高中物理教学中融合初阶工程测量的实践——以“液面高度测量方法的比较”为例.pdf
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1、Vol.41 No.10物理教学探讨2023年第1 0 期高中物理教学中融合初阶工程测量的实践以“液面高度测量方法的比较”为例方武增东莞中学松山湖学校(集团)第十三高级中学,广东东莞5 2 3 7 7 9摘要:以“液面高度测量方法的比较”专题学习为例,将高中物理教学与初阶工程测量进行融合教学。分别用直接测量法、浮子推动变阻器测量法、传感电路测量法、电容器电路测量法和LC振荡电路测量法等测量液面高度。不同测量方法的对比,可引导学生在学习物理知识的同时,关注科技与工程,培养学生的物理核心素养。关键词:物理教学;融合;初阶工程;间接测量;液面高度中图分类号:G633.7物理学是人类在认识、利用自然规
2、律,并在生产生活实践活动中产生和发展的学科。物理学家经常为他们的新发现寻找实际应用,工程师则认为圆满地解决技术问题的前提是探索自然规律的相关知识 1 。由于物理学和工程技术应用之间互相渗透,适当将工程内容引人到物理教学的行为值得提倡和鼓励。1高高中物理教学与工程的融合1.1融合的必要性物理教学的需要。对于高中物理教学而言,适当引人工程实例作为教学情境,可以激发学生学习物理的兴趣,促进其对物理定理和公式的理解。同时,也能促进教师对教学资源的整合重组。教学不能拘泥于原有的课程安排,要根据学情重组教学资源。由于物理学已渗透到各项生产生活中,物理教学会很自然地涉及到应用领域。这要求实际教学目标要具体化
3、,知识与应用的关联要有针对性。发展能力的需要。现在的评价方式往往是“纸笔测试”,但纸笔测试成绩并非与能力成正比。从学理上说,能力是指个体为了解决来自某一既定情境群的任何情境而调动一套被整合的资源的可能性 2 。物理教学要重点指导学生理解各种情境中的物理原理和基本科学方法,培养其收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 7作者简介:方武增(1 9 8 5-),男,中学一级教师,主要从事中学物理教学研究。文献标识码:A文章编号:1 0 0 3-6 1 4 8(2 0 2 3)1 0-0 0 6 7-4解决实际问题的能力。因此,将初阶工程测量融合到物理课程设计是较优的选择。为国育才的需要。当前科学技术发
4、展一日千里,一个合格的公民必须要学习掌握先进的科学技术,才能够应对来自各种层面的挑战 3 。所以,将初阶工程融入物理教学中,显得十分必要。1.2融合的原则任何教学模式的实施,都要先调查清楚教师的水平、学生的基础和现有的教学资源,再根据实际情况探索最佳的教学方式 4 。考虑到高中生的认知水平和思维能力,融合工程实例时要适当且简易,不可牵强地引人过于复杂的原始问题。不然,会适得其反。所以,必须从“初阶”入手。物理学习中,“测量”无疑是最初阶的物理应用。这一点集中体现在初、高中课程设计及中、高考试题中,常会考查规范测量与正确读数的问题。2高中物理教学与工程初阶融合的实践测量就是未知量与某一标准的比较
5、,并且将测量结果数据化的过程。现代生产生活中,液面高度的测量非常普遍。有许多贮放液体的容器需要测定液位。液面高度的准确测量为生产提供重要参数,也能体现监测水平。笔者以“液面高度测量方法的比较”专题学习为例,尝试融合高中物理与工程的教学,取得了较好的效果。-67-2023年第1 0 期2.1直接测量法液面高度的检测方法有很多。可通过“标尺”直接测量(图1)。这一点类似于实验室中观察量筒液面高度的变化。但这种方法要求标尺具有“可视化”特点,要求液面要“宽”。量筒测量法则要求容器透明,液面与标尺刻度要“贴着”对比(图2)。29.30m(保证水位)29m28.5图1 水库的液面高度许多电气设备或油罐的
6、材质都不透明,相当于“暗箱”。而且出于安全考虑,罐口都较小,或者直接封口。即使能把“尺”放入,也看不见标度。因此,一般都采用间接测量法,先将“液面变化的信息”转化为“可视化信息”,再通过观测这些“可视化信息”,来了解“液面变化的信息”。下面,介绍几种间接测量法。2.2浮子推动变阻器测量法2.2.1物理原理闭合电路欧姆定律,滑动变阻器原理。2.2.22装备图3 是一种测定油箱内油量的装置。滑杆可以绕固定轴O转动,一端与滑动变阻器的滑片连接,另一端固定着一个浮子。因此,滑动变阻器的电阻与浮子的高度h(液面的高度)有关,可记为R(h)。另外,电路中还存在一个定值电阻,其阻值为Ro。浮子2.2.3物理
7、过程当油箱中的油面下降时,浮子会随液面落下,-68-物理教学探讨带动滑杆使滑动变阻器滑片接触点向上移动。在此过程中,电流表的示数会发生变化,其与电阻之间的关系满足EI=-r+R+R(h)+RA于是,电流表示数1 便与液面的高度h联系起来。把电流表刻度盘改为相应的油量体积参数,就可以直接读出油箱中的油量了。2.3传感电路测量法2.3.1物理原理闭合电路欧姆定律,传感器原理。2.3.22装备一些汽车的低油位报警装置中,油箱的警戒液位由含热敏电阻的电路检测。将置于油箱中的热敏电阻接人一个闭合电路中,通以一定的电流,热敏电阻会发热。图2 透明材质的标尺2.3.3物理过程热敏电阻阻值随温度的变化规律如图
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