物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計

物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計

李松嶺

9/19/20241

一．報告內(nèi)容提綱歸納：1.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的重要性和必要性2.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的內(nèi)涵和外延3.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的六大原理和實例演示4.物理創(chuàng)新性教學(xué)六要素和八理念5.物理創(chuàng)新性教學(xué)九行為9/19/20242

二．報告采用教學(xué)方法：

(科學(xué)探究、實驗實踐、互動合作)1.創(chuàng)新實驗設(shè)計理論提升歸納與創(chuàng)新實驗設(shè)計實例相結(jié)合2.創(chuàng)新實驗設(shè)計演示與講解討論探究互動

相統(tǒng)一3.創(chuàng)新物理教育理念與創(chuàng)新物理教育實例相交集9/19/20243三．報告內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架：1.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的重要性和必要性２１世紀(jì)是創(chuàng)新教育的世紀(jì)，物理教學(xué)改革的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。目前，我國中等物理教學(xué)人才觀、實驗教學(xué)理念、實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)形式、實驗教學(xué)方法和實驗教學(xué)評價等所形成的培養(yǎng)模式陳舊，仍然是以驗證性實驗為主，以模仿性操作為主，缺乏具有一定創(chuàng)新因子的物理創(chuàng)新性實驗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)今社會對創(chuàng)新人才的需求。9/19/20244

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗在物理教學(xué)中占有重要地位，特別是物理創(chuàng)新性實驗在進一步提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才方面具有不可替代的重要作用。9/19/20245

“創(chuàng)新”可分為三種類型：1.相對于個體來說是前所未有、首次出現(xiàn)的事物；2.相對于所屬群體來說是他人未涉足、提出或?qū)嵤┑氖挛铮?.相對于全社會來說是獨創(chuàng)的、具有社會積極意義的新事物或新活動等。9/19/20246

物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計是以培養(yǎng)創(chuàng)新性人才為先導(dǎo)，改進傳統(tǒng)物理學(xué)實驗原理，改革傳統(tǒng)物理學(xué)實驗方案，突破固定實驗方案和實驗儀器廠家生產(chǎn)儀器設(shè)備的束縛，創(chuàng)新性的運用物理學(xué)理論和物理學(xué)實驗原理，創(chuàng)新性的設(shè)計實驗方案、自選、自組和自制實驗器材、簡約物理實驗儀器、優(yōu)化物理實驗效果、創(chuàng)新性的完成物理學(xué)實驗，具有一定創(chuàng)新因子的物理學(xué)實驗。9/19/20247物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計能有效促進學(xué)生熟練掌握和靈活運用所學(xué)物理知識和理論，極大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動性和積極性，更有利于啟發(fā)、引導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維、使學(xué)生逐步掌握實驗科學(xué)研究方法，更有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理實驗設(shè)計能力、物理創(chuàng)新能力和物理實踐能力。9/19/20248

國家教育部本科教學(xué)工作水平評估專家組在觀看我們的物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計時給予了充分肯定和高度評價。9/19/202499/19/2024109/19/2024112.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的內(nèi)涵和外延

物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計是以培養(yǎng)創(chuàng)新性人才為先導(dǎo)，改進傳統(tǒng)物理實驗原理，改革傳統(tǒng)物理實驗方案，突破固定實驗方案和實驗儀器廠家生產(chǎn)儀器設(shè)備的束縛，創(chuàng)新性的運用物理學(xué)理論和物理學(xué)實驗原理，創(chuàng)新性的設(shè)計實驗方案、自選、自組和自制實驗器材、創(chuàng)新性的完成物理學(xué)實驗。簡約物理實驗器材，優(yōu)化物理實驗效果，具有創(chuàng)新因子的物理學(xué)實驗。9/19/202412物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的內(nèi)涵聚焦在:⑴物理實驗設(shè)計思路創(chuàng)新⑵物理實驗原理創(chuàng)新⑶物理實驗方案創(chuàng)新⑷物理實驗方法創(chuàng)新⑸物理實驗器材創(chuàng)新⑹物理實驗教學(xué)創(chuàng)新

六個維度上9/19/2024133.物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的六大原理

物理創(chuàng)新性實驗要打破常規(guī)，發(fā)散思維，突出創(chuàng)新，所以沒有固定的模式和萬能的方法。但是物理創(chuàng)新性實驗的設(shè)計又有其規(guī)律性、方法和技巧，從物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的六個層面上試探性的提煉、歸納出物理創(chuàng)新性實驗的六大設(shè)計原理。9/19/202414（1）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理平衡原理；（2）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理轉(zhuǎn)換原理；（3）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理比較原理；（4）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理放大原理；（5）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理模擬原理；（6）物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計物理變換原理。9/19/2024153.1物理平衡原理

物理平衡原理是已知A，現(xiàn)測B，B不易直接測，讓B與A平衡，則可巧妙的測B。A和B代表物理現(xiàn)象、物理過程或物理量，這里的平衡可以是力平衡、熱平衡、電磁平衡等等。9/19/202416實例1：用注射器測定大氣壓強

廣西師范大學(xué)主辦：國際物理實驗研討會。國家教育部儀器司司長9/19/202417

托里拆里實驗存在兩大問題：一是實驗難度大，當(dāng)向托里拆利管中灌水銀時，由于管很細(xì)水銀容易灑出管外，并且容易堵進氣泡，增大實驗誤差；二是要用水銀做實驗，水銀是有毒的液體，水銀蒸氣對人身體危害較大，使實驗不安全。9/19/202418

用注射器測定大氣壓強：1.把注射器的活塞推到底，把注射器里的空氣全部壓出。2.用橡皮塞把注射器的出液口封住。3.把注射器出液口朝上，活塞朝下，并用鐵架臺把注射器外筒固定。4.用耐拉力的細(xì)線拴住注射器的活塞，并連一個掛鉤。5.向掛鉤上掛鉤碼，逐漸加大鉤碼質(zhì)量，直至注射器活塞微微向下滑動為止。6.分別測出活塞的直徑、活塞的質(zhì)量和所掛鉤碼的質(zhì)量。7.根據(jù)力平衡有PS＝G1＋G2﹣f，即P＝(G1＋G2﹣f)／S，即可測定大氣壓強P。9/19/202419

這個物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計打破了傳統(tǒng)實驗方案，既簡明、準(zhǔn)確、又安全可靠，具有很強的創(chuàng)新性、實用性和推廣性。9/19/202420實例2：能平衡嗎？為什么？

9/19/202421解決思路:

⑴整體法⑵分立法

9/19/202422實例3：小試管的奇怪運動小試管的運動狀態(tài)將如何？9/19/202423推導(dǎo)1：

9/19/202424推導(dǎo)2：9/19/2024253.2物理轉(zhuǎn)換原理物理轉(zhuǎn)換原理是已知B＝f（A），現(xiàn)要測B，但B不易測，利用B＝f（A）把測B轉(zhuǎn)換為測A，由B＝f（A）可得B。9/19/202426實例4：浮力產(chǎn)生的本質(zhì)問題：1.物體在液體中一定受浮力嗎？問題：2.物體全部在液體中一定受浮力嗎？問題：3.物體在液體中受浮力的大小一定等于G排嗎？9/19/202427第一種情況小球受浮力嗎？⑴9/19/202428第二種情況小球受浮力嗎？

滿足什么條件，小球才受浮力？⑵(2)9/19/202429分析：石蠟塊受浮力嗎？F?。縁??？F?。縁?。竣?/19/202430浮力產(chǎn)生的本質(zhì)：9/19/202431⑴F浮=G排⑵F浮=0⑶F?。綠排⑷F?。糋排F??？F浮？F浮？F?。竣?/19/202432石蠟塊受浮力嗎？F浮？⑸9/19/202433思考：1.F浮=G排，有條件嗎？2.F浮=G排，條件是什么？3.阿基米德原理F浮=G排，

“浸”的物理含意？9/19/202434實例5：魔杯實驗

杯中的水能都流出嗎？

圖一那么，如何能讓杯中的水全部從杯中流出呢？9/19/202435用一個蓋子將導(dǎo)管蓋住，這時水就能從下面全都流了出來。為什么？

（虹吸原理）圖二9/19/2024363.3物理比較原理

物理比較原理是若實驗條件N相同，有某物理現(xiàn)象或物理規(guī)律K相同；若條件N不同，有某物理現(xiàn)象或物理規(guī)律K不同，則說明實驗條件N是某物理現(xiàn)象或物理規(guī)律K的相關(guān)因子。9/19/202437實例6：黑球看上去是黑的嗎？把黑球放入清水中后會發(fā)生什么現(xiàn)象？9/19/202438分析：9/19/2024393.4物理放大原理

物理放大原理是若物理現(xiàn)象、物理過程不明顯或物理量A太小不易測量，可以進物理放大，使物理現(xiàn)象和物理過程明顯，使物理量A容易測量。物理放大有力學(xué)放大、光學(xué)放大、電磁放大、熱學(xué)放大和疊加放大等多種方案。9/19/202440實例7：巧測頭發(fā)絲的直徑利用光學(xué)放大原理設(shè)計：1.把待測的頭發(fā)絲和一把最小分度值為1mm的透明直尺（學(xué)生常用的直尺都可用）同放在同一臺書寫投影儀（中小學(xué)最常用的）上，調(diào)節(jié)投影儀的物距使頭發(fā)絲和刻度尺成清晰的像在白墻上。9/19/2024412.再用一把刻度尺分別測出頭發(fā)絲在白墻上的像的直徑D和刻度尺1cm在屏上的長度L，由L可以算出投影的放大倍數(shù)N，則被測頭發(fā)絲的直徑d＝。9/19/202442實例8：自制單顯微鏡9/19/2024433.5物理模擬原理物理模擬原理是某些物理現(xiàn)象、物理過程或物理規(guī)律A不容易或不可能直接顯示出來，經(jīng)過物理原理模擬后把它們可靠的，更容易的顯示出來。9/19/202444實例9：神奇的小孔與景深⑴如何縮短眼睛的盲視距離？⑵如何判斷別人的眼睛是否近視？⑶如何增大照相的景深？9/19/2024453.6物理變換原理物理變換原理是在物理實驗改革和物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計中常用的原理。9/19/202446物理變換原理分為：1.靜—動變換；2.水平—豎直變換；3.平面—立體變換；4.放大—縮小變換；5.分立—一體變換等等。9/19/202447實例10：立體顯示磁感線實驗9/19/202448實例11：神奇又奇怪的覆杯實驗確保實驗成功的三大因素？9/19/2024499/19/202450原理解釋：

倒置后，塑料片受水的壓力后其型變將向下稍有突出，使杯內(nèi)空氣的體積變大,于是使杯內(nèi)空氣的壓強減小，根據(jù)一定質(zhì)量氣體的等溫變化規(guī)律：據(jù)：P0V0=PV=(P0-△P)(V0+△V)=P0V0+P0△V-△PV0-△P△V，略去二級小量后有：△P∕P0=△V∕V0，實測h=5cm,再令：△P=水gh有：水gh∕76cm×水銀g=S△h∕Sh,即：水h∕76cm×水銀=△h∕h,有：1×103×5cm∕76cm×13.6×103=△h∕5cm解得：△h=0.025cm9/19/202451實例12：防爆燈原理實驗點燃的蠟燭罩上試管后會熄滅嗎？點燃的蠟燭罩上銅絲螺旋管后會熄滅嗎？9/19/202452礦井防爆燈知識應(yīng)用：防爆燈是指用于可燃性氣體和粉塵存在的危險場所，能防止燈內(nèi)部可能產(chǎn)生的電弧、火花和高溫引燃周圍環(huán)境里的可燃性氣體和粉塵，從而達到防爆要求的燈具。也稱作防爆燈具、防爆照明燈。原理：隔爆型的原理根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13463-1:2002《爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備第1部分：基本方法與要求》的防爆概念和防火類型，隔爆型是采取措施允許內(nèi)部爆炸并阻止火焰?zhèn)鞅囊环N防爆型式，是最常用的一種防爆類型。9/19/202453創(chuàng)新有法，但無定法。物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計有技巧，但又沒有固定的模式。物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的六大原理可成為我們目前進行物理創(chuàng)新性實驗設(shè)計的初步理論指導(dǎo)，但我們又不要受這六個設(shè)計原理的束縛。讓我們不斷的去創(chuàng)新設(shè)計和設(shè)計創(chuàng)新。9/19/2024544.物理創(chuàng)新性教學(xué)六要素和八理念4.1物理創(chuàng)新性教學(xué)六要素4.1.1激發(fā)興趣4.1.2實驗探究4.1.3互動討論4.1.4教授方法4.1.5試探創(chuàng)新4.1.6提高素養(yǎng)9/19/202455