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[信息] 电与磁概念教学辅助教具介绍

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发表于 2008-12-3 12:34:37 | 显示全部楼层

电与磁概念教学辅助教具介绍

教具设计的缘起  人类在二十世纪后期对电的瞭解,使我们得以随心所欲的驾驭电,使人类的社会活动不再受到日照长短的限制,人类的沟通也得以突破空间或时间的限制。在新世纪到来之时,对于电的瞭解将是进行各种公民判断重要的依据,然而电学知识是由一些相当抽象的概念所组成,在教师进行教学时,经常透过举例、类比等方式来协助学生们瞭解。但是在学校教学时,受限于空间或教具的不足,教师经常只能以口头描述或者辅以绘图来介绍类比或例子,多数的类比或例示其实并未考虑到学生的先备知识,或者他们既有的概念、经验等,因此使得协助学生进行学习的效果受到影响(邱美虹,1993)。  在近期科学教育方面的研究显示,营造概念冲突 (cognitive conflict)为一个重要的教学策略(D'Ambrosio & Campos, 1992; Dreyfus, Jungwirth & Eliovitch, 1990; Johnson & Howe, 1978; Rowell & Dawson, 1983, 1985; Thomas, 1989)。而Posner, Strike, Hewson和Gertzog(1982)的研究中提出的概念改变模型(conceptual change model, CCM),亦将概念冲突视为造成概念改变的要件。Posner等(1982)提出的CCM模型,係以学习者感知到正确概念是可以被瞭解 (intelligible)、合理的(plausible),并且比原有的概念有效(fruitful),进而愿意以新的概念取代原有的概念进行思考或解题,而达到学习的目的。  国立自然科学博物馆剧场教室「物质与能」单元的「伊电园」教桉,于推行期间,发现许多观众对于电产生的方式、产生的电以何种方式存在、串联和并联情况下电流与电压间的关係变动,存有许多迷思概念。既有的「伊电园」教桉,利用线路与灯泡连接的示范实验,汽球磨擦产生静电说明电的来源,以及图示对这些概念进行说明,然其设计可能忽略了观众本身具有的迷思概念,以致于未能达到最佳的展示说明效果。  因此,这组教具参考Posner等(1982)提出的CCM模型,以营造一个引发观众产生认知冲突的状况为前导,并以实验进行现场验证,让学生感觉到电学知识与他们的原有概念一样是可以被瞭解、合理的,并且比原有的概念可以有效的应用在解决问题或进行思考推理上。  教具特点  这组教具有以下特点:  1. 能挑战学生原有的「电有固定量」之概念,建立「电能」和「电动势」的概念。在国小教材中,关于电路、电流、电与磁的关係,惯以电池作为介绍线路及产生电磁铁的电源。因此许多学生产生了「被产生的电有固定的量,其运作如同一种物质量般,会消耗殆尽」的想法,进入国中后,学习化学电极时,又加深了此种想法「产生电的(化学)物质用完,就没有电(流)可以再产生」。  2. 在电能的转换与消耗方面,许多人都认为「电灯发亮是消耗发电机产生的电子或电流」之想法,透过摆锤发电机与重力发电机,可以清楚地呈现与解说位能、动能、电能、光能、热能间相互转变的现象与概念。  3. 重力发电机透过加上越多珐码可以让越多灯泡发亮的现象,让观众瞭解「发电需要消耗能量」;灯泡组帮助观众实际体验到维持一定的发电量需要付出很大的力量,每增加一个小灯泡的使用,如果同样以重力牵动发电机,灯泡会亮但亮度会下降。直接以眼睛可见的观察及身体操作的经验,验证课本介绍的观念。  4. 这套教具可以採取渐进诱导的方式,让学生看到出乎意料之外的现象、动手印证、挑战既有想法,再介绍学理及应用。  5. 这些教具的构造都以能够产生电流的最简单构造,直接呈现在观众眼前,有助于挑战观众在学习过程中产生的迷思概念。  6. 每一件教具都可以让观众动手操作,透过感觉与观察,釐清自己对于电流、能量转换、发电负载所产生的认知冲突。  教具介绍  教具设计目标:  经由实际的操作经验,让中小学生瞭解下列概念(1)电流与磁场的感应相生;(2)耗电是能量转换的型式而非消耗电子;(3)负载。  科学原理:冷次定律-运动中的磁铁,其磁场切穿导线时,导线为了产生一个与磁场运动方向相反的磁场(以抵消磁场穿越的惯量),而感应产生电子的流动。  教具组内容:  器具1.冷次定律演示管(图一)  器具2.摆锤发电机(图二)  器具3.重力发电机(图三)  器具4.铝管一段,铜块及强力磁铁各一块。建議教案 例一:國中以上
教具
操作方式
教學重點提示
鋁管及磁鐵、銅塊
請觀眾協助,接住通過直立的鋁管落下的銅塊
再以磁鐵重複同一動作
提示觀眾注意兩種物體落下的速度不同
導引學生觀察及注意:
1  兩個東西通過鋁管後,落在手上的感覺有何不同?
2  兩者通過鋁管的速度為何會不同?
3  磁鐵通過鋁管落下的速度為何變慢?
冷次定律演示管、磁鐵、銅塊
分別讓磁鐵和銅塊經過冷次定律演示管
1 提示學生注意磁鐵通過線圈時速度減慢,同時能讓燈泡發亮。
2  強調「通路」能使線圈受到「運動中的磁場」感應而產生電流。
擺錘發電機
讓擺錘發電機上的磁擺自由擺動一陣子,將接在上面的燈組開關打開。
1 提示學生注意接成通路,會使擺動停止。
2 讓學生分別嘗試用手推動燈泡開關為開及關的時候,感受有何不同。
3 要推動單擺讓燈泡發亮的力量要多大?
板書繪圖
磁力線通過線圈,線圈上產生電流流動。
說明:當磁場切穿線圈時,線圈會相應產生電流。切過線圈的磁力線方向不同,感應電流的方向亦不同。& lt;/p>
冷次定律演示管
磁鐵經過冷次定律演示管
磁鐵上端和下端通過線圈時,線圈上燈亮的方向不同。
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擺錘發電機
讓單擺搖動一段時間,打開燈組開關。
擺的位置在最高點和最低點時,分別具有最大的重力位能及動能。當線圈上感應產生的電流形成的磁場使磁錘停止時,可解釋為重力位能被轉變為電能而消耗,所以無法再讓單擺回到較高的位置。
重力發電機
打開燈組開關,依所開燈組數添加琺碼。
琺碼數小於燈泡數時,雖然燈泡不亮,但琺碼下降速仍慢。即轉動發電機產生的電壓不足以讓燈亮,但仍有「電」產生。例二:國小學生
媒體
操作方式
教學重點提示
銅塊、磁鐵、鋁管
請學生試著接住從鋁管一端落下的銅塊,第二或第三次時改以磁鐵投下。讓觀眾驚訝於落下的速度之慢。& lt;/p>
引導學生思考變慢的可能原因& lt;tr>
冷次定律演示管
斜置演示管,讓磁鐵緩慢滑下。
提示學生注意只有磁鐵經過線圈的時後能讓燈發亮
擺錘發電機
讓擺錘發電機上的磁擺自由擺動一陣子,將接在上面的燈組開關打開。
提示觀眾注意磁鐵擺動時,線圈接成通路能讓磁擺停止。因為運動中的磁鐵通過線圈時,讓線圈感應產生電流(這些電流形成了與磁鐵相反方向的磁場使它停住)。
塑膠小球
每個人兩手各持一個小球排成圈,以不讓球落地的前提傳遞球,以此代表通路上的電流;讓其中一個人站得遠些,以同樣的原則傳球,表徵電流通過電器用品中並未消失,只是傳回的效率較低。
以這個遊戲說明在電流使燈發亮時,電子並未消失或消耗,只是回到導線另一端的速度改變。說明電流驅動電器時消耗能量,不消耗電流。
重力發電機
打開燈組開關,依所開燈組數添加琺碼。
向學生強調依照燈泡的數量增加,要轉動發電機讓燈泡亮的力量要更大。而且燈泡與琺碼不只是一對一的增加,要讓每個燈亮得與一個燈泡時一樣,每多開一個燈泡就要加一個大琺碼和一個小琺碼。
可引導學生思考節約用電的重要。
 楼主| 发表于 2008-12-3 12:34:59 | 显示全部楼层
参考文献<br />邱美虹(1993)类比与科学概念的学习。1(6),79-90。<br />D&#39;Ambrosio, B. S. &amp; Campos, T. M. M. (1992). Preservice teachers&#39; representations of children&#39;s understanding of mathematical concepts: conflicts and conflict resolution. Educational studies in mathematics, 23, 213-230.<br />Dreyfus, A., Jungwirth, E., &amp; Eliovitch, R. (1990). Applying the "cognitive conflict" strategy for conceptual change- some implications, difficulties, and problems. Science education, 74, 555-569.<br />Johnson, J. K., &amp; Howe, A. C. (1978). The use of cognitive conflict to promote conservation acquisition. Journal of research in science teaching, 15, 239-247.<br />Rowell, J. A., &amp; Dawson, C. J. (1983). Laboratory counterexamples and the growth of understanding in science. European journal of science education, 5, 203-215.<br />Rowell, J. A., &amp; Dawson, C. J. (1985). Equilibration, conflict and instruction: a new class-oriented perspective. European journal of science education, 7, 331-344.<br />Thomas, M. A. (1989). Cognitive conflict and development: is course demand enough? International journal of science education, 11,287-296.<br />Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W., &amp; Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: toward a theory of conceptual change. Science education, 66, 211-227.
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