高中物理人教版必修1學(xué)案 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律4(1)
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高中物理人教版必修1學(xué)案 實(shí)驗(yàn):探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律4(1)
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2.3彈力
教學(xué)設(shè)計(jì)思路:
彈力是力學(xué)中常見的三種性質(zhì)的力之一,也是生活中最常見的力,本節(jié)課是全章的基礎(chǔ)內(nèi)容之一,通過學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)該知道彈力是由于物體發(fā)生形變而產(chǎn)生的;知道壓力、支持力、拉力都是彈力,能準(zhǔn)確畫出這些彈力的方向;知道彈力的大小與物體本身的性質(zhì)、形變量的大小有關(guān),掌握胡克定律的內(nèi)容.
本節(jié)分為兩課時(shí)完成.教學(xué)設(shè)計(jì)以充分體現(xiàn)“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”為原則,增加學(xué)生活動(dòng)的次數(shù),提高學(xué)生活動(dòng)的質(zhì)量.第一課時(shí),學(xué)生通過體驗(yàn)、觀察、討論來了解什么是形變、形變的種類,掌握彈力產(chǎn)生的條件及三種常見彈力的方向.第二課時(shí),學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn),探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系,通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理得出胡克定律.
學(xué)習(xí)任務(wù)分析:
1.學(xué)生憑借生活經(jīng)驗(yàn)以及通過初中物理的學(xué)習(xí),已經(jīng)知道彈力是種性質(zhì)的力之一.本節(jié)課通過學(xué)生體驗(yàn)形變、觀察并分析彈力的產(chǎn)生條件、分析彈力的方向,可以加深學(xué)生對彈力概念的理解,進(jìn)而提高學(xué)生的觀察能力、分析能力和語言表達(dá)能力.
2.通過學(xué)生親自實(shí)踐探究彈簧彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力、合作能力,同時(shí)讓學(xué)生體驗(yàn)通過探究得出規(guī)律獲得成功的喜悅,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.
學(xué)習(xí)者分析:
1.學(xué)生學(xué)完了力和重力的概念,并且了解了彈力的存在,但是對彈力的產(chǎn)生條件尤其是在實(shí)際問題中分析“哪個(gè)物體發(fā)生了形變”、“哪個(gè)物體受到什么樣的彈力”還說不清楚.讓學(xué)生通過小游戲觀察、體驗(yàn)彈力的產(chǎn)生,有利于學(xué)生深入理解彈力的概念.
2.胡克定律本身并不難掌握,但實(shí)際應(yīng)用中學(xué)生往往容易誤將彈簧長度理解為形變量,本節(jié)課學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究胡克定律,可以有與彈簧“親密接觸”的機(jī)會(huì),可以在實(shí)踐中領(lǐng)悟什么才是“形變量”,應(yīng)該怎樣求形變量.通過實(shí)驗(yàn)尋找兩個(gè)物理量之間的關(guān)系是科學(xué)研究的一般方法,本節(jié)課的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生體驗(yàn)這種方法,為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).
教學(xué)目標(biāo):
1.知識與技能
(1)了解彈性形變和范性形變.
(2)知道什么是彈力,理解彈力產(chǎn)生的條件;知道壓力、支持力、繩的拉力都是彈力;能畫出不同情況下上述彈力的方向.
(3)知道常見的形變,能識別拉伸形變、壓縮形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變和剪切形變.
(4)通過實(shí)驗(yàn)了解在彈性限度內(nèi)形變量越大彈力越大;通過實(shí)驗(yàn)得出彈簧彈力與形變量成正比;知道胡克定律;掌握運(yùn)用胡克定律計(jì)算彈簧彈力的方法.
2.過程與方法
(1)通過實(shí)驗(yàn)“放大了的微小形變”,讓學(xué)生知道把微小變化量進(jìn)行放大,是物理學(xué)中常用的方法.
(2)在實(shí)驗(yàn)探究彈簧彈力與形變量關(guān)系的過程中,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力和分析能力,使學(xué)生體會(huì)物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科.
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀
在探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系過程中,培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的態(tài)度;學(xué)生體驗(yàn)自主探索物理規(guī)律的艱辛和喜悅;學(xué)生通過交流合作,提高協(xié)作的意識.
教學(xué)準(zhǔn)備:
1.學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材:鉤碼、勁度系數(shù)不同的兩個(gè)輕彈簧、鐵架臺、米尺、鐵夾等.
2.演示器材:彈簧拉力器、面團(tuán)、海綿條、激光器、鐵架臺、小平面鏡、玻璃瓶(兩個(gè),一個(gè)空的,一個(gè)灌滿紅墨水)等.
3.視頻資料:蹦床、撐桿跳高.
4.多媒體設(shè)備一套:可供課件播放.
教學(xué)過程:
教學(xué)內(nèi)容
學(xué)生活動(dòng)
教學(xué)說明
第一課時(shí) (形變、彈力的產(chǎn)生及方向)
引入新課
我們一起來做一個(gè)小游戲,老師發(fā)給每位學(xué)生一個(gè)橡皮筋,請同學(xué)們把紙巾揉成小團(tuán)作為“子彈”,比一比誰能把“子彈”射得最遠(yuǎn).
提出問題:“子彈”是靠什么被發(fā)射出去的?
那么什么是彈力?彈力是怎樣產(chǎn)生的呢?我們今天就來研究這個(gè)問題.
新課教學(xué)
提出問題: 我們手中的橡皮筋為什么會(huì)產(chǎn)生彈力呢?
一、形變
提出問題:你能說說什么是形變嗎?還能不能再舉出一些形變的實(shí)例?
教師出示一個(gè)玻璃瓶(如圖甲),用手壓玻璃瓶,提出問題:玻璃瓶發(fā)生形變了嗎?你能觀察出來嗎?
通過什么方法能觀察出玻璃瓶發(fā)生的形變?
演示: 玻璃瓶的微小形變(按壓注滿水的玻璃瓶).
總結(jié):形變就是物體形狀或體積發(fā)生改變,任何物體都能發(fā)生形變,只是有的物體形變明顯,有的物體形變不明顯.
對于不明顯的形變,我們要通過放大法才能觀察到.
演示或放錄像: 桌面的微小形變.
過渡: 我們知道物體都能發(fā)生形變,那么物體的形變有沒有區(qū)呢?
演示:1.請一位學(xué)生上臺拉彈簧拉力器.
2.請另一位學(xué)生上臺拉一塊面團(tuán).
請同學(xué)們觀察:彈簧力器的形變與面團(tuán)的形變有什么區(qū)別?
總結(jié):
1.彈性形變: 當(dāng)撤去外力后能恢復(fù)原狀的形變.
2.范性形變:當(dāng)撤去外力后不能恢復(fù)原狀的形變.
3.常見的 幾種形變有:拉伸形變,壓縮形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變、剪切形變.
演示: 用海綿柱演示幾種常見的形變(參考教材第51 頁圖2-3-8).
同學(xué)們能不能用身邊的東西演示一下上述幾種形變?
二、彈力
教師: 剛才同學(xué)們在拉衣服、擰橡皮過程中有什么感覺?
觀看視頻: 蹦床、撐桿跳高.
教師:像彈簧床、竹竿這些發(fā)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀就會(huì)對跟它接觸的物體產(chǎn)生力的作用,這就是彈力.
提出問題: 你能分析出你的手與橡皮、尺子之間的彈力是如何產(chǎn)生的嗎?彈力大小與什么有關(guān)系呢?
提出問題: 彈力的施力物體是什么呢?
總結(jié):
1.彈力產(chǎn)生的條件:兩物體接觸、發(fā)生形變
(彈力的施力物體——發(fā)生形變的物體).
2.彈力的大小:與形變程度有關(guān),形變量越大,彈力越大.
3.彈力的方向:與物體發(fā)生形變的方向相反(與物體恢復(fù)形變的方向一致).
4.常見的三種彈力及其方向.
教師: 請同學(xué)們閱讀教材第49 — 50頁-- ,然后我們一起總結(jié)常見的彈力及它們的方向.
提出問題1: 一本書放在桌面上,書和桌面之間的彈力是怎樣產(chǎn)生的?
提出問題2: 如果書靜止在斜面上,書和斜面之間的彈力是怎樣的呢?
教師總結(jié):
1.壓力和支持力——垂直于支持面,指向被壓或被支的持物體.
提出問題3: 一盞燈掛在電線下面,我們來分析一下燈和電線之間的彈力.
教師總結(jié):
2.繩子的拉力—— 由于繩只能發(fā)生拉伸形變,因此繩的拉力只能沿繩指向繩收縮的方向.
提出問題4: 彈簧的彈力有什么特點(diǎn)?
3.彈簧的彈力 —— 彈簧被拉伸時(shí),對兩側(cè)物體有拉力;彈簧被壓縮時(shí),對兩側(cè)物體有推力.
用自制“彈弓”射出小紙團(tuán).
思考并回答:皮筋的彈力.
回答:皮筋發(fā)生了形變.
學(xué)生1:形變就是物體形狀或體積發(fā)生了變化.用球拍擊球時(shí),球拍發(fā)生了形變;運(yùn)動(dòng)員跳水時(shí)跳板發(fā)生了形變.
學(xué)生2:我用手掰尺子、擰橡皮,尺子和橡皮都發(fā)生形變.
學(xué)生1:玻璃瓶發(fā)生形變了,只是形變量太小我們看不見.
學(xué)生2:將瓶中注滿水,用手壓瓶子,細(xì)管中水面會(huì)上升.
觀察細(xì)管中水面高度的變化.
仔細(xì)觀察,體會(huì)形變.
觀察、思考并回答:在撤掉拉力后彈簧拉力器的形變能夠恢復(fù),面團(tuán)的形變不能恢復(fù).
學(xué)生拉衣服,壓、擰、掰開橡皮,弄彎尺子……
回答:感到一種反抗作用.
學(xué)生觀看視頻.
回答:手使橡皮、尺子發(fā)生形變,它們要恢復(fù)形變就要對手產(chǎn)生彈力.形變量越大,彈力越大.
回答:發(fā)生形變的物體.
學(xué)生閱讀教材.
思考并回答:書的重力壓迫桌面使書和桌面同時(shí)發(fā)生微小形變,書發(fā)生形變對桌面產(chǎn)生垂直桌面向下的壓力 F1 ;桌面發(fā)生形變對書產(chǎn)生垂直書向上 - 的支持力 F2.
學(xué)生分析書與斜面之間的彈力.
回答:燈的重力使它拉緊電線,電線發(fā)生形變對燈有向上的拉力,燈發(fā)生形變對電線有向下的拉力.
回答:彈簧彈力可以是拉力也可以是推力.
學(xué)生在游戲中體驗(yàn)彈力的存在.
引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理性分析.
調(diào)動(dòng)學(xué)生大腦中已有的物理表象為學(xué)習(xí)“形變”這一概念服務(wù).
引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、開動(dòng)腦筋想出將微小形變放大的方法.
教師明示“形”的概念,使學(xué)生實(shí)現(xiàn)理性的提升.
通過實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化微小形變放大的方法.
培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力.
學(xué)生聯(lián)系實(shí)際觀察、體驗(yàn)各種形變.
從視覺上感受彈力并對一般現(xiàn)象進(jìn)行理性思考.
教師明示“彈力的產(chǎn)生、大小”,使學(xué)生達(dá)到理性的提升.
培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力.
培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和語言表達(dá)能力,使學(xué)生鞏固對彈力產(chǎn)生的條件的理解.
培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和語言表達(dá)能力,使學(xué)生鞏固對彈力產(chǎn)生的條件的理解.
課堂鞏固練習(xí)
1.如圖所示,一根細(xì)繩上端拴在頂棚上,下端系一個(gè)鐵球,處于靜止?fàn)顟B(tài),下面的說法中哪些正確?并把不正確的說法改正過來.
A.球?qū)K的彈力是由于球的重力產(chǎn)生的
B.頂棚對繩的彈力是由于繩的形變產(chǎn)生的
C.繩對球的彈力是由于繩的形變產(chǎn)生的
D.頂棚對球沒有作用力
參考答案: CD
2.分析圖中籃球所受的彈力.(答案略)
3.畫出圖中物體 A 受到的重力和彈力的示意圖.(答案略)
第二課時(shí) (探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系)
提問并引入新課
1.彈力是怎樣產(chǎn)生的?
2.彈力大小與什么有關(guān)?
過渡: 彈簧在與其他物體相互作用時(shí),彈力大小隨形變程度的不同而改變,那么彈力大小與形變量之間的具體定量關(guān)系是怎樣的呢?今天我們就通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究.
新課教學(xué)
提出問題: 我們怎樣測定彈簧的彈力呢?
提出問題: 什么叫彈簧的形變量?我們怎樣找到彈簧的形變量呢?
提出問題: 如果我們測出了不同彈力 F 作用下彈簧的形變量x,我們怎樣尋找著兩個(gè)物理量之間的關(guān)系呢?
教師: 下面我們利用實(shí)驗(yàn)桌上的器材,探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系.
回答:兩物體接觸、發(fā)生彈性形變.
回答: 彈力大小與物體的形變量有關(guān),在彈性限度內(nèi),形變量越大,彈力就越大.
學(xué)生1: 在彈簧下面掛砝碼,當(dāng)砝碼靜止時(shí),彈力應(yīng)該等于砝碼的重力.
學(xué)生2: 用彈簧秤拉彈簧,彈簧秤的拉力即為彈簧的彈力.
思考并回答:“形變量”是指彈簧的伸長量或縮短量;測出彈簧不受拉力時(shí)的原長 l0 ,再測出彈簧受拉力時(shí)的長度 l,形變量 Δx= l-l0.
學(xué)生1:可以觀察這兩個(gè)量的變化規(guī)律.
學(xué)生2: 可以做兩個(gè)物理量的關(guān)系圖像 F — x 圖像,通過圖像尋找函數(shù)關(guān)系.
學(xué)生在老師的指導(dǎo)下開始實(shí)驗(yàn).
培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、思考能力.
培養(yǎng)學(xué)生的分析能力.
培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力.
實(shí)驗(yàn)步驟:
1.架好鐵架臺,掛上彈簧,白紙附在長木板上用夾子夾好,長木板固定在鐵架臺上(如圖).
2.彈簧下面不掛任何物體,記錄彈簧頂端的位置和彈簧下端指針的位置,這一段就是彈簧的原長(也可用刻度尺測定彈簧的原長 l0).
3.在彈簧下面掛上1個(gè)鉤碼,待鉤碼平衡后,記下彈簧指針的位置,并記下拉力 F1= m1G ,然后在彈簧下面分別掛2個(gè)、3個(gè)、4 個(gè)、5 個(gè)鉤碼,記錄對應(yīng)的彈簧指針的位置和相應(yīng)的拉力 F2、F3、F4、F5.
4.取下白紙,用刻度尺測量每一次彈簧的伸長量 x ,填入表格.根據(jù)實(shí)驗(yàn)表格中測得的數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上以彈力 F 為縱軸,形變量 x為橫軸,描點(diǎn)并連線,作出 F—x圖像.
5.根據(jù)數(shù)據(jù)和圖像分析彈力和形變量之間的關(guān)系.
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄:
彈簧1 (長白):彈簧原長 l0= m
鉤碼個(gè)數(shù)
1
2
3
4
5
砝碼質(zhì)量 /g
50
100
150
200
250
彈力 F/ N
5010-39.8
形變量
x= l-l0/m
彈簧2(短黑):彈簧原長 l0= m
鉤碼個(gè)數(shù)
1
2
3
4
5
砝碼質(zhì)量 /g
20
40
60
80
100
彈力 F/ N
2010-39.8
形變量
x= l-l0/m
繪制 F—x 圖像
討論問題
1.從圖像觀察,彈力和形變量之間應(yīng)該是什么關(guān)系?
2.彈簧1 和彈簧2的圖像斜率不同,你能說出斜率有什么物理意義嗎?
3.通過實(shí)驗(yàn),我們能否得出彈簧的彈力和形變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式?
教師總結(jié):
一、胡克定律:在彈性限度內(nèi),彈力和彈簧形變量大小成正比.
二、胡克定律的表達(dá)式:F= kx
x —— 彈簧的形變量, x=︱l -l0︳
k —— 勁度系數(shù),單位 N/m ,決定于彈簧本身的結(jié)構(gòu)(材料、匝數(shù)、直徑等)
思考并回答: 彈力—彈簧形變量圖像是一條過原點(diǎn)的直線,因此彈力與形變量成正比關(guān)系.
回答:圖像的斜率與彈簧本身有關(guān),可能與這兩個(gè)彈簧的硬度、長短、材料有關(guān).
回答:彈力與形變量成正比,F(xiàn)= kx.
培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和語言表達(dá)能力.
例題分析
例: 某彈簧,上端掛在鐵架臺上,長度是 40mm ,在下面掛一個(gè)重 5N 的物體,彈簧的長度變?yōu)?48mm.求:
(1)彈簧的勁度系數(shù).
(2)如果給該彈簧兩端各施加一個(gè)大小等于 2N 的壓力(不超過彈性限度),彈簧的長度是多少?
解:(1)穩(wěn)定后,彈簧的彈力大小等于物體的重力,即 F= 5N ,彈簧伸長的長度
Δx= (48-40)mm=8mm= 0.008m.
則彈簧的勁度系數(shù)=625N/m.
(2)給彈簧兩端各施加 2N 的壓力,平衡時(shí),彈簧彈力 F= 2N,
彈簧縮短的長度 Δx== 0.0032m,
則彈簧的長度 x= x0-Δx= 0.040m-0.0032m= 0.0368m=36.8mm.
鞏固練習(xí)
如圖所示,輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)為 ,小球重 ,平衡時(shí)球在 處,今用力 壓球使彈簧縮短 ,球至 處,則此時(shí)彈簧的彈力為:
A.kx B.kx+G
C.G-kx D.以上都不對
參考答案: B
課外探究活動(dòng):學(xué)生利用彈簧自制一個(gè)彈簧秤.
教學(xué)流程:
第一課時(shí) (形變、彈力的產(chǎn)生及方向)
第二課時(shí) (探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系)
學(xué)習(xí)效果評價(jià):
第一課時(shí) (形變、彈力的產(chǎn)生及方向)效果評價(jià)
1.關(guān)于彈性形變概念,下列理解正確的是: C
A.物體形狀改變叫彈性形變
B.一根鐵絲用力折彎后的形變就是彈性形變
C.物體在外力停止作用后,能夠恢復(fù)原狀的形變叫彈性形變
D.物體在外力作用后形變叫做彈性形變
2.關(guān)于彈力產(chǎn)生的條件,下列說法正確的是: D
A.只要兩個(gè)物體接觸就一定產(chǎn)生彈力 B.只要兩個(gè)物體發(fā)生形變它們之間就一定有彈力產(chǎn)生
C.只要兩物體相互吸引一定產(chǎn)生彈力 D.只有接觸且發(fā)生彈性形變的兩物體之間才產(chǎn)生彈力
3.有四位學(xué)生把斜面對重物的支持力3N ,分別畫成如下的四種情況,其中正確的是: A
4.如右上圖所示, A、B 兩物體靜止在地面上,下面的說法正確的是: BD
A.地面受到 A和 B的壓力 B.地面受到 B的壓力
C.地面受到 A和 B的重力 D.B對地面的壓力大小等于 A、B 的重力大小趾初
5.關(guān)于壓力和支持力,下列說法正確的是: ACD
A.壓力和支持力都是彈力 B.壓力和支持力是一對平衡力
C.壓力是物體對支持物體的彈力,方向總是垂直于接觸面而指向支持物
D.支持力是支持物體對被支持物體的彈力,方向總是垂直接觸面而指向被支持物
6.下圖中, A 物體的重力均為100N,A 物體受到 BC 面的彈力各是多少?方向如何?
甲圖中彈力為 ,方向.
乙圖中彈力為 ,方向.
丙圖中彈力為 ,方向.
200N 豎直向上, 20N 豎直向上, 80N 水平向右
7 (選做).如圖所示,條形磁鐵 A、B 質(zhì)量均為 m,C 為木塊,它們放在水平面上靜止時(shí), B 對 A 的彈力為 F1,C 對 B 的彈力為 F2,則 F1、F2與重力 mg 的數(shù)量關(guān)系是: B
8.畫出下列各圖中 A 物體的受力示意圖
第二課時(shí) (探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系)效果評價(jià)
1.關(guān)于彈力,下列說法正確的是: BD
A.兩物體一接觸就會(huì)產(chǎn)生彈力
B.物體發(fā)生彈性形變是產(chǎn)生彈力的必要條件
C.彈簧的彈力總是與彈簧的長度成正比
D.壓力、支持力、繩子拉力都屬于彈力
2.關(guān)于彈簧的勁度系數(shù),下列說法中正確的是: C
A.與彈簧所受拉力大小有關(guān),拉力越大, k 值也就越大
B.與彈簧發(fā)生形變的大小有關(guān),形變越大, k值越小
C.由彈簧本身決定,與彈簧所受拉力大小及形變程度無關(guān)
D.與彈簧本身特性、所受拉力的大小、形變大小都有關(guān)
3.將一根原長為 50cm、勁度系數(shù)是 200N/m 的彈簧拉長到 70cm ,則彈簧的彈力大小是: B
A.100N B.40N C.140N D.240N
4.如圖所示,滑輪與繩子間的摩擦及滑輪的質(zhì)量忽略不計(jì).物體 A 重 4N ,物體 B 重1N ,以下說法正確的是:AB
A.地面對 A 的支持力為3N
B.測力計(jì)的讀數(shù)為 2N
C.物體 A 受地面的支持力為 2N
D.測力計(jì)的讀數(shù)為3N
5.圖中所示是探究某根彈簧的伸長量 x 與所受拉力 F 之間的關(guān)系圖,下列說法中正確的是: BC
A.彈簧的勁度系數(shù)是 2N/m
B.彈簧的勁度系數(shù)是2103N/m
C.當(dāng)彈簧受力 F2=800N 時(shí),彈簧伸長量為 x= 40cm
D.當(dāng)彈簧伸長為 x1= 20cm ,彈簧產(chǎn)生的拉力為 F1=2800N
教學(xué)反思:
本節(jié)課突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位,無論是彈力的產(chǎn)生條件還是胡克定律,都是在學(xué)生親身體驗(yàn)、獲得感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上經(jīng)過理性分析得出的.同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中積極參與觀察、體驗(yàn)、分析、交流、討論,在自主學(xué)習(xí)的氛圍中理解、掌握知識,進(jìn)而提高發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力,為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).
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