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物理學的很多新理論都為醫學影像檢查技術帶來了革新,X射線、激光、電子顯微鏡、核磁共振等技術為醫學研究及臨床應用提供了新的方法和手段,對現代生命科學的發展作出了突出的貢獻.借助于某種能量與生物體的相互作用,提取生物體內組織或器官的形態、結構以及某些生理功能的信息,為生物組織研究和臨床診斷提供影像信息。
20世紀中葉,一批物理學工作者進入醫學領域,從事腫瘤放射治療及醫學影像的研究.并于1958年成立了美國醫學物理學家協會,1963年成立了國際醫學物理學組織.并將具有定量特征的物理學思想和技術引入到臨床的診斷和治療中.物理學與醫學的結合不僅促進了醫學的發展,也對物理學的發展起了推動作用.
1 聲學的應用
超聲成像90年代以來,由于數字化處理的引入,高性能微電子器件及超聲換能器的出現,以及各種圖像處理技術的應用,超聲成像的新技術、新設備層出不窮。超聲不但能顯示組織器官病變的解剖學改變,同時還可應用Dopper技術檢查血流量、血流方向,從而辨別器官的病理生理受損性質與程度。超聲診斷采用實時動態灰階成像,在掌握正確劑量的前提下,可連續對器官的運動和功能實施動態觀察,而不會產生像X射線成像那樣的累積效應及危險的電離損害。由于超聲診斷具有無損傷性、檢查方便、診斷快速準確、價格便宜、適用范圍廣泛等優點,得以在臨床中迅速推廣。超聲波成像的物理基礎是超聲醫學的基礎,超聲成像是利用超聲波遇到介質的不均勻界面時能發生發射的特性,根據檢測到的回波信號的幅度、時問、頻率、相位等,得到體內組織結構、血液流速等信息.
2 光學的應用X射線成像
X線實際上是一種波長極短、能量很大的電磁波。醫學上應用的X線波長約在0.001--0.1nm之間。X射線穿透物質的能力與射線光子的能量有關,X線的 波長越短,光子的能量越大,穿透力越強。X顯得穿透力也與物質密度有關,密度大的物質對X線的吸收多,透過少;密度小則吸收少,透過多。利用差別吸收這種性質可以把密度不同的骨骼與肌肉、脂肪等軟組織區分開來,者正是X線透視和攝影的物理基礎。X射線成像包括X射線透視和攝影、X射線計算機體層成像. X射線計算機體層成像是以測定人體內的衰減系數為基礎,采用一定的數學方法,經計算機處理,重新建立斷層圖像的現代醫學成像技術[1].X射線的幾種特殊檢查技術,分別是X射線的造影技術、X射線的斷層攝影、數字減影.
3 電磁學的應用磁共振成像
MRI成像的先決條件MRI成像的先決條件是被成像樣品中的原子核必須具有磁性,而這種磁性源于原子核本身的自旋運動.因此,對原子核等微觀粒子的自旋屬性進行的深入研究是量子力學取得的重要成果之一,客觀上也是MRI得以產生的知識前提.磁共振成像利用了人體內水分子中的氫核在外磁場中產生核磁共振的原理.由于人體不同的正常組織、器官以及同一組織、器官的不同病理階段氫核的弛豫時間有顯著不同,利用梯度磁場進行層面選擇和空間編碼就可以獲得以氫核的密度、縱向弛豫時間 、橫向弛豫時間作為成像參數的體內各斷層的結構圖像.近年來產生很多新的成像序列和技術方法.如擴散加權成像是通過測量人腦中水分子擴散的特性來反映組織的生化特性及組織結構的改變,在臨床上可用于急性腦梗塞的早期診斷[2].螺旋漿掃描技術,明顯消除患者因運動或金屬異物造成的偽影, 可生成高分辨率、無偽影、具有臨床診斷意義的理想圖像。
4 原子核物理學的應用放射性核素成像
放射性核素成像的物理基礎放射性核素具有放射性,利用放射性核素作蹤劑,結合藥物在臟器選擇性的聚集和參與生理、生化功能,達到診斷疾病的目的。檢察方法 有4種:掃描機、照相機、單光子發射計算機體層和正電子發射計算機體層(PET).核素檢查中產生的正電子只能存在極短的時間,當它被物質阻止而失去動能時,將和物質中的電子結合而轉化成光子,即正負電子對湮沒.轉變為兩個能量為0.551 MeV的光子,并反沖發出.放射性核素在正常組織和病變組織分布不同,產生的光子強弱也有不同,PET成像技術通過探測光子對的差別形成影像.
5 結語
影像物理學在影像檢查技術中的意義非常重要,對影像檢查技術的發展影像深遠,隨著影像物理學的不斷發展,新的影像技術不斷出現,必將對疾病的診斷總出更大的貢獻。
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現代醫學影像技術是現代醫學的支柱。現代醫學影像學不但以其高技術和工程化的鮮明特點展示了它自身在現代醫學研究和臨床診斷中所具有的優勢和無可替代的作用,也以其日益深入的影像理論研究,層出不窮的影像革新技術,迅速擴展的臨床應用領域,使相關專業的教學人員愈益感到搞好教學工作的重要性和緊迫性。醫學影像物理是高等醫學院校醫學影像專業的一門基礎課,其內容是醫學影像儀器設備所涉及的物理學方面的基礎理論知識及醫學影像診斷中的物理現象,其任務是為學生深刻理解醫學影像的物理原理與成像過程,評價、控制醫學影像質量,分析、挖掘醫學影像蘊藏的生物信息提供必要的物理學知識,給后繼課的學生及將來所從事的醫學影像工作打好基礎。如何在有限的課時內,使理工知識非常薄弱的醫學生有較大收獲,是擺在教師面前的難題。下面根據筆者多年從事醫學成像技術和醫學影像物理學的教學實踐,分幾方面談談。
1 《醫學影像物理學》課程在教學中面臨的問題
1.1 匯集多門學科,內容抽象復雜。四大影像技術溶合了物理學、數學、電子學、計算機、 生物學和醫學等多門學科。授課對象是未來醫學影像診斷醫生,醫學生在物理、數學、電子等學科的基礎很薄弱。但醫學影像物理學中要涉及到許多這方面的知識。比如,講授XCT、MRI、彩超成像原理時要遇到δ函數、卷積、自相關函數等工程數學知識。核磁共振原理及成像原理一章中, 涉及到量子力學及原子核物理,磁矩、角動量、進動、梯度磁場等物理概念以及高頻脈沖、頻譜分析、調制解調、A/ D、D/ A、濾波、顯像、快速傅立葉變換等微電子技術的基本知識均知之甚少,甚至聞所未聞。
1.2 學生的畏難情緒。醫科院校的學生由于中學物理基礎較差,學習屬于物理范疇一類的課程常有畏難情緒。大部分學生在困難和壓力面前表現出了畏難情緒,學習積極性和主動性受到挫傷,在預習、聽課、復習、習題等多個學習環節上與教師配合的力度打了較大的折扣,大大增加了任課教師的教學難度。
1.3 師資力量要求高。《醫學影像物理學》的教學任務大都由醫用物理教研室的老師承擔。但是《醫用物理學》和《醫學影像物理學》兩門課程的專業性質差別很大,前者是公共基礎課,后者為專業基礎課。醫學影像物理學是醫學物理學的一個重要分支,是物理學、信息學和醫學之間交叉和融合的學科。這就要求老師要有較高的物理專業知識,具備一定的醫學知識。
2 《醫學影像物理學》課程教學策略的研究與實踐
針對《醫學影像物理學》課程在教學中面臨的諸多問題,我們在已有條件下積極開展教學研究與實踐,設立以下幾方面的教學策略并開展相應的教學活動。
2.1 要恰當地把握教材的深度,講解盡可能的做到深入淺出、通俗易懂,避開復雜的數學推理。如:在“XCT原理”的“圖像重建數學原理”一節中, 從狄拉克函數和卷積算法的引入, 到圖像重建的付里葉變換法和濾波反投影法, 整個成像過程我們盡可能運用圖解法取代繁雜的積分運算及變化過程。 如果用傅立葉變換講CT 、MR I 成像原理, 難度很大, 因為學生所學的高等數學知識有限。我們摸索出了如何講解CT 、MR I 成像原理的方法, 即聯立方程法和反投影法。這兩種方法不用復雜的高等數學, 學生能夠聽得明白,能夠很好掌握CT 、MR I 成像原理。MR I 成像原理中用到的傅立葉變換、磁矩、角動量、進動、梯度磁場等物理概念以及高頻脈沖、頻譜分析、調制解調、A/ D、D/ A、濾波、顯像、快速傅立葉變換等微電子技術的基本知識是采用定量分析與定性分析相結合,以定性分析為主的教學策略。對課程教學中必須具備而學生又一無所知的數學、物理、電子學等方面的基礎知識、基本概念和基本理論,用通俗易懂的定性分析給學生補課,以達到在保持課程內容基本不被割裂的前提下,繞開難度大的系統數學推導,確保學生能定性地理解授課內容的目的。
2.2 應用多媒體系統。根據生理學觀點,人獲取的外界事物信息80%~90%是通過眼睛輸入的,用直觀的圖象反映的信息更易為人所接受。多媒體課件能使抽象的物理知識,陌生的醫學知識在教學過程中給學生以直觀,生動具體的圖象再現。如自旋核的旋進,講解時以陀螺的運動為例一邊圖示一邊推導,使抽象的公式形象化、具體化,降低了學生理解的難度,增強了學生的信心和興趣。在“MRI成像原理”一章中,我們用FLASH將原子核受激勵,馳豫等重點內容制作成多媒體。我們還下載了大量的醫學影像照片,小電影等供學生學習參考。
2.3 注重實驗實習。實驗是本學科的必要組成部分。在教學中, 如果只講醫學影像技術中的基本原理、基本理論是比較抽象的, 學生不易理解和接受,更談不上今后的應用。開設實驗有助于學生能力和素質的培養。由于實驗設備昂貴,具有放射性,為了培養高素質的學生,可以建立一套計算機仿真物理實驗教學系統,如建立局域網,安裝運行仿真物理實驗軟件《大學物理仿真實驗210FOR INDOWS》,該軟件包含20多個物理實驗項目, 可選取其中部分相關實驗如: 核磁共振實驗、GM 計數管和核衰變的統計規律、 塞曼效應和電子自旋共振實驗等。由于經費、技術等原因,目前我校尚未開設醫學影像物理學實驗。為了彌補不足,我們與醫院影像科室的聯合, 多次組織學生到附屬醫院相關科室實習,請超聲、CT、核磁共振、SPECT等臨床診斷教師及技術人員給學生當場講解儀器的原理,操作方法及診斷等,讓學生了解理論知識在臨床醫學中的具體應用, 使學生加深對理論知識的理解。
2.4 教師的專業素質是保證教學質量的關鍵。正如前面所述,醫學影像物理學是門綜合學科,也是一門新型學科。許多知識與技術對教師也是嶄新課題。為了教好學生,自己首先要抓緊學習,更新知識。教師的繼續教育也是必不可少的,可進行短期培訓,到研究機構、大學、醫院學習或深入實際工作一段時間,以便更好的勝任醫學影像物理學的教學。
2.5 建立激勵機制提高學生的學習主動性及積極性。人的潛能是無限的,但必須在一定的條件刺激下,才能釋放出來。興趣是最好的老師。
3 小結
對《醫學影像物理學》的教學,要不斷摸索,不斷總結經驗,逐步改進教學方法和手段,努力提高學生學習的積極性,才能取得好的教學效果。
【參考文獻】
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在種種條件的制約下,利用基于云計算的空間教學開展醫學影像物理學仿真實驗可在相當程度上彌補實驗教學這方面的缺陷。而整個的仿真實驗包括了X射線影像、磁共振成像、核醫學影像、超聲成像和紅外成像,對于課時數較少的醫學高專院校來說不可能全都做到。因此從培養應用型、技能型的醫學影像技術專門人才出發,針對我校醫學影像技術專業學生的特殊情況,結合我校的實際情況,我們選擇了最貼近臨床的一些仿真實驗X射線影像、磁共振成像以及超聲成像的一些仿真實驗。
通過空間教學開展醫學影像物理學仿真實驗教學,首先,打破了時間和空間的限制。由于醫學高專醫學影像物理學課程的特殊性,理工知識薄弱的醫學??茖W生僅僅依靠課堂想要理解掌握醫學成像的物理原理就顯得非常困難,而利用空間教學平臺開展仿真實驗,學生可以利用課余時間來完成整個的實驗過程,開展實驗教學不再受到昂貴的實驗儀器和有放射污染的實驗環境的限制,可以重復操作,這樣可以增加更多的實驗內容,不再受傳統實驗條件和經費的制約。其次,調動了學生的學習興趣,使學生在學習過程中獲得強烈的真實感。傳統的醫學影像物理學實驗比較復雜,學生有普遍畏難情緒,而通過空間教學,把仿真實驗置于世界大學城,學生通過空間隨意訪問實驗資源,整個的實驗過程都是通過計算機在虛擬的環境中進行,仿真成功后,可以直接得出實驗結果,學生的學習興趣也得到激發,學習效果更佳。最后,豐富了師生互動活動。師生間的交流互動是一個很重要的環節,有效的互動能夠提高教學效果。空間教學提供了很多的交流互動模式,學生進入老師的教學空間進行實驗,老師進入學生的空間檢查實驗情況。另外學生之間還可以互相交流和學習,取長補短,達到共同進步。
總之,通過空間教學仿真實驗訓練,很大程度上提高了學生實驗的積極性和主動性,學生可以快速掌握幾種成像技術的物理原理,提高了學習效率,同時也培養了學生勇于探索的科學精神,構建了醫學影像物理學理論聯系實踐教學的新模式。
參考文獻:
[ 1] 張瑞蘭,吉 強.醫學影像物理學仿真實驗 [ M].北京:人民衛生出版社,2011.
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一、課程性質
醫學影像物理是醫學院校醫學影像學專業的一門專業基礎課程,是醫學影像與物理學的融合。這門課程講授的是用于醫學成像或診斷的各種成像技術的物理學基礎、成像特點以及圖像質量控制等。通過這門課程的學習,使學生具備基本的醫學影像基礎知識、基本理論和方法,對醫學影像設備的工作原理、相關技術有一定的了解。
醫學影像物理在醫學教育特別是醫學影像學專業的教學中占有重要的地位,要學好這門課程,需要學生具備高等數學、物理學、計算機學以及人體解剖學的相關知識,對學生綜合運用知識解決臨床問題有較高的要求。通過學習醫學影像物理,能為學生進一步學習影像學、影像診斷學、醫學成像設備學及其他醫學影像學專業課程打下基礎。
由此可見,要學好醫學影像物理這門專業基礎課程,除了需要學生具備較好的基礎知識外,也對教師如何調動學生的學習興趣和主動性從而獲得良好的教學效果提出了較高的要求。
二、課程面臨的問題
醫學影像物理需要學生具備基本的高等數學和大學物理學的基礎知識,特別是大學物理學基礎知識。物理學是自然科學里最為基礎的學科,其研究內容具有普遍性和廣泛適用性。物理學是高等院校各類專業重要的基礎課程,筆者所在的學校也將物理學作為大部分專業的一門基礎課程來開設。
無論是中學階段還是大學階段,教育工作者都有同樣的感受:對于大多數大學生,尤其是一些藝術院校和醫學院校的學生,對物理學的地位和作用缺乏充分的認識和了解;還有的學生由于在中學階段的物理基礎較薄弱,上了大學即使有心學學物理,學習效率也比較低。對于我國大學生來說,他們普遍反映物理是一門較難學的課程,認為自己又不是物理學專業的,老師在課堂上講的理論與一些公式、原理都十分難懂,從而對物理失去了興趣。
醫學影像物理是醫學影像與物理學高度融合的一門課程,其主要涉及的X射線成像、磁共振成像、核醫學成像和超聲成像都離不開相關物理輻射波的產生、輻射波與人體相互作用的物理機制、圖像質量保證和控制的物理原理。因此,這門課需要學生有較好的物理學基礎。如前所述,由于大學生特別是醫學院校的大學生對物理學這門課的興趣不大,就導致這門課的要求與實際學生的接受情況有差距。
筆者的授課專業為醫學影像學專業,第1次課與學生交流時發現該專業大一時沒有開設物理學基礎課。醫學院校普遍學生的物理學基礎較差、缺乏興趣這一客觀事實已經是一個不可回避的問題,而醫學影像學專業的學生沒有大學物理學基礎更對這門課的順利開展提出了挑戰。因此,如何采用有效的課堂教學方法、如何培養學生對物理學和醫學影像物理的興趣是筆者要探討的問題。
三、醫學影像物理教學中學生學習興趣的培養
1.激發學生對物理學的興趣
醫學影像物理這門課程需要具備較好的物理學基礎,教學過程中需要講授各成像技術的物理原理和過程,而本專業學生的物理學基礎較薄弱,因此課堂上有必要給學生灌輸物理學的重要性以及激發學生的物理學興趣。
機械地給學生灌輸物理的重要性顯得枯燥,筆者將一些物理問題與醫學實際問題相結合來解釋,讓學生更容易接受。例如,假設學生畢業以后在醫院從事康復治療工作,其中一項具體工作是為截肢病人安裝假肢,那么從假肢的設計、安裝到調試都離不開力學的支撐。這個案例沒有直接強調物理學在醫學領域的重要性,但很自然地將物理學和醫學聯系起來了,使學生意識到物理學在醫學中所發揮的重要作用。
為了激發學生對物理學的興趣,筆者還借助醫學上一些有趣的現象來間接闡述物理問題,從而激發學生的興趣。例如,醫生給小孩打針時,小孩通常會哭鬧坐不住,這時醫生或者家長通常會抱怨小孩不聽話;而比較有趣的解釋是:量子力學不允許物體具有確定的位置和動量,因此小孩本身就不可能坐得住,所以就不能抱怨小孩不聽話了。通過這個案例,課堂上學生的興趣就激發出來了。
2.明確課程教學內容
由于學時的限制,教材內容不能完全涉及,因此給學生明確了主要教學內容,特別強調了本課程將會涉及X射線物理、磁共振物理、核醫學物理以及超聲物理這四個核心物理問題。這樣使學生有針對地去學習相關物理學知識,而不至于感到困惑、無趣。
3.醫學影像物理學習興趣的培養
醫學影像物理這門課主要討論的對象是各種醫學影像,即圖像;而討論這些醫學影像的核心是形成影像的物理原理。在教學過程中,首先培養學生對圖像的認知:從信息量的角度來看,一幅圖像所包含的信息遠比幾個數據或幾條曲線(如心率、血壓、體溫等)的信息量豐富得多;醫生能否對患者的健康狀況或疾病做出正確的評價或診斷取決于醫生獲取生物信息的科學程度及信息量大小;醫學圖像是對人體內部情況的可視化表達,它不僅可以向醫生展示人體內部某一特定部位或層面的解剖結構,而且還可以在一定程度上揭示人體臟器的功能,所以醫學圖像是醫生能準確獲取患者生物信息的主要途徑。從醫學圖像出發引出相關物理學原理,學生對這門課的興趣就提升了。
學生有了圖像認知后,接著通過一張真實的醫學圖像來引導學生對這門課的興趣。通過多媒體給學生展示一張人體鎖骨骨折的X射線圖像,并提問:要準確、全面地理解這幅X射線圖像,需要具備哪些知識?以提問的方式引導學生思考和互動,課堂氣氛活躍。需要準確解讀這幅圖像,有的學生認為只要具備了解剖學的知識就可以知道圖像反映的是哪個部位,同時只要具備診斷學的知識就可以知道出現了什么病變,而其他知識都不重要了。這時需要引導學生:人體應該是有血有肉的,為什么這張照片只能看到清晰的骨骼?這個問題就把醫學影像物理這門課的重要性引出來了:X射線對骨骼這種高密度組織具有很高的分辨能力,因此圖像中的骨骼清晰可見;這門課程會討論X射線的產生原理、作用的物理機制以及成像特點,學習之后學生就會對這幅X射線圖像的形成機理有深入的理解。然后繼續向學生引導:隨著課程的深入,會發現每種成像方式會得出不同的圖像特征,所反映的生物信息和臟器功能也不同,它們各有所長、互相補充。通過這個案例,學生意識到了在各種醫學影像中準確把握圖像信息和特征的重要性,只有這樣才能準確地為患者診斷,從中將醫學影像物理在本專業的重要性體現出來了。學生意識到了這門課的重要性和地位,學習興趣就提升了。
4.結語與展望
醫學影像物理作為醫學院校醫學影像學專業的一門重要的專業基礎課程,其教學質量與學生學習效果關系到后續課程的開展。筆者認為,培養學習興趣是獲得最佳課堂效果的重要途徑之一,通過課堂教學的設計與引導,學生培養了對本課程的興趣。
教學方法是多樣與靈活的,除了傳統的講授為基礎的教學法(LBL,Lecture-based Learning),還應積極探索新型教學法在課堂上的應用,如團隊為基礎的教學法(TBL,Team-based Learning)以及問題為基礎的教學法(Problem-based Learning)等。相信通過教學方法的改進,不斷培養學生的學習興趣,最終能夠獲得教學與學習效果的雙豐收。
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一、前言
在大學物理教學中,隨著學生求知欲和教學難度的增加,傳統教學手段的弊端越來越明顯,單純依靠課堂講解難以實現對物理原理和現象的描述。在這種狀態下,信息技術的發展及應用給了大學物理教學以可靠的支撐。信息技術的發展,主要表現在計算機技術和網絡技術等方面,其中計算機和網絡技術對大學物理教學的影響最為明顯。應用了信息技術之后,大學物理教學實現了對物理原理和現象的準確描述,將難懂的物理原理變成了易于理解的視頻信息,降低了教學難度,提高了教學效果。為此,我們應認真分析信息技術發展對大學物理教學的影響。
二、信息技術發展使大學物理教學理論和實驗教學實現了有機結合
通過了解發現,大學物理存在較多的理論和實驗,在理論教學和實驗教學開展過程中,由于理論和實驗相對復雜,單純利用講解的方式難以達到教學目的。信息技術的應用,給了大學物理理論教學和實驗教學以有力的支撐。
例如:在講授非慣性參照系中慣性力的引入時,首先通過視頻演示小球相對加速運動小車的運動情況,提出問題,使學生先對非慣性系產生感性認識;進而通過動畫演示利用引入慣性力解決問題的可行性;最后再給出生活實例(人在汽車啟動和剎車時的反映和轉盤上小球慣性力提供向心力視頻)加深對慣性力的感性理解。
通過采用信息技術手段,大學物理理論教學和實驗教學找到了新的教學方式,對理論的講解已經從單純的平面講解向視頻講解和多媒體講解轉變,講解的總體效果和教學質量也得到了持續提高。在實驗教學方面,在應用信息技術手段之前,對于一些實驗現象,難以做到深入描述,更難以讓學生迅速接受。應用了信息技術手段之后,大學物理實驗教學將許多實驗過程做成了多媒體教材,利用動畫演繹的方式,詮釋物理實驗過程,讓學生能夠更好的理解物理實驗,加深對物理原理和物理現象的理解,從而達到提高大學物理教學質量的目的。為此,我們要認識到信息技術發展對大學物理理論教學和實驗教學的重要影響。
對于三類本科學生而言,考慮到物理基礎比較薄弱,理解能力需要進一步加強,信息技術的應用,給三類本科提供了有力的時機和良好的了解機會,使三類本科學生能夠更好的理解課堂教學內容,加深對物理概念和定理的理解,提高物理學習效果。
三、信息技術發展使大學物理教學的抽象規律變得更加具體形象
發揮多媒體技術的優勢可以有效的解決物理現象及規律的講解問題。對于有些不能用實驗演示的物理現象,可以通過計算機模擬,將宏觀現象縮小,將微觀現象放大,讓客觀存在的看不見摸不著的東西變得形象逼真,營造一種真實氛圍。
考慮到大學物理教學中存在較多的抽象規律及原理,要想加深學生對抽象原理和規律的印象,單純依靠講解的方式難以奏效。隨著信息技術的發展及應用,賦予了大學物理教學更多的教學手段,不但改變了教學模式,同時也實現了教學方法創新,信息技術發展對大學物理教學抽象規律的介紹主要表現在以下幾個方面:
1、信息技術使大學物理教學抽象規律的介紹更加容易
信息技術的采用,為大學物理教學抽象規律的介紹提供了有力支撐,使大學物理教學抽象規律的介紹更加容易,滿足了大學物理抽象規律教學需要。
2、信息技術改變了物理教學中抽象規律的教學方法
應用了信息技術之后,物理教學中抽象規律的教學改變了過去單純講解的方法,取而代之的是多媒體技術及方法,對大學物理教學抽象規律的講解促進作用明顯。
3、信息技術提高了物理教學中抽象規律的教學效果
信息技術作為先進的教學方法,對大學物理教學產生了重要影響,特別是為抽象規律的教學提供了有力的支持,保證了抽象規律的教學效果滿足實際需要。
從三類本科學生的物理學習情況來看,普遍對抽象定理的理解存在困難,信息技術的應用對提高學生理解能力,促進學生更好的理解抽象定理具有重要的現實作用。為此,我們應認識到信息技術應用對三類本科學生物理學習的積極影響。
四、信息技術發展增加了大學物理教學信息的傳遞量
以往的傳統教學中,在給學生介紹一些物理前沿、物理學史或物理趣聞等內容時,總是苦于只有一張嘴,無法給學生提供更多的信息資料,在使用多媒體技術后,通過大量的圖片和影像資料,可以向學生提供更多的信息、更多的資料,從而在擴展學生知識面,提高學生學習物理的興趣方面提供了有力的技術保證。
由此可見,信息技術的發展給大學物理教學信息的傳遞提供了有力的支持,其影響具體表現在以下幾個方面:
1、信息技術給大學物理教學信息的傳遞提供了新的方式
信息技術的應用,使得大學物理教學信息的傳遞能夠以新的方式進行,在傳遞效果和傳遞速度上都有明顯提升,改變了大學物理教學信息的傳遞方式,促進了大學物理教學信息的傳遞。
2、信息技術解決了大學物理教學信息的傳遞瓶頸問題
受到傳統受到的限制,大學物理教學信息的傳遞速度和質量難以得到繼續提升。在這一制約下,信息技術的應用給了大學物理教學信息傳遞以有力的支持,保證了大學物理教學信息的快速傳遞。
3、信息技術優化了大學物理教學信息的傳遞過程
信息技術的應用,給大學物理教學信息以全新的模式,使大學物理教學信息能夠在傳輸速度和傳輸質量上都能有明顯的提高,對大學物理教學的促進作用比較明顯。
五、結論
通過本文的分析可知,在大學物理教學過程中,信息技術的發展對大學物理教學的影響非常明顯,只有加深對信息技術的了解,做到正確理解信息技術的內涵,擴大信息技術的應用范圍,才能為大學物理教學提供有力的支持,實現信息技術對大學物理教學的有效支撐。
參考文獻:
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另一方面,隨著信息時代的飛速發展,越來越多的信息技術手段應用于基礎教育領域。本世紀以來,我國各省市許多中學都廣泛開展了信息技術與物理學科整合的課題研究工作,事實證明信息技術已經打破了傳統教學手段的應用界限,廣泛提高了中學生學習的主動性,促進了教學方式方法的重大變革,從而提高了教學質量。因此,我們很有必要探討一下信息技術支撐下的物理教學會對學生科學素質的培養產生什么樣的影響。
一、對學生知識理解的影響
通過本世紀初我國與歐盟15國、美國、日本進行了公眾科學素質比較,我們發現在對科學知識的了解方面中國名列最后,這些數據說明以往傳統的應試教育并沒有提高學生對科學知識的理解。合理利用多媒體計算機技術則可能突破這些問題,因此我國許多地方都廣泛的開展了信息技術與物理學科整合的研究工作。我們應巧妙地使用信息技術為學生創設接近真實的物理情境,激發認知沖突,提供學習資源;形成認知表象,建立理想模型,創設物理情境,通過科學思維形成物理概念;運用物理概念擴展認知,解決實際問題。例如彈簧振子、單擺、機械波等概念歷來是物理教學中的難點,但學生理解起來比較困難,也感到枯燥無味。再比如帶電粒子在復合場中的運動往往是老師費心盡力開展教學活動,而學生仍然感到深奧難懂。我們可以巧妙、合理地使用多媒體計算機,分位置、分時間段的討論分析,使得物理教學生動有趣,補償傳統物理教學中存在的不足之處,更形象、更直觀地揭示物理規律,展示物理分析探討的邏輯過程,從而為學生掌握概念、認識規律打下堅實的基礎。
二、對學生掌握科學方法的影響
物理學在長期的發展過程中形成的科學方法不僅對物理學的研究,而且對整個自然科學的研究都有很大的影響。巴甫洛夫曾說:重要的是科學方法、科學思想的總結,認識一個科學家的思想和方法,遠比認識他的成果價值更大。學生在物理教學中受到科學思維方法的教育遠比掌握物理知識本身更重要。恰當地使用信息技術,把物理學知識作為掌握科學思維方法手段、工具而不是目的,使學生在探索、發現的過程中學習物理學知識,通過物理學知識的學習學會理想化方法、分析綜合法、歸納演繹法、比較、類比法、假說理論構建法等科學思維方法。例如,我們可以合理使用信息技術從大量的生活實際現象中歸納總結出質點、點電荷、點光源、薄透鏡、單擺、勻強電磁場等實物理想化模型,也可以抽象出勻速直線運動、簡諧振動、簡諧波、完全彈性碰撞等過程模型。類似這樣借助于信息技術的理想模型化訓練有助于學生科學方法的掌握。
三、對學生把所學知識應用于日常生活能力的影響
培養學生解決實際問題的能力是科學素質教育的很重要的一個方面,也是近年來國際科學教育的主要目標之一。物理學是一門研究自然規律,探索自然界奧秘的學科。在我們的身邊物理學的應用俯拾即是,很多都可以成為物理學習很好的素材,這是物理學科的一大特點。然而在一個全球化的時代中一個人的身邊的科學教學資源總是非常有限的,如果能夠借助網絡技術和多媒體技術展現遠離學生生活,但卻真實存在的科學資源,一樣會激發學生的興趣,有助于提高學生把知識應用于生活的能力。如果我們能很好地選題,并控制好問題解決的過程,對于提高學生把物理知識與生活實際相結合的能力是大有裨益的。例如日本福島核電站的核泄露事件及其對東京等周遍地區的水污染和蔬菜污染等來引入《核能利用》一節課的教學中,把遠在千里之外的資源拿來讓學生身臨其境的開展學習活動,符合國際物理教育一貫提倡的STS教育理念。只有這樣才可能在學習的過程中激發學生產生情感,體驗到物理學就在自己的身邊,物理是從生活實際來,可以到生活實際中去的學科。
四、對學生探索未知事物能力的影響
任何一個探究過程是由問題來引起的,而每一個問題提出后,就需要采取一些方法和步驟去確定和解決,并通過一定的活動形式表現出來。學生只有在明確了物理問題是什么之后,才有可能有的放矢地去分析解決問題,調動已有的知識、概念,生活經驗,查閱資料,向教師、同學或他人尋求幫助,分析得出結論,形成自己的觀點。這對于發展學生的創造性來講是非常重要的。
例如我們在上電學實驗課時,通常要求電源不能短路,電流表、電壓表接線柱不能借錯,也不能超過量程等。類似的要求其實在一部分程度上扼殺了學生的探索能力,但如果讓學生在真實環境摸索又擔心造成實驗儀器的損壞。采用基于網絡的多媒體計算機教學,實施開放性的實驗操作,既可以保護學生的創新意識,又能把許多傳統實驗做不到的效果再現。如果組裝錯誤會導致實驗不成功,實驗結果自然會促使學生總結操作要領,從而加深了學生探索的興趣,培養了學生實踐的精神。也只有在反復的探索過程中,在多次失敗和成功的經歷中,在經過不斷總結的過程中,學生才會真正發現問題、觀察實驗現象、生活現象,理解現象的本質,冷靜地分析實驗數據,主動地思考,查閱資料,求師問友。有經歷困難的焦慮,有失敗的懊悔,卻毫不氣餒,勇往直前,并獲得努力后的喜悅,這才是對一生所有益的探究能力。
五、對學生科學情感態度的影響
中學物理課程是中學科學教育領域內的一門重要學科,基于多媒體技術和網絡技術,高效地培養學生對科學的良好的情感態度價值觀是物理教學的高級目標。信息技術應用于物理教學時優美的圖片、動畫和視頻等都有助于激發學生的對科學的好奇心和探索的勇氣。利用信息技術再現豐富多彩的物理學發展史,便于學生認識到大部分科學技術的進步都來自于科學家堅持不懈的努力甚至于犧牲了自己的生命,有助于激發學生堅韌不拔的意志品質。網絡技術的應用可以使得學生獲得更多更新的科學技術發展前沿知識,有助于擴展學生對科學的認識,如果結合我們的生活,那將有助于學生理解科學,尊重科學,形成可以受用終生的科學精神。例如類似于尖端的科技成果,如果只是用語言來描述這些科技成果,學生大多會一頭霧水,如果在文字之外,還需要圖片、動畫、錄像、模型、聲音等多種形式進行展示。這些展示手段可以分為照片類、圖解類、海報類、互動游戲類、非互動影像類等,可以很好地激發學生的好奇心,培養對科學的情感,養成實事求是、熱愛科學和探索科學問題的積極態度。
參考文獻:
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為了實現這一教學目的,需要進一步研究物理教學中影響科學素質發展的因素,物理學史教育對于發展學生科學素質影響巨大。一個人的科學素質要素必須建立在對科學及科學發展過程了解的基礎上,才能逐漸形成,這些都與物理學史教育有密切關系。通過物理學史教育,可以培養學生科學的思維方法、創造性的思維能力,激發追求真理、獻身于人類文明進步事業的精神。所以,為了實現現代中學物理教學目的,必須加強物理學史教育。
二、物理學史教育的主要教育功能
物理學史是研究物理學發展歷史的科學,它不僅真實記載描述了物理科學形成發展的歷程,而且解釋與分析了歷程的形成背景與規律,不僅包含物理科學知識體系逐步成熟發展的過程,而且包括科學家們探索追求真理的事實與故事。因此,在學史中蘊藏著科學家――人,研究過程――事,研究成果――知識體系等多方面的教育資源,它對學生的教育價值是巨大的。
1.進行科學方法論教育的功能。物理學史可以提供豐富的物理科學發展的史料,將物理概念、定律的歷史發展過程展現給學生,使之熟悉科學家發現規律的思維過程和科研方法,并從科學家的成功中得到啟示。從長遠意義上講,學生掌握這些內容比學習物理知識、技能更為重要。學生在學習過程中不斷接受科學方法教育,潛移默化地培養科學的思維模式。
2.培養科學意識和科學精神的功能。物理學是研究物質運動一般規律和物質基本結構的科學,是自然科學的重要組成部分,人類只有尊重事實、尊重規律,才能獲得進步。物理學發展史是人類探索自然規律的歷史。通過史料教育學生,可以培養他們實事求是、嚴謹治學的科學意識。
3.進行思想品德教育的功能。在推進素質中,加強思想品德教育是一項重要任務。因此,品德教育應滲透到各科教學中。在物理教學過程中,由于眾多物理學史料中有很多品德教育素材,將品德教育與知識教育有機結合,能夠更好地發揮物理學史的思想品德教育功能。
三、提高物理學史教學質量的途徑
當前,加強物理學史教學在培養學生科學素質方面的作用,已經成為物理教學改革的重要內容之一。為此必須動員物理教師及教材編寫、教法研究等多方面力量相互配合與協作,這是一項十分復雜的工作。下面談幾點建議。
1.加強物理學史學習,提高教師自身素質。發揮教材教育功能的關鍵在教師。同樣,為了有效發揮學史教材的教育功能,物理教師本身也必須具有較高的學史素養,這樣才能在掌握學史知識的基礎上,從認識方法論的角度,把握物理科學的發展軌跡與規律,才能挖掘學史的教育功能。不僅如此,提高學史素質對教師全面理解和把握物理學科的知識體系,提高教學水平,具有長遠的意義。
2.深入研究學史教學的規律,調整學史教學內外關系。學史教學作為一種教學活動,必然有其自身的規律,只有掌握了這些規律,才能自如地進行教學,才能使教學達到預期的目的。學史教學有著多方面的規律,目前需要盡快認識和把握的,我認為有學史教學與知識、技能教學之間的關系;各學史教學內容之間的關系,如科學家故事、科學探索的背景、科學發現過程、方法論等之間的關系;教學中思想品德教育與智育之間的關系等幾個方面。教師對這些關系的認識、協調與處理,既是提高學史教學質量的基礎,又是保證其健康發展的條件。
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(一)教學內容陳舊,所學與所用不搭界:
在知識大爆炸的今天,人類知識的積累已經不再象法拉第、普朗克、愛因斯坦時代,更不是亞里斯多德、伽利略、牛頓時代。假定19世紀的知識更新周期是80~90年,現在已縮短為10年,而某些領先學科更縮短為2~5年,如生命科學。難怪著名物理學家楊振寧、李政道不得不說:"任何一位有名望的科學家,最多只能對他所研究領域的末來發展作出2~3年的預測"。然而,我們目前的物理教學呢?從初中到高中再到大學,基本上是從伽利略到愛因斯坦又從伽利略到愛因斯坦,科學思想基本上是一樣的,如果說非要找出它的不同之處的話,我看只有所用數學工具的深廣程度不一樣。在"應試教育"的驅使下,教師成了播放知識的高音喇叭,學生成了裝知識的口袋,理解不理解不重要,有用無用不知道,一切為了考的需要。
(二)傳統物理教學的內容過于系統化
當前物理教學存在的又一問題,就是教學內容過于系統,學生沒有自由發展的空間和時間。物理學本來就是一門以數學為研究工具、實驗性、系統性、邏輯性、科學性特強的自然學科。它的系統性已經在學科內部結構上充分體現出來了,但教師們一方面迫于"應試教育"的需要,另一方面由于傳統教育影響,在教學中加重了物理教學的系統性。教師要求學生所學的物理學知識面面俱到,一心想用學生機械的記憶,把伽利略、牛頓、愛因斯坦等幾代人、幾個世紀、人類在物理學研究上所取得的成就具為已有。人人都知道這是不可能的,也是不現實的,但是我們很多物理教師就是這樣做的,因為國家的物理教學大綱是這樣要求的,物理教材是這樣編寫的,一年一度的高考、中考要求他們這樣做。物理教學中出現的這種怪現象也是傳統教育思想作用的結果,由于在傳統教育思想的影響下,我們的教師已經習慣了以教師為中心的教學模式,對學生灌輸知識,在物理學上還把知識系統化來加以灌輸,已經成了當今物理教學乃至其它學科教學的一大特點。為此,教師們為了完成知識的系統化積累,不得不對學生進行不停講授,講授物理學中概念、規律、結論、例題、習題,拿考學校作為教師教學、學生學習的動力。學生在教師的領導下,被動地接受教師灌輸的知識。為了強化知識的系統性,有的教師甚至不顧學生身心健康,加大學生學習負擔,一方面把書本上的知識講全、講死、練熟,另一方面大量使用參考書、復印學習資料,搞題海點戰術、背書競賽,學生原有的那點天真、活潑的本性都被這種教育形式抹殺殆盡了。
(三)陳舊教育觀念指導下的物理教學模式
在傳統教育觀念的指導下建立起來的以教師為中心的教學模式,在我國少說已有上百年歷史了,加上幾千年封建社會對我國教育思想的影響,已經把教學模式、教學方法和教學手段變得單一、死板、格式化了。就拿教學過程來說吧,一節物理課,教師"獨霸"講臺,教師講,學生聽;教師寫,學生抄;教師考,學生背以成為目前較常規的教學格式。大家都知道物理學是一門以觀察、實驗為基礎的自然學科,在物理學的產生、建立和發展過程中,物理實驗是歸納物理定律、產生物理假說、建立物理理論、驗證物理成果和推廣物理成果運用的實踐基礎、主要依據和根本手段。然而,就是這樣一種本該以學生為主,充分發揮學生自己動手、動腦的實驗教學過程,已被陳舊的教育觀、教學模式、教學方法和教學手段扭曲得面目全非。有的教師以各種借口(如無設備、設備不好、設備一齊、實驗太費時費事等)改實驗課為講實驗課,發明了一種未取得專利的專利,教師在"黑板上做實驗",學生在"筆記本上抄實驗",考試時"背實驗"的教學怪圈。
二、物理教學改革的核心--創新人才培養
數落物理教學中存在的諸多弊端,一、不是否定傳統教育(包括"應試教育")為我國教育事業在一定時期所作的貢獻和產生的巨大作用。二、不想中傷教師們為發展我國物理學事業在教學上努力工作的積極性。但不得不說,傳統教育的使命已經完成,物理教學已經到了非改革不可的程度。那么,以什么為依據改?改什么?怎樣改?這些問題就成為每一位物理教師都必須面對、思考和解決的問題。
(一)人本主義學習理論是改革物理教學的理論基礎
回顧近百年來世界教育的發展,不難看出經歷了三個階段:①20世紀三、四十年代,人們認為:教育就是為了讓人們更好地繼承前人的知識與經驗所進行的一系列社會活動,由此產生了教學就是傳授知識的重要環節,把知識的傳授看得很重,建立了很多以傳授知識為主體、教師為中心的教學模式。②20世紀五、六十年代,由于前蘇聯人造衛星的上天、科學技術突飛猛進的發展,沉重地擊醒了美國人對教育的反思,從反思中認識到,教育不能只停留在繼承前人的知識和經驗上,而應該發展到讓人們學會學習,提倡教學中,教學生方法比教學生知識更重要的觀點。③20世紀末,由于科學技術的高速發展,特別是計算機、因特網等信息產品對人類社會的影響,標志著人類社會已從工業社會向信息社會邁進。但科學技術的發展也對教育提出了嚴峻的挑戰,科學技術向何處去?就成為人類關心的大事了。因此各國政府都對本國的教育提出了改革方案,指導各自國家的教育改革,我國以現代教育觀念為依托,提出了"素質教育"理念,它的核心是培養出新一代的創新人才。
早在20世紀五、六十年代,以美國學者羅杰斯為代表的一大心理學學派,在西方哲學的基礎上,從心理學的角度,提出了人本主義學習理論。這一理論強調人的尊嚴和價值,認為學習是個人自主發起的,使個人整體投入其中并產生全面變化的活動。主張心理學要研究對人和社會的進步有意義的問題,針對學習中的教學問題提出:
(1)在教學目標上,強調學生的個性與創造性。
(2)在課程內容上,強調以人為本,學生的直接經驗。
(3)在教學方法上,主張以學生為中心,放手讓學生自我選擇、自我發展。
(4)學習方式上,主張學生主動參與,教師給學生更多的時間和更大的空間。
人本主義學習理論認為:教育的任務在于幫助人們滿足"自我實現"這個最高的需要。把"自我實現"看成是促使人生長和發展的最大內在驅動力,甚至是推動社會前進的動力。在教學形式上強調課堂教學與實際生活統一;在教學內容上強調外在的科學知識與內在的經驗和情感的統一,主張發展學生的個性,充分調動學生學習的內在動機,并要求創造和諧融洽的教學人際關系。同時人本主義學習理論揭示了學習的本質。認為學習是個人自主發起的、使個人整體投入其中并產生全面變化的活動。人本主義學習理論有如下特點:
(1)學習的自主性。即學習是個人主動發起的(不是被動地等待剌激),學習者內在的思維和情感活動極為重要。
(2)學習的全面性。即個人對學習的整體投入不僅涉及認知方面,還涉及情感、行為、個性等方面。
(3)學習的滲透性。即學習不單是對認知領域產生影響,而且對行為、態度、情感等多方面發生作用。
從以上這些觀點,不難看出,人本主義學習理論無疑對克服物理學中傳統教學重視社會功能,忽視了學生的個性發展、能力培養和非智力因素不夠等弊病,具有啟迪作用和積極的意義。把人本主義學習理論,用來指導當前我國物理教學的改革,理由是充分的,條件是成熟的;但有一點是必須注意的,那就是東、西方文化背景的差異,對在西方文化背景下產生、發展起來的人本主義學習理論我們必須以批判的態度吸收利用。
(二)物理教學改革的核心是培養創新人才
形勢要求我們創新,時代在呼喚創新人才。那么,什么是"創新"和"創新人才"呢?"創新"是指能為人類社會的文明與進步創造出有價值的、前所未有的全新物質產品或精神產品。所謂"創新人才"是指具有創新意識、創新思維和創新能力的人才,而其核心是創新思維。因為創新思維是創新意識、創新能力的基礎與核心,所以,我們要培養物理學的創新人才,就必須緊緊抓住創新思維這一要旨,來研究在物理教學中如何培養學生的創新思維問題。事實上,創新思維是一個復雜的心理學、神經生理學問題,根據最新研究成果表明:創新思維結構是由發散思維、形象思維、邏輯思維、辯證思維和橫縱思維等六個要素組成。在人們進行創造性勞動中,創新思維的六個要素并非互不相關、彼此孤立地拼湊在一起,也不是平行并列地、不分主次地結合在一起,而是按照一定的分工,彼此相互配合,各自發揮自已不同的作用。在構成創新思維的過程中:
(1)發散思維。構成思維的一個指針,用于解決思維的方向性。
(2)辯證思維和橫縱思維。構成思維的兩條策略,提供宏觀的哲學指導和微觀的心理加工。
(3)形象思維、直覺思維和邏輯思維。構成創新思維過程的主體。
這就是創新思維和創新思維各要素的關系,當前物理教學改革的目標,就是要通過對傳統教學的改革,實現在物理教學中對學生創新思維、創新意識和創新能力的培養。那么,我們怎樣用人本主義學習理論來指導物理教學的改革,使之達到這一目標呢?我認為:物理教學必須重視對學生進行如下五個方面的培養,才算真正實現了物理教學的改革。
1、物理教學要重視學生發散思維的培養
傳統的物理教學,由于是建立在以教師為中心的教學模式上,它只強調聚合思維(集中思維、求同思維、正向思維),而不講發散思維(分散思維、求異思維、逆向思維),正如前面分析的那樣,教師對學生單向講授知識,把學生當作知識灌輸對象,根本沒有培養學生發散思維的時間、空間和教學環境。然而,人本主義學習理論就不同了,它要求建立以學生為中心的教學模式,教師在教學中知識傳導是雙向的,學生自由學習的時間和空間都有了較大的變化。這從根本上改變了傳統的物理教學環境,為學生發散思維的培養創造了良好的條件。
例如:(1)當學生們學習到奧斯特的發現,電能生磁這一物理事實的時候,由于發散思維的作用,就可能想到既然電能生磁,反過來磁能不能生電呢?這不就是法拉第苦心研究11年,所得的電磁感應定律嗎?
通過教師用人本主義學習理論作指導,對物理教學進行合理的教學設計,放手讓學生自主學習,這種從奧斯特到法拉第式的學習情境是能實現的。
2、物理教學要重視學生直覺思維的培養
物理學中直覺思維是十非重要的,它有三方面的特征:①是對事物之間關系(即內在聯系)的整體把握。②是直覺思維的瞬時性。③偶然性和不可靠性(靈感或頓悟)。在傳統物理教學中,由于學生是被動的知識接受者,對知識是無選擇的,他們忙于完成教師按排的教學任務,死記硬背那些只對"考試"有用的知識條款。那有時間和空間去直覺什么?思維什么?如果換成人本主義學習理論來指導我們物理教學,情況就不一樣了,因為人本主義學習理論強調學習的自主性,主張自我發現、自我選擇,這對發展學生的直覺思維是有幫助的。
例如:(2)類似于阿基米德用直覺思維發現"阿基米德浮力定理"這一現象在我們學生的學習過程中出現。分析一下阿基米德的發現,不難看出:阿基米德是在自主地思考一個問題:不規則皇冠的體積怎樣測量的前提下,在洗澡時,觀察到浴盆中水面升高,實發靈感,成功地完成了不規則物體體積的測量,進而發現了阿基米德浮力定理。
從中可以得出,直覺思維不是憑空而來的毫無根據的主觀臆斷,而是思維者在豐富的實踐經驗和寬厚的知識(有選擇的知識)積累基礎之上,運用直觀透視和空間整合方法所作出的直覺判斷。在傳統物理教學中是不能充分培養學生這一思維能力的,只有在以人本主義學習理論為指導,建立起來的現代教學模式下,才有希望充分培養學生在物理學中的直覺思維能力。
3、物理教學要重視學生形象思維的培養
形象思維不同于直覺思維,形象思維強調聯想、想象和幻想,這種聯想與想象來源于對客體表象的分析、綜合、抽象和概括。凡是創新性活動,在活動進行到關鍵的時候,突破性進展主要就是靠形象思維來實現的。
例如:(3)"推一個物體的力不再去推它時,原來運動的物體便歸于靜止"。這是亞里士多德至高無上的權威論斷,使人們兩千多年不能超越這一似是而非的觀念,只有伽利略用形象思維的方法想到:假若有人在平路上推一輛小車,如果突然松手停止推車,小車還會繼續前進一小段距離。進一步用大家都熟悉的伽利略"理想斜面實驗"否定了亞里士多德觀點,還科學一個清白。同樣,牛頓通過對伽利略、開普勒等人工作的分析、綜合、抽象和概括,建立了物理學中的牛頓力學理論。
在傳統物理教學中,由于教學過程是單一的,不能充分利用各種學習資源,學生對教師講的、教科書上寫的,認為天經地義的真理。難怪會出現,學生不聽家長,也不聽同學的,只聽教師的,一但遇到有爭議的問題,回答你的肯定是"老師說的"(在小學生中最普遍)。但在人本主義學習理論指導下,產生的教學模式就不同了,學習是學生自主的、知識是建立在學生直接經驗基礎上的,它是學生對大量學習資源進行分析、綜合、抽象和概括的結果,學生所學習到的東西是從正、反兩個方面對事物的認識中選擇出來的,不會產生迷信教師、迷信書本和迷信權威的思想,這對培養學生的形象思維是很有用的。
4、物理教學要重視學生邏輯思維的培養
邏輯思維一直是人們認為十分重要的思維形式,只有邏輯思維能揭示事物的本質和事物之間的內在聯系與規律,它是人們對客觀事物認識由感性提升到理性的高級思維方式。傳統教學中,這種思維是得到重視的。但人本主義學習理論不排斥對學生邏輯思維的培養,只是不那么過分強調學生的邏輯思維罷了,這不正是物理教學改革所需要的嗎?
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隨著科學技術的不斷發展及改革開放的不斷深入,我國的教育水平也在不斷提高。新時代和新的教學目標都對授課老師提出了更高要求[1]。物理學科具有其自身的特殊性質,它不同于語文、政治、歷史等文科性學科,物理學科要求學生具備更強的抽象思維能力和更廣闊的想象空間,能夠根據現實中的實際情況進行合理聯想和思考,高中物理對學生聯系現實生活的實際能力作出了更高要求。因此根據物理學科的特點,高中物理教學應該打破傳統的教學模式,將生活實際與物理學科合理地聯系起來,一方面提高學生的學習興趣,另一方面提高學生學習效率。
2.生活中的物理現象融入高中物理教學中的重要意義
2.1提高學生的學習積極性
物理學科有其自身的特殊性質,它不同于普通的文科知識,因此完全靠學生死記硬背是沒有任何效果的[2]。并且專家學者指出高中物理比較抽象,但是只要能夠合理地根據現實生活中的事件進行合理聯想,將生活中的物理現象融入高中物理學習中,物理學習就不會那么吃力了。物理屬于理科,如果在平時的授課過程中,老師還是遵從傳統的教學方法,只是讓學生單純掌握課本理論知識,而不結合生活中的物理現象,那么就會嚴重挫傷學生的學習積極性,長此以往學生對物理學習會失去興趣,加之物理成績不理想,就會漸漸放棄對物理課程的學習。單純的理論知識是十分枯燥乏味的,學生難以集中自己的注意力,提高學習效率更是無從談起。但是根據教學實踐,我們驚喜地發現,如果高中物理教師能夠在平時的授課過程中將現實生活中的物理現象合理地融入高中物理教學過程中,就會提高學生的學習興趣。學生就會跟著老師的步伐進行系統學習,加上一些典型例題的練習,學生很快就會掌握抽象的物理知識,學習成績也會不斷提高。因此實踐證明,教師將生活中的物理現象融入平時的高中物理教學中會提高學生的學習積極性,從而提高學生的學習成績。
2.2鍛煉學生的實際綜合能力
當下社會,需要的是綜合能力強的人才,如果只是單純地掌握某個領域的知識,不能根據實際情況進行合理變通,這樣的人最終只能被社會淘汰。因此國家大力提倡素質教育,就是要求將學生培養成為綜合能力強的創新型人才。讓高中生觀察現實生活中的物理現象可以鍛煉學生的觀察能力,很多時候物理學習需要進行實際操作,因此在培養觀察能力的同時學生的操作能力也得到了不同程度的提高。高中物理需要學生具備更高的思維能力,單純的思維能力還遠遠不夠,還需要將自己的創新能力融入其中,這樣才可以達到事半功倍的效果。因此如果授課老師能夠根據學生的實際情況將現實生活中的物理現象融入平時的高中物理教學過程中,就能大大提高學生的實際綜合能力,一方面有助于學生提高學習效率,另一方面可以充分發揮物理知識的實際運用性。
3.應用生活中的物理現象強化高中教物理教學的方法
3.1實際與理論有機結合
馬克思指出,所有理論如果不能結合實際來談,那么都是空洞的、乏味的、毫無意義的[3]。因此授課老師在平時的授課過程中應該充分地將課本上的理論知識和現實生活中實際情況相結合。高中物理教材中的理論知識大多都可以和現實生活中的某些物理現象有機結合,所以高中物理老師應該改變傳統的教學方法,將生活和教材中乏味的理論知識巧妙結合起來。以這樣的方法加深學生印象,提高對某個物理知識的理解程度,為了強化教學效果,老師可以通過實驗進行具體演示。比如老師在講授質量與速度的關系的時候,可以先提問同學:如果現在有兩個人,一個人的手里拿的是羽毛,另一個人手里拿的是鐵球,現在不考慮任何其他的因素,將兩個物體同一時間從十八層高樓扔下,哪個物體會先落下呢?由于思維定勢,大部分學生都會認為是鐵球先落下。根據學生的猜想,老師可以借助物理實驗,排除風和其他外界因素的干擾,這樣就可以得出實際上兩個物體是同時下落的結論。因此通過實際與理論相結合的方法可以有效提高學生學習效率,在課堂上營造良好的學習氛圍,應該大力提倡。
3.2師生共同協作
生活中的實際經驗告訴我們很多物理現象是非常神奇的,甚至是匪夷所思的。高中生大部分都是年齡在十五六歲的青少年,有強烈的好奇心和求知欲。根據此階段學生的生理和心理特征,物理老師應該合理闡釋現實生活中物理現象的成因和過程,要將物理課堂和物理現象有機結合。比如,老師在上課之前,先對與之有關的物理材料進行講解,讓學生利用課下時間進行準備,然后在課堂上老師將學生分成若干個小組,在老師指導下,師生共同完成一場物理實驗,在物理實驗過程中可以增強學生的學習效果,讓每個學生都充分參與到實驗過程中,并且可以增進老師和學生之間的感情。
4.結語
高中物理由于學科自身的特點與文科的學習有十分明顯的區別。在新課改的要求下,高中教師應該根據實際情況將現實生活中的物理現象與高中物理知識有機結合,充分尊重學生主體地位,根據實際的教學效果及時改變教學方法,從而提高學生學習積極性,提高學生的綜合素質。我們相信,在多方努力下,高中物理教學一定會變得更生動有趣。
參考文獻:
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1、 理論知識聯系生活實際
在學習的過程中我們都會有這樣的技巧:碰到難以理解的知識的時候就會去聯想生活中的相關生活經驗,用生活經驗來協助我們對知識的理解。比如在學習浮力知識的時候,針對很多同學將物體的質量與浮力聯系在一起的時候,我們就可以用一些生活中的案例來幫助他們解答。浮力就是排水量的大小,比如在一盆水中,一大塊泡沫所受的浮力就比一小塊泡沫受到的浮力大,通過用手按壓我們就能夠很明顯的感受出來。另外我們在游泳池的時候也能夠感受到浮力大小的變化:人由深水區走向淺水區的時候,自身在水中的體積越來越小,受到水的浮力也越來越小,所以人體對池底的壓力就越來越大,就導致腳底對池底的壓強的增大,腳會感覺到不舒服……只要將生活中的知識有效的運用到物理學習中,就能夠收到很好的學習效果。
2、 實驗內容聯系生活實際
實驗是物理學習過程中一項不可缺少的項目,但是在很多同學看來,實驗是一種比較神秘、高端的學習項目,也導致很多同學在實驗的過程中不能有效的發揮。其實實驗是比較簡單的,對于一些實驗,我們就可以與生活實際相聯系,來感受實驗的效果。比如在“壓力作用的效果跟那些因素有關”的實驗中可利用一端削尖的鉛筆,讓大家用大拇指和食指夾住鉛筆同時用力,由凹陷程度的不同學生很容易的便得出“當壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用越明顯”的結論;再如在做驗證“大氣壓強”存在的實驗中,我們就可以聯系常用的“拔火罐”來證明大氣壓強的存在。這樣利用學生身邊的小事來說明物理上的問題,簡便易行,同時引起同學們的學習興趣。
3、 思維模式聯系生活實際
前面我們提到,物理是一項理學科目,所以對于我們的邏輯思維能力要求較高,但是在實際學習中,我們又很難進行理解,這就需要我們能夠借助生活中的一些思維模式進行知識的理解、記憶。比如串聯和并聯,通過生活中常見的一些家用電器、閃光彩燈我們就會有很明確的認識。
二、 在現實生活中也要善于發現物理現象
我們知道,物理知識與生活實際是一個相輔相成的統一體,通過生活實踐我們能夠更好的理解物理知識,同時我們學習物理知識的目的也是為了能夠更好的進行實用。所以在學習之余養成良好的運用習慣也是十分重要的。這就要求我們能夠堅持“學以致用”的觀念,在學習之后及時的去尋找生活相關案例,總結一些常見規律,同時也要養成良好的鉆研習慣:
1、 在學習之后去生活中尋找案例
《論語》中說“學而時習之,不亦說乎”,學習一項本領、一個技能、一種知識,然后不斷的、周而復始的去在實踐行動中去驗證他,不是一件很愉悅的事情嗎?通過不斷的溫習、實踐之后還會有新的發現,也會不斷的提升自身的能力。所以在學習之后我們要養成良好的溫習習慣,當然溫習不僅僅是參照課本,而且還可以進行一些實際生活中的發現、探索,來加強自身對于知識的理解程度。例如在學習運動和靜止的相對性后,我們就可以在坐汽車時,在車上觀察并排的車的運動情況,體驗由于運動的相對性而帶來的神奇的現象,并在開車和剎車時體驗由于慣性使人體向后倒和向前傾的現象。另外自行車是同學們的重要交通工具,對它非常了解,它哪些地方存在摩擦?哪些是有益的?哪些是有害的?都是用什么方法增大和減小的?同學們都有這方面的親身體驗,對學習摩擦的有關知識幫助甚大。只要在學習之余我們進行相關的思考、探索,相信就會收到更好的學習效果。
2、 善于總結生活現象的規律
在我們生活中的一些現象與物理知識緊密相連的,例如:電飯堡煮飯、電炒鍋煮菜、電水壺燒開水是利用電能轉化為內能,都是利用熱傳遞煮飯、煮菜、燒開水的。電風扇利用電能轉化為機械能,利用空氣對流進行空氣變換。電飯煲、電炒鍋、電水壺的三腳插頭,插入三孔插座,而且要接地是為了防止用電器漏電和觸電事故的發生。廚房的爐灶是將化學能轉化為內能,即燃料燃燒放出熱量。電水壺的壺嘴與壺肚構成連通器,水面總是相平的。菜刀的刀刃薄是為了減小受力面積,增大壓強。菜刀柄、鍋鏟柄、電水壺把手有凸凹花紋,使接觸面粗糙,增大摩擦?;痃P送煤時,是利用煤的慣性將煤送入火爐。往保溫瓶里倒開水,根據聲音知水量高低,由于水量增多,空氣柱的長度減小,振動頻率增大,音調升高。磨菜刀時要不斷澆水,是因為菜刀與石頭摩擦做功產生熱使刀的內能增加,溫度升高,刀口硬度變小,刀口不鋒利,澆水是利用熱傳遞使菜刀內能減小,溫度降低,不會升至過高。利用以上事例進行探究學習,我們就不會感到物理是神秘的,不僅可以產生對物理學習的興趣,還能夠利用這些案例來驗證我們學習的知識、豐富我們的學習生活,
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力學部分作為高中物理教材中的重點內容,其題型涉及面廣,解題公式相對來說也比較復雜、困難,若想提高此章節的教學質量,就需將圖像法的解題技巧貫穿于整個高中物理力學教學中。本文主要運用圖像截距、斜率、面積的物理意義來詳細解析有關物理力學方面的問題。
1. 圖像的截距應用。截距是指圖線與縱、橫兩坐標軸的交點到起始原點之間的距離。截距實際上也可以看作是一種數學概念,用數學函數的方式表達出來為:圖線與x、y軸的交點是(a,0),(0,b),其中a叫圖線在x軸上的截距;b叫圖線在y軸上的截距,不過截距相對于物體的位移和距離來說,有很大區別,截距的數值可以是正數、負數、甚至可以為零,它代表的是一種實際數值的形式。例如:一位蹦床運動員僅在豎直方向上運動,彈簧床對運動員的彈力F的大小隨時間t的變化規律通過傳感器用計算機繪制出來,如圖所示,重力加速度g取10m,試結合圖象,求運動員在運動過程中的最大加速度。
【解析】對圖象中直線在縱軸上的截距所顯示出的物理意義進行分析,可得知以下結論:運動員的重力為mg=500N,彈簧床對運動員的最大彈力為Fm=2500N;根據以上得出的結果,運用高中物理學中牛頓第二的定律可得出:F-mg=ma,再依據推出的m數值,則計算出運動員的最大加速度為a=40m。
2. 圖像的斜率應用。斜率,亦稱“角系數”,表示一條直線相對于橫坐標軸的傾斜程度,即一條直線與某平面直角坐標系橫坐標軸正半軸方向的夾角的正切值即該直線相對于該坐標系的斜率。在數學教學中,人們常用圖像的斜率來表示函數的實際變化狀況,這些反應在物理上則表示一個物理量對另一個物理量的變化率,由此不難得出圖像斜率在表示另一個物理量值中占有極大的幼師。如在眾所周知的力學s-t圖像中,其斜率是指速度隨時間變化的整個過程;而v-t圖像中,該斜率則是指加速度隨時間變化的狀況。由此可見,斜率與其所對應的物理量值有著正比關系,即物理量值越大,斜率越大。需要主要的是,若斜率表現的是物理量的矢量,那么其正負值反應的將是坐標軸的方向,并非大小。例如:如圖所示,兩個光滑斜面的總長度相等、高度也相等,質量相等的a、b球分別從頂端無初速度下滑,若b球在圖中轉折點無能量損耗,則( ).
A.兩球同時落地
B.b球先落地
C.a球先落地 D.無法確定
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學生在財務管理中學習理財知識,應依照不用學習階段展開有針對性學習,尤其是教學內容的設置與選取,通過運用綜合性、多樣化教學方法提升學生的理財能力。例如:案例、情境等多種現代化教學方法,在講解理財工具時需以財務管理的專業理論為主要教學內容,價值對應案例的輔助,運用具體的案例去分析、討論以及展示各項理財決策方法以及可行性技術,進而加深了財務管理在理論上的認知。由于學生的學習出于封閉式學校環境當中,就要求學生必須在教師事先人為設定好的教學情境中進行理財知識的學習,導致學生無法更融洽的實現知識、應用的轉化,最終出現了不能學以致用的教學局面。所以,針對財務管理專業知識、理財思想學習過程中,應做到高質量的學習全方位提升理財思想觀念。
(三)運用網絡信息創造出新的理財環境
由于財務管理的教學需要借助網絡信息的大環境去創新理財環境,同時理財教育的落實與深入需要教師注重提升學生在信息化、網絡化時代對商業營銷進行辨別與判斷的綜合性能力,有利于學生在消費中具備抵制誘惑能力。由于信用卡產業等理財消費觀念的興起與推廣,學生在消費方面提升了支出的額度,經常產生非理性的一系列消費行為或活動。作為正處在世界觀、人生觀形成與轉變的學生時期,容易受外界環境所影響與誘惑,不斷激發他們產生眾多消費心理,同時為自身經濟狀況的合理支配造成負擔與壓力。因而,需要通過引導他們轉變理財觀念去正確理財,運用網絡信息創造一些新的理財環境,才能運用科學化的理財決策去戰勝學生非理性的消費行為。
(四)協助學生正確樹立起理財思想
財務管理最重要的兩個觀念即資金的時間價值、風險收益間的重要關系等,同時又是實現理財投資的兩大重要原則。部分學生在認知資金的時間價值方面,片面認為儲蓄存在不合理性;在認知風險收益關系方面,可將自身的余錢投于股票市場中,風險越高獲取的收益本應越高,但由于沒有掌控投資市場的相關知識,知識高風險的投資并沒有顯著回報。因此,需要運用財務管理知識的學習,令學生剔除掉傳統錯誤的理財思想,并將學習的財務管理原理運用至實際的理財活動中,學會正確、合理理財的方法掌控自身資金投資狀況,有利于在風險與收益間構建安全的防火墻。與此同時,學生應該提升自身理財智商,培養與樹立起科學、正確的理財思想及觀念,從而培養出高質量的理財思想和習慣。
(五)增設理財的訓練與操作教學
學生的理財能力在實訓方面學校應該增設相應的實訓操作,運用財務管理的教學令學生在課上掌握已學的理財知識與方法,而通過理財實訓能夠增強學生的理財實踐能力。例如:運用WPS中EXCEL軟件解決財務管理在計算方面的復雜問題,同時也鍛煉了學生的計算機應用能力。針對理財思想的教學板塊,運用手機、互聯網等進行處理是最佳方式。首先訪問新浪網址獲取財經資訊等,并選擇學生自身熱愛的財務公司等,而后使用手機邊界工具去查看該公司在市場中的股票信息,價值自身認知與評價展開激烈式討論。最終運用軟件將該公司季度股票跌漲趨勢做成表格與圖表,計算出整體投資的理財收益,間接提升了學生在理財方面的綜合運用能力。
(六)將實訓教學、移動學習進行密切結合
在二十一世界財務管理的教學中,實施移動式教育令學生具有移動學習機會是當代教學特點之一。而移動教育主要運用便攜式移動網絡環境、多媒體等教學新技術,去靈活、多變的去實現教學實訓活動,巧妙與移動學習密切結合起來。其中部分實訓的重要環節,需要教師充分運用移動教育的資源,把電子教學文檔以文本、視頻等形式組合在一起,學生最大想程度實現了移動學習,可通過手機等及時查詢、檢索以及共享等,該種方式解決了受傳統學習模式、環境等多種因素的限制,在學習時間上得到了延續、在空間上得到了拓展,還消除了對理財交流的障礙,令理財學習的模式變得簡單化,展現了學生學習的自主性、獨立性等,因此有必要將實訓教學、移動學習結合起來,轉變與提升學生的理財思想及能力。
三、總結
通過對財務管理在教學中對學生理財思想產生的主要影響分析,體現在理清風險、收益在理論上的基本關系,以及強調學生自身的資金、時間價值在理論上的基本思想等。而后通過提升學生自身對理財的關注程度、運用多樣化教學方法、創造理財新環境、增設實訓操作等教學以及結合移動學習多項可行性對策,去全方位、多角度去提升學生自身對理財的認知,轉變理財思想,并將在教學中學習的財務管理專業知識運用在實際理財行為活動中,獲取更多個人理財收益。
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(一)新課程標準重視科學探究,強調過程和方法的學習,科學探究是和科學內容并列的,在新課程標準中,對科學探究能力中猜想與假設環節有這樣的基本要求:嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想,對探究的方向和可能出現的實驗結果進行推測與假設,認識猜想與假設在科學探究中的重要性。
(二)從教育的目標來看,中學物理教學,不僅僅是把物理知識傳授給學生,更重要的是要讓學生掌握學習物理的方法,培養學生學習物理的興趣,使他們擁有敏捷的物理思維。
(三)培養學生的猜想能力有助于培養學生的創新能力,有利于激活學生的思維,有利于培養學生學習物理的興趣。牛頓曾說過:“沒有大膽的猜想,就做不出偉大的發現”,物理學史上很多偉大的發明和發現都是源于猜想,可見猜想的重要性。
下面談談筆者在培養學生猜想能力方面采取的一些方法。
二、培養學生物理學習中猜想能力的方法
(一)鼓勵學生勇于猜想。在傳統教學中,教師習慣用講授式教學,以教師“滿堂灌”為主,學生被動地接受學習,學生的主動學習得不到發揮,想象力受到了約束,學生往往不敢去猜,他們習慣了去等老師教授正確的結論,也擔心自己猜錯了受到老師及同學們的嘲笑。這時,就需要教師進行正確的引導,鼓勵學生大膽猜想,一旦學生提出有意義的合理的猜想,教師要及時表揚,如果學生提出了錯誤的猜想,教師也要及時講評并肯定學生的積極態度,給學生發揮想象、參與課堂教學、提出合理猜想提供一個積極的氛圍。
(二)引導學生學會正確的猜想方法。在課堂教學中,教師放手讓學生猜想,可能會遇到兩種尷尬的局面,一是學生怎么猜也猜不到點子上,二是學生的猜想漫無邊際,導致課堂教學效率大大降低,那么怎樣避免這兩種情況的發生,從而營造一個高效的物理課堂呢?筆者在教學實踐中進行了一些嘗試。
1.利用實驗引導學生猜想。
如在學習探究影響液體內部壓強大小的因素時,在猜想之前筆者讓學生在一次性塑料杯子的底部和側壁等高處扎幾個小孔,然后把杯子按入水中不同深度,學生驚奇地發現杯子越深,水從杯底的小孔噴的越高,而同一深度水從側壁四周的小孔噴出的遠近差不多,通過這個直觀的現象學生很容易猜想出液體內部向各個方向都有壓強,并且深度越深壓強越大。再比如在學習探究影響浮力大小的因素時,在猜想前讓學生把一個皮球慢慢按入水中,體會手的感覺,學生感到球浸入的越深,球對手的壓迫感越強烈,通過這個現象引導學生猜想出浮力大小與被物體排開液體的體積有關。在課堂教學的有限時間里,借助于簡單得演示實驗進行引導,學生的猜想有了明確的指向性,就能做到有的放矢,有助于學生學習任務的順利完成。
2.利用推理分析法引導學生猜想。
如在學習探究影響電磁鐵磁性強弱的因素時,筆者引導學生討論:假設通過電磁鐵的電流由1A增加到2A,電磁鐵的磁性會怎樣?學生推理:導線中的2A電流是兩股1A電流匯合而成的,每股電流都產生一個磁場,兩個相同磁場疊加在一起,電磁鐵的磁性增強了。如果電磁鐵的電流不變,線圈由50匝增加到100匝,它的磁性又會怎樣?學生在剛才的基礎上推理出:100匝線圈是由兩組50匝線圈組合而成的,每組線圈都產生一個磁場,兩個相同磁場疊加在一起,電磁鐵的磁性增強了。再比如在學習探究物體的浮沉條件時,筆者引導學生從二力平衡的角度推理分析:物體上浮是因為浮力大于重力,物體下沉是因為浮力小于重力,物體懸浮或漂浮是因為浮力等于重力。利用推理分析法可以盡量避免學生漫無邊際的猜想,同時有助于鍛煉學生的思維能力。
3.利用生活經驗引導學生猜想。
如在學習探究影響液體蒸發快慢的因素時,筆者讓學生回想要把濕衣服盡快晾干應該怎樣做?學生立刻回答:把衣服放在通風處,陽光下,同時盡量把衣服攤開。引導學生猜想液體蒸發快慢可能和液體溫度,液體表面積,液體上方空氣流動的快慢等因素有關。又如在學習探究影響動能大小的因素時,引導學生討論發生交通事故時,以相同速度行駛的大卡車和小汽車造成的后果哪個嚴重?相同質量的小汽車快速和慢速行駛時造成的后果哪個更嚴重?學生馬上猜想物體動能的大小可能和物體的質量與速度有關。再如在猜想電流通過導體產生的熱量與電阻的關系,引導學生回想用電熱水壺燒水時,電熱絲熱得發燙,可與它串聯的導線卻不怎么熱,學生馬上猜想電熱和導線的電阻有關。物理源于生活,老師應該引導學生注意觀察發生在身邊的物理現象,讓學生感知物理就在我們身邊,把枯燥的物理問題附以生活背景,使其具有生命力,把學生吸引過來,從而激發學生學習物理的興趣。
4.利用類比法引導學生猜想。
如在學習探究通過導體的電流與導體兩端的電壓和導體電阻的關系時,筆者引導學生和通過水管中的水流進行類比,引導學生分析,水流要大,首先水管兩端水壓要大,同時水管對水流的阻礙要小,即水管要粗點。從而引導學生猜想導體兩端的電壓越大,導體的電阻越小,通過導體的電流越大。再如在探究影響導體電阻大小的因素時,筆者引導學生用走鋼絲類比分析,鋼絲細容易通過還是粗容易通過,鋼絲長容易通過還是短容易通過,學生由此猜想導體的橫截面積越大,電阻越小,導體越短,電阻越小。利用類比的思想,可以使抽象的問題變得形象化,讓學生更容易理解,使學生能做出更準確合理的猜想。