【优选】物理创新性实验设计PPT文档.ppt

一报告内容提纲归纳：一报告内容提纲归纳：1.物理创新性实验设计的物理创新性实验设计的重要性和必要性重要性和必要性2.物理创新性实验设计的物理创新性实验设计的内涵和外延内涵和外延3.物理创新性实验设计的物理创新性实验设计的六大原理六大原理和实例演示和实例演示4.物理创新性教学物理创新性教学六要素六要素和和八理念八理念5.物理创新性教学物理创新性教学九行为九行为5/21/20231 二报告采用教学方法：二报告采用教学方法：(科学探究、实验实践、互动合作科学探究、实验实践、互动合作)1.创新实验设计理论提升归纳与创新实验设计理论提升归纳与创新实验设计创新实验设计 实例相结合实例相结合2.创新实验设计演示与讲解讨论创新实验设计演示与讲解讨论探究互动探究互动 相统一相统一3.创新物理教育理念与创新物理教育理念与创新物理教育创新物理教育 实例相交集实例相交集5/21/20232v三报告内容结构框架：三报告内容结构框架：v1.物理创新性实验设计的重要性和必要性物理创新性实验设计的重要性和必要性 世纪是创新教育的世纪，世纪是创新教育的世纪，物理教学物理教学改革的核心是培养学生的创新意识和创新改革的核心是培养学生的创新意识和创新能力。目前，我国中等物理教学人才观、能力。目前，我国中等物理教学人才观、实验教学理念、实验教学内容、实验教学实验教学理念、实验教学内容、实验教学形式、实验教学方法和实验教学评价等所形式、实验教学方法和实验教学评价等所形成的培养模式陈旧，仍然是以验证性实形成的培养模式陈旧，仍然是以验证性实验为主，以模仿性操作为主，缺乏具有一验为主，以模仿性操作为主，缺乏具有一定创新因子的物理创新性实验，远远不能定创新因子的物理创新性实验，远远不能适应当今社会对创新人才的需求。适应当今社会对创新人才的需求。5/21/20233 物理学物理学是一门以实验为基础的学科，是一门以实验为基础的学科，物理实验在物理教学中占有重要地位，特物理实验在物理教学中占有重要地位，特别是物理创新性实验在进一步提高教学质别是物理创新性实验在进一步提高教学质量，培养创新性人才方面具有不可替代的量，培养创新性人才方面具有不可替代的重要作用。重要作用。5/21/20234 “创新创新”可分为三种类型：可分为三种类型：1.相对于个相对于个体来说是前所未有、首次出现的事物；体来说是前所未有、首次出现的事物；2.相对于所属群体来说是他人未涉足、提出相对于所属群体来说是他人未涉足、提出或实施的事物；或实施的事物；3.相对于全社会来说是独相对于全社会来说是独创的、具有社会积极意义的新事物或新活创的、具有社会积极意义的新事物或新活动等。动等。5/21/20235 物理创新性实验设计物理创新性实验设计是以培养创新性人才为是以培养创新性人才为先导，改进传统物理学实验原理，改革传统物理先导，改进传统物理学实验原理，改革传统物理学实验方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家学实验方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家生产仪器设备的束缚，创新性的运用物理学理论生产仪器设备的束缚，创新性的运用物理学理论和物理学实验原理，创新性的设计实验方案、自和物理学实验原理，创新性的设计实验方案、自选、自组和自制实验器材、简约物理实验仪器、选、自组和自制实验器材、简约物理实验仪器、优化物理实验效果、创新性的完成物理学实验，优化物理实验效果、创新性的完成物理学实验，具有一定创新因子的物理学实验。具有一定创新因子的物理学实验。5/21/20236 物理创新性实验设计物理创新性实验设计能有效促进学生熟能有效促进学生熟练掌握和灵活运用所学物理知识和理论，练掌握和灵活运用所学物理知识和理论，极大激发学生学习物理的主动性和积极性，极大激发学生学习物理的主动性和积极性，更有利于启发、引导和训练学生的创新思更有利于启发、引导和训练学生的创新思维、使学生逐步掌握实验科学研究方法，维、使学生逐步掌握实验科学研究方法，更有效地培养学生的物理实验设计能力、更有效地培养学生的物理实验设计能力、物理创新能力和物理实践能力。物理创新能力和物理实践能力。5/21/20237v 国家教育部本科教学工作水平评估专家国家教育部本科教学工作水平评估专家组组在观看我们的在观看我们的物理创新性实验设计物理创新性实验设计时给予时给予了充分肯定和高度评价。了充分肯定和高度评价。5/21/202385/21/202395/21/202310v2.物理创新性实验设计的内涵和外延物理创新性实验设计的内涵和外延 v 物理创新性实验设计物理创新性实验设计是以培养创新性人才为先是以培养创新性人才为先导，改进传统物理实验原理，改革传统物理实验导，改进传统物理实验原理，改革传统物理实验方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家生产仪方案，突破固定实验方案和实验仪器厂家生产仪器设备的束缚，创新性的运用物理学理论和物理器设备的束缚，创新性的运用物理学理论和物理学实验原理，创新性的设计实验方案、自选、自学实验原理，创新性的设计实验方案、自选、自组和自制实验器材、创新性的完成物理学实验。组和自制实验器材、创新性的完成物理学实验。简约物理实验器材，优化物理实验效果，简约物理实验器材，优化物理实验效果，具有创具有创新因子的物理学实验。新因子的物理学实验。5/21/202311v物理创新性实验设计的内涵聚焦在物理创新性实验设计的内涵聚焦在:v物理实验设计思路创新物理实验设计思路创新v物理实验原理创新物理实验原理创新v物理实验方案创新物理实验方案创新v物理实验方法创新物理实验方法创新v物理实验器材创新物理实验器材创新v物理实验教学创新物理实验教学创新 六个维度上六个维度上5/21/202312v3.物理创新性实验设计的六大原理物理创新性实验设计的六大原理v 物理创新性实验物理创新性实验要打破常规，发散思维，要打破常规，发散思维，突出创新，所以没有固定的模式和万能的突出创新，所以没有固定的模式和万能的方法。但是物理创新性实验的设计又有其方法。但是物理创新性实验的设计又有其规律性、方法和技巧，从物理创新性实验规律性、方法和技巧，从物理创新性实验设计的六个层面上试探性的提炼、设计的六个层面上试探性的提炼、归纳出归纳出物理创新性实验的六大设计原理。物理创新性实验的六大设计原理。5/21/202313v（1）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理平衡原理物理平衡原理；（2）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理转换原理物理转换原理；（3）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理比较原理物理比较原理；（4）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理放大原理物理放大原理；（5）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理模拟原理物理模拟原理；（6）物理创新性实验设计）物理创新性实验设计物理变换原理物理变换原理。5/21/202314v3.1 物理平衡原理物理平衡原理v 物理平衡原理是已知物理平衡原理是已知A，现测，现测B，B不不易直接测，让易直接测，让B与与A平衡，则可巧妙的测平衡，则可巧妙的测B。A和和B代表物理现象、物理过程或物理量，代表物理现象、物理过程或物理量，这里的平衡可以是力平衡、热平衡、电磁这里的平衡可以是力平衡、热平衡、电磁平衡等等。平衡等等。5/21/202315v实例实例1：用注射器测定大气压强：用注射器测定大气压强v 广西师范大学主办：国际物理实验研讨会。广西师范大学主办：国际物理实验研讨会。v 国家教育部仪器司司长国家教育部仪器司司长5/21/202316v 托里拆里实验存在两大问题：托里拆里实验存在两大问题：一是实验一是实验难度大，当向托里拆利管中灌水银时，由难度大，当向托里拆利管中灌水银时，由于管很细水银容易洒出管外，并且容易堵于管很细水银容易洒出管外，并且容易堵进气泡，增大实验误差；进气泡，增大实验误差；二是要用水银做二是要用水银做实验，水银是有毒的液体，水银蒸气对人实验，水银是有毒的液体，水银蒸气对人身体危害较大，使实验不安全。身体危害较大，使实验不安全。5/21/202317v 用注射器测定大气压强：用注射器测定大气压强：1.把注射器的把注射器的活塞推到底，把注射器里的空气全部压出。活塞推到底，把注射器里的空气全部压出。2.用橡皮塞把注射器的出液口封住。用橡皮塞把注射器的出液口封住。3.把把注射器出液口朝上，活塞朝下，并用铁架注射器出液口朝上，活塞朝下，并用铁架台把注射器外筒固定。台把注射器外筒固定。4.用耐拉力的细线用耐拉力的细线拴住注射器的活塞，并连一个挂钩。拴住注射器的活塞，并连一个挂钩。5.向向挂钩上挂钩码，逐渐加大钩码质量，直至挂钩上挂钩码，逐渐加大钩码质量，直至注射器活塞微微向下滑动为止。注射器活塞微微向下滑动为止。6.分别测分别测出活塞的直径、活塞的质量和所挂钩码的出活塞的直径、活塞的质量和所挂钩码的质量。质量。7.根据力平衡有根据力平衡有PSG1 G2f，即即 P(G1 G2f)S，即可测定大气，即可测定大气压强压强P。5/21/202318 这个物理创新性实验设计打破了传统实这个物理创新性实验设计打破了传统实验方案，既简明、准确、又安全可靠，具验方案，既简明、准确、又安全可靠，具有很强的创新性、实用性和推广性。有很强的创新性、实用性和推广性。5/21/202319v 实例实例2：能平衡吗？为什么？：能平衡吗？为什么？5/21/202320 解决思路解决思路:v 整体法整体法v 分立法分立法 5/21/202321v实例实例3：小试管的奇怪运动：小试管的奇怪运动v小试管的运动状态将如何？小试管的运动状态将如何？5/21/202322v 推导1：5/21/202323v 推导2：5/21/202324v3.2 物理转换原理物理转换原理 物理转换原理是已知物理转换原理是已知Bf（A），现要），现要测测B，但，但B不易测，利用不易测，利用Bf（A）把测）把测B转转换为测换为测A，由，由Bf（A）可得）可得B。5/21/202325v实例实例4：浮力产生的本质：浮力产生的本质v问题：问题：1.物体在液体中一定受浮力吗？物体在液体中一定受浮力吗？v问题：问题：2.物体全部在液体中一定受浮力吗？物体全部在液体中一定受浮力吗？v问题：问题：3.物体在液体中受浮力的大小一定物体在液体中受浮力的大小一定 等于等于G排吗？排吗？5/21/202326v第一种情况小球受浮力吗？第一种情况小球受浮力吗？5/21/202327v第二种情况小球受浮力吗？第二种情况小球受浮力吗？v满足什么条件，小球才受浮力？满足什么条件，小球才受浮力？(2)5/21/202328v分析：石蜡块受浮力吗？分析：石蜡块受浮力吗？F浮浮？F浮浮？F浮浮？F浮浮？5/21/202329v浮力产生的本质：浮力产生的本质：5/21/202330 F浮浮=G排排 F浮浮=0 F浮浮G排排 F浮浮G排排F浮浮？F浮浮？F浮浮？F浮浮？5/21/202331v石蜡块受浮力吗？石蜡块受浮力吗？F浮浮？5/21/202332v思考：思考：1.F浮浮=G排排，有条件吗？，有条件吗？v 2.F浮浮=G排排，条件是什么？，条件是什么？v 3.阿基米德原理阿基米德原理 F浮浮=G排排，“浸浸”的物理含意？的物理含意？5/21/202333v实例实例5：魔杯实验：魔杯实验 杯中的水能都流出吗？杯中的水能都流出吗？图一图一那么，如何能让杯中的水全部从杯中流出呢？那么，如何能让杯中的水全部从杯中流出呢？5/21/202334用一个盖子将导管盖住，这时水就能从下面全都流了出来。用一个盖子将导管盖住，这时水就能从下面全都流了出来。为什么？为什么？（虹吸原理）（虹吸原理）图二图二5/21/202335v3.3 物理比较原理物理比较原理v 物理比较原理是若实验条件物理比较原理是若实验条件N相同，有某相同，有某物理现象或物理规律物理现象或物理规律K相同；若条件相同；若条件N不同，不同，有某物理现象或物理规律有某物理现象或物理规律K不同，则说明实不同，则说明实验条件验条件N是某物理现象或物理规律是某物理现象或物理规律K的相关的相关因子。因子。5/21/202336v实例实例6：黑球看上去是黑的吗？黑球看上去是黑的吗？v把黑球放入清水中后会发生什么现象？把黑球放入清水中后会发生什么现象？5/21/202337v分析：分析：5/21/202338v3.4 物理放大原理物理放大原理v 物理放大原理是若物理现象、物理过程不物理放大原理是若物理现象、物理过程不明显或物理量明显或物理量A太小不易测量，可以进物理太小不易测量，可以进物理放大，使物理现象和物理过程明显，使物放大，使物理现象和物理过程明显，使物理量理量A容易测量。物理放大有力学放大、光容易测量。物理放大有力学放大、光学放大、电磁放大、热学放大和叠加放大学放大、电磁放大、热学放大和叠加放大等多种方案。等多种方案。5/21/202339v 实例实例7：巧测头发丝的直径：巧测头发丝的直径v利用光学放大原理设计：利用光学放大原理设计：1.把待测的头发丝把待测的头发丝和一把最小分度值为和一把最小分度值为1mm的透明直尺（学的透明直尺（学生常用的直尺都可用）同放在同一台书写生常用的直尺都可用）同放在同一台书写投影仪（中小学最常用的）上，调节投影投影仪（中小学最常用的）上，调节投影仪的物距使头发丝和刻度尺成清晰的像在仪的物距使头发丝和刻度尺成清晰的像在白墙上。白墙上。5/21/202340v2.再用一把刻度尺分别测出头发丝在白墙上再用一把刻度尺分别测出头发丝在白墙上的像的直径的像的直径D和刻度尺和刻度尺1cm在屏上的长度在屏上的长度L，由，由L可以算出投影的放大倍数可以算出投影的放大倍数N，则被测，则被测头发丝的直径头发丝的直径d 。5/21/202341第一种情况小球受浮力吗？F浮=G排 F浮=0 F浮G排 F浮G排3.（2）物理创新性实验设计物理转换原理；创新物理教育理念与创新物理教育根据力平衡有PSG1 G2f，即 P(G1 G2f)S，即可测定大气压强P。国家教育部仪器司司长小试管的运动状态将如何？关系定义法;.物理创新性实验设计的六大原理和实例演示向挂钩上挂钩码，逐渐加大钩码质量，直至注射器活塞微微向下滑动为止。7 促进个性发展的教学理念相对于全社会来说是独创的、具有社会积极意义的新事物或新活动等。F浮=G排，条件是什么？（6）物理创新性实验设计物理变换原理。再用一把刻度尺分别测出头发丝在白墙上的像的直径D和刻度尺1cm在屏上的长度L，由L可以算出投影的放大倍数N，则被测头发丝的直径d 。物理创新性教学六要素和八理念解决思路:v实例实例8：自制单显微镜：自制单显微镜5/21/202342v3.5 物理模拟原理物理模拟原理v 物理模拟原理是某些物理现象、物理过程物理模拟原理是某些物理现象、物理过程或物理规律或物理规律A不容易或不可能直接显示出来，不容易或不可能直接显示出来，经过物理原理模拟后把它们可靠的，更容经过物理原理模拟后把它们可靠的，更容易的显示出来。易的显示出来。5/21/202343分别测出活塞的直径、活塞的质量和所挂钩码的质量。物理模拟原理是某些物理现象、物理过程或物理规律A不容易或不可能直接显示出来，经过物理原理模拟后把它们可靠的，更容易的显示出来。(科学探究、实验实践、互动合作)也称作防爆灯具、防爆照明灯。二报告采用教学方法：根据力平衡有PSG1 G2f，即 P(G1 G2f)S，即可测定大气压强P。物体全部在液体中一定受浮力吗？若条件N不同，有某物理现象或物理规律K不同，则说明实验条件N是某物理现象或物理规律K的相关因子。有：水gh76cm 水银g=ShSh,7 变“求共性”为“重个性”的教学行为实例4：浮力产生的本质倒置后，塑料片受水的压力后其型变将向下稍有突出，使杯内空气的体积变大,于是使杯内空气的压强减小，根据一定质量气体的等温变化规律：有：水gh76cm 水银g=ShSh,3 变“接受”为“探究”的教学行为相对于个体来说是前所未有、首次出现的事物；F浮=G排，有条件吗？v实例实例9：神奇的小孔与景深：神奇的小孔与景深v 如何缩短眼睛的盲视距离？如何缩短眼睛的盲视距离？v 如何判断别人的眼睛是否近视？如何判断别人的眼睛是否近视？v 如何增大照相的景深？如何增大照相的景深？5/21/202344v3.6 物理变换原理物理变换原理v 物理变换原理是在物理实验改革和物理物理变换原理是在物理实验改革和物理创新性实验设计中常用的原理。创新性实验设计中常用的原理。5/21/202345v物理变换原理分为：物理变换原理分为：v1.静静动动变换；变换；v2.水平水平竖直竖直变换；变换；v3.平面平面立体立体变换；变换；v4.放大放大缩小缩小变换；变换；v5.分立分立一体一体变换等等。变换等等。5/21/202346v实例实例10：立体显示磁感线实验：立体显示磁感线实验5/21/202347v实例实例11：神奇又奇怪的覆杯实验：神奇又奇怪的覆杯实验 确保实验成功的三大因素？确保实验成功的三大因素？5/21/2023485/21/202349原理解释：原理解释：倒置后，塑料片受水的压力后其型变将向下稍有倒置后，塑料片受水的压力后其型变将向下稍有突出，使杯内空气的体积变大突出，使杯内空气的体积变大,于是使杯内空气的压强于是使杯内空气的压强减小，根据一定质量气体的等温变化规律：减小，根据一定质量气体的等温变化规律：据：据：P0V0 =PV=(P0-P)(V0+V)=P0V0+P0 V-PV0-P V，略去二级小量略去二级小量 后有：后有：PP0=VV0，实测实测h=5cm ,再令：再令：P=水水gh 有：有：水水gh76cm 水银水银g=S hSh,即：即：水水h76cm 水银水银=hh,有：有：11035 cm76cm13.6 103=h5cm 解得：解得：h=0.025 cm5/21/202350v实例实例12：防爆灯原理实验：防爆灯原理实验v点燃的蜡烛罩上试管后会熄灭吗？点燃的蜡烛罩上试管后会熄灭吗？v点燃的蜡烛罩上铜丝螺旋管后会熄灭吗？点燃的蜡烛罩上铜丝螺旋管后会熄灭吗？5/21/202351v矿井防爆灯矿井防爆灯v知识应用：知识应用：防爆灯是指用于可燃性气体和粉防爆灯是指用于可燃性气体和粉尘存在的危险场所，能防止灯内部可能产生尘存在的危险场所，能防止灯内部可能产生的电弧、火花和高温引燃周围环境里的可燃的电弧、火花和高温引燃周围环境里的可燃性气体和粉尘，从而达到防爆要求的灯具。性气体和粉尘，从而达到防爆要求的灯具。也称作防爆灯具、防爆照明灯。也称作防爆灯具、防爆照明灯。v原理：原理：隔爆型的原理根据欧洲标准隔爆型的原理根据欧洲标准EN13463-1:2002爆炸性环境用非电气设备第爆炸性环境用非电气设备第1部分：部分：基本方法与要求的防爆概念和防火类型，基本方法与要求的防爆概念和防火类型，隔爆型是采取措施允许内部爆炸并阻止火焰隔爆型是采取措施允许内部爆炸并阻止火焰传爆的一种防爆型式，是最常用的一种防爆传爆的一种防爆型式，是最常用的一种防爆类型。类型。5/21/202352v创新有法，但无定法。创新有法，但无定法。物理创新性实验设物理创新性实验设计有技巧，但又没有固定的模式。物理创计有技巧，但又没有固定的模式。物理创新性实验设计的六大原理可成为我们目前新性实验设计的六大原理可成为我们目前进行物理创新性实验设计的初步理论指导，进行物理创新性实验设计的初步理论指导，但我们又不要受这六个设计原理的束缚。但我们又不要受这六个设计原理的束缚。v让我们不断的去创新设计和设计创新。让我们不断的去创新设计和设计创新。5/21/2023534.物理创新性教学六要素和八理念物理创新性教学六要素和八理念4.1 物理创新性教学六要素物理创新性教学六要素4.1.1 激发兴趣激发兴趣4.1.2 实验探究实验探究4.1.3 互动讨论互动讨论4.1.4 教授方法教授方法4.1.5 试探创新试探创新4.1.6 提高素养提高素养5/21/202354v4.2 物理创新性教学八理念物理创新性教学八理念v4.2.1 体现认知过程的教学理念体现认知过程的教学理念 v4.2.2 教授研究方法的教学理念教授研究方法的教学理念 v 例：物理概念的定义方法例：物理概念的定义方法v .属加种差定义法属加种差定义法;.关系定义法关系定义法;.外延定义法等外延定义法等.v4.2.3 进行问题探究的教学理念进行问题探究的教学理念 v4.2.4 强调互动合作的教学理念强调互动合作的教学理念v4.2.5 加强物理实验的教学理念加强物理实验的教学理念v4.2.6 联系生活实践的教学理念联系生活实践的教学理念 v4.2.7 促进个性发展的教学理念促进个性发展的教学理念v4.2.8 重视非智因素的教学理念重视非智因素的教学理念 5/21/202355v5.物理创性教学九行为物理创性教学九行为v5.1 变变“教教”为为“导导”的教学行为的教学行为v5.2 变变“学学”为为“思思”的教学行为的教学行为v5.3 变变“接受接受”为为“探究探究”的教学行为的教学行为v5.4 变变“结论结论”为为“过程过程”的教学行为的教学行为v5.5 变变“单一单一”为为“多维多维”的教学行为的教学行为v5.6 变变“学会学会”为为“会学会学”的教学行为的教学行为v5.7 变变“求共性求共性”为为“重个性重个性”的教学行为的教学行为v5.8 变变“虚拟题海虚拟题海”为为“重实验实践重实验实践”的教学行为的教学行为v5.9 变变“强调个人独立强调个人独立”为为“个人独立与集体协作相个人独立与集体协作相v 结合结合”的教学行为的教学行为5/21/202356 报告结束报告结束 谢谢！谢谢！5/21/202357谢谢观看谢谢观看