指向高阶思维培养的深度学习教学探究—以“杠杆的平衡条件”为例

随着基础教育课程改革的不断深化,培养学生核心素养成为新课改的重要目标和任务。结合初中物理课堂重在定义概念和验证规律的教学现状,缺乏深度学习的教学理念。通过对教学内容的深度探究设计来撬动学生高阶思维的发展,以“杠杆的平衡条件”为例,在科学探究过程中建立物理概念、探寻物理规律,促使学生掌握物理知识的同时实现思维水平提升。

“探究杠杆的平衡条件”实验改进

“探究杠杆的平衡条件”是课程标准规定的学生必做探究类实验之一。在实际教学过程中,我发现教材中的实验方案会对学生的学习造成诸多困扰,因此我对其进行了改进。一、教材实验方案及缺点。通过查阅不同版本的物理教材,包括沪粤版、人教版和北师大版,我发现教材中关于“探究杠杆的平衡条件”实验方案都是相同的,如图1所示。教材中的实验方案为:首先调节杠杆两端的螺母,使杠杆处于水平平衡状态,接着在杠杆两边分别挂上数量不同的钩码,用F_1、F_2表示钩码的拉力,用L_1、L_2表示钩码离开O点的距离,再改变钩码数量和它们离开O点的距离,使杠杆处于水平平衡状态,记录各次实验所得的数据。

利用Working Model模拟探究普适性的杠杆平衡条件

学生在学习杠杆平衡条件后,通常会对真实情境中的杠杆平衡条件的普适性产生疑问.通过对Working Model软件的学习,建立杠杆模型、科学推理、提出猜想、设计实验、收集与分析数据等,深度经历科学探究的过程,学生不仅能收获知识和实验探究的能力,还能够促进其质疑创新等核心素养的发展.

杠杆平衡条件的三类典型应用

本文通过对独轮车、杆秤和塔吊等具体案例进行分析,阐述杠杆平衡条件的应用方法,旨在提供对杠杆平衡条件的深入理解,并展示其在不同领域的广泛应用.

带电粒子在电磁场中动态受力平衡条件

导体的电平衡条件为E =0 ,这是静电学中一个重要结论 ,但它显然不是相对论协变的 .由于洛伦兹力公式F =q(E +v×B)为相对论协变式 ,故带电粒子 (包括导体中的自由电子 )在电磁场中动态受力平衡条件即应为E +v×B =0 .这个条件是相对论协变的 ,即它在任何惯性系中均成立 .

法律行为效力的限制条件研究———论不完全控制条件与不平衡条件

人们为了追求最大利益又最大限度地降低风险 ,必然采取各种措施。人们在实施法律行为时 ,附以限制法律行为效力的条件 ,就是为了减少一些不确定的因素所带来的风险。随着市场经济的发展 ,附条件的法律行为也会变得更加丰富多样。在某种意义上 ,附条件的法律行为的有关法律规定 ,有利于加速民事流转 。

加筋红土的广义等效围压和极限平衡条件

从加筋土体中筋材的作用相当于等效围压的概念出发,提出了一般加筋土体广义等效围压的概念。基于加筋前后土体达到相同强度的围压差,建立起包含传统等效围压的广义等效围压计算式;根据加筋土体仍然服从于莫尔-库仑强度理论,引入两个加筋指数α,β来反映筋材对土体抗剪强度的影响,建立起包含传统极限平衡关系的加筋土体极限平衡条件;并讨论了不同排水条件和筋材性质对加筋指数的影响。红土加柔性筋材试验结果表明,不同排水条件下,α基本接近于1;β随排水条件而变化,完全排水条件下的β大于1,完全不排水条件下的β小于1。固结不排水条件下的β有时大于1,有时小于1,可能与加筋层数和筋材性质有关;加筋红土在完全排水条件下的广义等效围压为正,在完全不排水条件和固结不排水条件加筋层数较少时的广义等效围压为负;β和广义等效围压都随加筋层数的增加而增大。

欠平衡条件补偿中子测井校正的蒙特卡罗研究

利用蒙特卡罗方法,通过分别改变井眼中的含气量、地层矿化度和孔隙度,研究了井眼中含气量从0-100%变化及地层水矿化度（0-250 000 mg/L）对补偿中子测井的影响。将模拟结果与前人实验数据进行了基准检测。研究表明,随着井眼中含气量增加,探测器计数率增加,但是利用近远计数率比求得的视中子孔隙度反而迅速降低,而地层水矿化度的变化会使气体井眼时的孔隙度灵敏度降低。针对CN-241补偿中子测井仪,给出了在欠平衡条件下使用井眼泥浆含气量和地层矿化度校正图版,为今后进行欠平衡条件下测井解释和地层评价打下了基础。

基于极限平衡条件的土体局部稳定分析

根据土体结构的应力及摩尔-库仑强度理论分析其局部稳定性。以土体内部任意曲面的剪应力积分值与抗剪强度积分值的比值为安全系数K,并认为|K-1.00|≤0.05为极限平衡状态。通过两个算例模拟了地基与均质边坡随外荷载增加,土体内部由局部达到极限状态发展成整体达到极限状态,最终失稳破坏的过程。结果表明此方法模拟土体结构渐进破坏过程是可行的。

非圆弧滑面滑坡中满足平衡条件的预应力锚索设计拉力的确定方法

近20年来预应力锚索广泛用于加固滑坡或高边坡,但在以往的设计计算中,为简化起见,对非圆弧滑坡预应力锚索的设计一般采用指定设计外力而根据力的投影来确定锚索根数,并认为锚索作用力以集中荷载作用在滑面上。实际上,由于作用在地面的荷载经滑体传递后发生了很大的扩散作用,不满足力及力矩的平衡条件,其公式具有一定的缺陷,因而不尽合理,甚至由于锚设置不当造成其超载受荷而发生破坏,引起严重后果。本文根据其受力特点采用Morgenstern-Price法的基本假定从平衡条件出发,导出了确定锚索设计外力的迭代算法公式,对工程实际具有较大的理论意义。

M/G/1非空竭服务休假排队系统的平衡条件分析

讨论了一般非空竭服务M/G/1型休假排队系统的嵌入更新过程常返的条件,为稳态队长与等待时间的随机分解奠定理论基础.并且在独立休假策略下进一步简化Fuhrman与Cooper(1985)休假排队系统的随机分解的条件,并得到完整的随机分解结构.

林业产业集群生态系统结构及平衡条件分析

从林业产业集群生态系统的概念出发,对其生产要素系统、服务要素系统和环境要素系统及其各子系统的内在关系进行了分析,研究了林业产业集群生态系统的网链结构,从而提出林业产业集群生态系统的平衡条件,以期对林业产业集群的发展进行有效引导和培育,促进林业产业集群的升级转型。

不平衡条件下基于改进准PIR逆变器控制研究

三相脉宽调制逆变器由于其具有低成本,高功率以及高灵活性在分布式发电系统中得到广泛应用。然而当逆变器在直流和交流母线之间,并网侧工作在不平衡电网条件下,上述优点无法获取。在不平衡条件下,提出一种新型准PIR控制策略实现三相并网逆变器控制。首先在不平衡条件下,推导了三相并网逆变器正序旋转坐标系平均模型。通过模型能够发现不平衡因素会产生负序环流。提出一种准PIR控制器,实现负序环流抑制。提出的控制策略能够有效的抑制环流,因此并网电流得到明显改善。仿真证明了所提方法的有效性。

基于电阻平衡条件的同相求和运算电路设计

从运放输入端电阻平衡条件出发,分析了一些文献给出的一般形式同相求和运算电路的运算关系式及各输入信号比例系数之和与平衡电阻、反馈电阻的关系,目的是探索同相求和运算电路运算关系的简化表达形式及电路的简化形式.结论是在输入端电阻平衡时,各输入信号比例系数之和在大于1、小于1及等于1情况下,同相求和运算电路还可简化.所述方法的创新点是将运放输入端电阻的平衡条件转化为各输入信号比例系数之和的关系,从而可直观确定简化电路形式,解决了"同相求和电路的应用不如反相求和电路应用广泛"的问题.

基于电阻平衡条件的比例运算电路

为使比例运算电路的设计具有通用性,给出了任意比例系数的加减法运算电路,分析了比例系数与平衡电阻、反馈电阻的关系,将运算放大器输入端电阻的平衡条件转化为输入信号比例系数的关系,并探索了输入端电阻平衡,比例系数取值关系变化时,加减法运算电路构成形式的变化情况,给出一些新的电路设计方案。扩大了比例运算电路的应用范围。

冲积河流平衡条件对输沙函数敏感度的数理分析

冲积河流的水流连续性、阻力和泥沙运动方程决定着天然河流的输水输沙平衡条件。由于众多输沙函数的存在,研究河流平衡条件在不同输沙状态下的变化程度对认识河流演变规律和进行河道整治工程设计具有十分重要意义。本文利用作者和合作者近年来提出的河流自动调整机理数理分析方法,对常用的Meyer-Peter和Müller输沙函数的三种表达形式和DuBoys输沙方程对河流平衡条件的影响程度做了详细地定量分析。结果表明,河流平衡条件可以直接从水流连续性、阻力和泥沙运动方程中推导得出,没有必要去刻意增加第四个方程来求解。但这一平衡条件对输沙函数极为敏感,不同的输沙函数不仅会极大地缩小河流过水断面形态调整的范围,而且还会对最优输沙断面形态造成10余倍的差异。由于水流阻力与泥沙运动方式紧密相关,本文建议应利用河流平衡条件更深入地探讨这一关系,为建立一个普适河流输沙函数打下坚实基础。

自平衡条件对槽形梁力学特性影响的分析

为了准确反映槽形梁翼板的位移变化,引入3个广义位移,利用能量变分原理建立槽形梁3个广义位移的控制微分方程和自然边界条件。比较考虑和不考虑剪滞翘曲应力自平衡条件的2种方法,证明该类结构自平衡条件引入的必要性。对槽形梁的自振特性进行研究,进一步证明槽形梁静力分析中自平衡条件引入的合理性。在算例中对解析解与有限元数值解进行对比,证明该分析方法是有效的。

关于球形小液滴热力学公式及其气液平衡条件的讨论

依据热力学第一和第二定律,从不同角度导出了球形小液滴的热力学基本公式。明确指出公式中的压力为液体相的压力,不是气相压力。分别用熵判据和Gibbs自由能判据证明了小液滴的气液相平衡条件为物质在两体相的化学势相等。强调指出:相平衡条件具有普适性,与是否为孤立体系或封闭体系及其类型无关,不仅适于球形液滴,对其他形状的液体也适用。对文献中存在的相关问题进行了较详细的讨论,澄清了一些容易模糊的认识。

地基土抗剪强度与极限平衡条件的评价分析

在确定地基土的抗剪强度的基础上 ,运用材料力学中平面应力状态的理论对无粘性土和粘性土均进行了极限平衡条件的评价分析 ,运用该分析方法进行工程实例计算 ,计算结果表明该方法较准确、可靠。