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2015年西北农林科技大学青年教师讲课比赛教学设计
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2015年青年教师讲课比赛
教学设计方案
授课题目:毛细现象
所属课程:大学物理学
授课教师:陈莹莹
日期:2015年12月10日
2015年西北农林科技大学青年教师讲课比赛教学设计
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教学设计方案
课程说明
授课题目
毛细现象
所属课程
大学物理学
相关知识点
毛细现象及其成因
毛细管内液面上升/下降的高度
授课时长
15分钟
适用对象
我校理科、农科开设大学物理课的各专业
使用教材
《大学物理学(第二版)》,王国栋主编,高等教育出版社,2013
教学分析
教学背景
:毛细现象在生活中非常常见,在农业生产、生命现象中都具有重要意义。本节课通过实例引出毛细现象,解释其成因,然后对毛细管内液面上升的高度进行定量分析,最后结合生产生活中的实例,阐明毛细现象的影响及其应用。
:本课程的前修课程是高中物理学、数学和高等数学,学生已具备与本课程相关的基础物理知识和数学知识。
教学目标
:①掌握毛细现象,理解其成因;②学会计算毛细管内液面上升/下降的高度。
:毛细现象的理解和讨论并不难,本节课重在培养学生主动学习思考的能力,以及用物理知识分析实际现象、解决实际问题的能力。
教学内容
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教学重点
和难点
:毛细现象及其成因;毛细管内液面上升/下降的高度。
:引导学生主动思考、主动学习,从已有知识推导得出新结论,解释新现象,定量计算,最终联系实际加以运用。
教学方法与手段
教学方法
结合本节课内容的特点,采取“问题驱动”教学,以引导为主,通过问题的设计和讨论,体现教师的主导作用;学生主动思考、回答,学习新知识,并联系实际加以应用,体现学生的主体作用。
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教学手段
:具体实例以照片形式给出,原理图、过程图用自定义动画展示,形象直观,而且PPT显示比板书更整齐、规范、节省时间。
:毛细管内液面上升/下降的高度,具体计算过程采用板书形式,能够更好地引导学生。
教学过程设计
采用提问、集体回答的形式,回顾弯曲液面的附加压强、润湿和不润湿现象,为讲授本节课的内容打好基础。
从生活中常见的现象入手,通过几幅图片,引导学生总结出共同特点:液体在很细的管子里上升,从而引出本节课的内容:毛细现象。
(1)毛细现象及其成因
毛细现象
通过对引入的总结,给出毛细现象的定义:很细的管子插入液体,液体在管内上升或者下降。提醒学生除了常见的上升现象,还有可能“下降”。
能够产生毛细现象的管子,叫做毛细管。
毛细现象的成因
根据定义,PPT将毛细现象分解,一步步显示,通过提问的方式,引导学生分析,最终得出结论:毛细现象是由于润湿或不润湿现象和液体表面张力共同作用引起的。
管内凹液面上升
润湿附加压强向上
形成凹液面(表面张力)
液体插入毛细管
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管内凸液面下降
不润湿附加压强向下
形成凸液面(表面张力)
(2)毛细管内液面上升/下降的高度
计算
给出示意图,以毛细管内凹液面上升为例,标出毛细管半径r、接触角θ、管内液面曲率半径R和液面上升高度h,以及三个特殊点A、B、C,以提问的形式引导学生,首先分析弯曲液面的附加压强,再分析特殊点之间的压强关系,最后考虑几何关系,列出式子,计算出结果。
推导出凹液面上升高度后,强调凸液面下降高度推导过程类似,得出最终结果:
结果讨论
通过提问的方式,对上述结果进行讨论,要求学生:
h与表面张力系数α成正比,毛细管半径r成反比。
提问:毛细管究竟多细,才能观察到明显的毛细现象?
润湿,θ为锐角,h>0,液面上升;不润湿,θ为钝角,h<0,液面下降。
上升下降高度极限为hm=±2α/ρgr。
提问:毛细管高度小于hm,液体能否自动从毛细管流出,即毛细永动机能否制成?
(3)毛细现象在生产生活中的应用及影响
土壤空隙中的毛管水
保持土壤水分是农业增产的一个重要问题。土壤
空隙中由于毛管作用而保持的水分称为毛管水,不易
流失且容易被植物根系吸收,在农业生产中具有重要
意义。
提问:下列手段,哪些是为了增加、保持毛管水;
哪些是为了破坏、减少毛管水?为什么?
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增加腐殖质;旱田播种后压实地表;冬天翻松土壤。
气体栓塞现象
理论分析:
通过提问的方式,引导学生分析,对较困难的地方加以提点:
毛细管中存在气泡,逐渐增大右端的压强,刚开始液滴并
不移动,只是右液面的曲率半径减小;压强增量超过一定限度
△P时,液滴才开始移动。
若毛细管中有n个液滴,则最右端必须施以大于P+n△P
的压强,这些液滴才会移动。
当液体在毛细管中流动时,如果管中出现气泡,液体的流动会受阻,如果气泡产生得多了,就会堵住毛细管,使液滴不能流动。这种现象称为气体栓塞现象。
实际现象:
当环境气压突然降低时,人体血管中溶解的气体因为溶解度下降而
析出形成气泡,因此,潜水员从深海上升时必须放慢速度;
冻融和干旱胁迫会在植物导管中形成气泡,堵塞毛细管,导致部分
枝叶的水分或营养缺乏而枯萎。
要求学生结合实际生产生活,进一步举例讨论(如静脉或肌肉注射
前针管排气等)。
植物水分运输
回顾这节课引入时的第一个例子,要求学生课后查阅资料,计算毛细现象对植物水分运输的贡献,并了解植物水分运输的其他机理。
梳理本节课内容,回顾本节课的重难点,肯定学生通过自己的分析解决了本节课的大部分问题,鼓励学生在今后的学习中充分发挥主观能动性,从“老师讲授”逐步过渡到“老师引导下的自学”。
安排下节课的内容“蒸发与凝结”采取“翻转课堂”的形式,要求学生提前制作课件,下次课上台讲解,然后小组讨论、老师答疑,引导学生真正成为学习的主人。
教学总结
在本次课的教学设计过程中,除了力求知识传授准确、易懂,还针对我校学生和学科特点,从以下方面进行了考虑,力争做到:
,讲授为辅,着力培养学生主动学习的能力
毛细现象的理解和讨论并不困难,因此,本节课以引导为主,讲授为辅,通过问题的设计和讨论,引导学生主动思考,学习新知识,并用以解释实际现象,解决实际问题,着力培养
2015年西北农林科技大学青年教师讲课比赛教学设计
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培养学生主动思考、学习的能力。
,基础知识为专业学习研究所用
针对我校学科特点,在举例时有意安排与农林相关的例子,如毛管水在土壤水分保持中的作用、气体栓塞对植物农作物安全越冬抗逆抗旱的威胁、毛细现象在植物水分运输中的作用等,让学生感受到基础学科在专业上的应用,激发学生的学习热情。
推导了毛细管内凹液面上升的高度公式后,强调毛细管内凸液面下降的高度公式推导过程类似,且最终表达式一致,区别只是接触角的取值范围不同。这种统一性在物理和数学中是一种重要的思想。
得到毛细管内液面的高度变化公式后,估算了多么细的管子才能产生明显的毛细现象,得到有意义的毛细管的半径r为毫米及以下数量级。这里体现的科学思维方式是,任何科学理论都有其适用范围,只有在其适用范围内进行讨论才是有意义的。
在应用举例中,介绍了土壤空隙中的毛管水对农业的重要意义后,我们又介绍了气体栓塞对农作物抗逆抗寒的威胁,使学生看到毛细现象既可能有益也可能有害,需要全面、辩证的看问题。
由于能力水平所限,这节课的教学设计方案仍存在有待完善改进的地方,敬请各位专家老师批评指正!