物理学科物理教学中如何培养学生的可持续发展的能力.doc

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1、物理论文之物理教学中如何培养学生的可持续开展的才能 结合国教科文组织开展了国际合作工程环境、人口、可持续开展教育（简称EPD）。目的是为了全面提高中学生学习质量和他们的整体素养，明确提出将培养人的主体精神和培养人的可持续开展思想作为EPD教育工程的最高实验目的和育人目的，将主体教育思想和可持续开展教育思想共同确定为施行EPD教育工程的指导思想和根本理念，将主体教育、可持续教育的衔接和交融确定为施行EPD工程的推进策略，同时制定了构建“主体探究综合浸透”的课堂教学方式，使整个课堂教学不断贯穿 “主体探究、综合浸透、合作活动、创新开展” 的原则。在如此一个教学改革的大环境下，物理教学也要按照本学科

2、的特点，探究新型的课堂教学方式，使物理学的教育能让每一名学生都能有不同层次的收获，从而全面提高学生的整体素养，培养他们的可持续开展的才能。下面是笔者教学实践中，EPD理念的物理教学探究的案例分析。一、通过“研究性学习”的方式，培养学生的科学探究精神“研究性学习”这种学习方式，通过课题研究的方式，不断贯穿 “主体探究、综合浸透、合作活动、创新开展” 的原则，为学生的自主学习提供了十分宽松的气氛，学生在课题研究中所获得的收获，远远超出了课题研究本身获得的成果。电磁感应一章完毕后，课本上有一个阅读材料寻找“磁单极子”。这是一个特别好的科学探究的素材，因而，我把它设计成了一个科学探究的课题研究：寻找“

3、磁单极子”实验的分析。让学生在课题研究的过程中体会科学家们在遇到征询题时是如何进展科学探究的，更重要的是，通过课题研究这种方式，使学生在主体探究、合作学习的过程中培养他们的科学探究精神。案例一：课题研究寻找“磁单极子”实验的分析人们早就觉察电和磁有特别多类似之处。1931年，著名的英国物理学家狄拉克从理论上预言了存在着只有一个磁极的粒子磁单极子。按照磁单极子的理论，电和磁之间的类似将更加完满。理论的动人前景，吸引了一批物理学家，用各种方法去寻找磁单极子。1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，假设有一个的磁单极子从上而下穿过（如图所示）的超导线圈，能够检测到超导线圈

4、上的电流，也证明了“磁单极子”的存在。为什么超导线圈检测到电流就能够证明觉察了“磁单极子”呢？假设“磁单极子”穿过超导线圈，超导线圈中电流应该如何样变化呢？针对上述课题研究，设计了三个征询题探究。征询题探究1：一条形磁铁通过一个一般线圈的过程，试分析线圈中产生的感应电流如何随时间变化？征询题探究2：一条形磁铁通过一超导环的过程，试分析超导环中产生的感应电流如何随时间变化？征询题探究3：假设“磁单极子”穿过一超导环的过程，试分析超导环中产生的感应电流如何随时间变化？通过学生的共同探究，终于找出了征询题的答案。一般的磁铁都有一个极和一个极，当一条形磁铁通过一个一般线圈的过程，通过线圈中的磁通量先正

5、向增加后正向减小，磁通量随时间变化的图线如图（甲）所示，按照法拉第电磁感应定律可推得这过程线圈中产生的感应动势随时间变化的图线如图2（乙）所示，由于一般导线存在电阻，按照欧姆定律可推得线圈中电流变化与感应动势随时间变化完全同步。条形磁铁靠近超导线圈的过程，由于在线圈中产生的感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场同名极相斥（如图3所示），因而该过程是不断地克服安培力做功的过程，由于超导线圈没有电阻，因而没有电热损耗，克服安培力所做的功完全转化成了超导线圈的电磁能，因而，条形磁铁靠近超导线圈的过程，线圈中的电流不断增加；当条形磁铁远离超导线圈的过程，超导线圈中感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场仍然同名

6、极相斥，该过程是安培力对外做功，线圈中储存的电磁能又重新转化成机械能，因而，条形磁铁远离超导线圈的过程，线圈中的电流又将不断减小。由于靠近过程和远离过程完全对称，因而，完毕超导线圈中电流又恢复为零，全过程中超导线圈中电流随时间变化的图线如图4所示。由于“磁单极子”只有一个磁极，在穿过超导线圈的过程中，穿过超导线圈的磁通量先正向增加后反向减小，磁通量随时间变化的图线如图5所示。而从能量角度看，“磁单极子”靠近超导线圈的过程由于同名极相斥（如图6所示），因而必须不断地克服安培力做功，当远离超导线圈的过程由于异名极相吸，接着要克服安培力做功。因而，全过程都是克服安培力所做的功转化成了超导线圈的电磁能

7、的过程，超导线圈中的电流不断不断增大，当“磁单极子”离开后，这个电流被永远地“经历”在超导线圈中（全过程中超导线圈中电流随时间变化的图线如图7所示）。因而，只要在超导线圈中检测到了这个“经历”电流，也就意味着探测到了“磁单极子”的存在。通过上述的课题研究，学生们得到了深化的启示：科学家研究的尽管是物理学最前沿的征询题，但是他们研究征询题的方法并不是深不可测的，有时与我们所学习的东西特别接近。科学家与我们学生的区别在于，科学家是用他们学到的知识来研究征询题，而我们学生则更多的在用我们学到的知识来研究标题。尽管两者只差一个字，但征询题的性质就有了本质的区别。因而，在平时的学习中我们必须留意：研究征

8、询题比单纯地做标题更重要。只有真正在研究征询题的过程中，学会了处理征询题的思想方法，当接触到实际征询题时，我们才会制造性地用学过的知识去研究征询题、处理征询题。二、应用“探究性学习”的方式，培养学生独立研究研究征询题的才能探究性学习是一种以征询题为中心的新型的学习方式，学生通过觉察征询题提出猜测探究处理征询题的方法对征询题探究的过程中获取知识。探究性学习强调：（1）学习必须从学生已有的经历出发；（2）学生必须有亲身体验、自主参与的过程；（3）学习的过程把培养学生探究世界的积极态度贯穿不断。案例二：“向心加速度”的教学设计。“向心加速度”是人教版一般高中课程标准实验教科书物理第二册第六章第七节的

9、内容。教材中向心加速度的推导用到了矢量运算的法则，在向心加速度公式推导完毕后，提出了如此一个征询题：向心加速度公式推导是处理圆周运动的一个核心征询题，当年牛顿推导出向心加速度公式后，把这个结论应用到天体运动的规律中，从而觉察了万有引力定律，然而当年牛顿是用运动合成和分解的思想导出向心加速度公式，你想尝试一下吗？用运动合成和分解的思想，则匀速圆周运动能够看成是：切线方向匀速直线的和径向的向心运动的合运动。应用这种思想也能够顺利地推出向心加速度的公式。作为矢量运算推导的一种补充，有助于培养学生多角度分析征询题研究征询题的良好适应，对进一步深化对向心加速度的理解也有一定的协助。以下是应用运动合成和分

10、解的思想推导向心加速度的详细过程：如图8，一质点以速度V作半径为R匀速圆周运动，设在一段特别短的时间t内，质点从A运动到C，转过的角度为。从运动的合成和分解的角度看，这个过程质点同时在作两种运动：切线方向AB在作匀速直线运动，径向BC在作向心运动。在t时间内，径向的向心运动的位移S=OB。如图9所示。因而，向心加速度的公式为： 。当学生用本人的方法推导出了向心加速度的公式，而且与当年牛顿使用的方法完全一致，学习成功带来的欢乐更坚决了他们独立研究征询题的决心。三、通过“以征询题为中心”的教学中，培养学生的自主创新的精神“以征询题为中心”的教学，确实是要引导学生大胆地提出征询题，擅长在生活中觉察征

11、询题，在处理征询题的过程中培养自主创新的精神和处理实际征询题的才能。案例三：“触电保护器”的设计随着电网连接到了千家万户，电在给人们生活带来方便的同时，也带来了各种各样的平安隐患，频繁的触电事故的发生，威胁着人民群众的生命平安。如何制造一种“触电保护器”，在触电事故发生时能够自动断开电源？这个征询题引起了许多制造家的思索。你能按照电磁感应原理设计一种“触电保护器”吗？这是一个来源于日常生活中的一个实际征询题，尽管已经被制造家处理，但是，通过对来源于日常生活中的实际征询题的考虑，有助于培养学生的自主创新的精神，养成擅长觉察征询题、处理征询题的良好适应。学生们通过对变压器工作原理的分析后，终于找到

12、了答案。变压器工作时，当原线圈中的电流发生变化时，在铁芯中产生一个变化的磁场，从而在副线圈中产生感应电流。如图10所示，假设将绕组A用火线和零线双股平行绕在变压器的铁芯上，其左右分别与220V交流电源和用电器相连，绕组B是一个单股线圈。那么，当电路正常工作时，绕组A中火线和零线的电流不断等值反向，因而铁芯中的磁通量恒为零，绕组B中没有感应电流。当人的手不小心与相线（火线）接触时，由于一部分电流从人体流到了大地，使相线与零线中电流产生了一个差值，导致在铁芯中产生一个变化的磁场，因而在副线圈B中产生了一个感应电流，这个感应电流通过放大后再去操纵继电器J，使电路自动切断，防止了触电事故的发生。因而“

13、触电保护器”的工作原理是一个差值变压器。在这根底上，让学生进一步查阅有关“漏电保护器”的数据，培养他们治学严谨踏实的适应。漏电保护器具有动作灵敏，切断时间迅速的功能。当人体直截了当触及220V 带电体时，漏电保护器迅速以0.1 秒的时间快速切断电路。 这时流过人体（一般人体电阻为1 000左右） 的触电电流为 A = 220 （mA） ，其电击量为： 220（mA） 0.1 （S） = 22mAS 在住宅建筑电气设计时，设计者为用户所安装的漏电保护器选择了额定动作电流小于、等于30mA ，动作时间为0. 1 秒。 当发生接地缺点时，只要有漏电电流产生，就会在漏电电流 30mA 时，漏电保护器就

14、立即动作，切断了电源回路。同时，30mA 的电流在0. 1 秒时间内作用于人体不会危及生命平安。“漏电保护器”的制造大大降低了触电事故的发生。对生活中、学习中碰到的征询题进展深化的考虑是制造制造的源泉，这种制造制造关于个人而言表达了一种自主创新的精神，而对人类却带来了宏大的福音。四、通过对“能源、环境”征询题的教学，培养学生可持续开展观的认识“能源、环境”征询题，是二十一世纪人类面临的一个十分严肃而紧迫的征询题，人类在大力开展消费力的同时，造成严峻的环境污染和能源的紧缺，作为二十一世纪的接班人，关于构建人类的可持续开展的环境，必须有充分的认识。在平时的教学中，应该对学生进展这方面的教育，结合物

15、理教学的实际，浸透这方面内容的教育。案例四：风力发电机一风力发电机，风车的截面积为S，已经明白空气的密度为，空气的流速为V，假设气流通过风车后其动能全部转化成了电能，则：（1）气流对风车平面的冲击力为多少？（2）该发电机的电功率为多少？对冲击力和电功率计算分别要应用了动量定理和能量守恒的知识，这部分内容涉及到高中力学的主干知识。解：（1）对时间t秒内通过风车的空气应用动量定理：tm2t，因而，（2）按照能量守恒，由于风车发电的过程是空气的动能转化为电能的过程，因而风车产生的电功率确实是单位时间内气流减少的动能，表达式为：W/t mv2/2t传统的教学，把主要的精力放在物理规律应用的辨析上，把学生在解题过程中的各种错误进展归纳分析，然后总结出应用了动量定理和能量守恒处理这类征询题的留意点。然而，在实际的教学中，我从风力发电这个物理征询题出发，让学生查阅了有关我国风力资源的情况，比拟用传统能源发电与风力发电的优缺点，写出我国西部施行风力发电的可行性报告。在进展这类研究时，有些知识往往超出了本人的才能范围，但是，正是与学生的一起学习探究中，体会到了施行环境人口与可持续开展教育（EPD）工程研究的迫切性和重要性。