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《滴水穿石的啟示》教學(xué)設(shè)計(jì)

《滴水穿石的啟示》教學(xué)設(shè)計(jì)


[從這個(gè)成語中看科學(xué)]
學(xué)完這個(gè)成語后,學(xué)生都能知道這個(gè)成語的價(jià)值,即只要堅(jiān)持不懈,事情就能成功。但大多數(shù)人認(rèn)為,高處落下的水撞擊石塊,每次相互碰撞造成一點(diǎn)損壞,時(shí)間長了石塊形成凹坑,再加深以至被擊穿(這篇課文的作者也是這樣認(rèn)識的)。可科學(xué)家們卻要驗(yàn)證一下這種說法是否正確。
科學(xué)家們用乒乓球反復(fù)和石塊相撞,并未見石塊有明顯的損傷,乒乓球?qū)κ瘔K的撞擊力比水滴對石塊的撞擊力要大得多,卻不能穿石。可見水滴撞擊石塊不是穿石的主要原因。
科學(xué)家們用每秒可拍攝1500張照片的高速攝影機(jī)拍下了水滴落到石上的全過程,然后一張張仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn)水滴原來是流線型,落到石上后先是形狀變扁,而后分散成許多小水滴向四周飛散,飛散過程中產(chǎn)生了許多微小的由水膜包裹著空氣的氣泡,這些氣泡表面的水膜由于表面的張力而很快收縮,氣泡內(nèi)的空氣由于體積縮小而壓強(qiáng)迅速增大。當(dāng)壓強(qiáng)足夠大時(shí)就沖破水膜體積迅速膨脹,就像一次小小的爆炸,氣體形成的沖擊使石塊受到了小小的損傷,日積月累,終至穿石,這種微型氣泡“爆炸”損壞固體的現(xiàn)象被稱為“氣蝕”。
“氣蝕”現(xiàn)象一度是遠(yuǎn)洋航行的大敵。最初使用螺旋槳推進(jìn)的遠(yuǎn)洋巨輪在航行12小時(shí)后就發(fā)現(xiàn)螺旋槳表面百孔千瘡,無法使用,經(jīng)過很長時(shí)間的觀察和研究發(fā)現(xiàn):螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)和水相互作用,在螺旋槳表面附近形成大量的微小的氣泡,氣泡雖小,但氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)卻很大,可達(dá)到幾千個(gè)大氣壓,無數(shù)小氣泡破裂時(shí)對螺旋槳表面的沖擊,使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。找到原因后,人們利用改進(jìn)螺旋槳面形狀使之少產(chǎn)生氣泡,選用抗氣蝕金屬材料,在表面加化學(xué)涂層等方法大大減輕了氣蝕對螺旋槳的破壞。
科學(xué)家們用“滴水穿石”的毅力揭開了這其中的秘密,同時(shí)克服了氣蝕的破壞,并在進(jìn)一步尋找氣蝕現(xiàn)象的利用途徑。
雖然小學(xué)生對這段文字不可能完全理解,但他們可以知道研究這個(gè)成語卻解決了生活中的許多問題。所以通過這樣的綜合實(shí)踐活動,學(xué)生悟出傳統(tǒng)式教學(xué)無法獲取的東西(實(shí)質(zhì),看完這些材料,可以清楚地看出課文中所說的“滴水穿石”原因是人的直觀思考,不是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論,所以這篇文章有違反科學(xué)之處。因此這樣延伸可以把學(xué)生帶入科學(xué)殿堂)。實(shí)質(zhì)許多科學(xué)家的發(fā)明,往往重視的就是最普通的自然現(xiàn)象。為了使學(xué)生更多的獲得這個(gè)信息,這也是教學(xué)的延伸,為了這種延伸的意義擴(kuò)大,我還為學(xué)生準(zhǔn)備了“普里高津的事跡”,即耗散結(jié)構(gòu)理論發(fā)明過程。
普里高津是比利時(shí)具有哲學(xué)思想的著名科學(xué)家,他堅(jiān)信世界總是不斷向上變化、發(fā)展的,自然界應(yīng)該存在著從無序向有序轉(zhuǎn)化的規(guī)律。他是從一種叫“貝納德花樣”的現(xiàn)象中得到的啟示:開水將沸騰前,會出現(xiàn)許多水泡,若仔細(xì)觀察,會發(fā)現(xiàn)這些水泡呈六角形蜂窩狀的有序狀態(tài),其中心液體向上流動,邊緣液體向下流動,形成熱量的對流,這就是“貝納德花樣”。普里高津發(fā)現(xiàn),這種有序結(jié)構(gòu)必須靠外界不斷供給熱量才能維持,一旦加熱停止,結(jié)構(gòu)就遭破壞。因此,它不同于像晶體那樣“死”的有序結(jié)構(gòu),而是一種“活”的有序結(jié)構(gòu),要求不斷地同外界發(fā)生物質(zhì)與能量的交換,即“吐故納新”。普里高津把這種要不斷從環(huán)境中吸收物質(zhì)與能量,并且在物質(zhì)和能量的消散中才能維持的有序結(jié)構(gòu),稱為耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)立,為解釋生命現(xiàn)象提供了一把很好的“鑰匙”。生命就是通過新陳代謝、吐故納新,不斷保持有序狀態(tài)的。因此,生命體就是一種耗散結(jié)構(gòu)。這為用物理、化學(xué)的方法研究生命現(xiàn)象和生物進(jìn)化開辟了道路。耗散結(jié)構(gòu)理論被認(rèn)為是20世紀(jì)70年代最輝煌的科學(xué)成就之一,普里高津被人們稱為“生命熱力學(xué)的詩人”,并在1977年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
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