Cómo promover el desarrollo de experimentos de autoservicio en física de secundaria
1. Antecedentes y propósito del estudio de caso
La física es una ciencia natural basada en experimentos que desempeñan un papel insustituible en la mejora de la alfabetización científica de los estudiantes. La enseñanza experimental es una forma importante de implementar una educación de calidad. Fortalecer la enseñanza experimental y cultivar las capacidades innovadoras y prácticas de los estudiantes son particularmente importantes hoy en día a la hora de promover una educación de calidad.
El estudio de este caso se combinará con la situación real de la escuela para reflejar las necesidades del desarrollo de los tiempos para la enseñanza experimental de física en la escuela secundaria. Entre ellos, se utiliza como criterio el plan de estudios de enseñanza de física de la escuela secundaria, y se utilizan como base los experimentos de demostración y los experimentos de los estudiantes en la nueva reforma curricular de los libros de texto de física de la escuela secundaria. la enseñanza de aplicar lo aprendido, buscar la verdad a partir de los hechos, enseñar a los estudiantes de acuerdo con sus aptitudes y resaltar la individualidad se implementa de manera flexible. Los métodos permiten a los estudiantes adquirir conocimientos básicos de física a través de experimentos, formar puntos de vista básicos de la física e inicialmente dominar métodos experimentales. , uno de los métodos de estudio de las ciencias naturales, sentando una buena base para el aprendizaje y el trabajo permanente de los estudiantes.
2. Resumen y comprensión del proceso del caso
1. Se recomienda agregar experimentos de demostración y optimizar el proceso experimental.
Para mantener el interés de los estudiantes en aprender física durante mucho tiempo, no es suficiente confiar en los experimentos de demostración en los libros de texto. Deberíamos explorar completamente los existentes. equipos que nos rodean e incluso los equipos más discretos, combinados con situaciones físicas específicas (como la introducción de nuevos cursos, consolidación de reglas conceptuales, revisión de ejercicios, etc.), para aumentar el interés, la intuición, la novedad y la naturaleza científica de los experimentos. , Estimule la curiosidad y la sed de conocimiento de los estudiantes y estimule el pensamiento de los estudiantes. Guíelos para descubrir y resolver problemas.
Algunos contenidos o experimentos en el libro de texto solo se tratan como experimentos "hágalo usted mismo" o extracurriculares. De hecho, muchos contenidos se pueden optimizar en experimentos de demostración mediante la mejora de instrumentos y métodos.
Por ejemplo, en la sección "Sobrepeso e ingravidez", el "hazlo" después de clase se puede convertir en un experimento de demostración. Busque una lata usada, una lata de metal o una botella de plástico, haga un agujero en el costado cerca del fondo, sostenga el agujero con el dedo y llénelo con agua. Retire el dedo y el agua saldrá disparada por el agujero. Si sueltas y dejas que el frasco caiga libremente, el agua ya no saldrá disparada por el agujero durante la caída.
Se pueden realizar las siguientes mejoras para demostrar el fenómeno del sobrepeso y la pérdida de peso:
(1) Abrir un orificio de salida de agua (hacerlo más pequeño) en el fondo de la lata. Cuando el nivel de agua en la lata es bajo, debido al efecto de la tensión superficial, el agua no sale por los pequeños agujeros. Si la jarra se acelera repentinamente hacia arriba, el agua saldrá a borbotones del agujero, lo que ilustra el fenómeno del exceso de gravedad.
(2) Utiliza una botella de Coca-Cola de plástico transparente, llénala con más de la mitad de la botella de agua y cierra el tapón. Por efecto de la gravedad, el aire queda por encima de la superficie del agua y el agua. la superficie del agua es plana. Lanza la botella de plástico hacia arriba y verás que el aire de la botella ha formado una o varias burbujas de aire de diferentes tamaños en el agua, adquiriendo forma esférica.
(3) Coloque un ladrillo sobre la tabla de madera colgante y coloque una tira de papel entre el ladrillo y la tabla de madera. Si la cinta de papel se mueve mientras está quieta, se romperá debido a la presión relativamente grande. Si se corta la línea de suspensión de los ladrillos colgantes y se permite que los ladrillos y las tablas caigan libremente (se colocan almohadillas absorbentes de colisiones debajo), la mano que sostiene la cinta de papel puede sacar fácilmente la cinta de papel intacta.
Algunos capítulos del libro de texto son casi adoctrinadores en la derivación de fórmulas o leyes. En este caso, es completamente necesario que agreguemos algunos experimentos de demostración vívidos y simples para explicar las razones de la derivación. leyes o fórmulas. O para ilustrar la verificación.
2. Cambie algunos experimentos de demostración en experimentos de estudiantes para cultivar las habilidades innovadoras de los estudiantes
Cambie los experimentos de demostración en experimentos de estudiantes, permita que los estudiantes hagan, observen, piensen y sientan, y mejore el entusiasmo de los estudiantes por participar activamente en la investigación. De esta manera, durante todo el proceso de enseñanza, no solo se pueden cultivar y mejorar las habilidades de observación y experimentación de los estudiantes, sino que también se pueden demostrar plenamente las características y el encanto de la enseñanza en clase de física.
(1) Cambiar algunas clases regulares de los profesores para demostrar el proceso de investigación a la experiencia de investigación grupal de los estudiantes.
Hay muchas leyes involucradas en los libros de texto de física de la escuela secundaria, como "La segunda de Newton". Ley", "Regla de la fuerza del paralelogramo", "movimiento de caída libre", "ley de conservación de la energía mecánica", "ley de conservación del impulso", "isocronía de un péndulo simple", "ley de Hooke", "ley de resistencia ", "circuito cerrado, ley de Ohm", "ley de Lenz", etc. Para estos cursos regulares, debido a restricciones previas sobre las condiciones experimentales y la influencia del concepto de "hacer experimentos no es tan bueno como enseñar experimentos", la mayoría de los profesores de física utilizan el modo de "los profesores explican o demuestran el proceso o los métodos de investigación, y los estudiantes escuchan y memorizan", que es lo que la gente suele llamar enseñanza "cramming". Este método de enseñanza sofoca en gran medida la creatividad y la capacidad de pensar de forma proactiva de los estudiantes.
Una vez hicimos una reforma de este tipo: tres estudiantes (dos niños y una niña) fueron invitados al podio para demostrar todo el proceso de exploración de una determinada regla, y todos los datos experimentales se registraron en la pizarra. El propósito es reflejar el estado de indagación principal de los estudiantes. Sin embargo, descubrimos que este modelo todavía tiene un gran inconveniente: la eficiencia es demasiado baja. Para los estudiantes que hicieron la demostración, realmente obtuvieron una experiencia de exploración similar a la de un maestro, pero para los estudiantes debajo del podio que constituían la mayoría, la eficiencia fue muy baja. En general, los resultados de este modelo todavía no son ideales. Para ello, intentamos adoptar el modelo de investigación grupal de estudiantes, de modo que no hubiera audiencia y todos participaran. La práctica ha demostrado que este enfoque "todo incluido" tiene éxito y ha logrado muy buenos resultados: tanto los estudiantes como los profesores han logrado un beneficio mutuo.
(2) Cambiar algunos experimentos de demostración en el aula por experimentos de investigación grupal para estudiantes.
“Una visión es peor que cien oídos, y una práctica es peor que cien visiones”. Cambiar algunos experimentos de demostración a experimentos grupales es transformar el proceso de demostración en un proceso en el que los estudiantes utilizan experimentos de forma independiente para explorar conocimientos y resumir y sacar conclusiones por sí mismos bajo la inspiración y guía de los profesores. La ventaja de esto es que puede aumentar las oportunidades para que los estudiantes utilicen sus manos y mentes en el aula y fortalecer la formación de habilidades experimentales básicas. Para los estudiantes, el proceso de adquisición de nuevos conocimientos basados en el desarrollo del pensamiento es en sí mismo un proceso creativo. Cambiar algunos experimentos de demostración a experimentos grupales aumentará la experiencia creativa de los estudiantes. Este efecto no puede lograrse mediante simples experimentos de demostración.
(3) Cambiar algunos de los experimentos de verificación a experimentos de investigación grupal para estudiantes.
En los nuevos libros de texto de reforma curricular, muchos experimentos que antes eran de verificación y medición se han convertido en experimentos de investigación. Por ejemplo, en el pasado, "verificación de la segunda ley de Newton" y "verificación de la ley de conservación de la energía mecánica"... En la enseñanza experimental de física tradicional, los profesores suelen organizar el propósito, el contenido y los pasos del experimento en. Detalle y cuidado, e incluso decirles a los estudiantes la conclusión de antemano, los estudiantes deben seguir el ejemplo y experimentar pasivamente. El resultado de esto es que los estudiantes pierden el "misterio" y el deseo de explorar el experimento. Si los maestros pueden seleccionar algunos problemas flexibles y adaptables, crear situaciones activamente, alentar a los estudiantes al pensamiento divergente, realizar observaciones, pensamiento, exploración e imaginación multidireccionales y de múltiples ángulos, para proponer múltiples ideas y soluciones a los problemas, y Sobre esta base, se guía a los estudiantes para que lleven a cabo un pensamiento convergente y determinen la mejor solución al problema. Esto no sólo cultiva las habilidades operativas básicas de los estudiantes, sino que también entrena su fluidez de pensamiento, flexibilidad y originalidad (las tres dimensiones del pensamiento divergente), activando así el pensamiento creativo.
Experimentos de verificación como "Explorando la regla de las fuerzas del paralelogramo", "Explorando la conservación del momento en colisiones", "Verificando la ley de conservación de la energía mecánica" y "Explorando la curva característica del amperio voltaje de un Se puede utilizar "Bombilla pequeña" del libro de texto. Este método se utiliza para la investigación en grupo.
3． Cambie los experimentos de los estudiantes por experimentos de diseño prácticos de los estudiantes y mejore las habilidades experimentales de los estudiantes
Es muy importante cultivar las habilidades experimentales de los estudiantes en la enseñanza experimental. La capacidad experimental es una manifestación de la capacidad integral, que va desde el diseño antes del experimento, la operación y observación durante el experimento, y el procesamiento y análisis de datos después del experimento, etc., son todas manifestaciones de la capacidad experimental.
Mientras nos centramos en experimentos de demostración y experimentos grupales, debemos esforzarnos por desarrollar nuevas ideas para la enseñanza experimental y explorar nuevas ideas para la enseñanza experimental diseñada, lo cual es muy importante para cultivar la capacidad de innovación experimental de los estudiantes.
Diseñar un experimento de física no solo requiere que los estudiantes apliquen de manera integral los conocimientos y habilidades que han aprendido en física y disciplinas relacionadas, sino que también requiere que los estudiantes: (1) consulten información relevante y diseñen los principios y métodos de el experimento; (2) De acuerdo con los requisitos experimentales, seleccionar correctamente el equipo experimental y las condiciones experimentales; (3) Diseñar conceptos experimentales únicos; (4) Realizar operaciones experimentales de forma independiente o colaborativa; (5) Completar el procesamiento de datos experimentales y los informes experimentales; Por lo tanto, el uso de experimentos diseñados puede cultivar eficazmente la capacidad de innovación experimental y la actitud correcta de los estudiantes hacia los experimentos.
En el proceso de enseñanza y aprendizaje experimental, se añade deliberadamente el cultivo infiltrativo de métodos y habilidades, de modo que a través de la "transformación de la enseñanza en guía" por parte del profesor, los estudiantes puedan "cambiar el aprendizaje en pensamiento" y " cambiar el aprendizaje" "Iluminar", haciendo así que la enseñanza experimental se adentre en el ámbito de "inducir el pensamiento".
Por ejemplo, en el experimento de usar un péndulo para medir la aceleración de la gravedad, además del método presentado en el libro, los estudiantes también diseñaron varios métodos para medir la aceleración de la gravedad. Como 1. Utilice el método de la balanza para medir "g", utilice una balanza y un dinamómetro de resorte para medir la masa my la gravedad G de un objeto, luego G=mg. 2. Use la ley del movimiento de caída libre para medir "g". Método 1: use el método del cuerpo que cae para dejar caer la bola de acero libremente desde una cierta altura h, y use un cronómetro para cronometrar t, luego g = ■; un cronómetro de puntos y una cinta de papel, coloque el cronómetro de puntos verticalmente, deje que el peso impulse la cinta de papel para que caiga libremente, use el cronómetro de puntos para alcanzar una serie de puntos naturales y mida los desplazamientos en períodos de tiempo iguales adyacentes como s1, s2 , s3 y sm. Hay g=■. 3. Utilice el riel guía del colchón de aire para medir "g" y ajuste el ángulo de inclinación del riel guía del colchón de aire para que el control deslizante m cumpla con mgsinθ=ma① cuando se mueve a lo largo del riel guía. Use un temporizador para medir el tiempo t cuando el control deslizante comienza. para mover la distancia S desde el reposo sobre el riel guía. s=■at■②, de la combinación de ①②, podemos obtener: g=■. 4. Utilice la ley del movimiento de lanzamiento plano para medir "g" y utilice una cámara con flash para tomar fotografías de todo el proceso del movimiento de lanzamiento plano de la pelota. Cuando la velocidad del flash es 30 veces por segundo, la pelota se mueve en línea recta. línea con aceleración uniforme en la dirección vertical, sea △y la diferencia de desplazamiento en la dirección vertical dentro de un tiempo igual continuo T=■s. Si se calcula la relación entre el objeto y la imagen, entonces g=■. 5． Utilice el método de goteo para medir "g" y ajuste el grifo para dejar que el agua fluya gota a gota. Ajuste la altura del plato para que sus oídos puedan escuchar el sonido de la gota de agua anterior goteando sobre el plato y la siguiente. La gota de agua apenas comienza a caer. Primero, mida la altura h de la boca del grifo desde el plato y luego use un cronómetro para medir el tiempo. El método de cronometraje es: cuando escuche el sonido de una gota de agua goteando sobre el plato, comience a cronometrar y cuente "1". Cada vez que escuche una gota de agua, Sonido, cuente "2, 3, 4... hasta llegar a "n", presione el botón del cronómetro y lea la indicación del cronómetro como t, luego g=■.
6. Utilice un movimiento circular para medir "g". Tome un cable delgado y páselo a través de un tubo recto, delgado y liso. Un extremo del cable delgado está atado a un peso de masa m y el otro extremo está conectado a un dinamómetro fijo. el tubo recto delgado en su mano. Gire el peso para que haga un movimiento circular completo en el plano vertical. Deje de girar el tubo recto delgado. El peso puede continuar haciendo un movimiento circular completo en el mismo plano vertical. en este momento como se muestra en la Figura 1., se obtiene que cuando el peso se mueve al punto más bajo y al punto más alto del círculo, las lecturas son F1 y F2 respectivamente según la ley de conservación de la energía mecánica:
■mu■=■mu■■■ mg·2R {1} En el punto más bajo: F1-mg=m■ {2}
En el punto más alto: F2 mg=m ■ {3} De {1}{2}{3} podemos obtener: g= ■
7. Utilice un cuerpo conector para medir "g" y utilice el dispositivo que se muestra en la Figura 2. Se sabe que las masas de los pesos P y Q son ambas M, y la masa del peso pequeño es m. P, el equilibrio del sistema se rompe. Supongamos que la aceleración de P y el peso pequeño que cae y la aceleración de Q que sube también lo es. Mida la distancia S recorrida por el peso P en el tiempo T, entonces hay
.□ (M m) g-T= (M m) a {1}T-Mg=Ma {2}s=■at■ {3}
Al combinar ①②③, podemos obtener: g =■
4. Manejar correctamente la relación entre la tecnología educativa moderna y la enseñanza experimental
El rápido desarrollo de la tecnología de la información moderna ha promovido el rápido desarrollo de la tecnología educativa moderna (CAI), un producto de alta tecnología. Desarrollando rápidamente integrarse en la enseñanza del aula de física. No hay duda de que el uso de este moderno método de enseñanza mejora la intuición y el interés de la enseñanza de física en el aula y moviliza plenamente el entusiasmo de los estudiantes por aprender.
La enseñanza asistida por ordenador (CAI) proporciona condiciones favorables para la enseñanza de la física. Debido a las limitaciones de las condiciones experimentales físicas, algunos experimentos físicos no se pueden completar en absoluto en los laboratorios de la escuela secundaria. Los estudiantes no pueden obtener materiales perceptivos completos, lo que fácilmente puede causar obstáculos perceptivos y, por lo tanto, afectar el aprendizaje del conocimiento físico. Si el uso de la enseñanza asistida por computadora puede compensar estas deficiencias hasta cierto punto, aquí hay varias situaciones para ilustrar:
(1) Expandir y trascender el tiempo y el espacio físicos
En la enseñanza de la física moderna existen algunos experimentos de física muy difíciles y peligrosos que no son adecuados o no pueden demostrarse en el aula. Por ejemplo, los experimentos de dispersión de partículas alfa, aceleradores de alta energía, fisión nuclear, etc. se pueden presentar de forma completa y segura en la pantalla mediante simulación por computadora, expandiendo y trascendiendo el tiempo y el espacio físicos, brindando a los estudiantes una sensación de inmersión.
(2) Reducción o ampliación moderada de objetos
Por ejemplo, los planetas son tan grandes y están tan lejos de nosotros que es imposible trasladarlos al laboratorio con partículas microscópicas como; Los electrones no se pueden utilizar. Observar directamente a simple vista. Sin embargo, la gente puede utilizar la tecnología de animación por computadora para simular el movimiento de los planetas en el sistema solar, explicando así de manera más vívida la ley de la gravitación universal. Del mismo modo, la tecnología multimedia también se puede utilizar para simular el movimiento de partículas microscópicas como los electrones. Al reducir o ampliar adecuadamente los objetos, se puede simular el movimiento de cuerpos celestes macroscópicos y partículas microscópicas para mejorar la comprensión sensorial de estos materiales por parte de los estudiantes y mejorar los efectos de la enseñanza.
(3) Visualizar problemas abstractos o procesos físicos
Durante el proceso de enseñanza de física en el aula, los profesores utilizan un lenguaje difícil de entender para describir algunas leyes físicas abstractas que son invisibles para el ojo humano. Cuando se utiliza tecnología de simulación de animación por computadora, la abstracción se puede transformar en concreción. Por ejemplo, al explorar la ley de Lenz, primero se pueden realizar experimentos y luego analizar y discutir los fenómenos experimentales utilizando la tecnología de animación FLASH para analizar la cantidad de carga; en la placa durante la oscilación electromagnética Q. Cómo cambian con el tiempo la corriente oscilante I, la intensidad del campo eléctrico E y la intensidad de inducción magnética B en el circuito.
Se puede ver que la introducción de la enseñanza asistida por computadora en la enseñanza de la física no solo puede reproducir o simular diversos fenómenos físicos experimentales, sino también simplificar y visualizar problemas complejos y abstractos a través de diversos medios. El proceso de evolución física instantánea en un proceso de evolución controlable y ordenado puede mostrar vívida y vívidamente los fenómenos y leyes físicas frente a los estudiantes, permitiéndoles percibir los fenómenos físicos de manera completa, vívida y clara, y brindarles una mejor comprensión de los fenómenos físicos. Los procesos proporcionan el material perceptivo necesario.
La dialéctica materialista nos dice que las cosas se dividen en dos, y la enseñanza asistida por ordenador no es una excepción. La instrucción asistida por computadora tiene aspectos tanto positivos como negativos para la enseñanza experimental de la física. Por ejemplo, en el proceso de enseñanza real, algunas personas abusan del material didáctico, desprecian los experimentos prácticos, buscan la perfección, el lujo y la gran capacidad de los experimentos de simulación animados y desprecian la autenticidad y simplicidad de los experimentos reales, por ejemplo; En la sección "Elasticidad", utilizan exquisitos Si el material didáctico explora la relación entre el alargamiento y la fuerza elástica de un resorte sin realizar experimentos reales, los estudiantes dudarán de la autenticidad de las "conclusiones experimentales" obtenidas en el material didáctico. indeseable y también poco científico.
También puedes aprovechar al máximo las cámaras digitales y las cámaras de vídeo digitales para capturar materiales dinámicos y estáticos relacionados con la enseñanza de física en el aula. Preste más atención, recopile desde múltiples direcciones y a través de múltiples canales.
En resumen, al aplicar la tecnología educativa moderna en la enseñanza experimental de la física, se deben manejar correctamente las siguientes tres relaciones: manejar correctamente la relación entre la enseñanza asistida por computadora y los modelos de enseñanza experimental tradicionales; manejar correctamente la imagen de la física; software de computadora La relación entre efecto, cientificidad y autenticidad maneja correctamente la relación entre experimentos de simulación por computadora y experimentos físicos. Por lo tanto, en el proceso de diseño de la enseñanza de experimentos de física, los profesores deben elegir los medios y materiales didácticos de acuerdo con el contenido experimental, los objetivos y la situación real de los estudiantes, de manera que sean oportunos, apropiados, coordinados, compatibles y complementarios, y buscar la optimización. y máximo efecto docente.