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慢跑鞋耗能性的实验研究

慢跑鞋耗能性的实验研究
慢跑鞋耗能性的实验研究

慢跑鞋耗能性的实验研究1

霍洪峰,赵焕彬

河北师范大学体育学院,石家庄(0500161)

E-mail:hhf413@https://www.wendangku.net/doc/175714707.html,

摘要:旨在探求慢跑鞋的能量消耗性能及影响因素。同步测量男青年在分别穿3种慢跑鞋慢跑时的足底压力以及能耗量,得出:1、穿不同的运动鞋运动导致耗能量的差异具有显著性,能量消耗可作为反映慢跑鞋重要的性能的指标;2、在运动一定的情况下,鞋子越重,人体所消耗的能量就越多;3、鞋的足部控制是影响耗能性的重要因素,足部控制好的慢跑鞋耗能少;4、鞋的减震性能也是影响耗能性的重要因素,而减震性能好的慢跑鞋耗能多,能量回输是解决其矛盾的关键。其方法和结论可为慢跑鞋的评价提供重要参考意见。

关键词:慢跑鞋;耗能性;足部控制;减震性能

中图分类号:G804.49

1.引言

随着体育国际化发展的趋势,世界体育比赛日趋激烈,依靠影响体育成绩的高新技术竞技装备器材成为世界各国研究的重要方面。在各种运动项目中,运动鞋均是运动员重要的装备,运动鞋性能的好坏直接影响运动员在竞技比赛中成绩的发挥。比如,雅典奥运会男子110米栏冠军刘翔穿的是由美国Nike公司为其专门设计的一款轻巧跑鞋,为夺取奥运会金牌做出了贡献。可见,科学技术在运动鞋中的应用对提高现代田径竞技成绩发挥重要作用。长跑是能量消耗很大的运动项目,跑鞋的耗能对比赛的胜负起着举足轻重的作用。德国Adidas公司于二十世纪80年代提出扭力系统原理,美国Nike公司应用空气垫减震原理,均有可产生能量回输的优点,旨在节省能耗量。我国在运动鞋研制方面相对比较落后,同时在跑鞋能量消耗方面,以往的实验研究较少。

本文在国内外文献资料的基础上[1],同步使用足底压力分布测试系统和心肺功能综合测试系统,对慢跑鞋的能量特性进行实验探索,为进一步深入研究跑鞋的运动生物力学特性,并为评价和研发其它专项运动鞋提供思路。

2.研究方法

2.1 研究对象

选通型号鞋1、鞋2、鞋3等三种品牌慢跑鞋各1双,鞋码均为42号。

选取东北师范大学体育学院长跑学员12名为研究对象,受试者均为男性,无足部畸形、异常步态和足部外伤史,足踝关节活动正常。平均年龄25岁(24~26岁) ,平均体重67.1kg(60~76kg) 其一般情况见表1。

表1 被选鞋基本情况

鞋牌鞋型鞋号单鞋质量(g)

鞋1 慢跑鞋42 243

鞋2 慢跑鞋42 297

鞋3 慢跑鞋42 248

1本课题得到国家体育总局体育科研所的资助。

表2 受试者基本情况比较(S x ±)

性 别

例 数 年 龄 身 高 (cm) 体 重 (kg) 体重指数

(kg/m 2) 鞋 号 男 12 25.0±0.8 176.3±1.367.1±7.1 24.9±3.4 42

2.2 测试仪器

电动跑台、比利时足底压力分布测试系统Footscan insole(测量频率为100Hz ,传感器厚度2.2mm ,传感器密度4个/cm 2。引出厚度1.5mm ,压力范围1~60N/cm 2,最小分辨率为25g ,一致性为±25 g)、心肺功能综合测试系统(本院为德国产气体分析系统)、心率实时遥测系统。

2.3 检测方法

1)、测试前在跑台上训练受试者一周,使之适应跑台运动;控制受试者前三天的膳食,保证每次测试前的心律、血压一致。

2)、将Footscan 压力分布鞋垫放置鞋中要求压力鞋垫在鞋内平整无折叠,然后受试者小心穿上鞋子,以避免压力鞋垫折叠,采集模块系于腰间,测试完成后再将采集卡数据导入计算机;为受试者配好心率实时遥测系统,在运动过程中用特制的呼吸口罩,使受试者正常地吸入空气,将呼出的气体用气体代谢仪进行分析。

3)分别穿不同慢跑鞋进行测试:动态足底压力分布,受试者以以10km/h 运动时的足底压力分布,数据采集时间为8秒,足底压力分布解析系统可获得完整步态周期的足底压力分布图;以10km/h 的速度运动6分钟直至运动结束,通过气体代谢仪进行分析,得出指标呼吸商、摄氧量、能量消耗、心律等。

2.4 统计学分析

足底压力采集数据首先应用系统自带的分析软件进行压力分布动态云图显示、压力中心移动曲线计算等操作;呼出的气体用气体代谢仪进行分析。所有数据处理均用SPSS11. 0软件,用简单描述性统计,结果用(S x ±)表示,组间比较采用t 检验,在文献资料研究、经验总结和问卷调查、实验、等研究的基础上,进行分析、比较,从而得出一些规律性的认识与有益的启示。

3.结果与分析

3.1 受试者以10km/h 运动时足底压力

Footscan 测力鞋垫采集到数据以后,footscan software

2005分析系统对数据进行初步分析。数据分析系统截屏如图

所示。图1为2D 动态窗口,2D 动态窗口可以动态显示两足

足底各传感器部位的最大压力值,进而计算出平均压力值,

并能显示出足部运动过程中左右足底所受的最大力,同时显

示分析时的受力分区,把整个足底分成前掌、足弓部、足跟。

图1 足底受力分区

表3 受试者以10Km/h 的速度慢跑时足底受力 单位:N 脚足底受力 部 位

鞋1 鞋2 鞋3 整足最大应力值

684.4±17.9 681.0±19.9 696.3±25.7 足受力平均值

283.1±11.4* 275.9±9.8** 318.8±20.7 后跟极大应力值

374.3±24.7 385.8±13.2 390.1±20.4 前掌极大应力值

411.8±24.7* 463.0±22.8* 449.2±33.8 前掌—后跟

37.5 87.8 59.1 注:*与鞋2相比P <0.05,**与鞋2相比P <0.01;*与鞋3相比P <0.05,**与鞋3相比P <0.01

1)同一人由于习惯或动作定型,在跑速及个方面因素相同的情况下跑步,每次脚着地瞬间到蹬离地面的过程中,人体的动量变化是相同的。根据动量定理[2-3]

001)(p p t t F n i i ?=?∑=, (1)

其中∑=n i i

F 1

表示人体所受合力,0p 和p 分别表示人体着地瞬间的动量和离地面瞬间的动量,可知,在这段时间内脚受到的平均作用力可反映运动鞋的缓冲效果;2)最大应力值最好出现在离地时的前掌,以增强稳定性、减小冲击,且极大应力的离地前掌值与着地后跟值之差越大足部控制越稳定[4]。

受试者穿三种慢跑鞋以10Km/h 的速度慢跑,左、右足底压力差异不具有显著性,故作整体分析,足底各部位最大压力分布见表3。由表3可见,穿鞋2时足受力平均值最小,左鞋2减震性能最好。穿鞋1时足受力平均值次之,鞋3减震性能最差。穿鞋1时整足最大应力值最小,即穿鞋1慢跑时足受到地面的冲击力最小。慢跑时,最大应力值也都出现在离地时的前掌,稳定性都较好,其中穿鞋2时的前掌极大应力值与后跟极大应力值之差最大,鞋2的稳定性最好,鞋3次之,鞋1最差。

3.2 受试者以10km/h 运动时的耗能量情况

表4 受试者穿三种慢跑鞋以10km/h 运动5分钟耗氧、能量数据

部 位

耗氧量(mL) 耗能量(kJ) 鞋1

18054.4 ±2073.2** 379.3±12.5** 鞋2

19376.1±1964.1 407.3±11.7 鞋3 17853.7±2116.8** 369.1±12.7** 注:*与鞋2相比P <0.05,**与鞋2相比P <0.01;*与鞋3相比P <0.05,**与鞋3相比P <0.01

通过心肺功能综合测试系统测试出的运动时耗氧量、呼吸商,查出呼吸商对应的氧热价,再结合根据运动的时间计算出受试者的耗能量[5]。结果如表4所示,由于是根据耗氧量计算的,所得的数据经配对样本t 检验,差异确实是因所穿运动鞋不同引起的。在相同强度(10Km/h)、 相同时间(5min)的长跑运动中,穿鞋1要比穿鞋2所消耗的能量少,平均节省27.97KJ 能量;穿鞋3要比穿鞋1所消耗的能量少,平均节省10.2KJ 能量。说明穿不同的运动

鞋运动确实会导致耗氧量的差异,通过耗氧量计算出耗能量,定量比较受试者穿不同运动鞋而导致的人体体能消耗情况。又因为长跑运动中能量的消耗是教练与运动员所关心的问题,所以测试人体的总耗氧量是反映慢跑鞋重要的性能的指标。

3.2.1 鞋质量对慢跑鞋耗能性影响的分析

三种慢跑鞋的质量由表1可知,鞋1与鞋3的质量相差不多,均小于鞋2的质量,且差异显著,对于其耗能性,如表4所示,穿鞋1、鞋3要比穿鞋2所消耗的能量少。图2可直观表示,穿鞋2所消耗的能量明显要比穿鞋1、鞋3多。因此,在运动一定的情况下,鞋子质量越大,人体所消耗的能量就越多,此实验证实与前人研究相符[6]。所以,研发运动鞋时应在不降低其它性能的同时尽可能减小鞋子质量,以减少其耗能性。

随着运动时间的延长,慢跑鞋耗能性影响程度会更加明显,可做相应的计算,计算结果如图2所示,如果运动员用2h30min跑完马拉松跑全程,穿鞋2所消耗的能量要比穿鞋1多消耗840KJ的能量,这部分多消耗的能量可以使运动员继续运动10min。与单信海教授的理论研究,鞋子每增加0.1kg质量,对于马拉松运动而言,多消耗的能量可以使运动成绩下降1.5min时间[6],有所差异,因此可见,鞋子质量并不是影响其耗能性的唯一因素。

3.2.2鞋足部控制、鞋减震性能对慢跑鞋耗能性影响的的分析

由表1可知,鞋1与鞋3的质量相差无几,但其耗能性的差异具有显著性,由3.1 受试者的足底压力分析得到,穿鞋3时足受力平均值低于穿鞋1时足受力平均值,即鞋3减震性能差。穿鞋3时的前掌极大应力值与后跟极大应力值之差大于穿鞋1时,即鞋3的稳定性好于鞋1。在相同强度(10 Km/h)、相同时间(5min)的长跑运动中,穿鞋3要比穿鞋1所消耗的能量少,平均节省10.2KJ能量的事实就可以理解了。因此,鞋的足部控制是影响耗能性的重要因素,足部控制好的慢跑鞋耗能少;这些慢跑鞋表现出减震性能好的耗能多,鞋的减震性能也是影响耗能性的重要因素。

4.结论与建议

1、穿不同的运动鞋运动会导致耗能量的差异(P<0.05),能量消耗可作为反映长跑运动鞋重要的性能的指标;针对长跑运动,耗能性可作为评价慢跑鞋优劣的总体指标。

2、在运动一定的情况下,鞋子质量越大,人体所消耗的能量就越多。研发运动鞋时应在不降低其它性能的基础上尽可能减小鞋子质量。

3、鞋的足部控制是影响耗能性的重要因素,足部控制好的慢跑鞋耗能少。

4、鞋的减震性能也是影响耗能性的重要因素,减震性能好的慢跑鞋耗能多,能量回输是解决运动鞋减震与耗能的关键,设计运动鞋减震性能的同时也应关心鞋的耗能情况,鉴于运动鞋各性能之间可能会互相影响,鞋子的设计与评价则要考虑运动专项的需求,寻求运动鞋性能的总体最优化。

参考文献

[1] 霍洪峰,赵焕彬,王海涛等.运动鞋性能指标及测试方法的研究[J].天津体育学院学报,

2007,22(1): 9-11.

[2] 漆安慎,杜婵英.普通物理教程力学[M].北京: 高等教育出版社,1997. 86-94.

[3] 运动生物力学教材编写组.运动生物力学[M].北京: 高等教育出版社,2000. 230-236.

[4] 陈晓,祖媛媛.军用鞋靴足底压力的舒适性测试分析[J].中国个体防护装备,2006,(1): 8-11.

[5] 邓树勋,洪泰田,曹志发.运动生理学[M].北京: 高等教育出版社,2003.221-227.

[6] 单信海.跑鞋能量特性的理论探讨[J].天津体育学院学报,2002,17(4): 28-30.Experiment Investigation on Dissipation Performance of

Jogging Shoes

Huo Hongfeng,Zhao Huanbin

College of Physical Education,Hebei Normal University,Shijiazhuang (50016)

Abstract

In the interest of estimate the dissipation performance and the influenced factors of jogging shoes, volar stress distribution and dissipation performation are analyzed while healthy young male jogging wearing three kinds of jogging shoes synchronously. The result shows: 1) It will bring on the difference of the dissipation quantity surely. Energy consume can become a index reflecting the important performance of jogging shoes; 2) In the occasion of certain sporting, the weighter of shoes, the more energy consumed ; 3) Foot control of jogging shoes is one important factor of effecting dissipation performance, good foot control will reduce dissipation quantity. 4) Damping performance is another important factor of effecting dissipation performance, good damping performance will increase dissipation quantity. The methods and conclusions will provide valuable reference for estimating jogging shoes.

Keywords:jogging shoes,dissipation performance,foot control,damping performance

作者简介:

霍洪峰(1981-),男,河北馆陶,硕士研究生,研究方向为运动生物力学;

赵焕彬(1957-),男,河北辛集,河北师范大学体育学院教授,博士生导师。

小学科学探究性实验教学研究

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高中生物验证性实验和探究性实验专题

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课题验证性实验和探究性实验设计 蒋素琼 考点分析:实验设计是近几年高考的热点,它能综合考查学生理解实验原理、学会分析实验结果及灵活运用实验原理的能力,同时还考查学生的创新能力和语言表达能力等。这类题目一般难 度较大,开放程度较高,答案较灵活。 教学目标:归纳和总结验证性实验与探究性实验的不同,加强和巩固实验设计原则及方法的应用。 教学重点:验证性实验和探究性实验设计的区别,生物实验设计时变量及原则的运用。 教学难点:解答生物实验设计题的思路及方法 教学过程: 实验设计是近几年高考的热点,这类题目一般难度较大,开放程度高,答案较灵活。在前阶 段复习的过程中,我们已涉及到这类题目的训练,但并没有系统化,所以我们今天就如何进 行实验设计将作为一个专题进行讨论、归纳和总结。通常情况下,实验设计根据不同的划分 标准可以分为不同的类型,如根据实验目的的不同分为验证性实验和探究性实验,根据对实 验过程的要求不同分为完善实验步骤类和纠错改正类,根据对实验设计的内容不同分为生理 过程类和实践应用类。今天我们重点探讨第一类,即验证性实验和探究性实验设计(板书标 题)。 通过我们以前做过的一些实验设计题,请大家回顾并思考:验证性实验与探究性实验的主 要区别是什么?请大家把表格的问题进行思考并请学生回答。 为了进一步区分这两类实验,下面我们来分析两个例题: 例1.胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作 用”,请以小白鼠为实验对象设计实验步骤,预测和解释实验应出现的结果,并写出实验结论。(一)实验材料和用具 正常小白鼠2只,生理盐水,用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素,班氏糖定性试剂,注射器,试管,烧杯,酒精灯等。 (二)实验原理 (三)实验步骤(提示:采用腹腔注射给药,给药剂量不做实验设计要求;给药1小时后,用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液) 1 2 3 4 (四)实验结果的预测、解释和结论

探究性实验教学中应当注意的几个问题

探究性实验教学中应当注意的几个问题 探究性实验作为物理教学的一种重要的方法和手段,它把要研究的物理现象清楚地展现在学生面前,能引起学生的观察、思考,便于学生认识物理概念和规律,具有事半功倍的效果,是深受学生欢迎的实验形式,也是教师施展教学艺术的独特方法。要想最大程度地发挥探究实验的作用,在探究实验中应当注意以下几个问题。 一、提高可见度 探究性实验的特点是让全体学生对具体的物理现象与实验过程亲身体验,考虑到实验的条件以及感官易受外界条件的制约,要尽可能地增大探究实验的可见度,提高探究性实验的直观性,最大程度地发挥探究性实验的作用。 1.克服空间条件制约。 有些探究实验容易在水平面上完成,却不利于学生观察,如果对此类实验进行“化面为体”的处理,就可以提高可见度。例如磁感线的探究实验,将适量的铁屑均匀地洒在玻璃板上,并置于磁铁上,通过连续轻微的敲击玻璃板,使磁铁屑在磁场中逐渐有序排列。这样实验虽然完成了,但只能进行平面展示。如果用一张合适的稍厚白纸,一面均匀地涂上胶水,把玻璃板上按磁场规律排列的铁屑复制到白纸上就可以进行竖直展示了。当然,也可以用投影器进行观察。 2.克服实验过程瞬变对观察者的影响 有些实验现象变化比较快,不易于学生观察,如果抓住实验的本质,可以转移研究实验的对象。如“探究皮球从手中落地又弹起的这一过程中能量的转化”实验时,可以给皮球涂上黑颜色,让它落到地面上的白纸上。这样就会在落地处留下了大小不同的黑色圆斑,我们可以根据圆斑的大小以及皮球弹起的高度,比较容易地比较出动能和势能的相互转化。 3.改进实验装置和方法。 教学中的一些实验性探究的效果往往不尽人如意,如果对实验装置和方法进行适当改进,可以克服不足,增强实验的直观性。如在探究电流做功的实验中,可以进行下列改进:将电动剃须刀的直流电动机部分固定在铁架台的顶端,代替了原实验中的滑轮和直流电动机,这样避免了原实验的操作上的复杂性,提高了实验的可见度。 二、增大可信度

学生探究性实验报告格式

1 1、以D001大孔阳离子交换树脂负载三氯化铁为催化剂催化合成环己酮缩乙二醇,探究不同催化剂用量对催化效果的影响; 2、探究不同的酮醇比对产物收率的影响; 3、用红外光谱和气相色谱对产物进行表征研究。 香、果香香气、留香持久、香气类型多等特点,作为新型香料在日用香精和食品香精中广泛应用 [1,2] ,也常用于用作特殊的反应溶剂[3] ,…………。 三、实验原理 ………… 三、实验所用主要仪器设备和药品 主要仪器设备:数字阿贝折光仪、Agilent-6890气相色谱仪(安捷伦科技制作有限公司)、360型傅立叶变换红外光谱仪(Wartars 公司)、搅拌器等。 药品:D001树脂(市售)、乙二醇(化学纯)、环己酮(分析纯)、环己烷(化学纯)等;………………… 四、实验部分 1、催化剂的制备 (1)树脂处理 (2)催化剂的制备 ①树脂与FeCl 溶液的交换 称取10g 干燥树脂,用去离子水反复洗涤,再用0.02mol/LFeCl 3溶液1000mL 分数次与反复洗涤后的树脂混合搅拌,以6mL/min 的速度动态交换……………………。

2 ②催化剂的焙烧处理 将上述制备的复合物在马沸炉中在一定条件下进行……………………。 2、环己酮缩乙二醇的合成 100ml 三颈圆底烧瓶中加入2g 催化剂,环己酮0.2mol ,乙二醇0.3mol …………。 五、结果与讨论 1、酮醇比对缩酮反应的影响 固定催化剂用量为2g ,环己酮用量为0.2mol ,以20mL 环己烷作带水剂,回流反应3h ,考察不同酮醇比对缩酮反应产率的影响,结果见表1。 n (酮) /n (醇)(mol 比) 1:1.0 1:1.2 1:1.5 1:2.0 1:2.5 缩酮产率(%) 52 80 84 76 72 由表1乙二醇过量……………………………………。 2、催化剂用量对缩酮反应的影响 ………………………… 3、产物的分析结果 (1)缩酮的确认 生成的环己酮缩乙二醇我们主要通过测红外光谱来确证。其图谱如下: 473.73 543.21 619.32 1119.56 1384.26 1618.67 1637.61 2925.04 3415.95 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 %T r a n s m t t a n c e 1000 2000 3000 4000 W a v e n u m b e r s (c m -1)

高中生物探究性实验设计专题

高中生物探究性实验设计专题 一、背景叙述 高中生物实验分两种类型,验证性实验和探究性实验(包括研究性课题),由于后者更能体现探究能力、实验设计能力和运用生物学知识和方法分析和解决实际问题能力;更能体现科学态度、科学精神和创新意识,是高考中为高校选拔人才的较好材料,近年来一直被沿用。由于缺乏实验设计的有关理论知识,平时的练习也偏少,因此,遇到这类题型,就会感到茫然。为解决这一问题,现将有关实验设计的基本理论、实验设计的思路方法和常见的类型作一介绍,以期增加理论知识,提高分析问题和解决问题的能力之目的。 二、基本内容 探究性实验一般包括:课题、假设、设计实验、预期、完成实验、观察并记录结果(有时需收集数据)、分析结果(数据)并推导结论七个基本内容。 (一)提出课题 人们对事物作缜密观察以后,常常由于好奇心或想作进一步的了解而提出问题,虽然任何人都能提出问题,但只有意义的问题才值得探讨,课题即为实验的题目,是实验要达到的具体目标,例如“蚯蚓如何借肌肉的收缩和舒张而移动身体?” (二)假设 科学方法的第三步是假设。假设,也称假说或猜测,指用来说明某种现象但未经证实的论题,也就是对所提出的问题所做出的参考答案。假设一般分为两个步骤:第一步,提出假设,即依据发现的事实材料或已知的科学原理,通过创造性思维,提出初步假定;第二步,做出预期(推断),即依据提出的假设,进行推理,得出假定性的结论;例如,新编高中生物的“动物激素饲喂小动物的实验”,其假设是:“甲状腺激素对动物的生长发育有影响”;其预期结果是:“用适量的甲状腺激素饲喂蝌蚪,将促使蝌蚪的生长发育加速”。实验预期是较具体的推断。

生物探究性实验教学的探讨

生物探究性实验教学的探讨 兴趣是最好的老师,生物实验教学中从第一个探究性实验开始重视,以方法入手,多给学生动手的机会,多创设探究思维训练情境,学生才能在探究中主动获取知识,在理解的基础上完善生物学知识体系。 标签:生物实验教学 一、理论介绍 探究教学旨在教师引导下,学生主动参与到发现问题、提出问题,作出假设,制定计划、实施计划、得出结论、最终寻找答案的过程中,以培养学生解决问题能力的教学活动。它对于目前培养学生的科学思维能力、收集和处理信息的能力、分析和解决实际问题的能力以及合作学习、表达交流的能力、科学探究能力等实施对素质教育有着重要意义。 生物是一门以实验为基础的学科,但很多实验受到条件的制约而无法完成。因此在教学中,教师要积极应用各种信息技术手段,使微观的、不能动手实验的内容具体化、形象化。如:“血液循环”、“细胞的分裂和生长”等一些知识的学习,可以通过信息技术模拟,让生物教学化难为易、化繁为简,从而使生物知识易学易懂。 其中对照实验是一种重要的科学实验方法,在生命科学实验中常常用到。在实验过程中往往会涉及到各种相关的因素,为了证明某种因素对研究对象是否有作用,在设计实验时通常将其他因素都定为相同,而仅仅使某一因素为变量,对该因素的作用进行探讨。不管学生做什么实验,我总是强调对照实验只能有一个变量。同时告诉学生:在用到生物活体进行对照实验时,有时会遇到许多意想不到的情况,对这样的对照实验最好多重复做几次,涉及到的个体数越多越好,这样才能保证探究实验的科学性,才有可能得出科学的结论。“授之以鱼,不如授之以渔”,知识是教不完的,但是学会了探究方法可以进行课外探究,甚至终身受益。 二、利用合适的时机,开展互动活动 教师要在领会新课程理念的基础上进行备课,从多层次多角度入手,备课内容要结合生物课程的特点,融合教学目标。要不断加强学生对生物学知识与生活之间联系的认识,以及情感价值观与之的关联。从而转变学生掌握知识的单一模式,促进学生知识、能力、情感以及价值的全面发展。因此,教师对课程的准备要在深入了解教材的基础上,构建互动桥,对互动桥的搭建可以通过创设情境来实现。 互动教学过程中不断添加探究实验的条件,教师则在此过程中作好对学生的引导工作,营造利于学生的学习氛围,实现师生的互动,比如:需要做对照实验

【中学物理探究性实验初探】 物理研究方法

【中学物理探究性实验初探】物理研究方法 [摘要]:物理探究性实验教学的开设,激励了学生的个性和已有经验得到充分的发挥,改变了过去由教师包揽教学的局面,给了学生更多的思考、探索、实践的时间和空间。训练学生学会合作探究的能力,体现和提高学生的情感、态度、价值观,培养了学生严谨的科学思想和研究方法,提高了学生的建模能力,展示了学生的研究思路和才能,延伸了学生的学力。使学生的实践能力、创新精神和可持续发展的综合素质都有较大的提高。 [关键词]:质疑探究能力、合作交流、学会研究、可操作性 课题背景 物理学是一门以实验为基础的学科,对物理教学来说其重要方面之一是实验教学与理论教学相结合,因为通过实验可以更有效地让学生体验科学发展和知识形成的思想和方法。通过联系实际问题,培养学生的实践能力、创新精神、可持续发展和适应将来社会的生存能力。“二期课改”总体要求,就是要确立在学习中以“学生为主体”的地位,关注学生已有经验、兴趣爱好和个性特长。实现知识与技能、过程与方法、情感态度价值观为一体的教学目标。著名物理学家杨振宁说:“我在中国学的方法是演绎法,我发现这完全不是费米、泰勒等人的研究方法,他们是从实际实验的结果中归纳出原理,是归纳法。我很幸运这两种研究方法的好处都吸收了,这对我的研究工作有很大的影响。”这段话表明实验作为一种研究科学方法,对人的培养有着一种特别的作用。 探究性实验是努力改变学生“接受学习”的传统方式,建立一种让学生“主动参与、乐于探究、交流合作”的学习方式。配合“二期课改”中的拓展性课程和研究性课程,使之相辅相成。通过探究实验,有效地促使学生关注和联系实际问题,体验科学发展和知识形成的思想和方法,掌握知识的本意和正确的结论。使学生的意志、毅力、情感、价值观以及与他人的

《教育心理学》教育心理学的研究方法

一、什么是科学研究方法 教育心理学的研究是科学研究。什么是教育心理的科学研究呢? 科学是以有系统、有组织、经过实证性方法所获得的关于自然、社会和思维的知识体系。这个定义的重点不在研究的知识体系,而在研究的方法。不管研究的题材是什么,只要所用的是有系统、有组织的实证性方法所获得的知识体系,便可以算是科学。可见,研究问题所用的方法是科学中的关键问题。教育心理科学研究是一种在教育过程中采用一定的方法研究心理现象的认识活动,是追求有关教育心理知识或解决教育心理问题的一种创造性认识活动,从事这种活动所采用的手段便是教育心理的科学研究方法。一套完整的教育心理科学研究方法,要涉及一系列的内容:(1)课题研究的理论基础;(2)课题的正确选择;(3)有关资料文献的搜集和查阅;(4)研究计划的制定;(5)研究材料的编制和指标的确定;(6)研究方法和研究对象的选择;(7)具体研究步骤或程序的实施;(8)研究结果的整理与分析;(9)对研究结果的检验等。这是一系列复杂的程序,这些程序的运用是逐渐完善起来的,可以说,一部教育心理学发展历史,同时也是一部教育心理学研究方法学的历史。 教育心理学中任何课题的研究,必须有正确的指导思想和一定的理论基础。我们的指导思想是辩证唯物主义。理论是作为一种具有逻辑关系的假设或原理。教育心理学的研究既要重视实际,又要合乎逻辑。理论不是空想,站得住脚的理论必须具有实证性意义。理论的功能主要有四个:第一,综合现有的知识;第二,解释已有的知识;第三,预测未来的知识;第四,指导研究的方向。理论具有描述性和解释性,描述性重要,解释性也重要。教育心理的某些方面是可以用描述来认识的,如学习过程的结构、品德心理的成分和学生心理发展特征等。教育心理某些方面也可以用解释来认识,如学习动机理论、品德和人格形成的原因及学习迁移理论等。 二、教育心理学研究的基本方法 心理学这门科学之所以年轻,研究对象的复杂性是一个根本原因,而研究方法之不完善,也是一个重要因素。教育心理学同样是如此,教育心理学中有许多问题未解决或解决得不好,研究方法还不完善是一个重要因素。但是,随着整个心理学的发展,研究方法的逐步改善,教育心理学的研究方法也大有改进。目前从事教育心理学课题研究,已经有许多方法可供采用。概括起来,教育心理学研究的基本方法有如下几种。 (一)观察法 观察法也称自然观察法,它是在教育过程中直接观察并记录个体某种心理活动的表现或行为变化,从而对学生心理进行了解。在学校教学、教育活动中,教师经常采用此法观察学生的行为。在教学情境下观察学生的行为,可以获得多方面的资料,如通过观察,随时注意学生学习进步的情况,或学习的困难所在,作为辅导学生学习与调整教学方法的参考,教师可以发现学生对自己的反映,借此加强或改进师生间的关系。 观察法是教育心理学研究最基本、最普遍的方法,它可以直接使用,也可以结合其他方法进行,使用起来方便易行。但是观察不是一种很严密精确的方法,应用观察法只能了解学生心理活动的某些自然的外部表现,而不能对心理活动的进行施加影响,从而更深入地了解它的过程。同时观察者所获得的资料,难免带有主观的色彩,因而影响其准确性。为了使观察客观、准确起见,观察者宜注意下列几点:(1)每次观察不宜太广泛,最好只观察少数或一种行为;(2)所观察的行为须事先明确规定;(3)观察时应随时记录,或利用录音、录像帮助;(4)每次宜用较短的时间,对同一类行为,可做多次重复观察,即采用“时间取样”(time

高考化学探究性实验题突破专题答案

高考化学探究性实验题专题答案 1、(1)CO 和CO 2 (2)利用焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察到紫色火焰 用蒸馏水洗涤固体至洗涤液无色。于试管中,滴加过量HCl 后,静置,液,滴加适量H 2O 2,充分振荡后滴加 2、(1)ade (2)Fe 3+ +Ag= Fe 2+ +Ag + (3)①将银镜在硝酸铜溶液中 (4)同意 4Fe 3+ +6H 2O+9Ag+3NO 3-=4Fe (OH )3+9Ag + +3NO 3、(1)除去铁表面的氧化膜 NO (2)4Fe+10H ++NO 3-=Fe 2++NH 4+ +3H 2O 硝酸根离子在酸性环境下氧化氮氧化物 (3) 溶液的温度 使用催化剂 (4)将两份相同的KNO 3溶液的pH 分别调至2.5和3.5,, 分别加入等量且足量Fe 粉,等反应完 成后,用离子色谱仪分别测定溶液中NO 3-浓度,如果前者NO 3-浓度低,说明酸性越强脱氮速率越快。 4、(1)2Na 2SO 3+O 2=2Na 2SO 4 (2) 假设2:Na 2SO 3完全变质; 假设3:Na 2SO 3部分变质 (3)

注:其它合理答案与步骤均给分 (3)制备并收集SO 2的实验装置示意图(如右图) (4)品红褪色;SO 2+Br 2+2H 2O=4H ++2Br -+SO 42- (5)不是用浓硫酸;用洁净玻璃棒蘸取待测试样涂白纸不变黑,说明不是浓硫酸。 5、(1)由于Ba(OH)2·8H 2O 与收空气中的CO 2反,所取试剂大部分已变质为BaCO 3,未变质的Ba(OH)2·8H 2O 在配制溶液时能全部溶解。 (2) (3)①搅拌溶解 250ml 容量瓶中 ②0.1980 (4)不能。 6、(1)2H 2SO 4(浓)+ 4+2H 2O +2SO 2↑; (2)BaSO 4 还原 (3)2NO+O 2=2NO 2; (4)①通N 2一段时间,排除装置的空气 饱和的NaHSO 3溶液 ②甲:SO 42- +Ba 2+ =BaSO 4↓;乙:2Ba 2+ +2SO 2+O 2+2H 2O=2BaSO 4+4H + ;白雾的量要远多于装置中氧气的量 (5)SO 2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成BaSO 3沉淀 7、Ⅰ.(1)容量瓶 (2)2 5 6 2 8 5O 2 (3)酸式 滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液呈浅红色,且30秒内不褪色 (4) (5)偏高 Ⅱ. 浓硫酸 Na 2SO 3 氢氧化钠

浅谈新课程理念下高中化学探究性实验的教学实践与思考

浅谈新课程理念下高中化学探究性实验的教学实践与思考 发表时间:2011-12-22T14:10:50.407Z 来源:《教育创新学刊》2011年第12期供稿作者:王建平 [导读] 实施探究式实验教学是适应新课程改革的需要。 河北省大名县大名中学王建平 【摘要】新一轮课程改革倡导自主的、合作的、探究的学习方式,探究性教学方式是以探究为主的教学活动,指在教师的引导下,学生独立自主学习、合作讨论。现行的高中化学教材的基本探究内容,要求学生能自由地表达、质疑、探究、讨论问题,而探究性实验教学是探究性教学的一种重要形式,也是新课程理念的一个具体体现形式,是新课程赋予每一位化学老师不可推卸的任务。 【关键词】高中化学;探究性实验教学;实践与思考 1.高中化学实施探究性教学的时代背景 1.1美国实用主义教育家杜威的“现代教育”理论认为:教师在教学中,紧密联系生活实际,注重引导学生通过个人的探索活动进行学习,容易使学生产生兴趣,发挥自身的主动性、创造性,能在获取和运用知识的过程中提高个人的能力,这就是探究性教学。 1.2实施探究式实验教学是适应新课程改革的需要。在我国的高中化学新课标中明确强调“使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力”。强调在化学教学过程中教师要尊重和满足不同学生的需要,通过开展多种探究活动,让学生在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、交流与表达等活动中,强化科学探究意识,学会发现问题、提出问题、分析问题、解决问题、反思问题,促进学习方式的转变,培养他们的合作精神,激发创新潜能,提高实践能力。 1.3加强探究性实验教学研究是加速教师成长的需要。化学探究性实验教学是一种依赖化学实验解决问题、获取知识规律的教学模式,具有很大的灵活性和开放性,目前没有完整的资料可供借鉴。这对使用惯了传统教材和教法的化学教师而言,无疑是一个大的挑战,要求每一个化学教师不断学习、刻苦钻研,从而快速掌握探究式实验教学技能,提高自身教学能力和业务水平。 1.4开展探究式实验教学是培养学生探索精神和创新能力的需要。一是开展探究性实验教学可以进一步开发学生的智慧与潜力;同时开展探究性实验教学可以提高学生的如掌握分析问题、解决问题以及计算推理等学习能力。 2.高中化探究性实验的剖析 化学是一门“以实验为基础”的科学,挖掘和开发化学实验在化学探究性学习中的功能,对于进一步激发学生的学习兴趣、进一步转变学生的学习方式,形成终身学习的意识和能力具有重要的意义。而实验是科学探究的基础,任何实验都或多或少的具有一定的验证和探究性,两者不能也不可能孤立的存在,那么如何来界定探究性实验呢?根据新课程理念和笔者的教学实践,高中化探究性实验有以下一些特征: 2.1从教学理念上看 探究性实验教学要“以学生的发展”为理念来设计,课堂教学设计要以学生发展为本,以丰富多样的教学情景设置为先导;以问题和探究为主线,以学生活动为主要内容,充分发挥学生的主动性,要能体现出学生的首创精神。 2.2从教师作用上看 探究性实验教学只是给学生提供一个通过亲自探究来学习化学知识的途径,教师在探究性化学实验教学中,应是整个探究活动的参与者,活动的组织者,方案指导者,教学氛围的维持者,结论的仲裁者,但不是终裁者。 2.3从实验目的上看 探究性实验既重视规律的验证,实验技能的培训,又强调学生通过实验在科学的学习和研究方法上获得感性体会。简单的说,探究性实验更加关注学生的学习过程和对结论的解释。 2.4从探究性实验的内容和形式上看 化学探究性实验内容的选定一般有两个渠道:第一,可以将书本的演示实验、学生实验改变具有探究性的学生实验;也可以将书本上的具有可延伸的知识点或某一领域的学习内容推向深处,提倡从生活中学化学,用化学知识解决生产、生活实际的问题,体验身边处处有化学。如增加设计联系实际的探索性实验(市售饮品中维生素C含量检测);改进欠佳的实验方案、完善定型实验(Na与H2O反应的实验改进);改进实验装置,增加微型实验等。 2.5从教学模式上看 高中新课程倡导的化学探究性实验教学模式主要是“发现和提出问题——实验探究——解释与结论——反思与表达”。分四个阶段:第一阶段,提出问题。要求教师给学生提供一个问题情境,并讲解探究的步骤;第二阶段,实验探究阶段。学生搜集关于自己看到或经历过的这个问题的信息,将新的条件引入问题情境,以此来观察事物是否会发生不同的变化; 第三阶段,解释与结论。教师要求学生组织资料并做出解释;第四阶段,反思与表达。要求学生分析自己的探究过程,找出最需要以及没有得到的信息类型,同时对自己在实验过程中的表现进行反思,并主动与他人交流讨论探究的结果。 2.6从认知顺序上看 在探究性实验教学中,教师首先精心选择具有典型意义的课题,选题上要依据学习内容特点、教学条件、学生的基础来选择、设计。要从学生已有知识经验出发,由易到难逐渐扩展和深入;在低年级可以把一些与元素化合物性质有关的验证性实验改为以学生为主体的探究性实验,高年级可以安排基本理论方面的综合性实验。 基于上述六个方面,以及探究性实验的教学思想、实验功能等,一般认为,探究性实验是由老师或学生提出实验课题,学生自己设计方案,然后根据方案进行探索研究,正确处理实验结论的一类实验形式。 3.高中化学探究性实验必须遵守的原则 3.1目的性原则 对于任何一个课题而言,探究的范围都很大,角度都很多,教师应根据学生实际水平和学校教学的条件,设计出一个个具体的目标任务,让学生来逐个完成。这样可以帮助学生明确自己的学习目的。

中学物理实验探究性实验初探

中学物理探究性实验初探 [摘要]: 物理探究性实验教学的开设,激励了学生的个性和已有经验得到充分的发挥,改变了过去由教师包揽教学的局面,给了学生更多的思考、探索、实践的时间和空间。训练学生学会合作探究的能力,体现和提高学生的情感、态度、价值观,培养了学生严谨的科学思想和研究方法,提高了学生的建模能力,展示了学生的研究思路和才能,延伸了学生的学力。使学生的实践能力、创新精神和可持续发展的综合素质都有较大的提高。 [关键词]: 质疑探究能力、合作交流、学会研究、可操作性 课题背景 物理学是一门以实验为基础的学科,对物理教学来说其重要方面之一是实验教学与理论教学相结合,因为通过实验可以更有效地让学生体验科学发展和知识形成的思想和方法。通过联系实际问题,培养学生的实践能力、创新精神、可持续发展和适应将来社会的生存能力。“二期课改”总体要求,就是要确立在学习中以“学生为主体”的地位,关注学生已有经验、兴趣爱好和个性特长。实现知识与技能、过程与方法、情感态度价值观为一体的教学目标。 著名物理学家杨振宁说:“我在中国学的方法是演绎法,我发现这完全不是费米、泰勒等人的研究方法,他们是从实际实验的结果中归纳出原理,是归纳法。我很幸运这两种研究方法的好处都吸收了,这对我的研究工作有很大的影响。”这段话表明实验作为一种研究科学方法,对人的培养有着一种特别的作用。 探究性实验是努力改变学生“接受学习”的传统方式,建立一种让学生“主动参与、乐于探究、交流合作”的学习方式。配合“二期课改”中的拓展性课程和研究性课程,使之相辅相成。通过探究实验,有效地促使学生关注和联系实际问题,体验科学发展和知识形成的思想和方法,掌握知识的本意和正确的结论。使学生的意志、毅力、情感、价值观以及与他人的合作交流精神有所提高。也促进了学生在理论学习方面的学习效果,提高了学生的总体学习能力和学习水平。 一、探究性实验在教学中的作用 普通实验是在已有的规范程式下由教师指导、帮助完成的,主要为解决学生的基本知识、基本方法、基本技巧,要求学生达到会做规定实验的基本目标,但缺少培养学生创新精神的功能。为促使学生在新材料、新情境、新问题面前勇敢地质疑,提出问题。改变学生传统的“接受学习”方式,建立一种让学生“主动参与、乐于研究、交流合作”的学习方式。探究性实验教学的开展,能在已有的基础上有效地激励学生的个性和已有经验得到充分的发挥,改变过去由教师包揽教学的局面,给学生以更多的思考、探索、实践的时间和空间,训练学生学会独立和合作探究的能力。不但要能做引入性实验、验证性实验,还要能做探索性实验,不但要能做实验、巧做实验,还要能根据学习和社会生活中的碰到的事例提出问题、选择课题、设计实验,探究事物的运动规律。通过探究性实验的学习和研究,可帮助学生摆脱传统

探究性实验教学的研究

新课程背景下高中物理探究性实验教学的研究 一、探究性实验教学的意义 新的《高中物理课程标准》将“学习科学探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯,能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”列入课程目标、内容目标和实施建议之中,这标志着科学探究不仅是物理学习的一种方法,同时还是物理课程的目标和重要内容。 随着新一轮的高中物理课程改革的开展,广大的物理教师逐渐意识到要彻底改善实验教学,才会真正实现物理教学的改革。探究性实验由于重视其过程和方法,具有有利于提高学生发现问题、解决问题的能力,培养与他人合作的精神,养成实事求是的科学态度及更有利于学生创造能力的提高和主体性发挥等功能,越来越受到物理教育的重视[1]。所以,强调通过实验探究来提高学生的科学素养,已成为当前实验教学改革的主要方向。二.目前探究性实验教学的状况 1.科学探究 在美国的《国家科学教育标准》中,科学探究是指“科学家们用来研究自然并根据研究所获得的事实证据做出解释的各种方式;或者是学生构建知识,形成的科学概念,领悟证据科学研究方法的活动。[2]”在物理教育上,我们可以这样认为:科学探究是学生积极主动获取物理知识和解决物理问题的一种实践活动;同时科学探究是一个包括了提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素的过程;科学探究既是一种学习的方式,也是重要的学习内容。 2.探究性实验 探究性实验是指:根据教材的特点和教学的实际需要,在未知结果的情景下,,通过教师引导和配合,使学生运用自己已有物理知识及实验技能围绕某个问题通过设计、实验操作、分析综合、得出结论并对结果进行交流的一种实验形式。探究性实验不同于科学家进行的科学探究活动,它是在特定的条件下,让学生去亲自体验认识客观世界的经历。[2]探究性实验不仅让学生意识到学习的结果,更着力于让学生去主动发现问题,是一个探求和解决问题、掌握知识的形成过程。我们可以认为物理探究性实验是为了探求物理知识,掌握物理方法的而进行的涉及提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等环节的活动。在具体教学中,科学探究可是其中几个环节,也可以是全过程,但必须至少涉及制定计划与设计实验、进行实验与

初中化学探究性实验教学的研究结题报告

《初中化学探究性实验的研究》课题结题报告 宁江区毛都站镇中学马池玉 随着化学新课程的启动和推进,我校作为一所普通初中,在实施化学新课程的过程中,遇到了新的问题和困难。特别是对于新课程提倡的探究性实验,在学生学和老师教的过程中,困惑最大。针对此现状,我立了《初中化学探究性实验研究》课题。经过几年的实践和研究,取得了一定的成绩。在总结研究成果的基础上,我们提出如下报告。 一、课题提出的背景 (1)化学是一门以实验为基础的自然学科,化学实验是帮助学生获得化学知识、掌握实验技能,激发学习兴趣、培养实验能力的一种教学手段,它在初三化学教学中始终占有十分重要的位置。初三化学实验课改前以验证性实验为主,而把探究性实验作为初中化学的基本教学要求,第一次在2001年的《九年义务教育全日制初级中学化学教学大纲(试用修订版)》中正式提出。大纲指出:教师应“适当引入一些探究性实验”,“应逐步加强学生的探究性实验”,“适时地安排一些学生自主探究的实验”,“探究性实验和综合实践活动能较好地体现学生的创新思维和实践能力”。等等这些指导性的言语都在告诉我们探究性教学应该启程了。 (2)松原市从2003年进入国家化学新课程标准实验区,面对新的教材和新的化学课程标准要求原有的实验教学方式是统一的实验要求、实验教学模式,学生的个性发展不利,单一的实验内容又脱离社会实际,已逐渐显示出不足之处。为了增强学生学习的主动性、能动性和独立性。因此开展化学探究性实验的教学与研究,是化学教学走素质教育之路的有效途径。 (3)在实践过程中,根据我校学生特点和学校化学实验室仪器设备条件,把新人教版教材上的50多个实验按分类可分为学生探究实验、教师演示实验、学生家庭小实验等,而其中有以学生探究实验为主(上册13个,下册11个)。这次我共选择了其中的19个进行探究教学,但学生在进行探究性实验时存在诸多的问题,如:刚开始大多学生只习惯于思考老师向他们提出的问题,而不会主动地去提出问题、发现问题或者敢于提出自己不同的见解和方案;当老师给学生设置了问题情景后,让他们能独立地设计实验去解决问题时,学生多半会到教材中找现成的实验方案,很少有学生能创造性地去设计新的实验方案。而大家知道,学生会提出问题,设计解决问题的方案恰恰是探究性实验最重要的两个环节。随着新课程实施的不断深入以及我校实验室条件的不断改善,在汲取过去几年新课程实施中的经验和不足,我校化学组确立“初中化学探究性实验教学的研究与实践”课题,旨在进一步以学生为主体,促进学生主体发展。同时也想为进一步提高教师的专业成长搭建一个平台。 二、课题研究的理论依据 化学探究性实验是指在教师的引导下,学生根据化学教学的内容或日常生活、生产中遇到的问题,对自然界及研究的现象提出问题,从问题或任务出发,通过形式多样的探究实验活动,利用已知的、外加的因素去作用于研究对象,借助化学探究性实验,独自或与他人合作加以探索,来认识研究对象的未知性质、组成、变化特征,以及与其他对象或现象的联系等的一种教学方式。其教学过程中一般围绕八个要素展开,即:提出问题(或创设情境)、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流。借助该形式,引导学生主动进行实验设计、现象观察,结果分析,从中发现科学概念或原理,达到获得知识,形成概念,掌握技能,优化思维,培养情感体验,提高综合能力的目的。

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