时间:2023-04-10 15:30:37
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇生物力学论文,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。
二、探索问题讨论式课堂教学方法,构建微生物学理论教学模式
所谓问题讨论式课堂教学法,是指教师或教师引导学生提出问题,在教师组织和指导下,通过学生独立思考和讨论,探求问题的答案而获得知识的方法。传统的讲授式教学方法,教师主要运用语言方式,系统地向学生传授科学知识,传播思想观念,发展学生的思维能力,发展学生的智力,教学过程几乎是教师满堂灌,学生处于被动学习状态。显然,单一讲授式教学方法不利于创新人才的培养。针对微生物学课程的开设对象他们已先修了大学化学、生物化学、植物生理学、遗传学等课程,对生物科学专业知识有一定积累的特点,教学中,在每章节开篇讲授时,将该章节的教学目的、重难点对学生提示,以问题的方式提出知识点,给学生一定的时间,带着问题浏览教材和在同学间进行交流讨论,并让学生上讲台陈述对所提问题理解、与同学讨论的结果,阐述自己的观点,教师在此基础上对知识点进行点拨,加深学生对知识的理解和掌握,成为学生学习的引导者。
如在介绍第三章微生物细胞的结构与功能和第四章微生物的营养的内容时,根据第三章内容和知识点设计了原核微生物与真核微生物的主要区别,细菌的一般(基本)构造与特殊构造及功能,革兰氏阳性菌和阴性菌的细胞壁构造的异同,细菌细胞壁的结构与革兰氏染色结果等几个问题;根据第四章的内容设计了微生物需要吃什么(微生物的营养要求),微生物有什么嗜好(营养类型),如何给微生物做饭(培养基的配制),微生物是怎样吃东西的(营养物质进入细胞)等问题。让学生带着这些问题浏览教材,左右邻桌相互讨论,最后由学生来陈述问题的结果,教师根据学生们的表述,进行归纳提炼和小结,促进学生对知识点的理解和掌握。通过对问题讨论式课堂教学方法的探索,构建了提出问题———阅读讨论———解决问题———提炼归纳的问题讨论式教学模式。采用问题式讨论教学法,改变课堂教师一言堂讲授式的传统教学方式,促进学生之间和师生之间的互动。以学生能力发展和素养提高为主要目标,得到学生的赞同和积极响应,促使学生由被动学习转化为主动学习,课堂教学效果也明显提高,学生在教学中多次上讲台锻炼,有利于学生早日成才。
童燕等对施氏鲟幼鱼进行急性盐度胁迫试验后发现,盐度胁迫下施氏鲟幼鱼的血浆皮质醇、血糖等呈现不同程度的上升,随后各项指标开始回落。房文红等研究发现,中国明对虾血淋巴中Na+浓度在低盐度时为高离子调节,渗透浓度为高渗调节;在高盐度时,则分别为低离子调节和低渗调节。将中国对虾从低盐度海水转移到高盐度海水,其血淋巴渗透浓度逐渐上升,并最终趋于稳定。金彩霞等在研究盐度变化对克氏原螯虾(Procam-barusclarkia)血淋巴渗透压、鳃丝Na+/K+-ATPase活力的影响时发现,生物胺可激活鳃丝Na+/K+-ATPase活性、调节血淋巴渗透压效应物含量引发渗透调节过程。
一般来说,水生动物都有最适盐度范围,在该范围内水生动物的摄食量高、生长和繁殖速率快。臧维玲等研究了盐度在3.1~42.1范围内日本对虾幼虾的生长情况,发现盐度为10.2~26.9时,日本对虾幼虾生长效果最佳。通常广盐性和洄游鱼类的胚胎发育需要一定的盐度刺激,叶星等研究发现,广东鲂(Megalobramahoffmanni)胚胎具有较强的盐度适应能力,在0~7的盐度条件下,其胚胎发育良好,孵化出膜时间短,且孵出的鱼苗活力高。克氏原螯虾受精卵孵化对盐度要求较为严格,其孵化的适宜盐度为0~4,超出此范围孵化率明显降低。此外,盐度还能够引起水生动物性早熟,已有研究发现随着水体盐度的升高,中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)性早熟率上升,成活率则降低。
2碱度对水生动物生理的影响
水体的碱度是指水中能与强酸发生中和作用的物质总量,一般水体的碱度来自HCO-3、CO2-3,其组成的缓冲体系对维持水体pH相对稳定具有重要作用。水体离子组成、含量及比例也对水生动物的生命活动产生较大的影响,在高碱度水质中,离子组成多变,且主要离子含量和比值不恒定,是制约水生动物生存和生长的主要因素。Gatal等对来自不同盐碱湖泊的褐色鲑(Salmoclarkihens-hawi)的鳃、肾脏和肝脏进行组织学研究,发现高碱度使腮氯细胞增生或肥大。也有学者发现水环境中碱度升高可造成水生动物鳃组织表面损伤,并影响鳃小片表皮细胞外表面Cl--HCO-3交换体系的功能,同时,由于碱性物质的摄入量增加,血液缓冲平衡系统受到一定程度的影响,血液pH上升,机体出现代谢性碱中毒症状。房文红等研究发现,中国明对虾幼虾的成活率随着碱度的升高而降低,且碱度和pH对幼虾的致毒效应表现出协同作用。雷衍之等也认为高碱度对水生动物产生的致毒效应受到水体的pH和盐度等因素的影响。另外,王卓等[7]发现在高碳酸盐碱度胁迫下,青海湖裸鲤(Gymnocyprisprzewalskii)通过调节肝脏和肾脏中超氧化物歧化酶、碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的活性以适应外界环境的变化。
2掌握好教材的度
纵观高一物理课堂教学,要达到新课标中培养学生的学习能力而不是物理解题能力的要求,就应该掌握好使用教材的度,对教材进行二次开发.正如大家所知高一的物理教材内容“牛顿运动定律”涉及到整个高中的知识,是学好整个高中物理的基础,共点力的平衡、牛顿运动定律又是高考的重点,为此有相当一部分高一教师在实际教学中,没有从学生的认知能力出发,至少没有考虑到所有学生的认知发展需求,所教知识内容都远远大于教材本身所要求内容,超出了高一学生所能接受的限度,例如,将传送带问题、复杂的弹簧问题、微元法问题都放到了高一物理课堂学习之中,这样让学生在高一就觉得物理很难.势必造成学生的物理学习兴趣的减弱,有些学生在分科时不敢选择物理学科,针对当前我省物理高考算等级的实际和高一学生的学龄特点,笔者认为教学应该紧扣大纲的要求,以培养学生的学习兴趣为本,尽量深入浅出.
3寻求最佳的教学方法
教学有法而无定法,教学方法是指师生为有效完成一定的教学目的和任务所采用的方式和手段,针对不同的教学内容作为教师应灵活变通,采有不同的教学方法,但无论怎样转变都应注重启发学生思维,发展学生智能,注重调动学生的主动性,发挥教师的主导性,注重对学生的学习方法的总结和指导,注重学生的心理及其学习动机的激发.在高一物理教学中演示法和实验法是最有效最直观也是能引起学生注意,提高学生学习兴趣.例如,人教版必修1中的“自由落体运动规律”这节内容,笔者采用问题教学法,给学生提出如下几个问题.
问题1:“为什么铅球和篮球快慢不同?”
问题2:“如果把铅球和篮球绑在一起下落呢?会出现什么现象?”
问题3:“如果没有空气阻力,铅球和篮球从同一高度落下,时间会怎样呢?”借助于这些问题,学生的注意力放在是不是物体的重力不一样导致了自由下落时间的差异,排除了重力的影响因素后,将实际问题理想化,如果没有空气阻力,会是什么情况,学生在问题的驱动下进行猜想,继而生成验证自己猜想的欲望,在此时进行实验演示,得到学生所期待的实验现象,深化理解的同时推动物理教学向高效的方向发展.
案例教学法,其本质就是运用实际的案例进行教学,培养学生学习知识、运用知识的能力,改变了传统教学模式,使学习和技能的提升、合作研究等,形成一个整体。案例教学法的特点,主要有三个方面的内容:①其是一种讨论式、开放式以及启发式的教学手段,可以更加直观地将鲜活的案例资料引入到课堂当中,代替抽象并且枯燥的讲授,增强了学生的学习热情以及积极性。②其可以使学习环境发生质的变化,集合了教师以及学生的集体智慧,将知识单向传输有效地转变成为了每一个学生在学习过程中的多元化获取。③其体现出了以学生为主体的教学理念,更好地培养学生分析以及思维能力。
2案例教学法在生物化学教学当中的应用
2.1案例的设计以及选择案例选择需要保证其符合大纲教学内容和教学目标的要求,同时,在其设计的过程当中,还需要很好地遵循教学的目标和原则,达到借助案例来提升和培养学生能力的目的,并且在相关案例的学习过程当中,使学生能够更加清晰地了解到课程学习的重点和难点。此外,还需要注意案例的选择来源。首先,我们可以选择生物化学学科中典型的研究成果作为案例,不仅可以帮助学生掌握研究结果,更重要的是通过还原研究过程,使学生真正了解学科特点,提高学生分析解决问题的能力,如DNA双螺旋结构的构建、尿素生成的鸟氨酸循环等。其次,可以从临床或者文献报道中找寻案例,如通过糖尿病案例,可以帮助学生理解激素在糖代谢中的作用,了解糖、脂肪和酮体代谢的相互联系;通过肝性脑病案例,帮助学生了解氨的代谢过程和肝在氨代谢中的作用;还有胰腺炎和酶原的激活等。通过这些案例提高学生的学习兴趣,培养其综合运用知识的能力。
2.2案例教学的课前准备课前准备是案例教学法实施过程当中的重要内容,对于相关教学手段实施来讲,有着关键性意义。首先,在教学过程当中,使学生能够了解到案例教学法,针对教学的是实际内容以及教学的目标等,进行明确,并且提前将相关案例布置给学生,进而使学生能够围绕着案例展开探讨,并且有效预习相关内容,查阅相关资料,形成一个初始观点。在其中,教师要充分发挥自身的引导作用,很好地对学生进行指导。
离子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白,每个蛋白分子能以高达l08个/秒的速度进行离子的被动跨膜运输,离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输,不需要加入任何的自由能。一般来讲,离子通道具有两个显著特征:
一是离子通道是门控的,即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节,并通过开关应答相应的信号。根据门控机制,离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。
二是通道对离子的选择性,离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子,可将离子通道分为钾离子(potassiumion,K)通道、钠离子(natriumion,Na)通道、钙离子(calciumion,Ca2)通道等。其中,K通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道,根据其对电势依赖性及离子流方向的不同,可把K通道分为两类:①内向整流型K通道(inwardrectifierKchannel;Kin),②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel;Kout)。K是植物细胞中含量最为丰富的阳离子,也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子,它在植物生长发育过程中起着重要的作用,具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道,这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出,而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实,他们利用膜片钳(patchchmp)技术,首先在蚕豆(V/c/afaba)的保卫细胞中检测出了K通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体,4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore),恰好让单个K通过。对于不同的家族,4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ningelement)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(porehelixloop)是K通道结构的标志2TM/P),不同家族的K通道都有这样一个结目前从植物体中发现的K通道几乎全是电压门控型的,如保卫细胞中的K外向整流通道等,其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(selectivityfilter)中(图2一b),X射线晶体学显示选择性过滤器长1.2nIll,孔径约nIll,K钾离子通道的作用.有关K通道在植物体内的作用研究并不多。
从目前的结果来看,认为主要是与K吸收和细胞中的信号传递(尤其是保卫细胞)有关。小麦根细胞中过极化激活的选择性内流K通道的表观平衡常数Km值为8.8mmol/L,与通常的低亲和吸收系统Km值相似[。近年来,大量K通道基因的研究表明,K通道是植物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K浓度有密切关系。质膜去极化激活的K外向整流通道引起K外流,胞质膨压降低,导致气孔的关闭。相反,质膜上H.ATPase激活的超极化(hyperpolarization)促使内向整流钾离子通道(Kin)的打开,引起K的内流,最终导致气孔的张开钾离子通道相关基因及其功能特征迄今,已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多种K通道基因(图3),根据对其结构功能和DNA序列的分析,可以把它们分为5个大组:工,Ⅱ,Ⅳ组基因属于内向整流型通道;m组属于弱内向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一个克隆到的植物K通道基因,采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选出来cDNA序列分析表明,AKT1长2649bp,其中的阅读框为2517bp,编码838个氨基酸残基组成的多肽,相对分子质量约为95400Da。AKT1编码的K通道,对K有极高的选择性,其选择性依次是K>Rb>>Na>Li。
Northernblot分析表明,AKT1组织特异性较强,主要在根组织中表达ZMK1(ZeamaysKchannel1)是从玉米胚芽鞘中分离出的K通道基因,在皮层表达。在卵母细胞中的表达表明,ZMK1编码的K通道是通过外部酸化激活的。有研究表明,蓝光对ZMK1通道在玉米胚芽鞘中的分布有一定影响[32l。1组KAT1组基因编码内向整流钾离子通道,其与AKT1组基因产物结构上的最大区别是在COOH端没有锚蛋白相关区(枷n—relateddo—main,ANKY)。KAT1组基因主要包括KAT1,KST1,SIRK,KZM1,KPT1等。KAT1(ArabidopsisinwardrectifierKchannel1)是与AKT1同时从拟南芥cDNA文库中筛选出来的植物K通道基因。KAT1基因的阅读框含有2031个核苷酸,编码的多肽由677个氨基酸残基组成,相分子质量约为78000Da。KAT1的表达具有组织特异性,KAT1在拟南芥植株中的主要表达部位是保卫细胞,在根和茎中也有少量的表达。人们认为KAT1通道可能参与了气孔开放,并向维管组织中转运K,而不是直接从土壤中吸收KJ。
以KAT1为探针,又能从拟南芥cDNA文库中筛选出KAT2等功能类似的内向整流型K通道基因通过基因工程技术,人们已相继开展了将KATI和AKTI基因导人到拟南芥、烟草和水稻的研究,并获得了一些转基因植株。比如,施卫明等利用根癌农杆菌介导法已成功地把KAT1和AKT1导人拟南芥和野生型烟草中,并获得了转基因植株及其纯合株系,发现转基因植株的吸钾速率和对K的累积能力都比对照的有明显的提高,而且,经过分子检测,也证实711和AKT1基因在转基因植株中得到了整合和表达。因此,运用现代分子生物学手段和基因工程技术筛选高效利用钾的作物品种或利用现有的钾离子通道基因改良作物品种,从而提高作物本身的钾吸收利用能力应该是目前主要的研究方向。可以相信,随着分子生物学技术、基因工程技术和有关分析测试技术的发展和应用。随着研究工作的不断深入,有关钾离子通道基因的分离、克隆和利用会取得更大的进展。
参考文献:
1.JLangerK,AcheP,GeigerD,eta1.PolarpotassiumⅡalIspclnerscapableofcontrollingKhomec~tasisandK一dependent圳0gm—esislJJ,ThePlantJournal,2OO2,32:997—1009.
2.SchroederJI,HedrichR.Potassium-selectivesinglechannelsinguardcellprotoplastsofViciaba[J].nature,1984,312:361—363.
3.JacquelineMG,DeclanAD.Potassiumchannelstructures:dotheycomform[J].CurrentOpinioninStructuralBiology,20O4,14:440—446.
4.MackinnonR,ZhouYF.TheoccupancyofionsintheKselec—tivityfilter:ch~sebalanceandcouplingofionbindingtoaproteinconformationalchangeundediehishconductionrates[J].JMB,2003,333:965—975.
二、研读学生,发挥其主观能动性
由于听力障碍,聋生感知速度较慢,语言识记能力差,但他们的视觉优势是非常明显的,聋生可以不受噪音干扰,用眼睛感知事物,他们的观察非常细致,思维形象性较正常学生强。例如,在学习“透镜”这一节,实验凸透镜对光线有汇聚作用,凹透镜对光线有发散作用。将凸透镜和凹透镜都正对着太阳,问学生在光屏上能观察到什么,实验简单易操作,学生参与性很高,焦距测量的问题也迎刃而解,让学生主动参与到实验中来,激发了学生的学习兴趣,学生的动手能力也得到了培养。又如,在讲“密度”一节,准备一个杯子,放一个冰块,然后倒满水。提问学生当冰融化后,杯内的水会溢出来么。有一部分学生说水会溢出来,另一部分学生说不会溢出来。增加了趣味性,更是激发了学生的学习兴趣,提高了教学效率。
三、改进实验,培养聋生的发散思维
思维的发展水平直接影响学生的学习效果,尤其是聋生,思维更是关键。物理是一门逻辑思维强的学科,教学中,教师要巧设问题,引导学生深入、发散、灵活思考,提升教学效果。
1.引导学生对实验现象和实验结果进行猜想
郭沫若说“:教学的目的是培养学生自己学习,自己研究,用自己的头脑来想,用自己的眼睛看,用自己的手来做这种精神。”例如,在研究金属导体的电阻与哪些因素有关时,在实验进行前,先要求学生对有可能发生的现象或者结果先进行猜想,之后再做实验,启发引导学生猜想导体的电阻可能与哪些因素有关,鼓励学生进行大胆的猜想,然后再利用实验对学生做出的各种预测进行检验。
2.改验证性实验为探索性实验
验证性实验更能激发学生的兴趣,但许多学生,尤其是听力有障碍的学生,在学习过程中只是被动地接受,丧失了探索的乐趣。探索性实验,让学生充分地动脑、动手,发挥了学生的主体作用,从而有利于学生思维能力的提高。如,在教学“验证机械能守恒定律”的实验之前,可先不进行相关规律的教学,将实验教学移到规律教学之前,改验证性实验为探索性实验,过程如下:先准备相关实验器材,让学生按照要求让重物做自由落体运动,利用打点计时器记录重物的运动情况;然后,选定纸带让学生进行分析,分别计算纸带上任意三点0、1、2所对应的动能、重力势能,并算出三点的机械能,学生根据一系列数据分析讨论就可以得出机械能守恒定律;最后,师生共同讨论重物在下落过程中系统机械能守恒的原因:物体在运动过程中只有重力做功,动能和重力势能相互转化,系统机械能守恒。
3.引导学生设计实验
科学思维方式物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。从亚里士多德时代的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直至现代物理中的相对论和量子力学等,都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域。例如,光是找找汽车中的光学知识就有以下几点:
1.汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜
利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全。
2.汽车头灯里的反射镜是一个凹镜
它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。
3.汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩
汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。根据透镜和棱镜的知识,汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。在夜晚行车时,司机不仅要看清前方路面的情况,还要还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用,所以灯罩通过折射,根据实际需要将光分散到需要的方向上,使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物,同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射,以便照明路标和里程碑,从而确保行车安全。
4.轿车上装有茶色玻璃后,行人很难看清车中人的面孔
茶色玻璃能反射一部分光,还会吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔,必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱,没有足够的光透射出来,所以很难看清乘客的面孔。
5.除大型客车外,绝大多数汽车的前窗都是倾斜的
当汽车的前窗玻璃倾斜时,车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方,而路上的行人是不可能出现在上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉。大型客车较大,前窗离地面要比小汽车高得多,即使前窗竖直装,像是与窗同高的,而路上的行人不可能出现在这个高度,所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。
再如下面一个例子:
五香茶鸡蛋是人们爱吃的,尤其是趁热吃味道更美。细心的人会发现,鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候,如果你急于剥壳吃蛋,就难免连壳带“肉”一起剥下来。要解决这个问题,有一个诀窍,就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会,然后再剥,蛋壳就容易剥下来。
一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性。可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来,密度小的物质,要比密度大的物质容易发生伸缩,伸缩的幅度也大,传热快的物质,要比传热慢的物质容易伸缩。鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的,它们的伸缩情况是不一样的。在温度变化不大,或变化比较缓慢均匀的情况下,还显不出什么;一旦温度剧烈变化,蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里,蛋壳温度降低,很快收缩,而蛋白仍然是原来的温度,还没有收缩,这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩,而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了,这样就使蛋白与蛋壳脱离开来,因此,剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。
明白了这个道理,对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西,如果它们是用两种不同材料合在一起做的,那么在选择材料的时候,就必须考虑它们的热膨胀性质,两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时,都广泛采用钢筋混凝土,就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样,尽管春夏秋冬的温度不同,也不会产生有害的作用力,所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。
另外,有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。例如,铜片的热膨胀比铁片大,把铜片和铁片钉在一起的双金属片,在同样情况下受热,就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片,它随着温度的变化,能够自动屈伸,起到自动开启日光灯的作用。
这样的例子举不胜举,物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。
谈到物理学,有些同学觉得很难;谈到物理探究,有同学觉得深不可测;谈到物理学家,有同学更是感到他们都不是凡人。诚然,成为物理学家的人的确屈指可数,但只要勤于观察,善于思考,勇于实践,敢于创新,从生活走向物理,你就会发现:其实,物理就在身边。正如马克思说的:“科学就是实验的科学,科学就在于用理性的方法去整理感性材料”。物理不但是我们的一门学科,更重要的,它还是一门科学。
物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略,在比萨大教堂做礼拜时,悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣,后来反复观察,反复研究,发明了摆的等时性;勇于实践的美国物理学家富兰克林,为认清“天神发怒”的本质,在一个电闪雷鸣、风雨交加的日子,冒着生命危险,利用司空见惯的风筝将“上帝之火”请下凡,由此发明了避雷针;敢于创新的英国科学家亨利?阿察尔去邮局办事。当时身旁有位外地人拿出一大版新邮票,准备裁下一枚贴在信封上,苦于没有小刀。找阿察尔借,阿察尔也没有。这位外地人灵机一动,取下西服领带上的别针,在邮票的四周整整齐齐地刺了一圈小孔,然后,很利落地撕下邮票。外地人走了,却给阿察尔留下了一串深深的思考,并由此发明了邮票打孔机,有齿纹的邮票也随之诞生了;古希腊阿基米德发现阿基米德原理;德国物理学家伦琴发现X射线;……研究身边的琐事并有大成就的物理学家的事例不胜枚举。
物理学也存在于同学们身边。学了测量的初步知识,同学们纷纷做起了软尺。有位同学别出心裁,用透明胶把制好的牛皮纸软尺包扎好,这样更牢固。然后,用大大卷泡泡糖的包装盒作为软尺的外壳,在盒的中心利用铁丝做一摇柄中心轴,软尺的末端固定在轴上,这样一个可以收拾并反复使用的卷尺诞生了。同时,这位同学受软尺自作的启示,用实验解决了一道习题:用软尺测量物体长度时,若把软尺拉长些,测量值是偏大还是偏小?他做了这样一个模拟实验:在白纸上画一条直线,标上刻度,然后用透明胶粘贴,再扯下来,便做成了“软尺”,用“软尺”不仅找到了上题的答案,而且还清楚地看到分度值变大了,知其然,并知其所以然;学了电学的有关知识后,同学们对蚯蚓能承受的最大电压进行了探究:当给它加上1.5V的电压时,蚯蚓迅速分泌粘液,且奋力挣扎,从瓶内跳出瓶外。当给它加上3V的电压时,蚯蚓被电为两截;有同学在测量“2.4V、0.5A”的小灯泡的功率,并研究其发光情况时,不满足于给灯泡加上2.4V的电压,而是用自己早已准备好的小灯泡做破坏性实验,不断加大灯泡两端的电压,直至电压高达9V、灯泡灯丝烧断,才停止探究;有同学在学习蒸发的知识时,不厌其烦地座在桌旁观察相同的两滴水(其中一滴水滩开),进行聚精会神地观察,然后进行分析、对比,得出影响蒸发的因素;……同学们捕捉身边的琐事进行探究的事例屡见不鲜。
身边的事物是取之不尽的,对与现实生活联系很紧密的物理学科来说,更是时时会用到的,用身边的事例去解释和总结物理规律,学生听起来熟悉,接受起来也就容易了。只要时时留意,经常总结,就会不断发现有利于物理教学的事物,丰富我们的课堂,活跃教学气氛,简化概念和规律。新课标告诉我们“义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活,符合学生认知特点,激发并保持学生的学习兴趣,通过探索物理现象,揭示隐藏其中的物理规律,并将其应用于生产生活实际,培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。”
今天,人类所有的令人惊叹不已的科学技术成就,如克隆羊、因特网、核电站、航空技术等,无不是建立在早年的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的。在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼,小处着手,经历观察、思考、实践、创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的生活打下扎实的基础。
主要参考文献:
教育部:初中物理新课程标准(实验稿)
二、在“胚胎生殖”学习中引入雾霾危害
人体解剖生理学的理论知识告诉我们,人类复杂的生殖过程可分为两个阶段:第一阶段是指第1~8周的胚胎期,卵细胞受精以后即开始分裂分化形成胚泡,先形成的细胞团为桑椹胚,然后形成囊胚,并植入子宫内膜中吸收母体的营养,各器官系统的发育初具雏形,从外形上看已初具人形;第二阶段是指第9~38周的胎儿期,此时各器官系统逐渐发育成形,并建立了各系统的生理功能。胚胎在母体子宫内发育,通过胎盘和脐带从母体获得所需要的营养物质和氧气,胎儿产生的二氧化碳等废物也是通过胎盘经母体排出。在胚胎形成和发育过程中,由于胚胎发育紊乱而出现的形态结构异常称先天性畸形。多数先天性畸形都是由遗传因素和环境因素相互作用而发生的,环境因素约占10%,环境致畸因子通过引起染色体畸变和基因突变而导致先天性畸形。在生产高度发展,生活环境受到不同程度污染的今天,人类先天性畸形的发生有明显的增长趋势。先天性畸形一旦发生,会给个人、家庭、国家、社会带来严重的不良后果,治疗也十分困难,故预防其发生至关重要。雾霾中PM2.5细颗粒,不光是粉尘,还有烟尘,包括汽车尾气、工业排放的废气等,这些物质都含有很多环境污染毒素,学术统称为环境污染雌激素,可以通过多种途径吸收侵入人体。环境污染雌激素可以直接对生成的各种细胞产生危害,容易造成发生障碍或异常,从而导致畸形率提高,造成新生儿缺陷。尤其是对青春期的男孩,可引起性腺功能障碍、青春期发育延迟等病症。成年男性则多表现为内分泌紊乱,活力下降、数量减少、质量降低,造成男性不育症的概率提高。雾霾同样对女性生殖器官卵巢、卵子的发育和女性内分泌功能等方面造成危害,不孕不育已成为影响人类健康的第三位疾病,仅次于肿瘤、心脑血管疾病。作为医药专业的学生,通过学习知道雾霾对人类胚胎生殖的危害,应学以致用,从我做起,加强宣传,为环保贡献一份力量。
三、在“人体调节”学习中带入雾霾危害
例1参看图1,根据图1的电路图用图2的实物体现出来,请用笔画出导线,且线路不能交叉).在这个电路图中,如果要闭合图2的开关,滑动变阻器应当调到最左边或最右边?解:实物连接图如图2.滑动变阻器应当调到最左边.图1图2图3分析:该题并不是一个复杂的物理实验题,它属于测定伏安法测定额定电阻功率的最基本的实验题,也是实验课程中学生一定会学习到的实验题.然而,参看这道题中的考点,这题的第一个问题,如果学生只要了解实验的步骤就能画出实物电路图,那么学生解答第二题时必须要了解这个实验步骤真正的意义才能够回答这道题,这就要求教师引导学生进行实验时,不能让学生仅仅只会死记硬背实验步骤,而要能归纳总结学过的知识点,将知识点形成系统.学生在学习时能理解知识点与知识点之间的联系,了解每个知识点真正的意思,教师在引导学生进行物理实验时,要引导学生学会归纳与分类的思维方法,让学生从自主完善知识结构的角度学习作实验.
二、让学生设计物理实验的习题
例2给你一个苹果、水果刀、弹簧测力计、刻度尺,请设计出一个实验测试出苹果的密度.解:挖出一块苹果,将苹果修整为长方体或正方体等易计算的苹果块,用弹簧测力计测试出苹果块的质量,借ρ=m/V的密度公式求出苹果的公式.分析:从这道物理竞赛题中可以看出,物理教师这体是以让学生设计物理实验的方式考学生是否真正懂得实验的原理.学生要能正确的设计这个实验,不仅要能深入的理解实验的原理,还要具有方程思想.实际上方程思想是设计物理实验的重要思想之一,以这道实验题为例,它要求学生在了解密度公式的前提下,将现有的条件用方程的思想对应起来:即ρ=?;m=用弹簧测力计测出的质量;V=水果刀与刻度尽计算出的体积公式.由已知条件解决未知的条件.教师完成实验时,要从让学生设计实验的角度让学生在物理学习中学会使用方程思想.
三、让学生猜想物理结果的习题
例3一个透明玻璃罐中装有大半罐米.将一枚乒乓球与一枚玻璃球埋入米里,然后摇晃透明玻璃罐,摇晃一段时间以后,乒乓球慢慢浮出米堆,而玻璃罐没有浮出米堆.请猜测以下两种说法是否正确?由于乒乓球的体积比玻璃球大的缘故,所以浮出米面;由于乒乓的质量比玻璃球大的缘故,所以浮出米面.请设计出实验证明自己的猜测.解:选取一些沙子,分别称出米与沙子的密度;将相同的米放入三个规格相等的玻璃罐中,将玻璃罐编号编为A、B、C,把质量不等的沙子放入罐中.其A与B的共同条件为沙子体积大于大米;其B与C的共同条件为砂粒的质量大于大米.根据以上实验结果可验证以上说明是否正确.分析:这一道物理实验题,是给学生已知条件,要求学生猜想得到的结果.从该题的出题思路中可以分析到,这一题的重点不在于学生是否能准确的得到哪种猜想正确的答案,而是看学生能否能用类比推理的思维科学的做实验.即学生要能理解到,要观察物理现象,就要先设定为其它条件不变的前提下,只设定其中某一种条件不同,在一种条件不同的前提下观察物理变化,根据不断的实验,学生能用类比推理的思维找到物理规律.如果学生不能够理解类比推理的思维方法,就不会理解物理实验的过程,初中物理教师引导学生进行物理实验时,要让学生在实验过程中掌握类比推理这种科学的思维方法.
四,让学生构想物理条件的习题
我们十多年来的课堂教学经验可以总结成三句话:追根寻源真一点,实验研究多一点,能力要求高一点,简称“三点”教学法,因此我们称自己的教材为“三点”法教材.
我们的“三点”法教学完全是根据国家教委颁布的高中物理教学大纲编写的.因为我们面对的是全班学生,不可能而且也不应该把课堂教学变成物理竞赛辅导,我们确确实实通过课堂教学明显提高了学生的素质和能力,为学生在高考和物理竞赛中取得优异成绩打下了扎实的基础.
一、追根寻源真一点
一个学生学习物理,首先接触到的就是物理定律.因此,怎样搞好物理定律教学,必然是每个物理教师首先要考虑的问题.
在进行某一物理定律教学时,我们有意识补充了大量的与这一定律的建立过程有关的内容,这就是所谓的“溯源”教学.任何一个重要物理定律的建立,都有一个艰辛而漫长的过程.探索定律的工作只所以能成功,这个定律最后只所以能够确立起来,其中一定有很多科学的研究方法和正确的推理思维方式,这些内容毫无疑问是属于物理学科中最重要的东西,是人类一笔宝贵的知识财富,也是我们物理教学的宝贵财富.
在讲授牛顿万有引力定律时,我们从第谷对行星进行几十年的观测积累的大量第一手资料讲起,然后是开普勒在拥有这些数据的基础上,通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律(开普勒三定律),最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释,终于发现了对天上、地上的物体具有普遍意义的万有引力定律.在学习牛顿万有引力定律的过程中,我们还着重向学生介绍了“归纳法”、“理想化”和“间接验证”三种科学研究的重要方法.
在学习库仑定律的过程中,我们纠正了学生由于大多数教科书叙述笼统而形成的错误观念,使他们明白:1.库仑当年只用扭秤做了两个同种电荷互相排斥的实验,而未做两个异种电荷互相吸引的实验,因为在后一实验中的平衡有可能是不稳定的.库仑是用电摆来完成后一实验的;2.无论是扭秤还是电摆,精确度都是很有限的,根本无法确定两电荷之间的作用力与距离的平方成反比,更不是和距离的1.98次方或2.02次方成反比.当年的库仑(实际上还有更早的卡文迪许),以及后来的麦克斯韦、普林普顿等人都是用另一种实验方法将指数的精度逐渐提高,直至今天的2±3×10-16,终于使库仑定律成为当今物理学中最精确的定律之一.结合库仑定律的建立过程,我们还向学生介绍了“类比”和“演绎验证”的方法.
在学习欧姆定律的过程中,学生一开始都以为研究通过导体的电流和导体两端的电压之间的关系是不困难的,只要用电流表、电压表再加电源和可变电阻器等组成电路即可.可是我告诉他们,在欧姆那个年代,非但没有电流表、电压表等仪器,连电压、电流和电阻的定义和单位都没有,欧姆所面临的困难之大是可想而知的.他到底是怎样得到这个电学中最重要的定律的呢?学生顿时产生了浓厚的兴趣.在学习欧姆定律诞生过程的同时,我们还结合欧姆的实践,介绍了用图线探究新规律的方法.
此外,我们还结合牛顿运动定律介绍了“理想实验”、“推理”、“实验研究”等方法,结合气体定律介绍了“分析法”,结合能量的转化和守恒定律介绍了“综合法”.使学生比较系统地掌握了一些重要的科学研究方法.有的同学深有体会地说:物理定律是宝贵的,但研究物理定律的科学方法更宝贵.谁掌握了这些方法,谁就能不断地去探索大自然层出不穷的奥秘.
在物理定律的教学中,我们在课堂上经常采用设问的方法,不是直接告诉学生某个定律是怎样建立起来的,而是不断地提出问题让学生去思考,摆出困难让学生去克服,提出任务让学生去完成,制定目标让学生去实现.这样可以有效地发展学生的创造性思维和解决问题的能力.
我们要求学生在课外进行大量自学.早在公元前4世纪,古希腊苏格拉底明确强调过:“好的、正确的教学不是传递,而是对学生的自学辅导”.我一贯强调学生要学会自学、讨论、研究.我教的优秀学生,学得的物理知识,最多只有一半是在课堂上听我讲的,其它一概由他们自学.到一定阶段,我开始指定几个学得比较好的学生轮流给其他学生上课.每次课分两部分,前半部分由主讲同学讲,后半部分由全体同学提问、讨论.像王泰然和任宇翔在高二阶段就给其他同学作过二十几次讲座,杨亮、谢小林、陈汇钢等同学也不例外.
我们这种自学讨论式教学还延续到学生毕业以后.获金牌或学有所成的学生进了大学甚至出国留学后,有机会还回来给小同学谈自己的体会.例如1994年暑假任宇翔从美国回国探亲一个月,来学校给95、96届学生讲了10次课.他向小学友介绍物理学中一些新进展、中美物理教学中的差异以及他们当年学习过程中曾激烈争论过的问题,使听课的学生大受裨益.1996年暑假,谢小林和陈汇钢两位金牌获得者又为97、98届同学讲了十多天课.他们既讲物理知识,又讲国家集训队队员奋发学习的感人事迹,使小同学们大开眼界.
这样的训练方法也得到了权威人士的肯定.1992年10月,在上海召开的全国物理特级教师会议上,原中国物理学会副理事长、现全国中学物理竞赛委员会主任、北京大学沈克琦教授在他的题为“国际物理奥林匹克竞赛与中学物理教学”的报告中说:“我听到两名得金牌的上海学生讲他们的老师如何培养他们的情况,我认为这个经验倒很值得推广.他们说他们的老师不是采取灌输的办法,而是启发引导,要求他们给同学讲课,这对他们搞清概念原理和科学地进行表达都非常有帮助.我想这可能是提高优秀学生能力的有效方法之一.”
那么自学为什么会对提高学生的能力起这么大的作用呢?从心理学角度来看,自学与听课可能有以下两点不同:
(1)人类的思维活动表现为分析、综合、比较、抽象、概括等过程.一个学生在自学某一个新的物理内容时,少不了理解、思考、建立正确的物理模型等工作,这里面充满了分析、综合、比较等过程.因此相对听课而言,自学对学生的思维活动提出了更高的要求,从而使他们得到更大的锻炼.
(2)人们的注意可分为无意注意、有意注意和有意后注意三种.事先没有预定的目标,也不需要作意志努力的注意叫做无意注意;有预定的目标,在必要时还需作一定的意志努力的注意叫做有意注意.一个学生在自学的时候,他的目的一定是十分明确的,而且需要一定的意志努力(否则难以坚持),因此学生在自学时,可保证在绝大多时间内都处于有意注意的状态,这一点对提高学习效率和学习能力都是很有好处的.有的学生在自学中往往会十分投入,进入一种旁若无人的境地,而相对来说,这种情况在听课时就比较少.一个学生坚持自学一段时间之后,便能渐渐地从有意注意转化到有意后注意,即不需要意志努力也能够将自己的注意力长期保持在这项工作上.有意后注意是一种高级类型的注意,它既有明确的目的,又不需要用意志努力来维持,是人类从事创造性活动的必需条件.学生一旦进入这种状态,他们的物理学习效率就会大大提高,学习成绩就会有明显进步.
二、实验研究多一点
物理学是一门实验科学,物理学中的每一个概念、规律的发现和确立主要依赖于实验.因此,在高中物理教学中加强学生实验方面的训练,无疑是提高物理教学质量的一条必由之路.
目前中学物理教学大纲中安排了相对数量的学生实验和演示实验,不难发现,这些实验存在着某些不足,主要表现在下面几个方面:
第一,教材中几乎所有实验是为配合所学内容而安排的,目的是帮助学生加深对所学内容的理解,因此学生不易通过这些实验掌握一些重要的实验方法.
第二,课本中每个实验的实验原理及操作步骤都讲得十分清楚,学生只需按部就班地完成实验操作即可.这样的实验只能增加学生的感性认识,锻炼学生的动手操作能力,而对学生创造性思维的训练是不够的,也无法培养学生解决问题的能力.
第三,目前课本中的实验大多是验证性实验,学生只要学懂了书上的定律,一般都能轻而易举地完成实验.这种安排违反了教育应该走在学生智力发展前面的原则,对培养学生的能力是不利的.
针对以上不足,我们对实验教学内容和教学方法进行了改革,使实验教学为发展学生的智力,提高学生的素质服务.在实验内容的改革方面,我们主要采取了以下三条措施:
(1)增加实验数量.
不论是在课堂演示实验,还是在学生实验或小实验方面,平均增加了60%的实验.其中有一部分新实验,学校没有现成的仪器,安排学生自己制作,对学生有较高的要求.
(2)重视实验误差讨论.
物理实验离不开测量,测量是实验科学最本质的东西.从某种意义上讲,结果准确的实验就是成功的实验,反之就是不成功的实验.因此在培养优秀学生的过程中,应该让他们掌握一些必要的实验误差的基本知识.在设计实验方案时,要求学生们尽量消除实验的系统误差;在选择实验器材时要考虑它的精确程度;在处理实验数据时,要采用尽量科学的方法.
(3)加强重要实验方法教学.
在实验领域中有一些重要的方法,比如减小实验系统误差的方法、减小实验偶然误差的方法、实验探究规律的方法、迂回测量的方法等,这些方法不是在个别实验中,而是在许多实验中都有应用,因此具有一定的普遍意义,这些方法一定要让学生很好地掌握.在必要时,我们甚至根据实验方法来安排实验内容,集中安排几个某种方法体现比较典型的实验,这样便于学生深刻领会和熟练掌握某一种实验方法.
在实验教学方法改革方面,我们做了以下尝试:
(1)在课堂上创设一些实验问题让学生研究.
在高中阶段,每周至少有4节物理课,充分利用物理课中碰到的各种各样问题,可设计一些供学生讨论的实验题目,并引导他们一步一步地探索、解决.
我在讲功率一节时,设计了这样一个实验题目:要求测定一个人骑自行车的功率.在自行车由静止启动的过程中,人做的功除了增加人和车的动能之外,还要克服空气阻力和地面的摩擦力,其中哪些因素是主要的,哪些因素是次要的?学生根据自己骑自行车的经验,认为空气阻力是很明显的,不能忽略,而地面和车轮之间的滚动摩擦一般比较小,可以忽略.接下来的问题是怎样测量人克服空气阻力做的功?学生都有这样的体会:顶风骑车时,骑得越快风的阻力越大,因此可以设风的阻力和车的速度成正比.车的速度怎样测?风的阻力和车速成正比的比例因数是多少?问题一个接着一个地出现,被大家一个又一个地解决,终于找到了一个大家都比较满意的实验方案.接着全班同学兴高采烈地到操场上去做实验,最后再回到教室里,师生一起处理实验数据,作出图象,得出实验结果.在整个实验过程中,除了实验题目是由老师提出的外,实验方案和解决问题的途径都是由学生讨论研究出来的,因此他们都觉得很有意思,收获很大.
(2)对课本中一些重要实验进行深入研究.
物理课本中有大量现成的实验,有时可以对这些实验进行一些讨论和改进.
在做直流电路的实验时,我们让学生对伏安法测量导体的电阻这个实验进行了深入的研究.用简单的伏安法电路,不论是采用电流表内接还是电流表外接,都有系统误差.结合这个问题,我给学生介绍了补偿的思想,然后由学生自己设计了电流补偿和电压补偿两种线路.补偿法解决了由于实验电路不完善带来的系统误差,但这个矛盾解决了,电流表和电压表不够准确的问题上升为主要矛盾.怎么办?经过进一步研究改进,大家认为可以用准确度高得多的电阻箱来取代电压表和电流表,再辅以灵敏度很高的电流表,便可以明显提高实验结果的准确度,这就是常用的惠斯通电桥.接下来学生分别用简单伏安法、补偿伏安法和惠斯通电桥测量了同一个标准电阻,比较测量结果,可以证实先前的想法.在历史上,从伏安法到惠斯通电桥是有一个很长的过程的,而在我们这堂实验课中,学生经历了这么一个碰到问题、分析问题、解决问题的完整过程.这样的实验课对增强学生的能力是很有帮助的.
(1)和(2)实际上都是不断地给学生提出新的目标,诱导他们提高实验水平,我们有时称之为“目的诱导法”.
(3)给特优学生安排一些特殊实验.
我校有一批进口物理仪器,性能比较好,涉及的实验内容面也比较广.这批仪器的说明书是英文或日文的,我指定一名学生准备某一个实验,要求他先翻译好说明书,准备好器材,然后带领其他同学做实验.这个主讲的学生还要准备好一些讨论题,在实验后供同学们讨论.学生对这样的实验非常感兴趣.此类实验虽然有时和高考、竞赛没有直接的关系,但是这种带有研究性的实验对优秀学生很有好处.
三、能力要求高一点
物理习题教学是物理教学的重要组成部分.不论是教师还是学生,都在解习题上花费了大量的时间,因此,习题教学的改革是一个很重要的问题.
就本质来说,物理习题是人们编制的一些假想物理场景.毫无疑问,物理学家是不会去做物理习题的,而他们是在研究那些真实的、尚未发现的物理规律.同样,发明家也是不会去做物理习题的,他们是在力图应用已有的物理规律去解决一系列实际问题,那么我们为什么要让学生做那么多人为假想的物理习题?目的无非是要培养学生的理解、分析、推理等能力.所以物理习题教学应该围绕这个目标来进行.
我们常用以下两种方法来进行习题教学:
(1)按照解题方法组织习题教学