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关键词:基尔霍夫电流定律;电工学;集成运放
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)36-0084-02
电工学是一门非电专业的技术基础课程,其基本内容是电工技术和电子技术,主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好基础,并使他们受到必要的基本技能的训练。集成运算放大器(简称集成运放)是模拟电子技术中的重要器件,是几乎目前所有的电子设备中都要用到的基本器件。集成运放是电工学中的重点知识,且种类繁多,从而对课堂教学提出了较高的要求。本文结合电工学课程教学实践,探讨基尔霍夫电流定律(简称KCL)在集成运放课程教学中的应用。
一、集成运放
运算放大器(简称运放)是一种直流耦合、差模(差动模式)输入、通常为单端输出的高增益电压放大器,因为刚开始主要用于加法、减法等模拟运算电路中,因而得名。集成运算放大器(简称集成运放)是用集成电路工艺制成的运算放大器,与分立元件组成的放大电路相比,集成运放具有体积小、质量轻、功耗低、工作可靠、安装方便、价格便宜等众多优势,因而在模拟运算、信号处理等领域都有着广泛的用途。虚短、虚断是模拟电路中理想集成运放的两个重要概念。集成运放工作在线性区时,由于运放的开环电压放大倍数很大,运放的差模输入电压通常不足1mV,可以认为两个输入端的电位相等u+=u-,即反相与同相输入端之间相当于短路,但事实上并没有短路,称为“虚短”;由于运放的差模输入电阻很大,一般集成运放的输入电阻都在1MΩ以上,因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流,故通常认为反相与同相输入端之间相当于断路,i+=i-≈0,但事实上并没有断路,称为“虚断”。
二、基尔霍夫电流定律
基尔霍夫定律概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律,是分析和计算电路的基本依据。基尔霍夫电流定律(简称KCL)是用来确定连接在同一结点上的各支路电流间关系的。由于电流的连续性,电路中任何一点(包括结点在内)均不能堆积电荷。因此,在任一瞬间,流入某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和。
三、利用基尔霍夫电流定律分析运算电路
本论文基于秦曾煌主编的第七版《电工学》教材[1],从基尔霍夫电流定律(KCL)出发,分析了反相比例、同相比例、加法、减法等四种由集成运放组成的运算电路,均采用相同的电路分析步骤:(1)应用KCL和虚断条件i+=i-≈0列结点电流方程;(2)应用欧姆定律将电流方程转换成电压方程;(3)应用虚短条件u+=u-简化电压方程;(4)得到输出电压u■和输入电压u1二者之间的关系。
(一)反相比例运算电路
反相比例运算电路如图1所示,输入信号u1经输入端电阻R1接到反相输入端,而同相输入端通过电阻R2接地,反馈电阻RF连接在输出端和反相输入端之间。
根据i+=i-≈0,可以得到结点a处的电流关系:iI=iF,根据欧姆定律可以得到:
■=■,
上式中除了输入电压u■和输出电压u■之外,还有一个未知量u■,根据u■=u+=-i+R2=0,可以将上式简化为:
■=■,
即可得到输出电压u■和输入电压u■二者之间的关系:
u■=-■uI。
(二)同相比例运算电路
同相比例运算电路如图2所示,输入信号u■经电阻R2接到同相输入端u+,而反相输入端通过输入端电阻R1接地,反馈电阻RF连接在输出端和反相输入端之间。
根据i+=i-≈0,可以得到结点a处的电流关系:iI=iF,根据欧姆定律可以得到:
■=■,
上式中除了输出电压u■之外,还有一个未知量u■,根据u■=u+=u■-i+R2=u■,可以将上式简化为:
■=■,
即可得到输出电压u■和输入电压u■二者之间的关系:
u■=1+■u■。
(三)加法运算电路
反相加法运算电路如图3所示,输入信号u■1、u■2分别经输入端电阻R11、R12接到反相输入端,而同相输入端通过R2接地,反馈电阻RF连接在输出端和反相输入端之间。
根据i+=i-≈0,可以得到结点a处的电流关系:i■1+i■2=iF,根据欧姆定律可以得到:
■+■=■,
上式中除了输入电压u■1、u■2和输出电压u■之外,还有一个未知量u■,根据u■=u+=-i+R2=0,可以将上式简化为:
■+■=■,
即可得到输出电压u■和输入电压u■1、u■2二者之间的关系:
u■=-■u■+■u■。
(四)减法运算电路
减法运算电路如图4所示,输入信号u■经输入端电阻R1接到反相输入端,u■经电阻R2、R3接到同相输入端,反馈电阻RF连接在输出端和反相输入端之间。
根据i+=i-≈0,可以得到结点a处的电流关系:iI=iF,根据欧姆定律可以得到:
■=■,
上式中除了输入电压u■1和输出电压u■之外,还有一个未知量u■,u■和u■之间满足关系:u■=u+=■u■,
即可得到输出电压u■和输入电压u■1、u■二者之间的关系:u■=-■u■+1+■u■。
四、结论
综上所述,本文从基尔霍夫电流定律(KCL)出发,分析了反相比例、同相比例、加法、减法等四种由集成运放组成的运算电路,该方法具有简单可行、可操作性强等优点。此外,KCL还可以应用在基本放大电路的动态分析中,例如输入、输出电阻。实践证明,该方法可以提高课堂教学效果和学生的学习兴趣,调动学生的主观能动性,学生评价较好。
参考文献:
[1]秦曾煌.电工学[M].第七版.北京:高等教育出版社,2011.
关键词:人教版;高中物理;素质教育;结合
中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)34-0041-02
中学时代基础教育的根本目标是提升全民族的基本素质,培养一批怀抱理想、充满文化、具备道德、时刻有严明纪律性的良好公民,同时灌输相应的基础知识,为培养我国现代化建设所需要的各类人才奠定基础。新时代背景下的高中物理教学目标,不再仅仅以分数为目的,开始重视学生的全面发展。素质教育中最关键的是以提高全民族素质为目的,以全面发展为根本任务。以下就物理教学中结合素质教育的途径展开探讨。
一、时代背景下素质教育与高中物理结合的基本教育内容
1.物理教学中对学生的思想素质教育。辩证唯物主义的思想要求在物理教学中用唯物主义的观点客观地地阐述物理知识,让学生在潜移默化中接受物理知识并领会辩证唯物主义。爱国主义思想,即要求教师在授课过程中介绍科学家们为了祖国的发展献身研究事业的事迹,讲述我国目前的发展现状以及存在的问题,表示出对青少年的殷切期望。从而也能培养学生的民族使命感,鼓励学生为家乡的富饶安定和祖国的繁荣富强而不断学习。
2.物理教学中对学生的科学素质教育。在高中物理教学中结合科学的素质教育,不但要让学生掌握物理知识,了解它们在生活中的实际应用,并提高相应的技能和技巧,还要注重培养学生对物理知识的探索能力,培养学生对科学的进取精神,让学生从小养成实事求是的科学素质,为今后的研究做铺垫。
3.物理教学中对学生的身心素质教育。身心教育是基础素质教育的重要内容,其中最主要的就是帮助学生发展非智力因素。非智力因素的处理能够直接影响到学生的发展。在高中物理教学中,发展学生的非智力因素主要是培养学生实事求是的态度以及克服困难的意志等。
4.物理教学中对学生的劳动素质教育。在物理教学中对学生进行劳动素质教育,主要是用来揭示物理学和生活实践之间的关系。在高中物理教学中劳动素质教育主要体现在物理实践教学中,教师要着重培养学生的实际动手能力及运用所学的知识解决实际物理问题的习惯和技巧。
二、素质教育与高中物理结合的基本原则
从物理教学的特点出发,结合素质教育的要求,总结出如下五条基本原则:
1.互动原则。教学活动和课堂教学的设计要注意“教”、“学”双方的互动,真正体现教、学并存的关系。
2.发展原则。发展原则即是指高中物理教学要以促进学生的全面发展为目标。从广度上讲,就是人们常说的“全面发展”,这是我们实施素质教育的目标;从深度上讲,指教学要着眼于学生的最近发展,要让学生以前期学习为基础逐步掌握新的知识。
3.结构原则。结构原则指在教学中要通过对知识结构的教学,为学生构建良好、有序的物理认知结构。帮助学生梳理知识结构,从而整体、有序地对知识进行系列性的了解。
4.内化原则。在物理教学中,教师必须创造条件,引导学生将物理知识结构内化为物理认知结构。
5.反馈原则。反馈原则即是将大脑里的主观的物理转化为外部实际存在的东西,比如应用所学的知识解决生活中的实际问题、解释有关的物理现象等,之后从外界对学生的学习成果作出评价,学生再根据反馈,改正今后的学习行为。
三、以《欧姆定律》教学为例阐述素质教育与高中物理的结合
1.高二学生学科知识现状和能力分析。高二学生在之前的学习阶段中已经学习并掌握了电路方面的部分基本知识,学习了电压、电流的基本含义,理论上而言已经完全具备了学习欧姆定律的能力。目前存在的问题就是现有教材中应用型的事例比较少,在实际的应用问题上,学生无法改变传统的学习方法、思维和认知经验,导致在学习方法上形成了无法突破的障碍。因此,在课堂教学中,老师要注重图像教学法,利用ppt或者现场试验的方法能够让学生想到或者看到,这样就更易于学生理解这方面的知识。
2.学生生活环境与心理素质分析。电和电路是我们生活中很常见的事物,尽管不陌生,但是学生对电和电路的原理也不是很了解。教师可以利用学生对未知事物的探索心理培养学生的学习兴趣,依靠这一兴趣,学生才能自愿并大胆地尝试新事物并深入了解新事物,以此为课堂操作和教学打基础。
3.课程设计。《欧姆定律》是高中物理第二册第十四章第一节的内容,教学对象是高二理科生。欧姆定律是下一章恒定电流的基础内容,它的重要性不需要多加证明,高二物理中的欧姆定律是对初中内容的补充和延伸,在理解的基础上加以实际的应用。本章按照如下的方案展开:首先从初中课本学过的基本电路知识引入欧姆定律,接下来解释影响导体的电阻的因素,然后介绍半导体和超导体,在半导体和超导体的介绍中提高学生的学习兴趣,培养学生对科学的向往,再然后引入电功和电功,最后介绍在闭合电路中的欧姆定律。具体几点要求如下:①课程目的:全面提升学生的科学素养,让学生掌握并利用图象法分析问题,进行研究。②课程结构:注重全班同学的共同参与,调动课堂氛围,因材施教,有利地利用学生现有的知识和理解力。③课程内容:体现这门课程的公共基础性和参与性,联系生活展望未来,了解时代需求。④课程实施:积极调动学生的积极性,营造良好的学习氛围,鼓励学生自己思考、主动参与、团队合作,共同讨论并得出结论,最后由老师作总结并指出存在的问题。这样既能让学生学到知识,也能培养学生的学习能力,还能培养学生的团队意识,实现“人性化课堂”。
四、结束语
随着教育部门对素质教育要求的提高,对高素质人才培养的重视,高中物理教学工作面临着新的要求。面对这种情况,学校要加强对物理教学工作的重视,积极树立科学的素质教育理念,不断提升教学团队的教学素质,从而不断提高物理教学的质量,实现人才培养的终极目标。
参考文献:
[1]董晓莉.物理教学中激发学生的学习兴趣[J].中学生数理化(教与学),2011,(04).
[2]王大可.谈高中物理实验教学中的素质教育[J].科教新报(教育科研),2011,(18).
[3]欧伟.浅谈如何在初中物理教学中提高学生的观察能力[J].新课程学习(学术教育),2010,(09).
关键词:探究性实验教学; 闭合电路欧姆定律; 模拟实验; 学生实验
中图分类号:G642.0 文献标识码:A文章编号:1006-3315(2014)05-155-002
在科学技术快速发展的今天,实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育,重要的着眼点是转变学生的学习习惯和学习方式。大多数民考民预科生模仿性学习心理是构成接受知识的主要因素。这种依赖性强,靠模仿去接受知识的习惯,是一种较为简单的学习心理,民考民预科生普遍认为物理难学。究其原因难在学生各方面能力与预科物理学习要求的差距大。预科阶段,乃至大学阶段,要求自主学习物理。不同于自学,它是指学生在教师的指导下,以学生自己的体验、参与和探究为主,从自身社会生活实践中获取物理知识,并创造性地解决生活中的问题的一种学习方法。怎样才能把课堂教学与探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合?在大力倡导探究性实验教学的今天,迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学。为此,我们立足民考民预科生学习特点,对探究式实验教学作一些有益的尝试,希望能够引领学生较为深入地学习物理的相关理论、方法、技能;提高学生的科学素养,激发学生实验探究的兴趣;增强学生的创新意识;培养学生实事求是,严谨认真的科学态度;养成交流与合作的良好习惯;发展学生的实践能力。本文就《闭合电路欧姆定律》一节做探究性实验教学设计。
一、教材和教学对象分析
闭合电路的欧姆定律主要分为电动势和闭合电路的欧姆定律两部分。电动势的概念是闭合电路欧姆定律的关键和基础。其基本内容有两个方面:电源电动势由电源本身性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化成电能本领的大小。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,在闭合电路里电源电动势等于内外电压之和。本节难点是路端电压和外电阻之间的关系。学生通过多媒体的仿真实验记录数据,导出规律,使学生有感性的认识,课后让学生进入实验室,在做好仿真实验的前提下,进行实验,验证结论,减少盲目性。
二、教学目标
1.知识目标
理解电动势的定义。理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。理解路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、计算有关问题。知道闭合电路中能量的转化。
2.能力目标
通过路端电压与外电阻的关系实验探究,培养学生利用“实验研究,得出结论”的科学思路和方法。研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.情感态度与价值观
通过多媒体仿真探究实验和课后的学生探究实验,激发学生求知欲和学习兴趣,享受成功的乐趣,体会物理学研究的科学性。通过分析路端电压与电流(外电阻)的关系,培养学生严谨的科学态度,感受物理之美。通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
三、教学重点
闭合电路欧姆定律。路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图象表示。
四、教学难点
电动势的概念。路端电压与电流(外电阻)关系。
五、教学思路
《闭合电路欧姆定律》是学生感到较为难以理解的知识点,电动势的物理意义的理解是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。首先让学生课前感受生活中的一些电源,初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置,让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压,为引入电动势的概念作铺垫。再让学生在电脑上进行仿真实验,学生通过连接不同的开关,改变外电阻阻值,内电阻阻值,记录电流、电压,分析数据,探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系。然后在课堂仿真实验的基础上进入实验室实验。避免了盲目性,引发学生学习的兴趣,再进行讨论,解释现象原因。讲授闭合电路中的功率,进一步从能量的转化角度说明电源是将其他形式的能转化成电能的装置。最后,利用两道例题来应用闭合电路欧姆定律,并适当地延伸拓展,通过课外思考题,使学生对电动势的概念有更深刻的理解。
六、教学方法:探究性实验教学法、多媒体仿真实验探究,实验室验证、实验分析、讨论等方法
(一)电源。展示不同型号、种类电池、手摇发电机,对小灯泡供电。电源不同,结构不同,但有相同的规律。演示:1用小灯泡点触干电池,点触蓄电池,小灯泡发光。2将小灯泡与手机电池相接,小灯泡发光。3手摇发电机,同样能够使小灯泡发光。学生得出结论:干电池、蓄电池是将化学能转化成电能;手摇发电机是将机械能转化成电能。
(二)电源的电动势:模拟实验,介绍电路图(如图1),介绍实验仪器。得出内、外电路,内、外电压的概念,指出电源内部有电阻。看电池内部(如图2),电荷定向移动形成电流,电荷电势能减小.从能量转化的角度初步理解电动势的物理意义。观察仿真实验:电场中两点间电势差在数值上等于什么?利用计算机课件进行模拟实验(如图3)【模拟实验一】:不闭合S2、S3,只闭合S1,观察V1的大小。问题思考:(1)闭合开关S1后,此时伏特表V1测得的电压?(2)此时外电阻多大?学生回答:电动势越大,电源把其他形式的能转化成电能的本领越强。学生模拟实验,分析得出(1)伏特表测电源电动势;(2)外电路电阻无穷大。E在数值上等于外电路断开时电源两端点压。
图1 图2图3
众所周知,职业教育和普通教育有所差别,职业教育更加注重的是学生技能的提高,也就是主要培养学生的动手能力,而普通教育则更加重视学生理论知识的教育。理论知识可以传授,而对于技能来说则必须通过不断实践和锻炼来掌握。由于人们对技工类学校的认知不够,导致职业学校中招收的学生通常文化基础较差,因此,学生接受新知识的能力普遍较低。职业教育的教学现状促使我们必须对传统的教学方法进行改革, “工学一体化”教学模式是根据学生具体情况采取理论与实践相结合的教学方法让学生更加轻松的掌握教材中的知识点和手动操作的基本技能,他能够提高课堂上的教学质量,并且在学生以后的工作生涯中都能够得以运用[1]。
1 电工基础的教学内容和特点
电子电工类专业是职业教育中常见的一种技术类专业,电工基础课程是电子专业入门的基础学科,它的理论性和实践性都很强,教材内容涉及面较广,是学生拥有基本技能和专业素质的关键课程。由于电工基础是一门实践性非常强的课程 所以,学生们在学习中的实习和实训环节就特别重要。传统的电工基础教学课程过于重视理论知识的学习,忽视对学生的实践锻炼,学生在开始学习时对于一些简单的理论知识可以轻松地理解和掌握,但是随着教学的深入理论知识会更加复杂和抽象,学生学习起来就会越来越困难,甚至会对学习赶到厌倦。为了让学生对电工基础知识的学习产生兴趣,必须要突破原有的教学观念,加强职业教育的师资力量,将电工基础的教学课程与电子电工实验室有效结合起来,实行“工学一体化”教学模式,将理论与实际紧密结合起来,利用电子实验来验证教学内容中的理论,这样的教学方法可以帮助学生更加牢固的掌握教材内容中的理论知识,因此,在电工基础教学中实施“工学一体化”教学模式是十分有效和必要的。
2 “工学一体化”教学目标设计
在电工基础课程中实施“工学一体化”教学,必须根据教学内容的基本概念,将电路的基本规律当作一个独立的教学项目来进行。教学活动需要在电子实验室中进行,学生在教师的指导下完成整个学习过程的基本内容,这样学生就可以系统性地掌握电路的基本规律。教师在教学课程的设计过程中不仅要重视操作的规范性还需要考虑到课程的趣味性和使用性,也就是说教师不仅要保证课程的质量,还需要根据学生的实际情况激发出学生们的学习兴趣,让学生们在轻松、愉悦的教学环境中掌握知识。
为了便于学生理解课程内容,教师在进行教学课程的设计当中应当遵循由浅入深、由易到难的教学原则,将所有的知识点进行充分地柔和在加以提炼,打破原有的教学模式,对主要的知识点进行全方位多角度的覆盖,不仅让学生掌握理论知识更突出对学生们专业技能的训练。教学设计中除了要注重理论与实际相结合,还需要注意培养学生们的团队合作精神和团队意识,让他们明白个人的力量是有限的,只有团队进行有效的合作,将大家的力量聚合在一起才能获得更大成功。
3 “工学一体化”的教学组织模式
在电工基础教学过程中,教师对于教学知识的组织模式是整个教学过程成功与否的关键所在,教师首先需要熟练地掌握整个教材的全部内容,然后需要对于电工基础知识中的所有的知识点要有针对性的教学办法,全盘掌握然后再逐个击破不仅可以从容的把握教学进度做到心中有数,还能够根据实际情况增添一些趣味性内容,这样就会形成良好的教学效果。下面笔者就以欧姆定律的教学案例来对“工学一体化”教学进行说明[2]。
3.1 建立合理的学习目标
在对欧姆定律进行学习时,首先要熟练的掌握电流、电压和电阻的基本概念和定义,了解它们的符号和单位,然后利用实验室的电流表、电压表以及万能用表让学生按照正确的操作方法进行练习,学生对于最基本的电压、电流、电阻有了一定的理解后,最终能够根据各种电路图正确的将实体零件组装成实用电路之后才算是能够达到本节课的教学目标。
3.2 学生在试验中的具体分工
一个实验是需要几个同学进行合作才能很好完成,因此,教师在上课过车中需要根据教学要求将实验的内容进行细化,并对学生进行具体的分工。一个实验小组中,有的学生负责准备和检测实验所需要的材料和仪器,有的学生负责记录和分析实验中电路的各种数据,有的学生负责按照电路图对实验器材进行组装和连接,并且确保电路能够正常的运行[3]。教师通过将实验人物细化并分配到每个小组成员的方式,既锻炼了学生们的动手能力又培养了学生们的团队合作意识。
4 “工学一体化”教学模式的效果评价
“工学一体化”的教学模式在电工基础课程教学中能够取得良好的效果的关键在于学生是否存在良好的学习态度和学习热情,当然教学效果的好坏与老师的教导也有很大关系。在对电工基础“工学一体化”的教学效果进行评价时主要的参考因素还是在学生的学习态度以及实验的规范性等方面,另外学生在操作实验的熟练程度以及操作时间等都与“工学一体化”的评价效果有所关联。不管测评小组运用什么方式对“工学一体化”的教学效果进行测定,其主要目的还是想要完善这一教学模式,从而让其在教学过程中发挥理想的教学效果。
一、规律教学在物理教学中的意义
中学物理是一门以观察和实验为基础、以探究物理规律并应用物理规律为目的的学科。物理规律(包括定律、定理、原理和定则等)是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是中学物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽。因此,规律教学是中学物理教学的中心任务。
物理规律教学是物理教学的根本方法之一。教学实践证明:只有重视物理规律,才能有利于掌握物理知识,提高思维能力、探究实践能力、自主学习能力和分析问题总结规律的能力,还可以激发学生学习物理的兴趣。这对全面提高物理教学质量有着重要的意义。
二、物理规律的类型
1.实验规律
物理学中的绝大多数规律,都是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,我们把它们叫做实验规律。如欧姆定律、焦耳定律、电磁感应定律、阿基米德原理、功的原理等。
2.理想规律
有些物理规律不能直接用实验来证明,但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析,去掉非主要因素,抓住主要因素,推理到理想的情况下,总结出来的规律,我们把它叫做理想规律。如牛顿第一定律。
3.理论规律
有些物理规律是以已知的事实为根据,通过推理总结出来的,我们把它叫做理论规律。如能量守恒定理是根据能量相互转化和转移推导出来的。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
三、如何上好规律课
在物理规律的教学过程中,不仅要让学生掌握规律本身,还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解和亲身体验,更重要的是让学生知道如何应用规律来解决具体问题。为此,对不同的物理规律应采用不同的教学方法。
1.创设情境,激发兴趣,培养学生良好的学习听课习惯
例如,在讲气化和液化时,用手指沾水(或酒精)在黑板上写“同学们好”,不一会儿水干了,提问:“水到哪儿去了?”学生观察现象,思考解答问题,得出蒸发的概念。用创设的情境引入蒸发,学生感到自然,容易接受,更易激发学习兴趣,学生会很认真地听课。教师强调观察什么、思考什么,这样可以培养学生良好的学习听课习惯。
2.设计方案,经历探究,体验过程,在过程中培养学生的创造性思维和动手能力
弄清物理规律的发现过程,实验规律都是经过多次观察和实验,进行归纳推理得到的。理想规律都是由物理事实,经过合理推理而发现的。理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律。实验规律的教学方法:
(1)探索实验法――寻找物理规律
探索实验法就是根据某些物理规律的特点,设计学生分组实验,让学生通过自己做实验,总结出有关的物理规律。
(2)验证实验法――加深物理规律的理解
验证实验法是采用证明规律的方法进行教学,从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题,将物理规律直接告诉学生,然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论,验证物理规律。
(3)演示实验法
演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验,引导学生观察,根据实验现象,师生共同分析、归纳,总结出有关的物理规律。
3.总结概括,感知规律,通过规律教学,让学生形成物理知识体系
4.物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用,超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论
在物理理论规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。
5.在规律教学中,要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题,在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解,通过反馈进行矫正知识
6.延伸迁移,举一反三,开拓创新,巩固提高
一、 把电工仪表基本原理、测量机构和测量线路始终作为教学的重点,它们是分析电工仪表的基本内容
电工仪表(模拟仪表)的基本原理是把被测电量或非电电量变换成仪表指针的偏转角,用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小。电工仪表通常由测量机构和测量线路组成,测量机构是实现电量转换为指针偏转角并使二者保持一定关系的机构。它是电工仪表的核心,它告诉学生指针为什么会转动。测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量,它的特点转化。测量线路必须根据测量机构能直接测量的电量与被测量的关系来确定,一般由电阻,电容电感或其他电子元件组成。各种测量机构都包含固定部分和可动部分。测量机构都由产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩的部件。这三种力矩共同作用在测量机构的可动机构上,是可动部分发生偏转并稳定在某一位置上保持平衡。以上内容是学习各种不同测量机构的共性知识,是学习本课程的基础,对学生掌握好教材起到潜移默化的作用,教学中应该首先确立它们的重要地位。
二、充分运用类比积木化的思维方式进行教学
一般说来,人们对所研究的对象比较陌生时,就可以把熟悉的事物与之类比,从而掌握被研究的事物的特征。在教学中以下知识时,运用类比方法会取得良好的效果。
1.磁电系仪表和电磁系、电动系仪表作类比,找出各种测量机构的固定部分和可动部分部件;测量机构产生转动力矩反作用力矩和阻尼力矩的部件,找出它们的相同点和不同点。通过列表对比,加深对测量机构的理解,触类旁通,同时能尽快掌握学习方法,提高学习兴趣。
2.搞好模拟万用表和数字万用表的类比教学。模拟万用表采用高灵敏度的磁电系测量机构,测量线路是万用表实现多种电量测量,多种量程变换的电路,测量线路能将各种待测电量转换为磁电系测量机构能接受的直流电流。数字万用表采用数字电压基本表做测量机构,测量线路利用交流/直流、电流/电压、电阻/电压、电容/电压转换器。将各种待测量转换为数字电压基本表能直接接受的直流电压。通过对比使学生尽快掌握两种万用表测量机构和使用方法的相同点和不同点。同时,通过测量机构的对比,更能加深学生们对二者技术特性不同的理解,测量机构决定仪表的技术特性。
在教学中运用类比方法,除去帮助学生理解掌握所学的知识外,还能使学生对电工仪表原理有更深的认识,从而达到培养学生自学能力和创造能力的目的。
三、注重电工仪表的选择教学
学习本课程的目的之一,就是根据测量要求正确地选择电工仪表。为了让学生能正确选择,在教学中教师应强化以下两方面教学。
1.掌握选择测量方法的原则。一个物理量,可以通过直接测量法得到测量结果,也可以通过间接测量或比较法进行测量。选择方法的原则:(1)所择的方法必须达到测量要求;(2)在保证测量要求的前提下,选用最简单的测量方法;(3)选用的测量方法应保证测量仪表和被测元件不能被损坏。
2.注重误差理论相关知识的教学。测量是对客观事物取得数量概念的一种过程。人们借助专门设备,通过实验方法,得出以测量单位表示被测量的数值大小。测量结果以真实的接近程度,是否在误差范围内,决定测量的可信度。误差理论的相关知识很多,我们首先应明确误差的分类,根据误差产生的原因可分系统误差、偶然误差、疏失误差。误差的表示分为绝对误差、相对误差和引用误差。仪表的误差分为基本误差和附加误差。教师可将各种带“误差”的名词概念进行对比讲解,让学生掌握各种误差之间的区别,加深对各种误差的理解和认识。掌握了这些基础知识就能判断测量结果的准确程度,同时选择电工仪表做理论上的准备。
3.加强准确度和灵敏度的教学。准确度是指测量结果与被测量真实之间相接近的程度,它是测量结果准确程度的量度。仪表的准确度是仪表量程内的最大绝对误差与仪表量程的百分比。它说明了仪表的准确程度,仪表准确程度的高低,直接反映了该仪表测量的准确性,即仪表的基本误差有多少。利用准确度可以确定误差范围,根据测量要求和仪表的准确度可以正确选择仪表。灵敏度是指以表对被测量变化的反应能力,它反映了仪表所能测量的最小被测量,是指以表读数变化量(指针角度的变化量)与被测量的变化量之比。灵敏度的倒数称为仪表常数,刻度不均匀的仪表灵敏度不是常数。仪表准确度和灵敏度反映仪表的测量能力,是测量选择仪表的重要依据,同时也是判断测量结果是否符合要求的重要依据。理解掌握准确度、灵敏度概念,对于选择仪表和学习相关知识是很有帮助的。
四、在教学中注意电工和电子线路知识与仪表与测量相结合
把电工电子知识运用到仪表与测量课程中,在实际教学中应力求做到以下几点:
1.使学生掌握磁路和电路的分析。分析磁通所通过的路径是磁路,利用磁阻磁导率和磁路欧姆定律,电流与磁场的关系,以及磁场对电流的作用,分析仪表的技术特性、测量机构。同时,利用电磁感应原理和互感线圈同名端的知识分析由磁路联系起来的电路,这对于掌握测量机构和测量线路以及电工测量是很有帮助的。
2.让学生掌握三相四线制电源电压的向量图,线电压和相电压的关系,RL串联电路,复阻抗及复数形式的欧姆定律,这些电工学知识对于学习本课程知识以及分析本课程知识,对于掌握仪表使用与测量值都起到很大的帮助作用。
3.让学生掌握电子线路中整流,集成运放知识,理想集运放的条件,以及输入电阻的概念,这对于学习数字仪表及其他环节知识是非常重要的。
试题仍以中档题为主,内容仍以力学、电磁学等主干知识为主,热学、光学、原子物理、机械波等以选择题的形式出现,试题突出理论联系生产、生活实际和现代科学技术。
通过对2007年考试大纲中题型示例的分析,Ⅰ卷的题目的数量和难度与去年持平,Ⅱ卷的难度有所降低。因此一定要掌握基础知识。
备考建议
高中物理涉及到力、热、光、电和原子物理等方面的知识,虽然内容多,但知识前后联系紧密,规律性强,只要复习方法正确,可以在最后复习阶段取得良好的效果。
了解考查的知识范围
学习《考试大纲》,了解考查的知识范围,可以说,凡是考试说明中未列入的知识点和实验,不会出现在考试题中。考生在阅读考试说明时,一定要仔细领会其中含义,准确把握重点知识的深浅度。
高考试题中易、中、难题的大致比例为3∶5∶2,很少出现超过考试说明的知识和能力要求。因此,不提倡花许多时间去解偏题难题。
掌握基础知识,形成知识网络
全面掌握基础知识,不是死记硬背概念和公式,而是要在透彻理解的基础上去记忆。对物理概念应该从定义式及变形式、物理意义、单位、矢量性及相关性等方面进行讨论;对定理或定律的理解,则应从其实验基础、基本内容、公式形式、物理实质、适用条件等作全面的分析。
复习时还要抓住重点,了解知识间的纵横联系,形成知识网络。如复习力学知识时,要了解受力分析和运动学是整个力学的基础,而运动定律则将原因(力)和效果(加速度)联系起来,为解决力学问题提供了完整的方法;曲线运动和振动部分属于运动定律的应用;动量和机械能,则从空间的观念开辟了解决力学问题的另外两条途径,提供了求解系统问题、守恒问题等的更为简便的方法。
有了这样的分析,整个力学知识就不再是孤立和零碎的,而是为了研究运动和力的关系的有机整体。
合理训练,避免题海战术
有些学生埋头于题海中,热衷于解题方法和技巧,放松了对基本概念和基本规律的理解,在看到一道试题时,不是首先对试题中给出的物理情境、物理条件和所涉及的物理过程进行认真分析,而是急于去寻找它与贮存在自己头脑中的哪道题相似,找到相似的题后,便把该题的解法套上去。
这种把物理学习异化成解题训练的状况,对物理复习极其有害。学习物理不是为了解题,决不能把做习题作为物理复习的核心。
做习题的目的,一是检查对物理概念和物理规律是否真的透彻理解了,能否在实际问题中灵活地运用它们;二是通过做习题,锻炼并提高理解能力、推理能力、分析综合能力、运用数学解决物理问题的能力等等。
所以,每做一道习题,都要力求对物理概念和规律的理解上有所加深,在能力上有所提高。每做完一道题后应总结一下,看看通过解这道题,对物理概念和规律的理解上有哪些新的体会。
在做习题的过程中,要独立思考、独立完成,不能机械地套用熟悉的题目类型。练习贵在精而不在多,练习完成后不要急于对答案,想一想题意是否理解正确,是不是有其他的解题方法,这道题与某道题或某些题相同点在什么地方,不同点在什么地方,对所做的题适当地归类,将会起到举一反三的作用。
重视物理实验
近年高考试验试题中考的原理,都是中学物理中最普遍、最常用的原理,但问题情境是新的,使得有一些同学一看就慌了,不知如何入手。所以在复习中,对物理实验应加以足够的重视。
设计和完成实验的能力,也是高考能力要求的一个重要组成部分。每年物理高考试题中,实验题约占14%,从每年全国物理高考的实践来看,实验题的得分率一般都不高。其实实验题并不难,它应该是考试容易得分的题目。
从考生的答卷看,有许多考生似乎没有经过实验的训练。近年来高考物理试卷对实验的考查,重点放在考查对实验的思想、方法和原理的理解和实验仪器的使用上。所以实验复习不能简单地背诵条款,要落实到动脑动手上。
今年考纲中的学生实验中,有1个练习(使用打点计时器)、3个验证(平行四边形法则,机械能守恒,动量守恒)、7个定量测定、8个规律研究。
对这些实验要理解透彻,弄懂其实验目的和实验原理,熟悉实验器材,掌握实验方法与步骤;能准确记录数据,并能正确处理实验数据,以便得出正确结论。
对大纲中要求掌握的13种仪器,一定要实际操作,熟练掌握。重新观察课本实验,通过新视角,研究物理实验培养创新能力。
冲刺阶段,抓核心知识
考生冲刺阶段的复习,一定要围绕物理中最核心的知识。今年考试大纲里的参考题型中物理就是12道题,具体构成为:8道选择题,1道实验题,3道计算题。12道题不可能包容高中物理的全部内容,所以高考就会围绕高中物理最核心、最主要的知识进行考查。
研究近几年的教学大纲和考试大纲,高中物理中核心知识点有以下内容:
受力分析、物体的平衡;匀变速直线运动、牛顿三大定律;平抛运动、圆周运动、人造卫星、万有引力;振动和波;动量、动量守恒;动能、动能定理、机械能守恒;电场力的功与电势能的改变;带电粒子在电场中的加(减)速和偏转;欧姆定律;安培力、洛仑兹力及带电粒子在磁场中的圆周运动;电磁感应定律;反射定律、折射定律、折射率;各种射线的特征及应用;光电效应;核能、爱因斯坦质能方程、核反应方程;物理实验。
研究评分标准,掌握应试技巧
研究评分标准可以提高解题的规范性,增加得分点,考出更高分数。具体做法是:
(1)确定研究对象,定义物理量,如m、S、t、V、a、P、E、等。
(2)物理过程、物理状态的分析和论证,特别是隐含的物理过程的分析、重要条件的叙述和确定(如平衡、加速、相遇等)、画图(物理过程的示意图,受力图,轨迹图等)。
一、夯实基础
考试说明中要求的五种能力(理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力、实验能力)的培养和形成,无一不是以掌握基本概念和基本规律为基础,只有真正打好基础才能全部提高能力。同时,注重基本知识的考查也是高考的重要考查内容之一。高考对基本物理概念和规律的考查,并不是单纯考查这些概念和规律本身是什么,而是考查学生对这些概念和规律的理解程度,是否真正理解了这些概念和规律,是否知道这些概念和规律的实质,是否理解这些概念和规律的适用范围,等等。这些概念和规律覆盖了高中物理的全部内容,学生掌握了这些基本内容就基本具备了进入高校深造的条件,因此在高三物理总复习教学中必须切实地注重基本知识和基本规律,夯实基础。
二、加强实验
高考物理一贯重视对实现能力的考查,实验试题的比例保持在13%左右。目前,高考物理实验考查的内容包括三个方面:第一,《考试说明》中规定的学生实验;第二,比较重要的演示实验;第三,比较新的简单的实验情境,考查考生运用所学实验知识解决新问题的能力。这些内容包括仪器的使用和读数、实验原理、实验方法和步骤、实验结论和数据处理方法,对影响实验正确性的原因作定性判断。高考试卷中实验命题的原则是通过笔试的方法来鉴别实验能力的高低,是否真正做过实验;对实验的考查已从简单的实验知识记忆转向考查实验的思想、方法和原理的理解。针对高考试卷中实验考查的转型,我们在物理总复习中必须切实重视物理实验复习,不仅要重视实验知识内容的复习与巩固,而且要重视实际操作技能、实验的思想、方法和原理的巩固和提高,最重要的措施是必须让学生亲自动手做实验。
三、少讲精练
少讲、精练,给学生充分的时间去思考,充分激发学生学习的内在动力,使学生养成主动参与,积极思考的良好学习习惯。我们要十分注重精选例题,多讲些一题多变、一题多解的高考真题。在选题时,教师要紧紧围绕课时复习目标,使基础知识、基本技能、基本方法、基本思想、解题规律重复出现。这符合学生的认识规律,有助于学生掌握问题的来龙去脉,缩短从模仿到灵活运用的过程,能深深烙在学生的脑海中。针对易错易混的地方,可搞易错易混专项训练。为强化重难点,可搞重难点归纳训练题。为提高学生的审题能力和灵活分析问题、解决问题的能力,在训练中可专找一些概念性强、隐蔽性强、灵活性强、文字说明多的小灵活题、小综合题,做专项训练。针对学生联系能力差和建模能力差的问题,可搞一些联系实际的热点问题进行训练。为提高学生的审题能力,可要求学生细读题、慢审题,在题眼和信息点上,在重点词句上作记号。对于答题规范性方面,在平时的教学中应给学生示范最规范的解答过程,在考试中,无论是校内考试还是校际联考,都要严格评分,宁严勿松,使学生养成规范答题的好习惯。要求学生答题步骤不能跳跃过大,书写不能潦草,中间结论表达式要写,等等。对每次测验和练习,都坚持认真批改,全面统计。为发挥学生的学习自主性,还要求学生对自己做错了的习题,先认真思考,仔细阅读解答,然后大家共同选好需要教师讲评的题号。这样讲评更具针对性,课堂教学的效率更高。
四、寻找规律
以高考计算题为例,我认为有如下策略:一是提高审题能力。有三个步骤,第一步,联想知识,让这些知识在大脑中处于激活状态。第二步,建立图景是审题的中心。第三步,寻找已知量与未知量的关系是审题的关键。二是注意计算题的解题格式。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。计算题的解题格式应写成诗的语言,而不能写成散文。将简要的文字说明,原理、方程式写成诗的表达形式,既能体现思维,又会给阅卷老师舒服的感觉。写成散文的形式,显得凌乱,思维不清,会使阅卷老师印象不佳。三是解题中要注意的问题。对象的选择:要明确所研究的对象是单一物体还是物体系。要科学地选择对象,以便能求解出问题或使问题求解方便。过程的选择:要根据发生过程的时间先后顺序有效地选择过程,要明确是对哪一过程进行研究,是对单一过程进行研究,还是对全过程进行研究。方法的选择:要根据所研究的对象及其过程,科学地选择规律来建立方程。解方程的问题:先进行文字求解,找出要求量的文字表达式,最后带数字进行计算。四是解题方法的选择。守恒法:运用动量守恒与能量守恒求解。定理法:运用动量定理与动能定理求解。定律法:运用牛顿运动定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律求解。公式法:运用力学与电学中的其它公式求解(巧用公式)。图像法:运用S-t、V-t图像进行求解。结论法:非常重要的常见的二级结论可以作公式。
五、回归课本