑的水平玻璃板面上,手指放在斜面上,并让手指沿斜面向下滑,使斜面受到向右下方的力的作用,结果神奇地发现:虽然施力方向斜向右下方,但冰块却向左滑,这到底是为什么呢?这与逆风行舟有什么关联呢?
[引导分析,启迪创新思维]:
如图5所示,当手指沿斜面向下滑时,对斜面产生一个斜向右下方的力F.F力有两个分力,一个是平行于斜面的分力,由于斜面较光滑,故该力起不了多大的作用,另一个是垂直于斜面向下的力N,力N按实际效果又可分解为分力N1和N2,只要这南瓜块或土豆块或冰块与玻璃板间的动摩擦因数较小(实际情景),N1便能使南瓜块或土豆块或冰块向左移动。
风帆逆风行舟的道理与上述基本相同,如图6所示,M为风帆,要使船由起点A行至终点P,船身须偏转一角度,并使帆面M介于直线AP与AB之间,当风吹到风帆M上时,平行于风帆的风力作用可忽略,主要作用力为垂直于帆的风力F,力F可分解为沿船身把船向前推进的分力F。和使船侧向移动的分力F2,由于船体在侧向移动方向上受到水的阻力很大,所以船侧向移动很小可不计;而船沿船身方向所受水的阻力较小,所以在分力F,的作用下船沿AB方向前进,当船沿AB方向航行一段距离后,将船头掉到BC方向,同时改变风帆的方位,风力将使船沿BC方向前进,不断交替改变船头的方向,可使船沿“之”字形路线前进,最终到达目的地P(见图7)
[学以致用,实施探究]:
请学生每人做一个小帆船,用电吹风沿适当角度吹小帆船的帆面,使小帆船在水中逆风行驶,比一比,赛一赛,看谁做的小帆船既漂亮,又能在水中逆风行驶得最快。
点评 联系生活实践的问题往往是学生特别感兴趣的问题,能激发起学生更加强烈的好奇心和求知欲,通过对问题的自主探究,可以使学生品尝探究的乐趣,从而激发学生对物理学的热爱,使他们义无返顾地投入到物理学科的探究学习中去,更有利于学生素质的全面提高。
没有探究,就没有科学,如果学生初接触探究性课题,探究性学习可在教师指导下进行;如果学生多次做探究性课题,探究性学习可由学生自己设计完成,以更好地激发学生自主学习能力,启迪创新思维,总之,教师在教学过程中要深挖教材中的探究性因素,开发实验探究资源,精心多多设计或启发学生设计新的探究方案,尽最大可能给学生提供必要的科学探究机会,让学生自主思维、动手实验、社会调查、查阅文献等等,体验探究过程的曲折和乐趣,发展科学探究能力,教育改革呼唤更多具有创新思维的教师,以更好地激发学生探究科学的热情,增强他们的创新意识。