《康普顿效应》教学设计

('《康普顿效应》教学设计课程信息课程名称：大学物理微课名称：康普顿效应所属学科：物理学知识单元：近代物理基础知识点：康普顿效应适用对象：本、专科高校理工科学生适用专业：理工科所有专业学校：南京信息工程大学教学设计：裴世鑫、崔芬萍内容讲授：裴世鑫教学设计一、教学背景（一）教学内容康普顿效应是《大学物理》中近代物理部分的一个知识点，根据教材的不同，有些教材将康普顿效应编写在《量子物理基础》部分，如吴百诗老师主编的《大学物理》（科学出版社）；有些教材将其编写在《波与粒子》部分，如祝之光老师主编的《物理学》（高等教育出版社）和刘克哲老师主编的《物理学》（高等教育出版社）；有些教材将其编写在《早期量子论与量子力学基础》部分，如詹煜老师主编的《大学物理教程》（科学出版社）。根据教材编写的不同，康普顿效应的编写体系也稍有差别，有些教材将《康普顿效应》独立编成一节，例如，在吴百诗老师主编的《大学物理》中，康普顿效应编写在第16章第3节，在刘克哲老师主编的《物理学》中，康普顿效应编写在第15章第3节，在詹煜老师主编的《大学物理教程》中，康普顿效应编写在第19章第3节；有些教材中，则是将康普顿效应作为一个知识点与其他内容编写在一节中，例如，在祝之光老师主编的《物理学》中，康普顿效应编写与黑体辐射、光电效应、玻尔氢原子理论一起，编写在第12章第1节，以《量子论的出现》为节的名称。不管以何种形式出现，康普顿效应都是《大学物理》中一个相对独立的知识点，其中康普顿效应的实验装置、康普顿效应的实验现象、康普顿对实验结果的量子化解释和康普顿散射公式都是这个知识点中的组成部分。本节课在各种教材对康普顿效应讲述内容的基础上，做了两点补充：1、为了便于学生直观理解微观世界的碰撞，引入了一个理想桌面上小球的碰撞问题，碰撞满足完全弹性碰撞条件，碰撞过程满足动量守恒和能量（动能）守恒，让学生对动量守恒和能量守恒有一个复习的过程。2、引入我国近代物理学的奠基人吴有训在康普顿效应中的贡献，让学生学习老一辈物理学家谦虚谨慎的为人精神和实事求是的治学态度，加上康普顿效应的其他知识点，使学生全面掌握康普顿效应。（二）学习者特征不同高校开设《大学物理》的时间稍有差异，有些高校在一年级下学期开始开设，有些高校在二年级上学期开始开设，根据《大学物理》起始开设学期的不同，康普顿效应的授课对象是处于大学一年级下学期或是大学二年级上学期的本、专科高等院校理工科专业学生。在学生学习康普顿效应之前，已经系统接受过大学物理中力学、热学、电磁学和光学等内容的教学，对经典物理学的理论知识有了全面的掌握，开始进入《大学物理》最后一个知识单元——近代物理学部分的学习，在此之前已经学习了近代物理学部分中黑体辐射和光电效应的知识，对量子化和光的波粒二象性有了一定的了解，但学生对波粒二象性的认识还不是很清晰，而康普顿效应是光的波粒二象性的又一个实证。经过本课学习之后，学生将进一步掌握经典物理学中的碰撞现象，掌握康普顿效应的实验装置和实验现象，通过康普顿对康普顿效应的量子化解释，对进一步理解光的波粒二象性具有很大帮助。处于大一下学期或大二上学期的学生，还处在一个学习方式从高中向大学转变的阶段，对于《大学物理》这类基础课而言，还是要以教科书和老师讲授为主，但在教学过程中也要注意引导学生开展探究式学习，独立思考，培养学生灵活应用已有知识解决问题的能力。二、教学目标（一）知识与技能1、掌握康普顿偏移量与散射角和散射体之间的关系。2、掌握康普顿效应产生的原理及其与宏观世界完全弹性碰撞之间的关系。3、掌握康普顿对康普顿效应的量子化解释。4、掌握康普顿散射公式的推导。5、掌握吴有训对康普顿效应的贡献。6、培养学生熟练应用已有知识解决未知问题的能力。（二）过程与方法1、通过讲授康普顿效应从发表到引起质疑，再到实验的再次证明，让学生了解实验研究在物理学研究中的重要性以及物理真知形成的历史过程。2、以课件演示、动画演示，教师讲授等形式多角度呈现教学内容。（三）情感与价值观通过讲述吴有训在康普顿效应工作中的贡献，以及吴有训公开反对“康普顿-吴有训效应”的提法，培养学生实事求是的科学态度和谦虚谨慎的治学精神，体验探索自然规律的艰辛。（四）重点与难点【重点】1、康普顿效应的实验现象。2、康普顿散射公式及其推导。3、吴有训对康普顿效应的贡献。【难点】康普顿对康普顿效应的量子化解释。三、教学方法与手段（一）教学方法1、讲授法康普顿效应以讲授法为主要教学方法，对康普顿效应的实验现象、康普顿对康普顿效应的量子化解释、康普顿散射公式和吴有训对康普顿效应的贡献都采用讲授教学法，直接、快速、精炼的让学生掌握这些知识点。2、情景教学法在回顾有关完全弹性碰撞问题时，设置一个模拟的理想桌面，通过理想桌面上小球的仿真碰撞，在一个比较逼真的仿真环境下，让学生直观了解理想桌面上的碰撞场景，然后X射线与石墨的作用过程抽象为光子与原子实和核外电子的碰撞，提高教学的感染，达到教学目标。（二）教学手段多媒体辅助教学。四、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图及资源准备1、创设情境，导入新课打开多媒体教学课件，显示课件封面，介绍照片的来源——拍摄于1927年索尔维会议的合影观看课件封面照片让学生识别照片上的人物，估计只能认出照片中的爱因斯坦2、查找信息，明确目的1、介绍照片中的人物集结了当时全世界三分之一的智慧2、介绍近代物理学的研究成果，大多与照片中的人物有关3、介绍康普顿也在其中，并从中圈出康普顿观看课件封面照片，对康普顿有一个直观了解从照片中大家所熟知的爱因斯坦，到站在爱因斯坦身后的康普顿，定性了解康普顿工作的地位3、情境模拟，直观回顾1、PPT播放理想桌面上的碰撞现象2、解释小球碰撞过程中的能量传递现象回顾有关动量守恒与能量守恒方面的知识以动画形式模拟理想桌面上的碰撞，让学生加深对已经学习过知识的理解4、由浅入深，进入正题介绍康普顿效应的实验装置示意图观看康普顿效应的动画演示动画呈现康普顿效应的实验装置，让学生直观掌握康普顿效应中光束的传播与探测5、概述结论，设置悬念直接给出康普顿效应的内容听老师陈述康普顿效应的内容让学生首先对康普顿效应有一个初步的印象，激发出继续学习康普顿效应为什么会有那些现象的好奇心6、宏观现象，微观呈现将X射线与石墨的作用过程，以微观世界的光子与原子实、核外电子相互作用的形式呈现观看X射线与石墨的作用的动画，听老师讲授二者的作用过程及其与桌面上小球碰撞的相关性将X射线与石墨的作用与桌面上小球的碰撞类比，让学生直观了解康普顿效应产生的微观机理7、实验现象，动画给出以动画形式给出同一种散射体条件下，康普顿偏移量与散射角之间的关系和同一散射角条件下，康普顿偏移量与不同散射体之间的关系1、观看康普顿效应的实验结果2、听老师讲述康普顿效应的实验结果动态给出康普顿效应的实验结果，增加学生掌握实验结果的直观性8、理论解将康普顿对康普顿效应的实看课件中对康普顿视觉、听觉双管齐释，文字陈述验现象，以文字形式直接陈述效应的文字描述，听老师的陈述下，加深对康普顿实现现象的量子化解释9、情感教学，融汇其中1、介绍吴有训对康普顿效应的贡献2、展示康普顿石墨散射和吴有训的其他十五中元素的康普顿散射谱图3、展示吴有训的照片，介绍吴先生在我国近代物理学发展中的贡献1、看十六种元素的康普顿散射谱图2、听老师对吴有训对康普顿效应的贡献1、从康普顿效应发表到引起质疑，再到实验的再次证明，让学生了解实验研究在物理学研究中的重要性以及物理真知形成的历史过程，体验探索自然规律的艰辛。2、通过吴有训在康普顿效应工作中的贡献以及公开反对“康普顿-吴有训效应”的提法，培养学生实事求是的科学态度和谦虚谨慎的治学精神。10、公式推导，旧学新用在能量守恒和动量守恒的基础上，推导康普顿散射公式观看课件，听老师讲授，学习康普顿散射公式的推导在对实验结果充分了解的基础上，结合已经学过的动量守恒和能量守恒，学习康普顿散射公式的推导。11、展示封底，结束讲授课件进入最后一页，再次回到封面照片人物跟随教师引导，再次观看封面出现过的照片激发学生继续学习近代物理学部分其他人物研究成果的兴趣五、教学总结本节课讲授康普顿效应，主要介绍了康普顿效应的实验装置、康普顿效应的实验现象、康普顿对实验结果的量子化解释和康普顿散射公式等几个知识点，为了让学生直观掌握微观领域的光子与电子和原子实的碰撞，在教学设计中引入了理想桌面上的完全弹性碰撞这一虚拟实验，同时为了在自然科学学习中培养学生的情感，也为了学生全面了解康普顿效应，在教学设计中引入了吴有训对康普顿效应的贡献。整个教学流程设计符合学生的认知规律。教学过程充分利用多媒体辅助教学的优势，在教学课件中插入一系列动画，将实验结果等内容动态呈现给学生，这样做的好处是使枯燥的知识易于理解、掌握而且直观，通过虚拟情景，使学生对康普顿效应有更为直接和系统的认识。教学过程中，主要采用口头讲授的形式，教学语言尽可能向标准普通话靠拢，表述力求清晰，争取让学生能听清楚每一句话，领会每一句话的意思，在每个环节的学习中都能达到要求。教学过程中，除了讲授及展示康普顿效应这一自然科学方面的知识外，还通过介绍吴有训对康普顿效应的贡献，融入对学生实事求是的科学态度和谦虚谨慎的治学精神的培养，力求自然科学与人文精神的融合。',)