研究性学习在物理教学中的实践探索

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  物理研究性学习是一种新的课程学习形态,它是以物理学科教学为载体,在教学过程中实施和渗透研究性学习活动,有利于培养学生的科学精神、创新思维、收集处理信息的能力、分析问题解决问题的能力。在学习了电动机和电磁感应这两节时,我便就此做了大胆的尝试。
  
  一、提出问题和猜想
  
  学源于思,思源于疑。因为解决一个问题是知识技能的运用,而提出一个新问题需要有创造性思维。通过电磁感应知识的学习,学生们对发电问题产生了浓厚的兴趣,尤其对坐落在我市的省内唯一二座抽水蓄能电站。它引发了学生对抽水蓄能发电问题的诸多思考。
  问题一:“抽水”,就是利用电动机组把低位的水抽到高位,这一过程是“耗能”过程呀,怎么能“蓄能”呢?
  问题二:“蓄能”,就是储蓄水的重力势能。那“抽水蓄能”的过程,是不是就是把电能转化成水的重力势能的过程呢?
  问题三:“发电”,就是把水从高位放回到低位,从而带动发电机组转动,将水的重力势能转化为电能。不知这一猜想是否正确?
  问题四:“抽水蓄能”是将电能转化为水的重力势能的过程,“水能发电”是将水的重力势能转化为电能过程。由于能量转化的效率无法达到100%,这就意味着抽水蓄能电站所发的电能比它所耗的电能少,得不偿失。那为什么还要建造抽水蓄能电站呢?
  问题五:与其它种类的发电站相比,抽水蓄能电站不仅要安装发电机组,还要安装电动机组。那抽水蓄能发电有现实意义吗?
  
  二、收集、查询资料和讨论、分析、研究问题
  
  收集和查阅资料和讨论、分析、研究问题都是主动向书本、网络等媒体学习的过程,是自我探索的必要过程,能很好的培养学生信息处理的能力、分析和解决问题的能力。
  图书馆和学生电子阅览室成了学生收集和查阅相关资料的最好场所。经过一个周末的认真收集查阅汇总,学生对这五个问题有了一个初步的认识。
  关于问题一和问题二,学生不仅知道“抽水”过程确实是利用电动机组把低位的水抽到高位的过程,而且了解到我们所指的“低位”和“高位”有专有名词,分别是“下水库”和“上水库”。但这一过程是否耗费的是电能,学生们有了争论。争论本就是一种非常好的学术讨论。这让我甚是欣慰。
  关于问题三和问题四,学生们知道“发电”过程确实是把高位的水放回到低位的过程,是把水的重力势能转化为电能的过程。“为什么要建造抽水蓄能电站呢?”这一问题依然悬疑。
  关于问题五,有的学生从网上了解到,电动机的工作原理是机组线圈中通人交流电,磁场对线圈就会产生安培力的作用,在安培力作用下使线圈不断转动起来,从而将电能转化为其它形式的能量;发电机的工作原理是在外界驱动力的作用下使线圈在磁场中做切割磁感线运动,从而产生感应电流,即发电。在讨论的时候,就有学生提出,电动机组和发电机组能否合二为一,在抽水蓄能时,机组是一个电动机组;在放水发电时,机组是一个发电机组。这是否可行呢?这便产生了第六个问题。
  
  三、研究总结
  
  学生经过实地考察和实践之后,学生们把有关抽水蓄能电站的问题进行归纳整合,最后得出了关于抽水蓄能发电的研究报告。
  1 抽水蓄能电站的工作流程:第一个环节是机组将下水库的水抽到上水库储存。此时机组是电动机组,其工作原理是机组线圈中通人交流电,磁场对线圈就会产生安培力的作用,在安培力作用下使线圈不断转动起来,从而带动叶轮转动,将水从下水库抽到上水库。从能量转化角度来说,这一过程将电能转化为水的重力势能,其能量转化的效率大约85%左右。第二个环节是将上水库的水放回下水库,从而带动机组叶轮转动发电,此时机组是发电机组,其工作原理是水带动叶轮转动,叶轮带动线圈在磁场中转动,从而不停地切割磁感线产生感应电流,也即发电。从能量转化角度来说,这一过程将水的重力势能转化为电能,其能量的转化效率也是大约85%左右。这就表明,抽水蓄能,电站从能量转化角度来看,确实是耗能的,它利用100%的电能最终获得75%左右的电能。
  2 建造抽水蓄能电站的目的:抽水蓄能电站从能量转化角度来讲是耗能的,但它的工作流程是有着严格限定的。上水的环节是在深夜至凌晨这段时间进行的。而这段时间正是社会用电的低峰,输电线路上的电能损失最大。用电低峰时上水,就是利用本该浪费的电能进行再利用。在一定程度上还减小了输电线路上的电能损失。下水环节是在白天进行,一般在清晨,也就是用电高峰即将到来之时。待用电高峰到来时,向输电线路输送电能,很好的缓解了社会上的用电紧张局面。总而言之,抽水蓄能电站很好的起到了“调峰填谷”的作用。这在工农业生产发达的华东地区,就更具有现实意义了。在此,我们就了解到,该抽水蓄能电站年发电量达到1.8亿度。所发的电直接送入华东电网供整个华东地区使用。年利润达几千万元。抽水蓄能电站实现了经济利益和社会效益的双丰收。
  总之,在中学阶段进行研究性学习,要多一些学生的体验,少一些单调的知识传授;多一点讨论研究,少一点枯燥练习;多一点动手活动,少一些理论说教。通过一切方法去激发调动学生学习物理的兴趣,培养学生的综合能力。
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