时间:2022-12-27 09:50:00
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇实验探究论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
[关键词]:
质疑探究能力、合作交流、学会研究、可操作性
课题背景
物理学是一门以实验为基础的学科,对物理教学来说其重要方面之一是实验教学与理论教学相结合,因为通过实验可以更有效地让学生体验科学发展和知识形成的思想和方法。通过联系实际问题,培养学生的实践能力、创新精神、可持续发展和适应将来社会的生存能力。“二期课改”总体要求,就是要确立在学习中以“学生为主体”的地位,关注学生已有经验、兴趣爱好和个性特长。实现知识与技能、过程与方法、情感态度价值观为一体的教学目标。
著名物理学家杨振宁说:“我在中国学的方法是演绎法,我发现这完全不是费米、泰勒等人的研究方法,他们是从实际实验的结果中归纳出原理,是归纳法。我很幸运这两种研究方法的好处都吸收了,这对我的研究工作有很大的影响。”这段话表明实验作为一种研究科学方法,对人的培养有着一种特别的作用。
探究性实验是努力改变学生“接受学习”的传统方式,建立一种让学生“主动参与、乐于探究、交流合作”的学习方式。配合“二期课改”中的拓展性课程和研究性课程,使之相辅相成。通过探究实验,有效地促使学生关注和联系实际问题,体验科学发展和知识形成的思想和方法,掌握知识的本意和正确的结论。使学生的意志、毅力、情感、价值观以及与他人的合作交流精神有所提高。也促进了学生在理论学习方面的学习效果,提高了学生的总体学习能力和学习水平。
一、探究性实验在教学中的作用
普通实验是在已有的规范程式下由教师指导、帮助完成的,主要为解决学生的基本知识、基本方法、基本技巧,要求学生达到会做规定实验的基本目标,但缺少培养学生创新精神的功能。为促使学生在新材料、新情境、新问题面前勇敢地质疑,提出问题。改变学生传统的“接受学习”方式,建立一种让学生“主动参与、乐于研究、交流合作”的学习方式。探究性实验教学的开展,能在已有的基础上有效地激励学生的个性和已有经验得到充分的发挥,改变过去由教师包揽教学的局面,给学生以更多的思考、探索、实践的时间和空间,训练学生学会独立和合作探究的能力。不但要能做引入性实验、验证性实验,还要能做探索性实验,不但要能做实验、巧做实验,还要能根据学习和社会生活中的碰到的事例提出问题、选择课题、设计实验,探究事物的运动规律。通过探究性实验的学习和研究,可帮助学生摆脱传统教学思想的束缚,鼓励学生的独立意识和创新精神,培养学生严格的科学思想和研究方法,提高建模能力,提高学生的情感、态度和价值观,延伸学力,展示学生的研究思路和才能。使学生的动手实践能力、学习理论的内部需要、学习水平等综合素质有较大提高。
二、探究性实验应注意的原则
1、探究性实验课题的选择,有较强的开放性、实践性、探究性,所以要注意不同学生的学习群体的认知结构的差异、学生的基础水平,做到有所区别、有所侧重、有的放矢。既要体现学生的自主性,也要结合教师的指导、参谋服务作用,创设师生平等、互相尊重、合作交流的教学氛围。从学习、社会生活生产中选择具有实际意义的事例作为课题,但并不是每一项知识都适合学生用探究方法来实验的,应根据具体情况,作合理的选择,使课题有较强的科学性和可行性,突出知识本身的特点,安排探究方向和重点,由易到难,逐步提高。使学生从中既能学到探究的思想方法,实践操作的本领,又能通过质疑、反思、实践操作,交流、讨论、归纳、修正数据获得成果,得到成功的愉悦。
2、任何实验必须根据确切的物理原理,如天平就是根据力矩平衡的原理设计制作的,这些实验原理可以是物理定理、定律或规律。探究实验是在学生学习了一定的基本概念、定理、规律,掌握了一定的仪器使用方法,控制变量的实验方法等基础上进行的,所以,设计和进行一个实验,必须有清晰的物理原理。这也是一个对学生所学知识的梳理、选择、整合的过程。
3、由于探究性实验中涉及较多的仪器器材的应用,有些还需学生自己动手制作相应的实验构件,所以要注意几个设计原则。
(1)科学性,科学的方案必须有科学的理论依据和正确的表达方式。
(2)安全性,方案设计时必须考虑安全、可靠,不会对人和仪器、器材造成伤害或损害。学生由于生活实践经验不足,有时考虑会欠妥,所以,教师在安全方面必须予以指导、提醒和把关。
(3)可操作性,方案的设计应便于操作、观察、数据测定、数据处理,以便得出正确的科学的结果。
(4)精确性,所使用的仪器应选择相应的精密度,操作人员应把握正确的观察测量方法,如在测时、测距要能读取正确的数据。尽可能选择误差小的方案,并在实验具体实施前应对方案进行评估,使实验误差控制在允许的范围内。
三、探究性实验的教学过程
1、问题的提出
物理研究始于问题,问题的提出对物理研究意义重大。物理学家海森堡说:“提出正确的问题,等于解决了问题的一半”。从这个意义上讲,应培养学生的“问题意识”,鼓励学生提出问题,使学生在新材料、新情境、新问题面前勇敢质疑,这样学生就不再是消极的接受者,而是积极的探索者。在学生提出的问题中,可以选择探究性学习的课题,同时,作为指导性学习,教师可提出问题让学生讨论,从中选择课题方向或内容。实践中,学生提出的问题和方案很多,如:测弹簧玩具手枪子弹出口速度;测弹簧玩具手枪枪机弹簧的劲度系数;自行车行驶中所受阻力和风阻对自行车的影响;家用电器实际功率的测定;不用卷尺测楼房高度;太阳辐射功率等等。
2、方案的确定
问题提出后,要进行选择评估,由于各人思路不同,同一问题会提出多个方案,有的方案在科学性方面,即理论上是成立的,但在探究性实验中,实际操作上不可行的,有的方案在科学性方面存在明显的缺陷,是不可行的,对于这类问题,我们不能简单地否定,而要给予适当的解释、引导,否则会影响学生的积极性。经过大家的合作交流探讨,确定方案后,就要制定计划,安排各人分工负职,准备测量器具,制作相关实验构件,记录实验数据,撰写探究实验报告等工作。
3、方案的实施
如:测弹簧玩具手枪子弹出口速度实验。
A根据竖直上抛运动规律,只要测出弹丸上升到最高点所用时间t,据v=gt,就可测出弹丸的出口速度。该方案理论上成立,但在实验中发现弹丸处于动态中,从出口到最高点的时间t测不准。于是改为测弹丸经最高点返回原出发点的时间,然后忽略空气阻力,据运动的对称性,得运动时间t,计算出速度。实际上这是同一类问题,都是测运动时间t时不能正确测定,不能得到正确结果。于是有学生提出,在枪口同一水平面上置一纸板,中间开一小孔,让弹丸从小孔射出,弹丸返回时击中纸板,听到响声立刻停表,这方法很好,解决了返回时刻不可测难题。但马上又发现新问题,听到响声立刻停表,这里还存在一个人的反应时间,即使用千分之一秒表替换百分之一秒表,也不能解决这难点。显然实测时间大于实际运动时间,实验误差太大,结果不理想。
B根据平抛运动规律,利用平抛运动中物体的水平方向位移和竖直方向位移的等时性,摒弃了运动的时间量,只要测出落点高度和水平位移即可计算出弹丸的出口速度。用公式:h=?.at2.s=vt,即可计算出v=s/t。我指出了方案的可行性,并为提高实验精度,提醒应注意的几个问题:1)用水平仪校正弹丸出口速度的水平方向。2)适当增加枪口离地高度,以增加运动时间,减少误差。学生们理解了实验中注意的要领,操作时互相探讨改进,提高了实验的精确度。对实验结果进行数据分析时,学生考虑的相当全面。由于空气阻力的影响,水平位移的实测值会小于理论值;弹丸运动的时间将大于理论值。据对公式v=s/t的分析,可知测量结果计算得到的值将小于弹丸的实际出口速度。又考虑到玩具手枪弹丸的运动速度不大,空气阻力对它的影响较小,故只对计算结果略作修正。经多次实验测定,取其平均值。最后学生得到了较为精确可信的玩具手枪子弹的出口速度。
这个探究性实验的结果较为理想,在此基础上我们又有意识地进行了问题的拓展,既然我们得到了子弹的出口速度,那么,相应地我们可以求得子弹出口时的初动能;根据动能定理,又求得了枪机弹簧对弹丸做功的值以及枪机弹簧被压缩时具有的弹性势能;进一步,我们又测出枪机弹簧被压缩时的形变量X,据W=?KX2,又测出了枪机弹簧的劲度系数K。通过对实验中出现的问题,再一步步予以解决的过程,使学生了解到科学探究的过程中会碰到许多困难,不会象纯理论学习中那么简单,每一步都要经过艰苦的探索。
学生掌握的知识有感性具体阶段、理性抽象阶段和理性具体阶段,这三个阶段反映了三个不同的认知水平,它们既有区别,又有联系,并且呈递进关系。它引起学生认知结构的整合和重组。而从认同到重组,从接受到探究,是学习心理质的飞跃,这种飞跃不是自然形成的,而是由外部的激励和内部需要的知识量的积累,而导致的质的变化。探究的过程,反映了学生由认同思维向创新思维发展的过程。探究性实验教学的目的,正是有意识地促进这一演变的进程。
我们又做了其它几个探究性实验,如测定自行车行驶时所受的阻力与车速的关系。车所受的阻力,包括轮子与路面间的阻力,自行车内部的机械摩擦阻力,相对于车速的空气阻力等,学生应用控制变量法,在路况、车子内部机械摩擦一定的情况下,空气阻力就较容易测出。对不同风速下的空气阻力的进行分析、处理,我们就可以得到风阻影响的关系及其图线。通过这些探索,学生们逐步掌握了科学实验的一般思想方法和技术方法。
四、探究性实验教学的评价
1、物理探究性实验的开设,加深了学生对物理概念和物理规律的理解。物理知识来源于实践,特别是科学实验的实践,通过创设一种类似于学术或学科研究的情境,使之与前人探索物理知识或规律的过程有许多相似之处,让学生在实验中发掘已有经验,运用已学知识,感悟和体会研究物理的思想和方法。通过问题的提出、方案的选择,培养了学生的扩散思维,通过方案的评估、确定,又培养了学生的聚敛思维。这整个讨论、交流、实验的过程,也正是学生对所学物理知识、物理规律的梳理、整合、重组的过程,通过探究实验,也使部分学习优秀的学生发现学习中存在的缺陷和不足,开始努力予以改进
2、探究性实验教学,培养了学生的科学态度和研究问题的探究能力,动手操作的实践能力。通过问题的提出、方案的选择、设计,仪器设备的选择操作,实验需用构件的动手制作,数据的收集处理,归纳推理等系列训练,使学生的个性、兴趣爱好和已有经验得到充分的发挥,观察能力、实践操作能力得到提高。建模能力和空间想象能力的提高,使学生能对不同设计方案进行可行性评估,舍去不科学的或虽理论上成立但实践操作上不可行或不精确的方案,这种灵活的思维方式,使学生跳出了死读书的怪圈。也为学生的后续学习、创新精神、实践能力和可持续发展打下了良好的基础。
3、探究性实验促成了学生的解题能力。学生学习物理,做练习题是不可缺少的重要一环,是帮助学生理解巩固物理知识的重要手段之一。有些学生往往有这种感觉,听教师讲解时懂了,自己解题时却又不行了。特别使碰到与实际联系密切的问题更是无从下手。究其原因,就是学生对自然现象和生活中的物理现象疏于观察,缺少联想,不会灵活运用已有知识。通过探究性实验的设计、操作,能引导学生把所学知识与实际现象联系起来,建立起清晰的物理模型和物理情境,提高分析问题的空间想象能力,有利于克服片面性,拓展解题思路。比照探究性实验开展前后,学生的解题思路和能力有了相当大的提高。
根据新的《上海市中学物理课程标准》(试用稿),要求学生能独立根据实验目的,设计正确的实验方案,科学地完成较复杂的实验任务。物理探究性实验的开设,给学生提供了相应的时间、空间和环境,学生在教师的指导帮助下,通过自主设想、合作交流,实验探究的学习方式,在实践过程中逐渐学会收集、处理和运用信息,合作交流选择方案,自己动手制作和操作实验器材,分析归纳得出正确结论,使理论和实践有机地结合起来。通过这样的训练,为学生的实践能力、创新精神和可持续发展打下了良好的基础,也为学生的后续学习、以及将来面对社会的生存能力打下了良好的基础,探究性实验教学,对于实现“二期课改”的教学目标,也是一个有效的措施。
[主要参考文献]:
1、《教学科学研究方法基础》上海教育出版社,1998年版。
2教师引导
对问题进行科学猜想如果学生没有经过科学猜想就进行实验设计,学生不知道实验的目的,实验设计就难以进行下去,不能培养学生的猜想能力,经历的探究过程也不能锻炼创新思维。所以教师必须引导学生根据已掌握的物理知识、随堂实验和生活经验,把学生引入科学猜想的情景,有理有据地对问题进行猜想,明确探究的方向。在探究“影响导体电阻的因素”的教学中,笔者通过下面3个现象引导学生猜想:①滑动变阻器的滑片移动,电阻变化;②使用的是220V的灯泡,灯丝越粗越亮;③电线常用铜丝制造而不用铁丝。这样的设计给学生的探究指明了方向,学生一步一步地得出自己的科学猜想。
3教师引导
选用实验器材如果教师直接给学生提供实验器材,并介绍各种实验器材的功能,代替了学生的探究和猜想,学生没有学会遇到困难如何解决问题的方法。所以可以给学生预备多种器材,包括一部分无用器材,让学生在问题的引导下思考实验的原理,选用器材,思考有没有更好的替代器材,有没有创新,体现探究的开放性。在“测定电池的电动势和内阻”的实验中,笔者陈列一些实验器材:干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、电键和导线若干根等,让学生选择器材,自行设计电路图来完成实验。笔者用下面的问题来引导学生选择实验器材:①需要什么仪器,采用什么样的电路图,原理是什么;②选择什么规格的器材,被测干电池选内阻较大的还是较小的,伏特表选什么量程,安培表选什么量程,滑动变阻器选阻值较小的还是较大的。通过这样的设计引导学生重视分析实验器材与实验目的和原理的联系,分析为什么要选用这些器材,这些器材有什么用途,把本实验的知识融合在一起,在分析问题的过程中培养学生独立思考的能力。
4问题引导
自主设计初始实验方案学生根据自己的预备物理知识,在教师的问题引导下自主设计检验猜想的实验方案,包括根据实验要求理解实验原理、先后测量哪些物理量、具体如何操作、编写实验步骤、设计实验表格等。在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,笔者用下面的问题来引导学生进行初始方案的设计。①物体的加速度与它受的力、质量这两个因素均有关,应采用什么实验方法得出加速度与力、质量三者间的定量关系?②这个实验需要测量的物理量有哪些?③怎样测量小车的加速度?需要什么器材?请同学们设计一个可行的实验方案。④我们要让细线对小车的拉力等于小车受到的合力,怎样平衡掉阻力?阻力来自哪些方面?怎样才算平衡掉了阻力?通过以上问题的引导,学生知道了实验的方法,解决了实验设计中的困难,最后大多数同学都能设计出自己的实验方案。
2毕业论文实验管理建议
2.1进入实验室的培训
学生开展实验前,先将安排在食品微生物实验室的所有学生集中,针对这些学生进行集中培训。首先,让这些学生了解和学习学校及学院有关实验室的各项规章与制度,如《广东海洋大学实验室安全制度》,《广东海洋大学学生实验守则》,《广东海洋大学实验室仪器设备管理制度》与《广东海洋大学仪器设备损坏丢失赔偿制度》等,让学生明白怎样进入实验,进入实验室后该如何做,出了紧急情况如何处理及损坏仪器改如何赔偿等等。然后,实验室老师跟指导老师一起对这些学生进行实验室包括常规常用试剂的配制,基本仪器设备的使用,仪器设备的维护与保养等基础实验技能的培训。因为笔者管理的是食品微生物实验室,因此结合实际,对学生安排了菌种的接种,培养基的制备,实器材的包扎,高压灭菌锅使用,显微镜的使用和细菌染色方法(尤其是革兰氏染色法)等基础实验的培训,介绍了各种实验技能的操作方法及要点,仪器设备的使用方法,注意事项,仪器设备的维护。之后让学生一个一个进行动手学习操作,纠正不规范及错误动作,让他们真正学会这些基本的实验技能。同时,让学生了解食品的各种表:微生物室管理登记表,如进出实验室登记表,仪器药品的领用表,仪器设备借用记录等等。做到有根有据,有章可循,让学生明白这些手续是如何办理与填写。此外,在培训会中还规定了实验室小组长,让其安排好每名毕业生实验固定的位置和柜子,安排每天实验室的值日,其他学生必须听从小组长安排,让学生参与到实验室的管理工作来,以减轻实验老师的负担,还能锻炼学生的管理与自我约束能力。培训结束后,对这些进入食品微生物室的学生还要进行考核。考核分为笔试和仪器操作考试(辅以口述),成绩达95分者方可进入实验室开展毕业论文实验。经过培训与考核,学生就能安全有序,合理正确的开展实验了。
2.2实验过程的管理
经过进入实验室前的培训与考核,实验过程中的管理负担应该会相对少些。实验过程中,要求学生按时按点到实验室,并做好考勤登记表。不能像以往散兵游勇似的,每天9点一拨人,10点一拨人,甚至是12点到实验室的。实验老师要时常抽查出勤表,了解学生的出勤情况,对于个人出勤少、在实验室露脸少的学生要督促并警告,而且要及时跟该生的指导老师汇报,让其指导老师了解学生的具体情况。这样一方面可以了解学生实验出勤情况,另一方面可以规范实验室管理,树立实验室管理威信。针对个别学生因为实验安排需要的特殊情况(如做微生物的生长曲线是),提前申请,可以另行处理。针对学生在实验过程中时常需要借用药品试剂、仪器设备,实验老师规定每周几个固定的借用时间点,只能在这规定些时间点跟实验老师借用仪器设备。不能像以往那样,学生缺什么仪器,缺何种试剂,实验室老师像保姆似的,必须随时给准备好。这不仅耽误老师时间,也对学生也没有约束作用。规定好借用时间,也有利用督促学生安排好自己的实验进程。实验过程,需要使用到大型精密仪器设备,需提前预约好,如果预约好,又没按时使用的话,要口头警告,若是再犯此类错误,停止使用相关仪器设备一个月。如需要借用一些大型的仪器设备,或者是固定资产,而且使用时间较长的,指导老师需要提前跟实验室老师沟通协调,并做好借用登记。实验过程中,遇到实验理论或者技术问题,学生需及时跟指导老师联系沟通,实验室老师如有条件,也可协助解决。如果实验室进行实验教学任务的同时,毕业生需要开展毕业实验,实验室老师要妥善安排好毕业论文的实验场所。
2.3实验结束后的管理
学生毕业论文结束时,实验指导教师和实验室老师必须重视收尾工作,首先实验室老师要检查学生试剂药品、仪器设备的归还及完好情况,督促做好实验室的清洁卫生,督促学生填写好有关使用情况登记表,清洗实验过程所用玻璃器皿,清理实验所剩的实验样品、试剂药品,对于有毒有害试剂要回收统一处理,对于不按规定执行的学生,实验室老师要及时上报指导老师和学院,以阻止其答辩工作及其毕业离校事宜。其次,实验室老师应及时跟其指导老师汇报学生在实验室的工作情况,这将作为评价学生毕业论文的一个重要参考指标。
化学是一门以实验探究为基础的自然科学,初中化学课本中介绍了许多培养学生实验技能和提高学生实验探究能力的实验,化学实验中的现象的正确分析与描述,对化学知识的掌握和理解有着十分重要的作用。以下探究的是初中化学课本中部分有关实验的现象是如何正确分析与描述的。
1、用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应制取二氧化碳,其现象之一是溶液中产生大量的气泡,而不能说有二氧化碳气体产生或逸出。
气泡与气体是有区别的。气泡是溶解性较小的或难溶的气体物质从液体中逸出的现象;气体不是现象,而是生成具体的某气态物质,它是该实验最终得出的实验结论。
从上可以知道,盛大理石(或石灰石)固体的试管里加入稀盐酸,其现象之一为试管中有大量气泡产生,该气体是否是二氧化碳,有待于更深入的、更准确的研究才能鉴定和检验出来。肉眼只能看到现象,而不能看到是什么具体物质。如排水集气法收集气体时看到的现象是集气瓶(或试管)中有气泡产生,而不能说是产生了具体的某气体物质。同样锌与稀硫酸反应的现象之一只能说溶液中有大量的气泡逸出,而不能说溶液中有大量氢气的逸出。
通常所说物质之间发生了反应有气体产生教育学论文教育论文,其实验现象往往是溶液中产生气泡,而不是具体的某气态物质。
2、打开浓盐酸的瓶盖,在瓶口上方往往看到有白雾现象产生,这里不能说产生了白烟,也不能说产生了白色的烟雾;红磷在空气中燃烧的现象之一为产生了大量的白烟,不能说产生了大量的白雾。
烟与雾是两个不同的现象。烟是固态物质在空气中分散成细小的颗粒而形成的一种现象;雾是液态物质在空气中分散成细小的液滴而形成的一种现象。
浓盐酸的瓶盖打开看到有白雾现象产生,是因挥发出的氯化氢气体与空气中的水蒸气结合成盐酸,而盐酸在空气中分散成细小的液滴,故看到白雾;红磷燃烧生成了白色五氧化二磷固体,而此白色固体在空气中又分散成细小的颗粒,故产生的现象为烟;如用氯酸钾与二氧化锰混合加热制取氧气,用排水集气法收集到氧气的集气瓶中,往往看到集气瓶中有白烟产生,这是因为反应生成了白色氯化钾固体小颗粒而形成的。
又如刚吹灭的蜡烛烛芯的上方往往看到有一缕缕白烟产生,这是因为蜡的燃烧是蜡的蒸气在燃烧,刚吹灭的蜡烛烛芯的上方有蜡的蒸气存在,而此白烟是蜡的蒸气在空气中冷凝成蜡的白色固体小颗粒形成的。烟与雾可同时存在,如磷在氯气中燃烧,产生白色的烟雾,因反应生成了三氯化磷细小的液滴和五氯化磷细小的颗粒,故在空气中形成了白色烟雾的现象。
3、可燃物燃烧现象之一有光和火焰,什么物质燃烧用光或火焰为主的现象来描述呢?
一般对于固体可燃物而言,在燃烧时产生以发光为主的现象来描述的,对于气体(或蒸气)和液体可燃物而言,在燃烧时则以产生火焰为主的现象来描述的。如木炭在氧气中燃烧现象之一为发出白光,镁在空气中燃烧现象之一为发出耀眼的白光,它们是以发光为主的现象来描述的,而不能说有火焰现象的产生;氢气、一氧化碳、甲烷等气体物质的燃烧,它们是以产生火焰为主的现象来描述的;又如将酒精点燃,其燃烧的现象之一为蓝色火焰,酒精虽是液体教育学论文教育论文,在燃烧时酒精受热变成蒸气,酒精的燃烧实质是酒精蒸气的燃烧,故酒精的燃烧是以产生火焰为主的现象来描述的。
有的可燃物虽然是固体,在燃烧时不是以发光为主的现象来描述的,而是以产生火焰为主的现象来描述的,因为此固体燃烧的实质是其蒸气在燃烧会计毕业论文范文。如硫固体燃烧是硫受热升华为蒸气,硫燃烧实质是硫的蒸气在燃烧,故硫在空气中燃烧现象之一为产生微弱的淡蓝色火焰;蜡也是固体,同样燃烧时受热升华为蒸气,故蜡在空气中燃烧也是蜡蒸气在燃烧,所以蜡在空气中燃烧是以产生火焰为主的现象来描述的。
4、二氧化碳通入澄清石灰水中,其主要现象为澄清石灰水变浑浊,有时也往往说成产生了白色沉淀。
浑浊与沉淀是有区别的。
浑浊通常是指不溶于液体的物质(包括固体和另外某液体)分散在液体里形成的不均一、不透明、不稳定的混合物的现象。如将泥土加入到水中形成悬浊液的现象就是浑浊;将植物油加入到水中形成的乳浊液的现象也是浑浊,它们静置后都会出现分层的现象。
沉淀通常指的是浑浊的悬浊液中悬浮在液体里不溶的固体物质,由于重力作用发生沉降而析出的过程。
浑浊与沉淀区别是:浑浊是现象,沉淀是过程。
如上述二氧化碳通入澄清石灰水中,澄清石灰水中变浑浊,是因为生成了白色难溶的碳酸钙物质分散在水中而形成的不均一、不透明、不稳定的混合物的现象,这样的悬浊液静置后会出现分层现象,由于难溶的碳酸钙物质,在重力作用下发生沉降而析出,此时就是通常所说的产生了白色的沉淀。
浑浊与沉淀是有一定联系的。不溶于液体的物质(包括固体和另外某液体)悬浮在液体里先形成浑浊的现象,然后静置就会出现分层现象。如果不溶于液体的物质是固体,它形成的悬浊液,静置后就产生了沉淀。也就是说如果不溶于液体的物质是固体,它形成的悬浊液,先出现浑浊,静置后才产生沉淀。对于乳浊液中分散在液体里的不溶另外某液滴长久静置就会出现分层,一般不会沉降而产生沉淀,由于不溶另外某液滴密度较小,因而乳浊液静置后会出现上浮的现象。
浑浊与沉淀是从两种不同角度来认识的教育学论文教育论文,通常所说物质之间发生了反应而出现了浑浊的现象,其实质是不溶的固体物质悬浮在液体里形成了不均一、不透明、不稳定的悬浊液。如果说物质之间发生了反应而产生了沉淀,这是指浑浊的悬浊液静置了以后不溶的固体物质在液体里由于重力作用而沉降析出了。
5、镁条在空气中燃烧的现象之一是发出耀眼的白光,有白色固体生成,但不能说有白色固体氧化镁生成,因为前者为实验现象,后者为实验结论。如用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应,其现象之一是溶液中产生大量的气泡,而不能说有二氧化碳气体生成,同样前者为实验现象,后者为实验结论。
实验现象与实验结论是不同的,实验现象一般指我们能看到的、听到的、感觉到的,而实验结论是依实验现象或通过更深入的、更准确的研究才能测定出来的,也就是说我们一般能看到的、听到的、感觉到的是实验现象,而不是具体的实验结论。一般而言,实验现象描述不会出现生成物的名称,即不含实验结论。
1.实事求是的科学态度。在实验教学中,要注意培养学生尊重科学、热爱科学,养成做实验时实事求是、严肃认真、一丝不苟的科学态度。为此,教师在演示实验中应该做出表率。万一实验未达预期目的,绝不能文过饰非,而应实事求是的分析原因、力求成功。要教育学生尊重科学真理,反对弄虚作假。如在《验证牛顿第二定律》实验中,有的同学作出的a-F图线原来未通过坐标原点而随意涂改为过原点,教师发现后,在批评的同时应与他们一起查找原因:问题出在“平衡摩擦力”不足或过大上,并要求他们重做实验力争得出正确结果,让他们享受到实验成功的喜悦,增强对实验的情感,培养他们尊重实验事实,注重实验结果分析,碰到困难不低头,勇往直前的科学态度。
2.勇于探索的良好品质。科学真理的发现需要人们的不断探索,跨世纪人才必须具备深入钻研、勇于探索的良好品质。在实验教学中,要善于引导学生对实验原理、方法进行发散性思考。注重物理教学过程与方法这一维目标的达成。
3.真诚团结的合作精神。资源共有、成果共享是现代合格人才应有的观念,也是全体公民应具备的基本素质。目前学生实验大多数两人同桌,这为合作精神的培养创造了有利条件。教师应强调学生实验中的分工合作,即使是可以单独完成的实验,也要共同研究、轮流操作、相互探讨,使他们同时分享实验成果,养成合作研究良好的科研素质。
二、心理素质教育
培养良好的心理素质,这是物理实验教学实施素质教育的又一任务。实验教学中应培养的心理素质主要有以下几个方面:
1.确立正确的学习观念。新课标的实施要求以物理实验教学是新课标实施的有效载体,变过去重结、,重学知识、重记知识,为重过程、重运用、重全面素质的提高;能力的培养,不仅仅是练与做:学中练、练中做、做中学、学中悟。物理实验教学正是要学生去做、去练、去悟。如在《用单摆测定重力加速度》实验时我们给学生:一条细线、一个小球、一把刻度尺、一个秒表,要求他们课后完成实验,去练习制成单摆,长度的测量方法,通过比较各小组测量结果,引导他们去悟减少测量误差的方法,悟出测周期要用积少成多法,要从摆球过平衡位置开始计时的道理。
2.培养浓厚的学习兴趣。兴趣是一个人获取新知识、开拓视眼、推动学习的内驱力。因此在实验教学中,要注意提高演示实验的趣味性,力求“惊、奇、险”。如我们演示“瓶子吞蛋”(演示大气压强的存在)、“筷提沙瓶”(演示摩擦力的作用)、“脚踩钉板”(演示压力与压强)、“水中烛焰”(演示平面镜反射)、“怒发冲冠”(演示静电现象)等实验,均能很好的激发学生的求知欲。
3.形成顽强的学习意志。科研历来不是一帆风顺的,会遇到各种困难与障碍。因此,在教学中要注意形成学生碰到困难不退缩,遇到难题不摇头的顽强意志,例如:在做《用双缝干涉测波长》实验时,有些组到下课了也没调出干涉条纹来,我要求他们借鉴其它组的成功经验,分析自己失败的原因。晚自修时再做这个实验,终于在晚上他们都成功了,此时他们既尝到了成功的喜悦,更重要的是使得他们不怕困难、迎难而上的顽强学习意志。在实验教学中,要鼓励学生以科学家为榜样,直面困难,持之以恒,认真准确的操作,以顽强的意志去获得实验的圆满成功。三、科学实验素质教育
培养科学实验素质,这是物理实验教学中素质教育的根本任务。也是我们物理教学知识与技能这一维目标达到的基本途经。实验教学中应培养的科学实验素质主要有以下几个方面:
1.深入细致的观察能力。有目的的观察能明辨观察对象的主要特征及变化规律,实验教学中要教给学生正确的观察方法,培养学生深入细致的观察能力。如在观察光的全反射实验时,一般学生只注意到全反射的两个条件,即光要从光密介质射向光疏介质,且入射角必须大于临界角。
2.选择器材、方法的能力。实验器材和方法往往不是现成的,在实验教学中培养对器材、方法的选择能力确有必要。如在“伏安法”测电阻时电流表内接和外接的选择,按教科书给出用“阻值比较法”,我们可增加了“实验试探法”,为在阻值未知的情况下合理选择实验线路提供了方法。
3.排除实验障碍的能力。我们常在学生实验中故意设置一些障碍,如提供给学生的电表不指零,要求学生使用前必须先进行机械调零、供芯线短路的导线,要求学生在已接好的电路中查明。
4.处理实验数据的能力。对实验数据进行必要的整理处理,以找出规律,得出科学结论,这是科学实验的重要一环,在实验教学中应重视对学生处理实验数据能力的培养。
需要指出的是新课程背景下物理实验教学尚未得到重视。有些学校在高一、高二实验复习中仅复习要抽考的几个实验。让我们抛开应试教育的枷锁,把新课标的实施落到实处在物理实验教学中切实抓好思想道德素质、心理素质和科学实验素质教育,为培养开拓型人才而努力!
一、进行比较与归纳,加强物理概念的教学
1.压力与重力的区别与联系。在讲解压力概念时,为了让学生把压力与重力区分开来,我采用了对比教学法。让学生认识到压力与重力是两种不同性质的力,压力不一定由物体的重力产生的,但将一个物体放在水平支撑面静止时,物体对支撑面的压力大小与物体重力的大小相等,讲解时通过画力的示意图举例说明。如:手用力往墙上按图钉,墙壁受图钉尖的压力,压力方向与墙面垂直。施力者是图钉,受力者是墙壁,与图钉受重力大小无关。还可用列表说明,如:以放置在斜面上的质量为m的木块对斜面产生的压力为例,说明这两个力的区别。
施力物体
受力物体
力的作用点
力的方向
力的大小
力的性质
重力
地球
木块
重心
竖直向下
mg
引力
压力
木块
斜面
斜面
垂直于斜面向下
小于mg
弹力
因此,放在水平桌面上的物体,对桌面产生的压力的大小,等于物体本身重量大小的事实,仅说明压力在数值上等于物体的重力,方向相同,不能把它们混为一谈。
弄清楚了压力与重力的区别后,在探究压力作用效果与哪些因素有关时,学生就不会猜想压力作用效果与重力有关,而会猜想与压力有关了。这样将物理量通过比较分析,讲深讲透,学生自然就可以突破难点了。
2.压强公式P=ρgh与P=F/S的关系
学完了固体、液体、气体的压强之后,学生对于公式P=ρgh与P=F/S的应用经常会混淆,不理解各自的适用范围。所以跟学生分析它们之间的区别与联系,有助于学生对于公式与原理的理解,以便能正确的解决实际问题。
(1)公式P=ρgh中的压强是液体由于自身重力产生的压强,它不包括液体受到的外加压强。因而此公式是液体压强公式。由公式可知,液体的内部压强只与液体的密度、液体的深度有关,而跟液体的体积、液体的质量无关。由于液体有流动性,能够传递压强,因而液体压强规律与固体压强不同,分析问题时必须考虑其各自的特殊入情入理。我们可采用列表对比、类比分析问题的研究方法,分析下面一下问题。引导学生学习对前后知识的联系、分析问题的方法。
如将盛一定量液体的容器放置在水平桌面上,容器对桌面产生的压力、压强,与液体对容器底产生的压力、压强是否一定相等(容器重不计)。请看下表:
作用对象
产生原因
压力的大小
压强的大小
对水平桌面
容器和液体都受重力作用
等于容器和水所受的总重,与受力面积无关。
计算方法:F=G
与容器和水所受重力有关,与受力面积有关。
计算方法:p=F/S
对容器底
液体受重力,液体能传递压强
不一定等于液体重,与液体的压强、底面积有关。
柱体:F=G
上小下大:F>G
上大下小:F<G
计算方法:
F=pS=ρghS
与液体密度、深度有关,与容器形状、底面积无关。
计算方法:p=ρgh
由上表可知,求固体压力和压强时一般先求压力再求压强,而求液体压力和压强时,一般先求压强再求压力。懂得了这个求解顺序,再加上对公式意义的理解,以后碰到此类问题时,出错几率大大降低了。
(2)公式P=ρgh的适用范围
这个公式只适用于计算静止液体的压强,不适用于计算固体压强。尽管有时固体产生的压强恰好等于ρgh。例如,将一密度均匀的高为h的长方体或圆柱体铁块放在水平桌面上,桌面受到的压强为P=F/S=ρgV/S=ρghS/S=ρgh,但这只是一种特殊情况,不能由此认为固体由于自身所受策略而产生的对支撑物的压强都可以用p=ρgh来计算。
(3)公式P=ρgh与P=F/S的关系
公式P=F/S是压强的定义式,也是压强的决定式。无论是固体、液体或气体,它都是适用,是普遍用的公式。而P=ρgh是结合液体具体情况,利用P=F/S推导出来的,它只适用于计算液体的压强。能否用公式P=ρgh计算大气压强呢?由于液体很难被压缩,液体的体积不易改变,因而容器内的液体自上而下,其密度都是相同的。由于气体是可以被压缩的,气体的体积容易改变,一定质量的气体,当外加压强增大时,它的体积将缩小,气体密度要增大,所以,在大气层内不同高度的地方,空气的密度不一样,靠近地面的空气密度比较大,越高的地方空气的密度越小。由于大气层中空气的密度不均匀,因此不能用p=ρgh计算大气层中某一高度的大气压强。
通过以上的分析与比较,学生对于固体、液体、气体的压强就有了深刻的理解,分析问题时就能依原理和公式来解决实际问题,同时也培养了学生学习物理知识的技能和方法。
二、加强实验与探究,重视科学方法的教学
我在教学中尽量多安排探究性学习活动,虽然学校的器材缺乏,分组实验很难开展,但我一定会尽量的多利用身边的器材给学生做许多的演示实验,同时将实验进行改进,尽量让学生自己动手用身边的器材进行一些实验探究。做演示实验时,实验的过程仍然遵循实验探究的环节,多数程序要求学生来共同完成。在实验教学中,我的教学程序是:提出问题──进行猜想──设计实验──进行实验──归纳分析──得出结论──交流与评估──应用与延伸。
比如,在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,首先通过观察生活中各种跟压强有关的现象,了解什么是压力,知道压力可以产生一定的作用效果,然后再让学生进行猜想。“猜想”是一种科学研究方法,在科学探究的学习过程中,猜想有着举足轻重的地位,它是物理智慧中最活跃的成分,所以平时我很重视这一环节的教学。先让学生的思维进行扩大和发散,充分发展他们的创新思维,但是为了防止学生胡乱猜想,还要让学生说出猜想的理由,这样能去伪存真,去粗取精,从而能让探究活动顺利进行。学生的猜想因素有许多,比如:压力、重力、质量、受力面积、体积等因素。然后我再引导学生进行分析与筛选,合并与归纳,最后得出压力的作用效果可能与压力大小和受力面积大小有关。
猜想之后,再让学生进行实验设计,在设计实验前向学生强调“控制变量法”的科学方法,“控制变量法”是初中物理中常用的探究问题的科学方法。也是我们教学中的重点。当一个物理量与几个因素有关时,我们一般是分别研究这个物理量与各个因素之间的关系,再进行综合分析得出结论。这样就必须在研究物理量同其中一个因素之间的关系时,将另外几个因素人为地控制起来,使它们保持不变,以便观察和研究该物理量与这个因素之间的关系,这就是“控制变量法”。有了这种科学的思想,学生的实验设计是没有太大的难度的。即先保持受力不变,改变压力的大小,研究压力的作用效果与压力大小之间的关系,然后再保持压力不变,改变受力面积大小,研究压力作用效果与受力面积之间的关系。
压力作用效果如何观察呢?力是一个看不见摸不着的物理量,如何把压力的作用效果显示出来呢?这里又涉及到一个“转换法”的科学方法的教学。所谓“转换法”,主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。要把压力的作用效果显示出来,也就是要让压力的作用效果比较显著,那么在选择被压物体(支持物)的时候应该怎么选择呢?学生一下子就会想到,要选择比较松软的表面来做支持面,比如沙子、海绵、软泡沫、面粉甚至肌肉等。
实验前期的工作都做好了之后,就可以选择适当的器材进行实验了,在实验观察的基础上,自然而然的就能顺利的得出实验结论。
三、重视拓展与应用,引导学生创新
1试件设计
试验共设计制作3榀1层2跨钢筋混凝土框架,试件编号为KJ1、KJ2和KJ3,其中试件KJ1和KJ2采用HRB500级钢筋作为受力主筋,为了与试件KJ2进行对比,具有相近承载力的试件KJ3采用HRB400级钢筋作为受力主筋。框架柱高h=1800mm(从基础梁顶算起),2跨跨度均为4000mm,梁截面尺寸为150mm×300mm,柱截面尺寸为250m×250mm,基础梁横截面尺寸为600mm×250mm,3榀框架试件尺寸如图1所示。混凝土设计强度等级为C40,钢筋混凝土框架柱配筋均为320,对称配筋。框架梁则按跨编号为KL1、KL2,其配筋如表1所示。3榀试件框架梁的非加密区箍筋配置双肢8@150,加密区箍筋配置双肢8@75。纵向受力钢筋材料性能如表2所示。
2试验加载及量测
试验加载采用框架梁跨中集中加载(图2)。分4个阶段进行加载。第1阶段,分4~5级加载,每级荷载增量20~40kN,直到框架梁中柱端(C端)、跨中(B、D端)以及边柱端(A、E端)都出现裂缝,分级卸载。第2阶段,首先按第1阶段加载方式加载至其卸载时的荷载值,再按框架梁中柱端(C端)计算的承载力分6~7级加载,每级荷载增量为10~40kN,待主裂缝宽度达到0.3mm,分级卸载。第3阶段首先分级加载至第2阶段卸载时的荷载值,按照第2阶段的荷载级差加载,加载至框架梁中柱端(C端)计算承载力的90%,改变级差以计算极限荷载的5%分级加载。试验量测的主要内容包括:测量梁端、梁跨中、柱顶、1/3柱高以及柱底等关键截面的混凝土应变和受拉钢筋应变;用6个量程50mm的百分表来测量梁跨中以及1/4跨度处的挠度,5个量程10mm的百分表测量柱顶以及柱侧向的位移;用6个电子倾角仪测量梁端及边柱柱顶转角;用4个量程1mm的千分表测量边柱柱底的平均位移,用来校核所测混凝土应变;框架梁开裂后,描绘每级荷载作用下裂缝形态并量测记录纵筋处的裂缝宽度。
试验结果及分析
1裂缝形态
3榀框架试件在加载过程中,首先框架梁在中柱支座的梁端附近出现第1条裂缝(试件KJ1~KJ3对应的开裂荷载分别为19kN,22kN和21kN),继续加载,梁跨中附近和边柱端也出现1条新裂缝,中柱支座端在第1条裂缝靠跨中一侧出现1条新裂缝。原有的裂缝宽度进一步增大,在己开展的裂缝相邻一定间距内又有新裂缝出现,已开展的2条裂缝之间很少再有新裂缝出现。所有裂缝沿竖直方向延伸一定高度以后斜向发展,框架梁柱边裂缝斜向支座端,跨中裂缝斜向加载点。紧靠柱边的梁端裂缝没有倾斜,沿垂直方向延伸。进一步加载,梁跨中的下排钢筋首先屈服,裂缝宽度加大,梁两端转角增大。随后跨中裂缝发展进一步加速,挠度增大更加明显。最终跨中受压区混凝土压碎(试件KJ1~KJ3对应的极限荷载分别为216kN,200kN和230kN),框架梁裂缝形态如图3所示。
2裂缝宽度
(一)实验方案探究设计
实验方案的探究主要培养学生的工程宏观分析能力。在传统的实验教学模式下,实验按照统一的方案展开,学生没有选择性。这种教学模式适用于理论验证性的实验,但在以培养学生工程能力为主的实验中,就会压制学生的想象力和主动探究的意识。因此,实验方案探究是实验教学策略的最重要部分。实验的主要目的是认识和探索理论规律,掌握工程技能,应该以问题为驱动开展实验方案的探究,学生对于老师提出的问题,以分析问题和解决问题为出发点,经过认真思考和研究,自主制定实验方案,通过搭建实验对象,准备仪器设备、测量各种工况下的数据,整理和判断实验数据和结果的正确性。这就要求实验具有基于工程的实际背景设计,学生才可能在这种开放性的实验环境下,对多种可能的实验方案展开探究。英国开放大学的实验“能量转换(EnergyConversion)”是典型的实验方案探究型实验。实验设计背景是铜的工业化生产,实验问题是如何从铜矿石经过多个环节得到电解铜。教师首先要求学生设计基本方案。学生在实验前1个月必须预习,由4人组成的实验小组需要集体制定实验方案,由于实验问题本身的开放性,实验方案也并不是确定的,指导老师只给出一些建议。从粉碎矿石到解析出铜的多步实验步骤中,有多种途径可以完成实验,学生们集体讨论得到设计方案。在实验过程中,方案根据实际情况还继续修正。完成基本方案设计以后,实验完成过程也是实验方案探究过程。学生在实验室边实验、边观察、边记录、边讨论,每个实验环节都要求去解答或解决一些相关的问题,如粉碎的效率、溶解浓度以及电解效率等,部分环节还要到计算机上进行数学模型的求解。实验过程中进行观察记录和模型预测,最后对实验结果进行验证。实验结束后,学生还必须根据本星期实验情况,做口头报告(Presentation),教师根据学生预习和作业情况、实验过程的表现以及口头报告,给出实验课程的最终评价。可以看出,整个实验过程就是针对如何从铜矿石得到电解铜的这个具有工程背景的问题,在不断探究的过程中制定和实施实验方案的过程,这对学生工程宏观分析能力的培养大有裨益。
(二)实验过程探究
实验过程探究主要培养学生的工程微观分析与操作能力。传统工科专业的实验操作基本是按部就班地完成,对于故障分析与解决、规范操作等重要技能以及如何培养学生的工程意识、工程能力、创新能力还较少涉及,这显然不能满足工程应用型人才的培养需求。实验过程探究式是在实验过程中,教师给学生一定的引导和提示,让学生自己通过观察、思考、动手实施等途径去独立探索和研究,自行实现实验过程的教学策略。概括起来,在实验过程探究中,学生需要在实验过程中自主发现问题,分析问题,实施和运行,真正实现探与究的学习过程。在工程实际环境中,观察与发现各种现象、分析现象之间的联系。因此在线实验系统会较为真实地模拟这些现象,学生经过现象分析,确定现象发生的内因与外因;结合理论进行讨论,明确调节目标与调节手段,形成解决方案。实验系统设计必须便于讨论和方案设计。华东理工大学DCS实验是较为典型的实验过程探究型实验。实验主要培训学生DCS操作能力和故障处理能力。由于DCS系统本身的大多数操作都是基于计算机的操作,因此网上实验课程的界面仿真DCS系统的计算机控制部分操作的界面。以下用一个简单的故障处理实验来说明实验过程探究的实验。在实验中,设计了一个常见的故障处理,在图1的界面中,学生观察到粗丙酮塔T-601顶温度仪表TI-6006出发异常过高报警,系统要求学生调节至正常运行温度73.0-80.0℃。在观察到异常过高报警后,学生将按照所学知识和工程常识,作出如下分析:粗丙酮塔顶温度上升可能有4三个工艺方面的原因,分别是加水量过大、回流量过小或再沸器回水量过小,也有可能是仪表自身故障因素。既然存在这三种可能,就必须通过其他观察和分析来确定故障原因,因此学生首先需分别检查相关三个仪表,即加水量仪表FRC-6015,回流量仪表FR-6019,E-601再沸器回水仪表FRC-6014,以确定仪表正常工作。学生观察到回流量仪表FR-6019读数偏小,就可以判断出是因为回流量不足造成塔顶温度升高。在通过观察分析找到故障原因后,学生根据工艺理论,确定解决方案,即增大塔顶回流量,需要调节FR-6019仪表。在工程环境中,不能进行一步到位的调节,以免造成大的扰动,需逐步小范围调整,边调边等。因此学生在实施解决方案,必须仔细阅读操作守则,将温度调节至正常运行温度的整个操作过程必须符合现场操作规范。操作实施时,首先将LRC-6023改为手动控制,每次增加调节阀阀位必须小于2%—这是操作守则要求的,如果学生超出这个阀位标准进行调节,训练中系统将给出警告,在考试中则行为将被记录,作为扣分依据。每次调节后系统会根据数学模型的计算将相应仪表调至相应位置,学生一边观察表显示情况一边调解,直至塔顶温度恢复到73.0-80.0℃,最后将LRC-6023设置为自动控制。可以看出,此实验在整个故障处理过程中,并不像普通课程实验制定严格的步骤,而是让学生根据工程实际情况,通过自主观察分析来制定解决方案,然后根据操作规范来一边观察一边操作运行,整个课程设计与教学过程较好地体现了探究式的教学策略。
二、基于过程考核的在线评价体系
对实验学习成果进行全面评价是在线实验的重要环节,这样才能对学生探究式学习过程进行科学合理的评价。传统现场实验模式中以数据处理和实验报告结果来评价只能作为在线实验中评价模式的参考。对于参加实验的学生,主要应考虑的因素是其在实验的准备情况、在实验过程中探与究的情况,即观察问题和分析问题的准确性,设计方案的优劣,操作实施过程的规范性、和其他同学交流情况,以及对理论知识的掌握能力和应用能力,因此必须据此建立新的实验评价体系,即基于实验过程考核的评价体系。在线实验评价体系主要分为理论掌握情况、实验操作能力、合作交流能力,其中实验操作能力是最为重要的指标。理论掌握情况主要考察预习思考题,实验操作能力包括是否选择了正确的仪器或仪表、设计方案是否适当、操作目标是否达到、操作过程是否规范、数据处理与实验报告是否符合要求等都可以作为实验过程考核的指标。同时,每一门实验课程提供BBS建立单门实验的学习社区,学习者就一些问题难题发帖,由专门的辅导教师回答问题,并确认学习者所发的有效帖数等。其中实验操作规范是较为特殊的指标,在工程实际中,操作规范化及其重要,否则将引来灾难性后果。因此,必须设定一个阀值,学生如果出现较为严重的操作规范问题,不论其他指标分数如何,都将判定为不合格,我们定义为罚指标。本文选取上述7个指标因子构成学生实验教学的基本评价指标体系,并依次设其为A1,A2,…,A7,其中A6为罚指标因子。通过在线实验系统中自动记录实验仪器选取、操作等参数,对学生实验过程进行跟踪。结合在线实验平台的应用,在实践中我们采用了一个有七个参数的指标体系,包括预习思考题分数、实验仪器选取、实验方案正确性,操作规范性、数据处理、实验报告、在学习社区的交流情况。对这七个参数赋予不同的权重就可以得到该学生的最终成绩,下面分项说明一下每个指标的含义。由于每个指标因子只反映了学生实验学习的某个方面的特征,各学校可以根据本校实际情况规定指标因子及其特征值,以及罚指标因子的规定。表1显示的是华东理工大学指标因子的重要性规定,并因此为权重来加权学生实验的综合得分。在指标体系中,各项指标的权重大致说明了其重要性,这七个参数基本上涵盖了学生从准备到完成全过程的表现情况,对每一个指标赋于权值并最终得到终结性评价课程成绩,各项指标的加权和就是实验评价分数。少数指标虽然权重并不高,由于在工程实践中具有重要意义,低于一定分数整个实验过程将评价为不合格。比如在前文提到的DCS实验中,在多次出现不规范操作并且在系统警告后仍然出现2次以上不规范操作,整个实验过程将被判定为不合格。对于通过经验方式得到的实验过程考核评价体系,在经过一定的数据积累以后,可以进行智能化的处理和分析,为学生提供更优化的实验方案。比如在DCS实验中,通过对学生实验过程数据的分析,得出每个学生的优缺点。在选取的两个学生中,甲学生虽然分数略高,但操作相关的指标得分都不高,因此在后续实验中,主要给该学生提供注重操作及规范的实验,比如开关机实验和某些故障处理实验。而乙学生操作和动手能力较好,但不注意理论和实验设计,以及数据处理等工作,在后续实验中,应多推送理论学习的模块,提醒学生注意数据处理和实验报告的完成。
三、在线实验系统的设计框架
作为在线实验系统核心部分的探究式学习模式以及相应的在线评价体系设计完成以后,在线实验系统框架基本构筑完毕。在线实验系统应本着简单、适用、高效的原则,实行通用化、标准化、智能化、人性化的设计思想。学生可以通过在线实验平台在教师的指导下进行实验教学的全过程,而在线实验平台则通过记录学生在线上参加的实验过程、实验练习以及培训交流等情况,实现对学生实验情况的全程跟踪管理和对学生实验教学需求的全面掌握。在线实验设计的基本架构如图2所示。可以看出,在框架核心部分的业务层中,支持探究式学习过程是贯穿设计始终的问题,所以应改变原先某些实验只是为验证理论的设计,把发现问题、分析问题、设计解决方案、实施解决方案的探究式思路在实验教学中实现。同时需要学生在各个环节的实验过程进行完整的记录,作为其是否按照教学思想完成实验内容进行考核的依据,同时还可以通过智能化的数据分析和数据挖掘,为学生提供经过优化的个性化实验教学模块。组件层和服务层和平台软硬件设计相关,在其他文章中有详细介绍,本文不再赘述。
二、初中化学探究式实验教学的应用策略
1.科学划分化学实验内容。初中化学教材中的实验可分为两大类即验证性实验、探究式实验,不同性质的化学实验,其教学方法也大不相同,教师需科学划分化学实验内容,采用不同的方法进行教学。对于验证性实验,教师无需投入大量的时间和精力,只需让学生探究实验材料、了解相关的实验现象。而对于探究性实验,教师需开展探究式实验教学,不仅要让学生对实验材料、实验步骤以及实验原理进行了解,而且要鼓励学生动手操作实验,以巩固所学的化学知识,从而使其能够用所学的化学知识解释生活中的相关现象,激发其潜在的探究意识。例如,教师可以将初中化学教材中的“二氧化碳的制取”实验列入探究式实验,选择适当的时机开展探究式教学,增加实验教学的乐趣。首先,教师可以提出问题:为什么二氧化碳不能从浓盐酸或碳酸钠中获取,而能从碳酸钙以及稀盐酸中获取?然后让学生带着问题展开小组讨论,充分表达各自的观点,以培养学生的思考能力,最后让学生动手操作实验,总结出实验结论,以提高学生解决问题的能力。通过以上方法开展探究式实验教学不仅可以加深学生对所学知识的记忆,而且可以增强学生的探究能力,使其能够在实验中获取学习乐趣。
2.合理选择探究性实验课题。初中化学教材中融入了许多化学实验,初中化学教师应合理选择探究想实验课题开展探究式教学,以培养学生的探究思维,为其以后的化学学习打下坚实基础,因此,化学教师需全面分析教材中的实验课题,从中挑选出适合学生特点的探究课题进行教学。同时,在教学过程中教师应鼓励学生积极参与化学实验,并指导学生从易研究、易操作的实验开始,逐渐激发学生对化学实验的兴趣和信心,在此基础上,教师需引导学生发现问题、思考问题、探究问题以及解决问题,从而不断提升学生的实验能力。例如,在“燃烧的条件”探究课题中,教师首先要指导学生确定探究问题:“燃烧需具备哪些条件?”,让学生联系生活实际提出相关猜想,如燃烧要有可燃物、氧气以及温度要达到着火点;其次,确立实验方案,让学生采用已准备好的实验器材(如坩埚钳、小木条、粉笔、酒精灯、蜡烛以及烧杯等)操作实验、观察实验以及分析实验,最后总结出实验结论:燃烧需具备可燃物、氧气或空气以及温度达到可燃物的着火点,当以上条件同时满足时才能燃烧。
3.巧妙创设实验问题情境。教师在探究式实验教学中需发挥引导作用,巧妙创设实验问题情境,以激发学生的好奇心,从而激励其思考和探究未知的问题。在开展探究式实验教学中,教师要根据教学实际设计出实验问题情境,并要确保问题情境具有实践性、趣味性、开放性、差异性以及挑战性,以更好的迎合探究式实验教学的要求。
化学实验题最能考查学生的思维、表达、探究等各方面的综合能力。2009年高考课改卷更加注重对化学实验的考查,突出了实验在学科中的地位。新课改2009年高考化学大纲强调了对实验能力和实践能力的考查,这将更有利于推进中学素质教育的实施。
结合近几年的高考实验试题特点以及发展趋势,本文就高考化学实验专题复习提出一些建议。
一、准确掌握化学实验基本技能
高考化学实验题中既有常见仪器的规格和使用,又有正确操作的了解和错误操作的辨别,着重考查考生的实验基本操作技能。
1.熟悉常用仪器
熟练掌握化学实验中常用仪器的结构、用途是提高实验答题能力的必备的基础。在复习时,建议让学生接触感受这些常用仪器,掌握这些常有仪器的名称,结构,规格,用法及用途。
2.掌握基本操作
基本的实验操作有药品的取用、仪器的洗涤、试纸的使用、试剂的存放、物质的分离和提纯、物质的检验与鉴别等。对化学实验基本操作的复习,最好让学生亲自动手做。设置不同的实验情景,积极疏导,大胆动手,多向思考,仔细观察,认真记录,做好实验基本操作。有助于全面提高学生的基础实验能力。
二、认真分析课本实验基本原理
近几年高考实验试题倾向于回归教材,体现了来源于教材又高于教材的特点。问题多围绕教材实验展开,如基本操作,变换原理,方法,角度等进行命题,增强教材实验的开发、迁移、考查学生对实验的掌握情况。这就要求学生在复习实验时要多问是什么(即实验目的)?(即实验原理)为什么?怎么做(即实验步骤)?不这样会产生什么结果(即实验拓展)?尤其要重视课本实验,认真做好课本上的演示实验和学生实验,认真分析实验原理,掌握典型的实验装置和原理,并进行相应的挖掘和提升。三、注意培养创新意识和能力
应用性和开放性试题已成为高考试题的新热点,其重点在于考查学生的创新精神。复习时要在实验原理、实验目的、实验步骤、实验方案以及实验方案的评价上做文章。教师应引导学生改进、完善、拓展教材实验,增强实验的探索性、综合性,使之更贴近对实际问题的解决,培养学生的创新能力。
“在化学科学的研究中,科学、合理、周密、巧妙的实验设计,往往能导致化学科学的重大发现。”化学实验设计也成为对学生各项能力进行综合测试最好的方法,近年高考实验方案设计题受到命题专家的青睐,逐渐成为考查的重点。[2]实验设计是指实验者在实施实验之前,依据一定的实验目的和要求,运用有关的知识与技能,对实验的仪器、装置、步骤和方法等在头脑中所进行的一种规划。在复习过程中,教师要引导学生综合运用所学知识,帮助其认识实验设计的基本原理,了解实验设计的一般思路和方法,再评价和优化,以提高学生的实验设计水平,强化创新能力。
四、加强习题选编、训练和讲评