中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)(Practicum)：大學(xué)某一課程的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的課程設(shè)計(jì)，一般是完成一項(xiàng)涉及本課程主要內(nèi)容的綜合性、應(yīng)用性的計(jì)算機(jī)程序開(kāi)發(fā)題目。
中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)1
一、實(shí)驗(yàn)名稱：測(cè)量紙片下落的速度
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：
實(shí)驗(yàn)“測(cè)量紙片下落的速度”所提供的實(shí)驗(yàn)器材有卷尺、秒表、紙片，但是采用這些實(shí)驗(yàn)器材總是發(fā)現(xiàn)紙片在下落的過(guò)程中忽左忽右的飄，
下落的路線不是直的，容易碰到課桌或其它的物體而改變路線。我就想找一種東西來(lái)代替它，起初想用氣球，但發(fā)現(xiàn)更難控制路線，而且氣球太大，
放在實(shí)驗(yàn)桌上會(huì)引起學(xué)生的無(wú)意注意。后來(lái)想這種東西應(yīng)該還是用紙來(lái)做，因?yàn)槿绻捎描F球等密度較大的東西做實(shí)驗(yàn)的話，由于下落的時(shí)間太短無(wú)法測(cè)量下落時(shí)間，
或者是測(cè)量出來(lái)的時(shí)間誤差太大。最后和同學(xué)們一起討論想到用小時(shí)候玩過(guò)的三個(gè)紙條組成的“紙錐”來(lái)替代原來(lái)的紙片。而且下落的時(shí)間可以通過(guò)秒表測(cè)出(由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有足夠多的卷尺，可以利用人的身高這個(gè)已知條件，此時(shí)下落的時(shí)間大約是1.2秒)。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
學(xué)會(huì)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度。
四、實(shí)驗(yàn)所涉及的科學(xué)道理：
測(cè)量紙片(改成“紙錐”)下落的速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)利用的實(shí)驗(yàn)原理是速度公式。把紙片改成“紙錐”，主要考慮它在下落時(shí)由于下部的形狀不同，空氣的流速也不相同，
根據(jù)“在流體中，流速越大的地方壓強(qiáng)越小”(伯努利原理)，會(huì)產(chǎn)生壓力差，導(dǎo)致“紙錐”下落時(shí)會(huì)順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(具體旋轉(zhuǎn)的方向是由安裝時(shí)的順序決定的)。
五、實(shí)驗(yàn)操作步驟：
(1)實(shí)驗(yàn)前要測(cè)量出同學(xué)的身高，作為“紙錐”下落的高度s，記錄在實(shí)驗(yàn)表格。
(2)一位同學(xué)把30～50厘米長(zhǎng)的刻度尺平放在自己的頭頂，另一個(gè)同學(xué)按照這樣的高度自由釋放“紙錐”，同時(shí)開(kāi)始記時(shí)，記下“紙錐”落地時(shí)所用的時(shí)間t，記錄在實(shí)驗(yàn)表格。
(3)重復(fù)上述步驟兩次。
(4)根據(jù)速度公式計(jì)算出“紙錐”三次下落的速度，并計(jì)算出平均值。
六、實(shí)驗(yàn)裝置或照片：
學(xué)生可以自制“紙錐”(剪三個(gè)完全相同的左右的紙條，把每個(gè)紙條對(duì)折一次，然后連環(huán)套在一起，如圖1所示，把三個(gè)“腳”向外抽緊，如圖2所示)
七、實(shí)驗(yàn)所用器材：
“紙錐”一個(gè)，30～50厘米長(zhǎng)的刻度尺一把，秒表一只。
八、實(shí)驗(yàn)效果以及其他需要說(shuō)明的問(wèn)題：
實(shí)驗(yàn)效果：2005年12月14日前后在南京樹(shù)人國(guó)際學(xué)校初二十二個(gè)班級(jí)中施教效果很好，解決了原來(lái)所用紙片下落不穩(wěn)、路線不是直線，路程無(wú)法測(cè)量的缺點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)器材制作方便、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、學(xué)生感興趣。
后來(lái)在鼓樓區(qū)其他學(xué)校初二物理教學(xué)中得到進(jìn)一步的檢驗(yàn)，各位同行一致反應(yīng)較好。具有較大的推廣使用價(jià)值。
說(shuō)明：在制作“紙錐”時(shí)需要用硬度不要太大、密度較小的紙張，學(xué)生課堂練習(xí)紙最佳。可以選擇高個(gè)子同學(xué)的身高作為“紙錐”的下落高度，這樣可以增加下落時(shí)間，減小時(shí)間測(cè)量上的誤差，
但是會(huì)導(dǎo)致矮個(gè)子同學(xué)很難判斷刻度尺是不是水平的;用矮個(gè)子同學(xué)身高作為“紙錐”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是會(huì)使下落時(shí)間變短，這樣測(cè)量的高度準(zhǔn)確了，
但是下落時(shí)間的測(cè)量誤差會(huì)增大。這樣的分析過(guò)程可以通過(guò)學(xué)生的討論完成。
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一、熱機(jī)做功實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新(該項(xiàng)目榮獲四川省初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案評(píng)比一等獎(jiǎng)和全國(guó)首屆中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)秀案例展評(píng)一等獎(jiǎng))
(一)課標(biāo)要求
熱機(jī)做功沖程既是初中物理教材中的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，教材力求通過(guò)以圖片和模型的形式讓學(xué)生理解熱機(jī)做功沖程中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，以及一個(gè)沖程所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)。讓學(xué)生通過(guò)對(duì)熱機(jī)做功沖程的學(xué)習(xí)，對(duì)生活中各種熱機(jī)進(jìn)行理解。
(二)實(shí)驗(yàn)原型及不足之處
1、在初中物理教學(xué)中，物理教師在講解內(nèi)燃機(jī)時(shí)，通常是用內(nèi)燃機(jī)圖片或內(nèi)燃機(jī)模型來(lái)演示熱機(jī)做功的現(xiàn)象和說(shuō)明原理。這樣演示比較抽象，不直觀，學(xué)生不好理解熱機(jī)做功的原理。
2、圖片和模型不能準(zhǔn)確反映一個(gè)沖程所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)，而這是物理教學(xué)中的一個(gè)考點(diǎn)，也是難點(diǎn)。
(三)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處
1.用自制爆燃器引入能量轉(zhuǎn)化。
2.用酒精(或汽油)在鋼化玻璃筒中燃燒并爆炸，模擬熱機(jī)做功沖程。
3.用透明玻璃筒做汽缸學(xué)生能直接觀察到酒精(或汽油)在玻璃筒中爆炸并推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
4.曲軸正反兩面分別為紅色和白色，實(shí)驗(yàn)完成后通過(guò)顏色變化直觀反映一個(gè)沖程所對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)。
(四)實(shí)驗(yàn)器材
自制爆燃器一套，自制熱機(jī)做功演示器一套(直筒透明鋼化玻璃水杯一個(gè)、10號(hào)膠塞一個(gè)、電火花點(diǎn)火器一個(gè)、活塞、連桿、曲軸、軸承一套、主板及底座支架一套、酒精少許和噴霧。
(五)實(shí)驗(yàn)裝置圖
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1、2所示。
圖1為自制爆燃器：①橡膠塞②針筒③橡膠塞④細(xì)線⑤電火花點(diǎn)火器。
圖2為自制熱機(jī)做功演示器：①電火花點(diǎn)火器②橡膠塞③汽缸(鋼化玻璃筒)④活塞⑤連桿⑥軸承⑦曲軸 ⑧主板及底座支架。
(六)實(shí)驗(yàn)原理
1.燃料燃燒：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.熱機(jī)做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
3.一個(gè)沖程對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半周。
(七)實(shí)驗(yàn)步驟
1.用爆燃器演示內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能實(shí)驗(yàn)。
(1)往爆燃器筒內(nèi)(針筒)噴灑適量酒精。
(2)塞上橡膠塞并輕輕晃動(dòng)幾下。
(3)按動(dòng)電火花點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)，觀察酒精在針筒內(nèi)爆炸并推射出橡膠塞。
2.用熱機(jī)做功演示器演示熱機(jī)做功實(shí)驗(yàn)。
(1)觀察器材，記錄曲軸顏色。
(2)往鋼化玻璃筒內(nèi)噴灑適量酒精。
(3)塞上帶電火花點(diǎn)火器的橡膠塞，按動(dòng)電火花點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)。
(4)觀察酒精在玻璃筒內(nèi)爆炸推動(dòng)活塞做功，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
(5)記錄此時(shí)曲軸顏色。
(八)實(shí)驗(yàn)效果
1.酒精的燃燒并爆炸，能通過(guò)透明玻璃筒直接觀察到，并且伴有爆炸聲。
2.橡膠塞和活塞的運(yùn)動(dòng)直觀呈現(xiàn)，準(zhǔn)確反映能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。
3.通過(guò)曲軸顏色變化，準(zhǔn)確得出一個(gè)沖程所對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)。
(九)反思與拓展
1.雖然用噴霧器噴出酒精，能加快酒精揮發(fā)填滿玻璃筒，但仍然會(huì)受室內(nèi)溫度影響(如果在溫度較低的冬天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最好配備一只電吹風(fēng))。
2.加上兩個(gè)小車(chē)輪，能直接模擬汽車(chē)氣缸推動(dòng)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)。
3.在玻璃筒壁加上溫度計(jì)，通過(guò)溫度計(jì)示數(shù)上升來(lái)反映熱量的散失，從而解釋熱機(jī)效率總小于1的原因。
二、斜面上物體力的分解實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新(該項(xiàng)目榮獲四川省中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)秀案例展評(píng)二等獎(jiǎng))
(一)背景和基本思路
斜面上物體力的分解是高中物理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。在實(shí)際教學(xué)中，“斜面上物體力的分解實(shí)驗(yàn)”只是從理論層面對(duì)力的分解實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，學(xué)生不好理解。因該實(shí)驗(yàn)的特殊性，不便于制作傳統(tǒng)教具來(lái)演示，我們就考慮利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材：傳感器、采集器、數(shù)字顯示裝置和L型斜面制作一套實(shí)驗(yàn)器材，
將不可見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展現(xiàn)出來(lái)，方便我們對(duì)力的分解進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)幾年的研究與實(shí)踐，我們與深圳申議實(shí)業(yè)公司共同開(kāi)發(fā)了“斜面上物體力的分解探究器”。
(二)實(shí)物結(jié)構(gòu)圖
(三)實(shí)驗(yàn)演示方法
1.將該裝置底坐垂直于桌面，打開(kāi)左側(cè)數(shù)字測(cè)力計(jì)開(kāi)關(guān)，用一段細(xì)線將重物(金屬圈)懸掛在左側(cè)力傳感器的探頭上，測(cè)出重物(金屬圈)的重力。2、將該裝置水平放置于桌面上，打開(kāi)兩個(gè)數(shù)字測(cè)力計(jì)開(kāi)關(guān)，按回零鍵，再將重物(金屬圈)放置在兩個(gè)力傳感器的探頭上，
可測(cè)出正壓力和下滑力的大小。3、調(diào)節(jié)斜面的角度，測(cè)出的正壓力和下滑力的大小隨之改變，通過(guò)角度值、正壓力和下滑力的大小值以及重物(金屬圈)的重力值，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，可以充分說(shuō)明力的分解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也驗(yàn)證了力的平行四邊定則。
三、溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新(該項(xiàng)目榮獲成都市初中化學(xué)教師實(shí)驗(yàn)操作技能大賽創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)二等獎(jiǎng))
(一)背景和基本思路
初中化學(xué)中的溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，一是為了幫助初中學(xué)生認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽的組成特點(diǎn)，理解酸、堿之間的反應(yīng)實(shí)質(zhì);二是為高中學(xué)習(xí)離子反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。初中化學(xué)中對(duì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)要求不高，不需要對(duì)溶液導(dǎo)電性強(qiáng)、弱進(jìn)行分辨，即只需分辨出溶液導(dǎo)電與否。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所使用的溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)裝置，沒(méi)有統(tǒng)一成套的、標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)儀器。
做該實(shí)驗(yàn)，一般采取兩種方式：1、就地取材，自制一套溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)裝置，采用220V交流電和相對(duì)應(yīng)的60W白熾燈泡(實(shí)驗(yàn)按如下圖所示的原理進(jìn)行);2、按照現(xiàn)行教材實(shí)驗(yàn)方式，采用學(xué)生電源、小燈泡(或LED燈)、小燈座、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和燒杯等實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(如圖1所示)。這兩種實(shí)驗(yàn)方式都存在一些問(wèn)題：
第一種實(shí)驗(yàn)方式實(shí)驗(yàn)操作時(shí)安全性能較差，儀器體積較大，攜帶不方便，藥品用量也相對(duì)較多。第二種實(shí)驗(yàn)方式也存在儀器體積較大、較多，組裝器材麻煩等問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和研究，我們從微型、簡(jiǎn)單、高效、安全和環(huán)保等方面對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新。
(二)改進(jìn)和創(chuàng)新方式
購(gòu)買(mǎi)電子元器件和輔材，自制一個(gè)小型溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)檢測(cè)器，方便我們快速檢測(cè)溶液是否導(dǎo)電(綠燈亮，溶液不導(dǎo)電;紅燈亮，溶液導(dǎo)電)。圖2為溶液導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)檢測(cè)器實(shí)物照片。
該溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)器內(nèi)有電子電路、三節(jié)七號(hào)電池作電源，外有紅色、綠色高亮度LED燈各一個(gè)，按鍵開(kāi)關(guān)一個(gè)以及兩個(gè)電極。
(三)實(shí)驗(yàn)方法和步驟
1.用50ml燒杯準(zhǔn)備好蒸餾水、乙醇、鹽酸、氫氧化鈉等溶液。2、按下檢測(cè)器按鍵開(kāi)關(guān)，綠燈亮，表明此時(shí)兩個(gè)電極不導(dǎo)通(如圖3所示)。3、將檢測(cè)器兩個(gè)電極插入裝有蒸餾水或乙醇的燒杯里(如圖4所示)，按下檢測(cè)器按鍵開(kāi)關(guān)，綠燈亮，表明蒸餾水或乙醇溶液不導(dǎo)電。4、將檢測(cè)器兩個(gè)電極用金屬絲短接，
紅燈亮，表明此時(shí)兩個(gè)電極導(dǎo)通。5、將檢測(cè)器兩個(gè)電極插入裝有鹽酸、氫氧化鈉的燒杯里(如圖5所示)，按下檢測(cè)器按鍵開(kāi)關(guān)，紅燈亮，表明鹽酸、氫氧化鈉溶液導(dǎo)電。
注意：在做下一實(shí)驗(yàn)步驟前，需用洗瓶沖洗兩個(gè)電極，并用棉球?qū)蓚�(gè)電極擦干。實(shí)驗(yàn)完畢后，也需沖洗兩個(gè)電極，并用棉球?qū)蓚�(gè)電極擦干，取下電池，以便保存。
(四)特點(diǎn)
改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)操作安全性能大幅度提高。使用三節(jié)七號(hào)電池作電源，沒(méi)有人觸電的危險(xiǎn);儀器微型化，攜帶方便;藥品用量也相對(duì)較少，節(jié)約了成本;采用高亮度LED燈展示，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯(后排學(xué)生仍可清淅看見(jiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象);電極采用銅質(zhì)材料，表面度鎳，有很好的耐腐蝕性;該檢測(cè)器既可做教師演示實(shí)驗(yàn)，
也可供學(xué)生做探究性實(shí)驗(yàn);在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們還可以用點(diǎn)滴板實(shí)驗(yàn)器材，藥品用量極少，真正做到實(shí)驗(yàn)微型化，有利于環(huán)保。
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