资源简介

知识与智慧 知识是如何形成的——运用数字化工具探究欧姆定律 教学设计
教学目标：
1.有借助数字化工具及资源解决问题的意识；
2.掌握利用Jupyter Notebook处理图像信息的方法；
3.能够从图像中获取信息，正确分析电流与电阻的关系；
4.掌握数字化学习资源和工具使用方法，感受其优势。
教学重难点：
【重点】
①掌握数字化学习工具及资源的使用方法，感受其优势。
②通过探究活动，明确知识的发现途径。
【难点】
理解使用程序进行曲线拟合验证猜想模型的原理及方法。
教学过程：
环节 师 生 活 动
项目导入 教师活动 学生活动
展示弗朗西斯·培根的人像及名言“知识就是力量。” 引出本节内容——探究知识是如何形成的。 2.展示欧姆的图像及欧姆定律从被否定到承认的简短时间点，提出项目任务：利用数字化工具探究欧姆定律。 明确项目任务。
实验探究 实验探究 实验探究 教师活动 学生活动
播放视频《欧姆定律虚拟实验》，让学生跟随物理老师一起了解实验内容及NOBOOK虚拟平台的实验操作。 引导学生根据《探究欧姆定律实验手册》逐步完成实验内容，将结果记录下来。 展示学生成果，提问：猜想I与R存在反比例关系，那如何验证模型呢？ （手绘图形存在一定的误差，所以没有办法借助手绘图进行猜想模型的验证。） 引出Python程序处理实验数据：让程序根据实验数据生成对应的关系图像，并结合图像信息猜想模型，再由程序自动去找到最接近实验数据的函数图像，对常数U值验证猜想模型。 （此处需要引导学生，程序会自动找出最接近实验图像的一条标准反比例函数图像，在此基础上去对比函数U值与实验中U=2.5是否接近） 图像所呈现的信息：通过以I=U/R为模型的反比例函数与实验数据图像进行曲线拟合，发现两者基本吻合，并且U=2.53671397与实验设定的恒定电压U=2.5V接近，因此可以验证模型成立。 学生验证猜想的模型。 总结形成知识：在同一电路中，当导体两端的电压保持不变时，通过导体电流的与导体的电阻成反比。 观看视频，掌握使用数字化平台进行实验的方法。 根据《探究欧姆定律实验手册》《项目学习活动记录表》逐步完成实验数据的收集、分析和数学模型猜想。 思考验证方法 理解利用程序进行曲线拟合从而验证猜想模型的原理。 得到曲线拟合图像，截图在《项目学习活动记录表》中。
【设计意图】： ①给学生提供《探究欧姆定律实验手册》及《项目学习活动记录表》，能够让学生明确活动内容，记录探究成果。 ②学生通过实验手册记录数据、绘制I-R关系图形再猜想对应的数学模型，整个过程在纸质手册上完成，这与学生先前的学习经验一致，学生较为熟悉，利于任务完成。在此基础上，教师引导学生思考如何基于手绘图形进行猜想模型的验证，在手绘无法实现的基础上引出程序处理实验数据，能够让学生感受到数字化工具及资源的使用优势。 ③曲线拟合是本节课的难点内容，难点在于：为何要进行曲线拟合？如何进行曲线拟合？ 针对难点1：需要在学生已有猜测模型的基础上，逐步引导学生思考： 验证的标准？——反比例函数图像； 众多反比例函数图像，哪一条是标准？——最靠近实验数据； 如何用程序找出的图像验证猜测模型？——关键在于U值。 针对难点2：由于学生没有程序基础，曲线拟合的操作通过教师演示也更为直观，学生能够快速了解相关操作细节及任务要求，提高探究效率。
总结 1.通过排序，梳理知识的发现途径： 做实验→获取观察数据→分析处理数据→推理建立数学模型→实验验证模型→形成知识 2.结语： “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。” 希望大家在实践中检验知识、运用知识。 回顾实验过程，思考知识的形成过程。
教学反思 本节课以“利用数字化工具探究欧姆定律”为项目主题开展探究活动，从学生的成果来看，掌握了NOBOOK虚拟平台及Jupyter Notebook等数字化工具的使用，为后续的数字化学习奠定了基础。 创新——数字化工具及资源的使用 利用《知识与智慧项目活动记录表》《欧姆定律虚拟实验》等数字化资源引导学生进行探究活动；NOBOOK虚拟平台及Jupyter Notebook等数字化工具开展探究活动，为学生提供数字化的学习环境和体验。 不足 可以在实验数据获取后，让学生思考能够用哪些方法或工具得到图像信息？学生可能会想到手绘、WPS图表及程序等等，尝试让学生自由选择工具处理数据，对比明确不同工具的优缺点，凸显数字化工具差异及优势。

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