自制教具提升物理教学有效性

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自制教具提升物理教学有效性1自制探究重力势能与其影响因素有关的教具从认知心理学的角度来看，人的认识一般是从实物、图形到抽象数字符号的系统认知过程。物理学的本质是实验科学。建构主义学习理论认为,学生的学习过程是主动的建构的过程。有关研究表明，初中生的思维发展仍处于形象思维阶段，这是从具体形象思维向抽象思维过渡的阶段。综上所述，通过观察、实验、探究活动帮助学生建构概念，从而发现规律是有效的教学模式。教学实践也表明，机械地灌输概念是低效、徒劳的。动能、重力势能是中学物理重要的抽象概念。在动能教学中，人教版（2013版）教材设置了“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验，而重力势能的教学，教材通过打桩机打桩的例子，用陈述性的语言给出了重力势能的定义，重力势能的大小与质量、高度的关系。站在教师的角度，笔者认为这个内容过于简单，为了追求效率，对教材照本宣科，学生的体会和理解不深刻，只能死记硬背结论。从落实三维教学目标来看，采用探究式教学是优化的选择。采用探宂式教学也有利于不同层次的学生获得相应的发展。重力势能探究式教学的主要步骤为：①通过生活中的实例引导学生猜想重力势能的大小跟哪些因素有关；②引导学生设计实验方案（学习应用控制变量法、转换法）；③进行??验；④引导学生分析归纳重力势能的大小与质量、高度的关系。实施探宄式教学的关键是做好实验，通过实验探宄，学生经历知识的形成过程，对力势能有了感性认识，会进一步加深对控制变量法、 转换法的理解并逐步学会应用。物理学的研宄方法是物理教学的重要内容，不应在教师的讲授中学习，也不应在习题训练中学习，最佳途径是在观察、实验探究中体会感悟，这样学生xT会得到内化和具体应用。探宄重力势能的大小与哪些因素有关的实验，常用下面两种实验方案。(1)撞沙法。使同一钢球从不同高度落下，不同质量的钢球从同一高度落下，落到平整的湿沙上，观察比较钢球陷入沙的深度来比较钢球i力势能的大小。该方案操作简便，但学生观察钢球陷入沙的深度不方便，另外两个钢球大小不同会引入额外的影响因素。(2)击桌法。用4根较长的铁钉和一块小正方体木板做一个小方桌,正放在平整的湿沙上或泡沫块上，使同一重物从不同高度落下，不同质量的物体从同一高度落下，观察比较铁钉陷入湿沙或泡沬块的深度来比较物体重力势能的大小。该方案存在的问题是，物体落在小方桌上易击偏，需要多次重复做。上述两种方案视觉、听觉效果平淡，实验效果不佳。在教学实践中，笔者自制了探宄重力势能的大小与哪些因素有关的教具，实验效果好。介绍如下。1.1实验原理球从高处静止落下，落到蒙在铁环上的平整的纸上，纸被破坏的程度越大，球穿过的纸越多，球对纸做的功越多，具有的能量(重力势能)越大。 1.2制作及实验所需器材方座支架，复夹2个，铁环(外径约9.5cm)4个，木直尺，固体胶，圆规，剪刀，乒乓球2个，AB胶，磨尖的硬铁丝，注射器(带针头)，水，沙，纸。1.3制作方法(1)取两个相同的乒乓球，用磨尖的硬铁丝分别扎个小孔，一个用注射器注满水，另一个注满沙子，用AB胶粘结密封小孔。注满水和沙的乒乓球的质量分别约为33g和51g。(2)用圆规在纸上画直径比铁环外径大约1cm的圆，用剪刀剪下，然后用固体胶把纸周边粘接，覆盖在铁环上。共做4个蒙纸铁环。(3)组装后的实验装置如图1所示。1.4实验步骤及现象(1)把2个蒙纸铁环平行于底座固定装好，间隔约5cm。(2)在底座上竖立放一把木直尺，与底座垂直，让水乒乓球(重心)从距上层蒙纸铁环纸面中心高约15cm处静止落下，上层纸破，球未穿过。(3)更换上层蒙纸铁环，让水乒乓球(重心)从距上层纸面中心高约25cm处静止落下，球穿过上层纸，落在下层纸上，下层纸完好。(4)更换上层蒙纸铁环，让沙乒乓球(重心)从距上层纸面中心高约25cm处静止落下，球穿过上下两层纸，落在底座上，发出沉闷的撞击声。以上数据仅供参考，纸质、纸平整程度、球质量等不同，数据会有差 异。1.5自制教具优点制作所需器材易得，制作容易，操作简便，实验时间短，现象明显,在安静的教室里球击穿纸落到底座上发出的响声给学生强烈的刺激，印象深刻。通过实验结合多媒体呈现相关素材，渗透安全环保教育，学生对“禁止高空抛物”有了深刻的认识。2白制简易气体对外做功内能减少实验器内能是物体内部的能，也是中学物理重要的、抽象的概念。内能部分的教学内容抽象，学生的学习兴趣普遍不高。教学中设计若干低起点、发散性的讨论问题（如：有哪些方法能增大铁丝的内能等）可以调动学生的积极性。做好教材上的演示实验是吸引学生注意力，激发学习兴趣，提高教学效果的有效途径。人教版（2013版）9年级物理教材上用空气压缩引火仪做“空气被压缩时内能增大”的实验，教学中这个实验在气温较高的9月进行，只要保证活塞与筒内壁接触密封良好（活塞直径可以调整），将很小一团硝化棉捻成细丝（增大与氧气的接触面积）放入筒底，猛地句下用力压活塞后起火，实验的成功率是很高的。硝化棉燃烧产生的火花会给学生留下深刻难忘的印象，借助这个现象设计有梯度的问题（如：①硝化棉燃烧说明它的温度发生了怎样的变化？②硝化棉的内能发生了怎样的变化？③硝化棉的内能增加是通过什么途径？④筒内空气的温度升高，内能增大是通过什么途径？⑤硝化棉燃烧的原因是什么？）引导学生思考、讨论、表达，培养学生的观察、思维和语言表达能力。同样，教材上“空 气推动塞子时，A能减少”的实验，当塞子跳起来时，瓶A出现明显的白雾，会给学生留下深刻难忘的印象，借助这个现象设计有梯度的问题，导学生思考、讨论、表达，从而实现有效教学。但是实验室配置的气体做功内能减少实验器演示现象不明显。这两个实验都是很重要的，前一个实验中，机械能转化为内能；后一个实验中，内能转化为机械能。这两个实验可为后续教学“汽油机的压缩冲程、做功冲程中的能量转化”以及“能量的转化和守恒”等内容作铺垫，提高教学效率。人教版教材上“空气推动塞子时，内能减少”的实验屮，该实验描述如下：“烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的水蒸气；当塞子跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，说明水蒸气液化成了可以看到的小水滴。在这个过程中，气体膨胀对外做功，温度降低，内能减少。”。教材上的实验装置存在3个不足：①安全性差，当塞子跳起来时，玻璃弯管很可能摔破（换成有机玻璃做的弯管可以避免摔破），烧瓶（或可乐瓶）也可能倾倒；②费时，要保证实验现象明显，塞子要塞紧，用两用气筒打气，充气时间较长；③现象不明显，瓶内盛少量水，即使塞子塞紧，当塞子跳起来时，瓶内出现白雾的现象也不明显。由于实验室提供的器材和教材上的装置存在不足，笔者自制了简易气体对外做功内能减少实验器，实验效果好。介绍如下。2.1制作及实验所需器材可乐瓶（可大可小）、与瓶口相配的橡皮塞、气针（带气针套管）、打气简（带气针附件）、打孔器、锤子、AB胶、宽度大于可乐瓶直径的长方 体木板、洒精。2.2制作方法用打孔器在橡皮塞中心打一个比气针外径略大的孔，然后穿入气针,用AB胶粘结密封。用AB胶将可乐瓶粘结在长方体木板中部。整个装置如图2所示。2.3使用及效果在可乐瓶内滴入几滴酒精（易挥发），用气针套管连接橡皮塞上的气针和打气筒上的气针附件，塞紧橡皮塞，用打气筒猛打几下（根据橡皮塞的塞紧程度而定）,只听“嘭”的一声，橡皮塞冲出，瓶内出现浓浓的白雾，瓶口也有少量白雾，现象非常明显，见图3。2.4实验现象分析瓶内出现浓浓的白雾，原因是瓶内的洒精气体（含水蒸汽）发生了液化。在气体的压强基本不变时，酒精气体（含水蒸汽）的温度必须足够低才会被液化。因此，在橡皮塞冲出时，气体膨胀对外做功，气体的温度降低，可以推断其内能减少。在这个过程屮气体的内能转化为塞子的动能。