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体会课改理念 改进实验教学

2008-10-15

中学理科·综合版 2008年9期
关键词:电路板滚筒斜面

陈 刚

现阶段,学生做实验时,通常是教师把实验步骤事先写在黑板上,所需的仪器,老师也提前为学生准备好了.这样的实验不但缺乏探究性,更没有趣味性,不利于培养学生的动手能力、创新精神和严谨的科学态度.“有没有能让学生自己设计、并用不同方法完成的探究式物理实验呢?”为此,笔者做了一些尝试.

经过到学校实验室调查、上网查阅资料、阅读专家的论著、并与其他老师讨论研究,最后设计出了《滚筒与斜面》、《百宝电路板》和《速度、加速度测量仪》这三组探究式物理教具.下面对这三个实验教具作简单介绍.

一、滚筒与斜面

1.教具简介

第一套实验教具是《滚筒与斜面》:有直径26cm、高38cm的铁皮滚筒一个;用夹心板做的长40cm、宽38cm、高10cm的斜面一块;同样大小的条形磁铁、条形铁块、磨刀石各一块.(如下图所示)

2.可探究的问题

(1)能合理解释放在斜面上的滚筒能自由向下滚动,而放在斜面上的条形石块静止不动吗?

(2)能让滚筒从静止开始滚上斜面吗?

(3)在斜面的上表面没有东西阻挡的情况下,能让滚筒在斜面上静止不动吗?

(4)能让滚筒自己在斜面上,上下摇晃而不滚下来吗?

二、百宝电路板

1.教具简介

(更多的内容请看案例)

《百宝电路板》:有一块40cm宽、50cm长、5cm厚的、由1mm厚铁板表面粘贴白色工程塑料做成的、可以用彩色笔在上面画电路图的、可以贴上底座有磁性的小电子零件的百宝电路板.百宝电路板本身提供具有短路保护的可变档的交流和直流电源,上面有一个抽屉装着各种外观漂亮的底座有磁性的小电流表、小电压表、电阻、电容、二极管、开关、导线等小电子零件应有尽有.使用它可以把从初中到高中的所有电路都尽情玩遍.(见下图)

2.可探究的问题

(1)知道电流能“通过”电容器吗?

(2)电感线圈对待交流电和直流电是否一样?

(3)如何区分哪一组电源是直流电,哪一组电源是交流电?

(4)有一神奇的电路,有两盏灯和一个开关,看起来它们是串联在一起的,可是,开关只对其中一盏灯起作用,这是为什么呢?

(5)有一神奇的电路,有两盏灯和两个开关,看起来它们是串联在一起的,可是,其中一个开关只对其中一盏灯起作用,另一个开关也只对另一盏灯起作用,这是为什么呢?

(更多的内容请看案例)

三、速度、加速度测量仪

1.教具简介

《速度、加速度测量仪》:一套用乐高教育机器人的RCX(主控制器)、光电传感器和ROBOLAB电脑编程语言做成的能测量实验小车运动速度和加速度的仪器.

2.使用说明

(1)测量速度时,在实验小车上安装一块已知长度的白色挡光板,在乐高教育机器人的RCX上装一个光电传感器;在实验小车经过的轨道旁边放置光电传感器并调节好高度;实验小车(白色挡光板)通过光电传感器的时间将被记录下来,用这个时间除以白色挡光板的长度,得到实验小车通过光电传感器的平均速度.

(2)测量加速度时,在实验小车上安装一块已知长度的白色挡光板,在乐高RCX上装1号和2号两个光电传感器;在实验小车经过的轨道旁放置1号光电传感器和2号光电传感器,并调节好高度,还要测量两个光电传感器之间的距离;当实验小车(白色挡光板)分别通过两个光电传感器时,小车通过两个光感器的时间将被记录下来,从而可计算出小车运动的加速度.

3.可探究的问题

(1)如何判断哪个物体做匀速直线运动?

(2)实验小车通过水平弯道时,多大的速度使它翻车?

(3)翻滚时,过山车的安全速度是多少?

(4)自由下落物体的加速度等于多少?

(5)两个物体碰撞前后总动量守恒吗?

四、三组探究式物理教具的特点

这三组探究式物理实验具有趣味性强的特点,能够充分调动学习者主动探究的欲望;《滚筒与斜面》这一套教具制作简单,价格便宜,对学习“重心”、“共点力平衡”、“力矩”等物理概念有很大的帮助.《百宝电路板》这一套教具设计精美、功能齐全,可以在面板上一边画电路图,一边安放电子元件;每个电子元件都有磁性底座,稳定性好不会移动和翻倒,整块电路板可以水平放置,也可以竖直放置,方便学生做演示和交流;电路的连接采取插接式,非常方便快捷;还装配有短路保护装置,非常安全可靠;这套电路板不仅能够在学校使用,也能够在家庭中使用.《速度、加速度测量仪》运用了乐高教育机器人的RCX、光电传感器和ROBOLAB计算机编程语言,能测量实验小车运动速度和加速度,且测量的准确度比较高.

五、应用案例

案例A:选用《滚筒与斜面》这一套教具

1.问题:能让滚筒从静止开始滚上斜面吗?

2.假设方案:

(1)把磁铁放在斜面的某处利用磁力把它吸引上来.

(2)用磁铁在斜面下滑动带动滚筒向上滚.

(3)把铁块贴在滚筒的内壁上使它的重心偏移,当重物在上边某个位置时,可以向上滚动.

3.实验验证:

通过实验,证明假设方案(1)(2)是行不通的,原因是条形磁铁的磁场较小,不能将铁滚筒带动;假设(3)的实验成功了,但是,如果重物所处的位置不正确,滚筒可能会朝相反的方向滚动;当把两块重物一起粘在滚筒里面时,它可以滚动得更快.

4.原理:

当把重物粘在滚筒的内壁上时,整个装置(滚筒和铁块)的重心偏到重物一边(如图所示C处),在斜面上该装置共受重力、支持力、摩擦力三个力的作用,与斜面接触的O点为转轴,支持力和摩擦力产生的力矩为零,重力产生的力矩刚好是使滚筒向上滚动的合力矩.

案例B:选用《百宝电路板》这一套教具

1.问题:如何区分哪一组电源是直流电?哪一组电源是交流电?

2.假设方案:

(1)把小灯泡分别接在低压直流电源和低压交流电源上,可能灯泡发光不一样.

(2)把带有铁芯的线圈分别接在低压直流电源和交流电源上,通过电磁铁能否吸引小铁片来判断.

(3)把两个不同颜色的发光二极管,先并联(极性相反),再分别接在低压直流电源和低压交流电源上,通过发光来判断.

(4)先把小灯泡与二极管串联,再分别接在低压直流电源和低压交流电源上,可能灯泡发光不一样.

3.实验验证:

通过实验,方案1失败.原因是实验现象相同,不能加以区分.

方案2、方案3可行.在方案2中,接直流电源可以吸引小铁片,接交流电源不行;在方案3中,接直流电源的,仅有一个发光二极管发光,接交流电源的,两个发光二极管都发光.

方案4有问题.在方案4中,有可能接直流电源和交流电源的小灯泡都亮,有可能接直流电源的小灯泡不亮,接交流电源的小灯泡亮.

4.原理:

方案2中,接直流电的带有铁芯的线圈变成电磁铁,能吸引小铁片,接交流电的不行.

方案3中,当接上直流电时,由于电流的单向性,故只有一个发光二极管能发光;当接交流电时,由于交流电流的周期性,两个极性相反的二极管都能发光.

参考文献

1.罗星凯、李萍昌.探究式学习:含义、特征和核心要素[J]教育研究,2001,(12).

2.罗星凯.实施科学探究性学习必须正视的问题[M].北京:人民教育出版社,2003.

3.罗星凯.中学物理疑难实验专题研究[M].桂林:广西师范大学出版社,1998.

4.高文.建构主义学习的特征[J]外国教育资料,1999,(1).

5.冯忠良等著.教育心理学[M].北京:人民教育出版社.

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