창의적 교육을 실시하고 학생들의 혁신적 자질을 배양합니다. 학생들의 창의적 자질을 향상시키는 방법입니다.
오늘날의 물리학 교육은 탐구 학습 지도를 매우 중시해야 하며, 학생들이 과학적 탐구 활동과 과학적 경험을 통해 과학 지식을 습득하도록 지도하고, 문제를 발견하고, 연구하고, 문제를 해결하는 과학적 습관을 점차적으로 개발해야 하며, 자신의 혁신 능력을 지속적으로 향상시킵니다. 그렇다면 물리교육에서 학생들의 창의성을 향상시키기 위해서는 어떻게 해야 할까? 원리의 구체화는 좋은 선택입니다. 즉, 물리학을 잘 배우는 것은 탐구를 강조하고, 원리의 구체화는 혁신을 촉진합니다.
1. 원리 구현 배경
어느 날 미국 레이시온(Raytheon)사의 전기기술자 팻시 스펜서(Patsy Spencer)는 레이더 진동에 대한 실험을 하던 중 우연히 재킷에서 이를 발견했다. 녹은 초콜릿 사탕 주머니. 팻시는 생각하기를 좋아하는 사람인데, 이런 우연한 일을 놓지 않았다. 그는 "대단하다, 왜 초콜릿이 녹았지?"라고 생각하고 있었는데, 또 한번은 레이더 타워에 올라가서 들고 갔다. 초콜릿이 다시 녹기 시작했어요. 주위를 둘러보니 난로도 없고 레이더에서만 강력한 전자파가 방출되고 있어 전자파가 음식을 데우는 기능을 하는 것으로 추측됐다. 일련의 실험적 연구 끝에 그는 이 추측을 확인했고, 마이크로파가 음식 내부의 분자 이동을 일으키고 열을 발생시킬 수 있다는 원리를 발견했습니다. 그 결과 1947년 파시(Passi)의 손에서 세계 최초의 전자레인지가 탄생했다. 그는 불을 사용하지 않고 음식을 '요리'하는 선구적인 위업을 달성했다.
1864년 영국 과학자 맥스웰의 전자파 발견부터 전자레인지의 발명까지, 불과 80년 만에 사람들은 물리적 원리를 실용적인 기술로 변화시켜 수많은 가족에게 혜택을 주었습니다. 이 원리가 구현된 예는 셀 수 없이 많습니다. 따라서 물리적 원리는 생명에서 비롯되지만 생명에 봉사하며, 더 중요하게는 생명을 창조합니다. 물리학 교육의 목표는 물리적 원리와 혁신적인 실천을 결합하고, 학생들이 물리적 지식과 과학적 원리를 유연하게 사용하도록 장려하며, 발명과 기술 혁신을 일상 학습 및 생활에서 직면하는 문제와 결합하여 혁신 능력을 지속적으로 향상시키는 것입니다.
원리 구현 1: 압력 원리 적용 - 잉크병 일정 레벨
그림 1과 같이 잉크병에 펜을 담그는 지점의 잉크 레벨 물은 일정하게 유지되므로 펜을 물에 담그거나 물을 흡수할 때 잉크가 얼룩지지 않습니다. 그것이 사용하는 것은 물리적인 지식에서의 압력의 원리입니다: 펜을 사용하여 물을 흡수하여 물이 담그는 곳(공기 튜브 입구보다 낮은 곳)의 액체 수위를 낮추면 공기가 잉크병 안으로 들어갑니다. 이때, 병 내부의 압력은 증가하고, 병 내부의 압력이 물 담그기 포트의 액체 레벨의 압력과 같아질 때까지 물이 강제로 배출됩니다. 이때, 병 내부의 압력은 병 안으로 들어가는 공기에 의해 발생하는 압력과 잉크 수주에서 발생하는 압력(잉크 레벨 차이)의 합이 되며, 물 담그기 포트의 액체 레벨에서의 압력은 기압. 이렇게 순환하세요.
2. 원리구현 단계
원리구현은 어떤 과학적 원리에서 출발하여 창의적인 사고와 디자인을 통해 추상적인 원리를 새로운 제품이나 새로운 방식으로 구체화하는 아이디어이자 기술입니다. 프로그램이므로 창의적인 실습입니다. 첫째, 창작자는 자신이 배운 과학적 원리와 지식을 활용하여 제품이나 신기술을 만들어야 하며, 이는 혁신 정신의 발현입니다. 둘째, 새로운 제품을 발명하기 위해서는 창작자도 학습하고 학습해야 합니다. 셋째, 창작자는 창의적인 사고와 실습을 통해 과학적 원리를 물리적인 물체로 성공적으로 변형시킬 수 있으며 이는 학습과 창의성에 대한 관심을 크게 자극할 것입니다.
보통 원리구현의 생성모델은 그림 2와 같다.
1. 물리적 원리 탐구
물리적 원리를 배우기 위해서는 그것이 무엇인지, 왜 그런 것인지 알아야 합니다. 내용을 암기하는 것에 만족하십시오. 즉, 물리법칙의 내용을 알아야 할 뿐만 아니라 그 발생 배경과 분석을 통해 어떤 물리현상을 요약하는지를 이해하는 동시에 내포된 의미에 대한 탐구에도 주의를 기울여야 한다. 물리적 원리와 법칙, 특히 실험적 탐구는 가능한 한 스스로 수행해야 합니다. (다른 사람의 규칙을 반복하더라도) 스스로 발견하거나 얻은 규칙이 더 이해하기 쉽습니다.
2. 창의적 주제 선택
학생들이 일상 학습, 생활, 사회 활동에서 불편하고 불편한 문제나 불만족스러운 점을 창의적 관점으로 찾아 결합하도록 지도합니다. 목적이 있는 발명이나 혁신을 만들기 위해 배운 물리적 지식과 원리.
원리 구현 2: 사이펀 원리 적용 - 절대 새지 않는 싱크대
(1) 생활 문제: 싱크대 바닥에 배수 장치가 연결되어 있습니다. 재료의 틈이 벌어지고 물이 스며들어 생활에 지장을 초래합니다.
(2) 물리적 원리: 사이펀 원리
(3) 발명: 바닥에 배출구가 없는 싱크대를 설계한 후 그림과 같이 사이펀 방식을 사용하여 물을 바깥쪽으로 배수합니다. 그림 3 . 피스톤 푸시로드를 바닥까지 밀어 넣으면 사이펀 원리에 따라 물이 배수관으로 강제로 유입되어 싱크대에 있는 물이 다 떨어질 때까지 자동으로 바깥쪽으로 배출됩니다. 재사용하려면 피스톤 푸시로드를 원래 위치로 당기십시오. 싱크대 하단에 콘센트가 없어 물이 새는 일은 절대 없습니다.
3. 관련 정보 조회
타인의 지적 재산권을 침해하지 않기 위해서는 자신의 창작 목표, 즉 시장 조사, 온라인 검색 및 특허 검색. 다른 사람이 이미 동일하거나 유사한 제품을 만들었다면 계속 개발할 수 없으며, 그렇지 않으면 헛된 것이며 지적 재산권을 얻을 수 없습니다.
4. 물리적 모델 디자인
기본적인 과학적 원리를 바탕으로 자신의 직관과 창의성을 활용하여 대상 물체의 형태, 구조, 방법 및 구현 계획을 디자인합니다. 단순한 재료, 독창적인 구조, 쉬운 구현을 사용하는 것이 좋습니다.
원리 구현 3: 패러데이의 전자기 유도 원리 응용 - 배터리가 필요 없는 리모콘
(1) 생활 문제: 리모콘은 일반적으로 가전제품에 사용되기 때문에 사용량이 많다. 배터리 소모로 인한 환경오염 문제가 심각해 배터리를 사용하지 않는 리모컨의 개발이 필요하다.
(2) 물리적 원리: 패러데이의 전자기 유도 원리
(3) 데이터 쿼리: ①특허 쿼리 후 자체 생성 손전등은 이미 존재하지만 배터리가 없는 리모컨은 존재하지 않음 ② 개발 시에는 발명과 창조의 기술인 이식발명법에 부합하는 자가발전 손전등의 원리를 참고할 수 있다. 혹은 전자기유도의 원리를 직접적으로 이용하여 만들어 보세요.
5. 기타 기술 보조
순차적이라는 것은 기사를 쓰거나 일을 하는 것이 논리적인 방식으로 잘 이루어질 수 있다는 것을 의미하며, 발명이나 창작도 마찬가지입니다. 창조의 과정에 있어서 모든 과학적 원리, 방법, 기술, 경험, 기술은 모두 '이유'입니다. 이러한 '이유'로 무장해야만 '창조'의 전장에서 질주하여 성공의 이면에 도달할 수 있습니다. 따라서 학생들에게 물리적 지식과 원리를 가르치는 것 외에도 창의적인 방법과 기술을 소개하고 결합 발명 방법, 기계 가공 기술 등과 같은 실용적인 생산 기술을 교육해야 합니다. 그래야만 가상을 현실로 바꾸고, 눈에 보이지 않는 물리적 원리를 유형의 발명으로 바꾸는 것이 가능합니다.
6. 발명 및 창작 결과
미리 설계된 계획에 따라 디자인 계획이 효과적인지 테스트용 모델을 만듭니다. 그런 다음 작업이 완료될 때까지 계속해서 수정하고 개선합니다.
원리 구현 4: 부력 원리 적용 - 수도꼭지 물 차단 장치
(1) 주제 만들기: 때로는 물이 끊기는 상황이 발생하여 수도꼭지가 잠긴 경우가 있습니다. 잊어버리고 닫혀 있으면 갑자기 물이 들어올 때 쉽게 물이 넘치게 되어 수자원을 낭비할 뿐만 아니라 누수 등의 손실을 초래하게 됩니다. 물이 들어올 때 수로를 닫는 장치를 만듭니다.
(2) 자료 질의 : "꺼지지 않은 수도꼭지 단수 경보"는 이미 존재하지만, 다른 관련 보고는 없습니다.
(3) 물리적 원리: 부력의 정의 - 유체(액체 및 기체 포함)에서 물체의 상부 표면과 하부 표면 사이의 압력 차이입니다. 많은 교사들이 이 원리를 검증하기 위해 중요한 실험을 해왔습니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 부력이 사라졌습니다.
장비: 적당한 크기의 유리 깔때기, 탁구공, 붉은 물 한 잔.
단계: ①탁구공을 의도적으로 물에 밀어 넣으면 탁구공이 빠르게 떠오릅니다. ② 깔때기를 손으로 잡고 탁구공을 넣은 후 엄지손가락으로 탁구공을 잡고 깔때기에 물을 부은 후 엄지손가락을 떼면 탁구공이 뜨지 않는 것을 볼 수 있다(이때 시간이 지나면 깔때기 손잡이 밑부분에서 물이 흘러나옵니다.) 이는 탁구공과 깔때기가 서로 가깝지 않기 때문입니다. ③ 물 배출구를 손가락으로 막으면 깔대기 손잡이에 있는 물의 표면이 점차적으로 탁구공 위로 올라오면서 탁구공이 바로 떠오르는 것을 볼 수 있습니다.
(4) 물리화학적 설계 및 실험: "부력이 사라지는" 실험에서 영감을 받아 한 학생이 "수도꼭지 물마개 보호 장치"를 발명했으며 그 구조 원리는 그림 5에 나와 있습니다.
재질: 본체는 PVC 파이프로 만들어졌으며 크기는 맞춤 설정할 수 있습니다. 플로팅 볼은 고무로 만든 중공 볼이어야 합니다.
확인: ①볼 개구부를 통해 플로트 볼을 삽입합니다. ②보호 입구 파이프를 수돗물 파이프에 연결하고 출구 파이프를 수도꼭지에 연결합니다. ③수돗물 입구 밸브를 닫고 수도꼭지를 엽니다. 물 흐름. ④ 수돗물 입구 밸브를 열면 실제로 수도꼭지에서 물이 나오지 않습니다. 이는 플로트가 가라앉고 물 배출구를 막는다는 것을 나타냅니다. ⑤ 수도꼭지를 닫은 후 잠시 기다리십시오. 부력의 원리로 플로트가 떠야 하고 수도꼭지를 열면 물이 흘러야 하는데 물이 나오지 않습니다. 실험이 실패했는데, 그 이유는 무엇입니까?
탐험 : ① 물이 흘러나오지 않는다면 뜨는 공이 떠오르지 않는다는 뜻, 즉 뜨는 공에 부력이 없다는 뜻이다. 이유는 무엇입니까? ②실제로 검증의 ④단계에서는 이미 문제를 예상하고 있었다. 플로팅 볼과 매끈한 파이프 벽 사이에 틈이 없기 때문에 물이 흘러나오지 않아 플로팅 볼 아래에 영원히 물이 없게 된다(심지어 쓸모없다). 수도꼭지가 꺼진 경우) 따라서 떠 있는 공이 부력을 얻지 못하고 뜨지 못하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. ③ 플로트볼과 출수구 사이의 배관벽을 거칠게 만들어서 출수구에서 소량의 물이 새어나오도록 합니다. ④ 다시 한번 검증을 반복하면 성공합니다.
(5) 결과 만들기: ①적절한 재료와 특정 크기를 선택하여 완제품을 만듭니다. ②이 보호 장치에는 결함이 있습니다. 즉, 플로트가 콘센트를 완전히 닫을 수 없으며 소량의 물이 있습니다. 물이 흘러나오도록 해야 하므로 소량의 물 낭비도 발생합니다. 따라서 이러한 창작물을 개선하기 위한 후속 연구가 이루어져야 한다.
요약하자면, 물리학 교육은 학생들의 과학적 소양을 향상시킬 뿐만 아니라 학생들이 혁신을 배우고, 창조에 대한 용기를 갖고, 지속적으로 기술을 향상시킬 수 있도록 하는 것입니다. 원리구현은 매우 효과적인 수단이다.
(Guo Zhenling 편집장)
참고: 이 기사에 포함된 차트, 주석, 공식 등에 대해서는 PDF 형식의 원본 텍스트를 읽으십시오.
이 글은 원문입니다. 원본 PDF 브라우저가 설치되어 있지 않은 경우, 원문 전문을 먼저 다운로드하여 설치하시기 바랍니다.