利用TIPSCOPE显微技术培养学生取证能力--以“改进布朗运动演示实验”为例

2021年第1期
教育与装备研究
技术前沿
利用TIPSCOPE 显微技术培养学生取证能力
以 改进布朗运动演示实验 为例
田㊀川
摘㊀要:将一款小巧便捷的手机便贴式显微镜TIPSCOPE 应用在高中物理布朗运动一节教学中,通过可视化的实验创新技术,培养学生在实验探究中的取证能力㊂关键词:布朗运动;TIPSCOPE ;取证能力;科学探究;实验改进田川,重庆市第八中学校,一级教师㊂本文为重庆市普通高中教育教学改革研究课题 基于物理学科核心素养的教学实践研究 (课题批准号:2019CQJWGZ3037)和重庆市教育科学 十三五 规划课题 基于科学思维的教学策略研究 (课题批准号:2019-07-639)以及重庆市中学物理重点学科建设子项目 信息技术与物理教学深度融合研究 的阶段性研究成果㊂
㊀㊀‘普通高中物理课程标准(2017年版)“在实施建议一章中明确提出用数字技术解决一些用常规方法难以实现的疑难实验问题;利用手机等信息技术工具便捷地解决某些物理学习问题[1]㊂胡卫平[2]认为科学探究中的证据要素是指能通过观察㊁调查和实验等方式获取证据;
内蒙古民族高等专科学校
掌握课程标准要求的实验器材的使用㊁实验方案的设计和数据的收集;以图形或表格等多种方式呈现收集到的证据㊂黄恕伯在题为‘基于提升核心素养的中学物理实验创新“的讲座中阐述了 问题㊁证据㊁解释㊁交流 等四个要素在科学探究中的作用,并指出当前一线教学对学生取证能力的培养还略显不足
㊂图1
TIPSCOPE 是一款小巧便
捷的显微镜,背面有一圈配套的粘胶(还有备用的十几个粘胶贴片),使用时直接粘在手机的镜头上,如图1所示㊂使用时无需再额外下载APP,开
启手机的照相界面,手机屏幕便直接显示显微画面,操作非常方便,其价格仅仅一百元左右㊂下文以布朗运动为例,阐述应用该设备培养学生在实验设计中的取证能力的体会,指出将其应用到物理教学中的可行性㊂
㊀㊀一㊁让学生亲眼看到布朗运动《艋舺》
布朗运动 是高中物理热学部分的一个
教学难点,一是因为初中物理没有涉及,学生没有概念上的准备;二是因为概念抽象,没有相应的可视化手段,即使教师讲授后,不少学生仍然难以理解㊂
为了顺应概念的建立,传统教学常常使用FLASH 动画来模拟布朗运动,帮助学生理解㊂然而,使用播放动画的方式替代真实的演示实验,不利于核心素养科学探究中的 证据 要素的培养[3]㊂因此,布朗运动教学遇到的第一个困难是如何亲眼看到 布朗粒子 ㊂
针对以上困难,文献[4]提出使用一种昂贵
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的数码生物显微镜㊂然而,成套的数码生物显微镜不是每所学校都会有,就算有,套数也不多㊂因此,在实际的班级授课中,该方案在推广上将会受到一定的限制㊂
解决的简便办法就是使用TIPSCOPE 手机便帖式显微镜㊂在手机上安装 西沃授课助手 ,使用手机与教室大屏幕电视的同屏功能,就可以让学生一睹 布朗运动 的真容㊂如图2所示在讲台上摆放铁架台,安上夹子,夹住一块玻璃片,调节玻璃片至水平㊂调制一小滴悬浊液滴到玻璃片上,将贴有TIPSCOPE 的手机对准该悬浊液滴并逐渐靠近㊂使用同屏功能,打开手机的照相界面,直到看到震颤的微粒,再利用专用的手机夹子或是固定在铁架台上的夹子固定手机,微调夹子,使得手机界面的画面稳定清晰,从而避免手的抖动带来的不良影响
图2
调度系统不支持同屏功能的教室,可以再用一个摄像头对手机屏幕的画面实行二次拍摄,将画面投影到幕布上,使全体师生都能看到布朗运动㊂㊀㊀二㊁证明粒子大小对实验的影响
教材指出: 悬浮在液体中的粒子越小,在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少,撞击作用的不平衡性就表现得越明显,因而布朗运动越明显 ㊂假如先在显微镜下观察到 悬浮在液体中的粒子越小,布朗运动越明显 的事实,后用 在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少,撞击作用的不平衡性就表现得越
明显 来解释该现象是可以的㊂但是直接使用 在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少,撞击作用的不平衡性就表现得越明显 的分析来证明 悬浮在液体中的粒子越小,布朗运动将会越明显 ,则显得 证据 不充分㊂
针对以上困难,可以使用TIPSCOPE 手机便帖式显微镜分别对不同大小的颗粒的悬浊液进行观察㊂在比较两种粒子的震颤程度差异的过程中,学生对上一种微粒的震颤剧烈程度的印象可能已经不深了,因此建议将两种大小显著不同的粒子混合调制成悬浊液,在同一界面下同时对大小各异的微粒进行观察,避免前后两次分别观察导致的倒摄抑制对实验判断带来的不良影响㊂
㊀㊀三㊁证明悬浊液温度对实验的影响
㊀㊀要证明 温度越高,布朗运动越明显 ,就必须加热悬浊液,对比加热前和加热后微粒的震颤程度㊂使用传统的显微镜,悬浊液的加热会很不方便㊂取下载玻片,在上面换滴热的悬浊液,再放回,等调试好后,悬浊液已经冷却至室温㊂载玻片下方的反光镜使得加热器的摆放非常不便㊂TIPSCOPE 手机便帖式显微镜再一次显示它的便捷性㊂可以直接使用打火机加热悬空的玻璃片㊂方法是让打火机的火焰低于玻璃片底部2cm 到3cm,通过热浪对玻璃片底部进行加热㊂在加热的过程中可以看到界面中的
黑点 显著移动㊂但观察时需要将液体对流引起的 定向移动 视而不见,只留心微粒的 无规则晃动 是否
因加热而变得更加剧烈㊂㊀㊀四㊁其他补充说明
(一)配制悬浊液的技巧
笔者在实验中尝试了用马利牌颜料㊁红岩牌墨汁㊁老板牌碳素墨水㊁凌美牌碳素墨水㊁红岩牌红墨水配制悬浊液㊂发现实验效果最好的是凌美牌碳素墨水,其优点是颗粒极小,有些颗粒会相互吸附,形成较大的颗粒㊂这样一来悬浊液中会自动形成大颗粒㊁中颗粒㊁小颗粒,可以直接一次性观察同一温度下颗粒大小对布朗运动明显程度的影响,避免了传统实验中不断更换载玻片所带来的不便㊂
配制悬浊液时可用胶头滴管在玻璃片上滴一滴清水,再将钢笔的笔尖浸入这滴清水中,轻轻移动笔尖,来自笔尖的适量墨水就会和清水混合㊂这个浓度就是演示布朗运动的较佳
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浓度㊂
(二)TIPSCOPE 显微镜的防水功能传统的显微镜的物镜不能沾水㊂利用传统的显微镜观察布朗运动,需要盖玻片以及特制的带有凹槽的载玻片㊂这种凹槽形载玻片制作起来很不方便[5]㊂TIPSCOPE 手机便帖式显微镜的镜头具有防水功能,因此不需要制作凹槽形载玻片,也不需使用盖玻片,只需用平板玻璃承载悬浊液,将TIPSCOPE 显微镜的镜头直接浸入悬浊液中观察,操作非常简单㊂使用完后,将镜头擦干即可㊂㊀㊀五㊁结束语
TIPSCOPE 手机便帖式显微镜经过以上结
构简单㊁操作方便的创新和改进,可以让全体学生看到布朗运动,比较悬浊液温度㊁微粒大小对布朗运动显著程度的影响,演示效果非常好㊂
学生充分参与观察㊁分析㊁讨论㊁猜想㊁验证等过程,不仅建构了物理规律,还巧妙地化解了教学疑难,同时培养了学生利用相关技术获取证据的实验取证意识及能力,发展了学生的学科核心素养㊂参考文献:
[1]教育部.普通高中物理课程标准(2017年版)
[M ].北京:人民教育出版社,2018:54.
[2]廖伯琴.普通高中物理课程标准(2017年版)解读
[M ].北京:高等教育出版社,2018:58.
[3]王贤乾.布朗运动实验演示的创新与改进[J ].物
理教学,2019,(7):39-40.
[4]刘峰,梁原.演示布朗运动的一种简便方法[J ].中
学物理教学参考,2006,(8):29.
[5]江建.布朗运动实验中的常见问题及解决方法
gpd[J ].教育与装备研究,2005,(8):30-32.
(责任编辑:李巧红)
互联网+视域下语文阅读教学的
2000导航有效路径探索
白云大功率半导体激光器
摘㊀要:技术革命的发生将互联网这一强大的媒介工具带入到民众们的视野,令各行各业焕然一新㊂在互联网+视域下,如何利用现代化的技术,到互联网和语文阅读教学间的契合点,借此打造出更为高效而精彩的课堂,全面提升语文阅读教学质量,将是一个很大的命题㊂文中采取文献资料法从理论上对互联网+㊁互联网+教育及互联网+语文阅读教学的概念予以归纳梳理,对互联网+视域下语文阅读教学的特征与发展趋势予以分析,探析互联网+给语文阅读教学带来的教学优势与挑战,并在此基础上对互联网+视域下语文阅读有效教学的路径予以探究㊂
关键词:语文阅读教学;教学路径;互联网+白云,安徽省阜阳市颍州区文峰办事处中心学校,一级教师㊂
㊀㊀一㊁引言
技术革命的发生将互联网这一强大的媒介
工具带入到民众们的视野,令各行各业焕然一新㊂2015年召开的第十二届全国人大三次会议闭幕后的记者见面中,李克强总理提出 互
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