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关键词:物理实验;实验能力;喜欢;培养
物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程,可见物理实验的重要性。为促进物理实验教学的发展,加强对学生实验能力的培养,新修订的课标中增加了对物理实验的要求,如:增加了“测量物质的密度”“测量速度”“探究液体压强”“观察静电现象”等等,同时,增加了实验条目,而且在附录中补充了学生必做实验,共20个。这些实验,不仅注重了内容结构的合理,而且注重了能力结构的协调。
《义务教育物理课程标准》(2011年版)同时还强调了进行探究式实验,鼓励有条件的学校不仅让学生完成列出的必做实验,而且应充分利用已有的实验器材,努力开发适合本校情况的实验课程资源,尽可能多地让学生动手做实验。这样不仅消除了教师的疑虑,也明确了实验要求,同时有利于我们物理教师开展实验教学。
在开展物理实验的教学中让我印象最为深刻的是:探究凸透镜成像规律的实验,同学们在实验室按照要求有秩序地做实验,我边巡视边辅导,发现有一个组的同学在做“凸透镜成实像”的规律时,居然把光屏拿掉,直接用眼睛去观察,当时我立刻制止了他的行为,我问:“你在干什么?”“我想去掉光屏,看看能不能看到实像。”他说。“实像只能用光屏承接,你认为能看到吗?时间这么紧!赶紧做!别胡来!”我说。当时我还暗自高兴……直到2012年6月25日下午(河南中考统一时间)中考物理结束之前,我还认为我是对的!可是2012年的中考物理题填空题第7题(如下),让我懊悔不已:
7.(2012河南)如图所示,在研究凸透镜成像规律的实验中,光屏上呈现了烛焰倒立清晰的像。如果去掉光屏,眼睛在A处能(选填“能”或“不能”)看到这个像,原因是光汇聚成实像后继续向前传播,进入人的眼睛,所以能看到。
后来,我亲自跑到实验室做了这个实验,并且从不同的角度去观察,我才意识到我错了,我当时真不该为赶时间,把“探究实验”变成“验证性实验”,在此我向我的学生道歉。
我保证,今后我绝不会犯同样和类似的错误!对于物理实验教学,任何一方面的忽视都有可能会造成学生发展的偏颇,因此,我今后定会注重物理实验教学。为提高教学教果,我们还应尽量创造条件做一些其他力所能及的物理实验。并根据实验内容、教学目标、实验条件等,设计成演示实验或学生实验,有条件的学校应根据具体情况适当增设一些学生实验,增加学生的动手机会。无论是演示实验还是学生实验,都尽量让学生明确实验目的,理解实验原理,放开让学生去做。做演示实验时,由于实验的操作者是教师,学生的主要任务是观察和思考,因此,教师应注意引导学生观察实验现象,启发学生对实验现象所说明的问题进行积极思考和交流。
1.提出问题
实验是从提出一个科学问题开始的,科学问题是指能够通过收集数据而回答的问题.
例如:“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关?”就是一个科学问题,因为我们可以通过实验收集信息并给予解答。
2.提出假设或猜想
然后是构想一个假说或者一些猜想,它们是对实验结果的预测,建立在观察和以往的知识经验上的,能够被检验。
例如:“滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关,可能与压力的大小有关,可能与接触面的大小有关,也可能与物体的运动速度有关”就是一些猜想,这样的猜想就是对我们要进行的实验的一个粗略概括,使问题进一步明确化,使实验有明确的目标。
3.实验设计
接下来需要设计一个实验来检验我们的假说或者猜想,在计划中应该有实验原理、详细的实验步骤、实验中要进行哪些观察和测量。
例如:研究滑动摩擦力,原理是二力平衡,所以要保证物体匀速直线运动,测力计的示数大小才是滑动摩擦力的大小。
设计实验时往往要用到控制变量法,除了要观察的变量之外,其余变量都应该始终保持相同。
再比如:研究滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关时,压力的大小、接触面的大小、物体的运动速度等都保持不变,只改变接触面的粗糙程度不同。
4.分析数据
实验中得到的观察和测量结果称为数据,实验结束时要对数据进行分析,看是否存在什么规律或趋势。
例如:研究滑动摩擦力的大小的数据如下:
①压力的大小、接触面的大小都保持不变时,只改变接触面的粗糙程度。粗糙的毛巾表面,f=2.4N;光滑的木板表面,f=1.7N。
②接触面的粗糙程度、接触面的大小都保持不变时,只改变压力的大小压力小,f=1.7N;压力大,f=3.2N。
③接触面的粗糙程度、压力的大小都保持不变时,只改变接触面的大小接触面大,f=1.7N;接触面小,f=1.7N。
然后要思考这些数据说明了什么,能不能支持我们的假说或者猜想?这些数据是否指出了我们实验中存在的缺陷?还需要更多的实验数据吗?我们可以把数据整理成表格或者图表,常常能更清晰地看出它们的规律。
5.得出结论
结论是对实验研究发现的总结,在下结论的时候,我们要确定收集的数据是否支持原先的假设或猜想。
例如:研究滑动摩擦力的大小的数据,我们得出结论:滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,接触面越粗糙,摩擦力越大;滑动摩擦力的大小与压力的大小有关,压力越大,摩擦力越大;滑动摩擦力的大小与接触面的大小无关。
在上述实验思想指导下,物理演示实验、学生分组实验和课外小实验的注意事项略有不同:
1.认真观察物理演示实验。物理演示实验时,无一例外地要求我们注意观察,通过分析比较和归纳得出结论和规律。
许多演示实验的器材在日常生活中有的,就可以把它们改成学生实验,给自己提供动手动脑的机会。
例如:演示压力作用效果与压力大小和受力面积有关的实验,器材有重物、纸盒、沙子,动手做自然比单纯看要好。
2.上好实验课,是做好物理实验的中心环节。
①做好实验预习。课前认真预习,明确实验目的、弄清原理、器材、步骤及设计实验表格。这样既在实验课上可以有目的地动手,又可以保证我们有足够的时间动手操作。
②基本仪器的使用。掌握基本仪器的使用,是做好物理实验的基础。基本仪器主要有:刻度尺、秒表、温度计、天平、量筒、测力计、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱等。各种基本仪器都有一定的量程。在使用各种仪器,弄清仪器的量程,并且估测被测物理量的情况,选用适当量程,避免超过量程而可能损坏仪器。使用测量仪器前通常要调零,否则测出的数据不准确。掌握仪器的使用方法和使用规则,例如:电流表串联在被测电路中,而电压表要并联在被测电路中,如果反之,不仅做不对实验,还可能会损坏电表。会正确读数。读数时要有正确的姿势,例如:从电流表、电压表上读数时,视线应与刻度盘垂直,并且对正指针,读出分度值,记录有效数字;从量筒上读数时,视线应与液面相平,不能俯视或仰视,若是凹液面读凹处,凸液面读凸处,等等。
③详细记录数据,分析实验结果。当一些实验出现了较大的误差后,要认真分析产生较大误差的原因,不能满足于单纯的重复性地验证,逐步养成严肃认真、一丝不苟的学风。
一、目的明确,思路清晰
演示实验是用来配合教学的,应根据不同教学内容和要求,选择用合适的实验,合理地进行实验,以便让学生清楚地认清物理概念和规律。
例如,在讲授“平抛运动”这一节的内容时,我们可以选择的演示实验比较多。如抛出的粉笔头等,其目的就是让学生认识“平抛运动可以看作是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成”这一规律。再如,讲“摩擦力”这一节,我们可以用引导提示法指出我们要实验的问题和目的。如摩擦力的大小与哪些因素有关系呢?为了研究这个问题,我们调整吊盘上的重物的重量,使木块在桌面上做匀速直线运动,这时绳子对木块的拉力就等于木块与桌面间的滑动摩擦力。然后在木块上加一个重物,增大木块与桌面间的压力,这时发现,必须增加吊盘上的重物,使拉力增大,木块才能做匀速运动。可见增大木块与桌面之间的压力,木块与桌面之间的滑动摩擦力也增大。学生就很自然地得出“两个物体间的滑动摩擦力f的大小跟这两个物体之间的压力N的大小成正比”的结论,即f=μN。然后进一步得出动摩擦因数与接触物体的材料和它们接触面的粗糙程度有关。整个实验目的性明确,环环紧扣,步步深入,学生必定会有很强的感性认识,很清楚的认知思路,从而轻松地掌握这节的内容。
二、生动直观,井井有条
演示实验的一切功能都不能离开观察,观察者只能在演示者所给现象的基础上进行观察。因此,演示实验的直观是最起码的要求,物理现象的变化要显著。为了使现象明显,仪器的尺寸要比较大,尤其是观察部分的尺寸要大、刻度线条要粗,要使教室内最远的同学也能看清。这样做演示的精密度虽有所降低,但可以用感受效果来弥补。必要时可以借助投影、机械放大、光杠杆、放大电路等手段增强现象的明显性,提高观察效果。另外,仪器摆放的位置,观察主体与背景的色调对比等也会影响观察的效果。通常可采用演示板、磁性黑板、染色、生烟、衬托背景、照明等方法来增强观察效果。
例如,讲加速度时,学生视觉感受到加速度影响速度的变化可能不很明显,可以用多媒体课件来演示。演示时,速度的变化可以用声音变化来表示。使学生听觉、视觉上共同感受,比单纯用视觉更直接。因而对速度变化率的概念也比较容易建立。演示实验切忌模糊不清,学生看不到清晰的实验过程和明显的实验结果,搞不清实验所演示的规律、原理,无助于物理教学。
三、勇于创新,难易明了
演示中的创新性,首先在于以趣激疑,当生动的演示现象出乎学生的意料之外时,认识的矛盾上升为思维的动力。例如,“静电植绒”实验中,当启动手摇感应起电机时,下极板上的小纸屑不断地飞舞,黏附在涂有胶水的上极板上,形成了美丽的图案。而对这一美妙神奇的现象,学生的问题必将油然而生。例如学生自己制作出“土电话”、“验电器”、“橡皮筋测力计”、“密度笔”、“莲花型烟灰缸”、“书页夹子”、“重垂线水平仪”、“两用秤”等,培养了学生的创新意识和动手能力,有利于从应试教育向素质教育的转化,有利于学生个性的发展和智力的开发,也有利于发现人才和培养人才。
从实验教学中,我们深深体会到,要搞好实验教学,需要教师具有较高的水准。自古有“名师出高徒”说法,虽然它的说法不是很科学,但也有一定的道理,一位“德才兼备、学识渊博、胸怀韬略”的教师,对于学生有着莫大的示范和模仿作用。这就要求教师必须提高自身的素质,才能更好地推进新课教学法。
一、教师应该具有新理念
开拓思维,走出课堂,走进生活;不套框子,不设圈子;不迷信权威,不限于课本;大胆实践,大胆创新;说在口头上,写在纸面上,落实在行动上。
二、教师应该具有良好的职业道德修养
有着良好的职业道德修养的教师,才可以正确、科学地指导学生,通过实验教学真正地将物理知识理解、吃透,也真正能体现出“从生活走进物理、从物理走向社会”的新课程理念。所以,教师一定要加强自身职业道德修养。
三、教师应该具备广泛的实验专业知识
苏霍姆林斯基曾经说过:“学生眼里的教师应当是一位聪明、博学、善于思考、热爱知识的人。”那么,如何有效地构建自己的知识结构呢?从我国目前中小学师资队伍建设的总体状况来看,知识结构的构建还处于一种低效的急功近利式的被动构建状况。例如,为了文凭去函授,为了拿继续教育的课时去学习。能否主动构建自己的知识结构,是区分“创新型教师”与“教书匠”的重要标尺。
所以作为教师必须具备一定的实验专业知识,因为物理实验本身是一种科学探索的过程,对于实验的原理、实验的设计等必须具有很强的专业知识和技能。这对于提高学生的实验操作能等起到了很重要的作用。
四、教师应具有科学的实验室管理知识
教师不光要会做实验,更重要的是还要会管理好实验室,这样才能为学生实验提供有力的保障。所以教师必须做到学生实验“五会”:会管理;会准备实验;会协助任课教师辅导实验;会维修、保养仪器设备;会自制教具。
物理学是一门以实验为基础的科学,物理实验不仅能活化物理知识,还能引导学生像科学家一样去观察周围的现象。因此,物理实验对学生的心理发展、个性的张扬、提高学生间合作意识和能力、体验和感悟科学本质等方面都有不可替代的作用。
1.培养学习物理的兴趣
爱因斯坦有句名言:“兴趣是最好的老师”,由于物理实验具有真实、直观、生动的特点,学生对于物理实验有着天生的、强烈的好奇心,因此,在物理教学中实施实验教学是激发学生学习的最佳时机。如果在物理实验中抹杀了学生的这种天性,那么学生学习物理的兴趣就荡然无存,更谈不上学生创新能力的培养。通过平时的物理教学发现物理实验能激发学生学习的乐趣。
2.体验生活物理的生动
许多物理概念和规律都是从大量的生活事例中归纳出来的,并通过实验不断的验证、发展,最终服务人类。学生在成长过程中,经历许多事实,从而使他们有很多感性的物理知识,因此在教学中通过实验可以让学生经历物理规律形成的过程,使学生的感性知识上升为理性知识,这是形成概念、获得物理规律的基本方法。如果离开物理实验,学生学习物理就会脱离活生生的物理世界,无法激发学习热情。
3.提高科学探究的能力
物理实验可以揭示物理概念、规律的形成过程,实验的观察、数据记录、数据的分析、结论的获得,都能提高学生的各种能力,包括学生的归纳能力。因此,教师通过精心设计探究实验,逐步提高学生科学探究能力,培养学生的创新能力,形成科学的学习方法,实现学生学习方式的改变。
4.促进科学态度的形成
教学效率不仅指对物理知识与技能的掌握多少,也包括经历学习过程与形成科学的学习方法、正确的情感态度价值观方面的效率。在实验教学中,虽然学生会少做很多的题目,少听教师很多的讲解,但实验的科学性和对待实验的严谨态度,以及学生经历的知识形成过程,形成主动学习,获得归纳能力、分析能力,形成的科学态度是学生宝贵的财富。
二、物理实验的能力培养中教师的作用
1.指明实验的目的性
物理实验是目的性很强的操作行为,学生面对实验桌上丰富多彩的实验器材,通常是好奇的,但又是茫然的,若不明确实验的目的,他们会以先现有的认知水平进行简单操作,这样的实验通常是无效的,不具有实际意义;而在教师的启迪下使学生明确了实验的目的,则学生就像科学家那样饶有兴趣地完成他们的探究活动,从而使物理实验发挥应有的作用。
2.注重过程的有效性
教育心理学认为,学生学习的内在的要求需在外部因素的诱导下才能有效地实现。实验的设计应符合学生的智力发展水平,使学生的思维能发生跳跃,特别是在学生没有建立起新的认知结构之前,应更具有显著的有效性,使学生明了实验的目的。反之,若实验过程的设计含糊不清不符合学生的认知发展水平,则无法使学生的思维得到共鸣,从而降低教学效果。
3.设计直观可重复性
瑞士心理学家皮亚杰研究发现任何知识的获得都必须通过学生主动的同化才有可能,而主动的同化则须通过适当的运算结构的存在为前提。大部分初中学生的思维处于具体阶段,只有少部分学生处于形式运算阶段,因而初中学生学习抽象概念和规则,仍需要具体的经验的支持,因此,教师为初中学生设计的物理实验要具有很强的直观性和可重复性,缩短学生的认知水平和深奥的物理知识间的距离。
4.加强实验的操作性
有的物理实验需要测量数据才能归纳出结论,有的实验只要看到明确物理现象就能显示出明确的结论,不管是哪种类型的物理实验,都是为了培养学生的实验能力、培养学生良好的科学习惯,提高学生学习效能。因此,物理实验只有具有很强的可操作性,才能体现出实验在教学中的作用。
5.体会实验的生活性
农村有着和城市不同的生活生产方式,一些用具:剪刀、火钳、镰刀、锄头、一些水力设施等,这些对学生是熟悉的但又比较陌生的,学生通过收集这些用具的过程,一方面能和家长沟通,加强情感交流,一方面又是一个学习的过程,激发学生的学习热情,也是实验教学的一部分,在教学中作为补充内容,激发学生学习兴趣。
三、物理实验的在平时教学中的实施方式
1.多种途径发展实验教学
对教材进行分析,通过听各种公开课、查阅资料等方法,收集各种物理实验的方法。然后,根据物理实验应“因生而宜,因材而宜,因地制宜”的原则对物理实验进行整合、挖掘;根据农村特点积极发动学生就地取材,把一些生活用具作为实验器材使用,如:镰刀、锄头、筷子、火钳、牙膏壳等,这样能发挥学生的主动性,进行自创实验。然后,在物理实验过程中做到“新课以实验探究为主,复习课以实验为主线”,大大增强了实验的作用。
2.师生互动改变学习方式
青少年的显著的特点是爱动手动脑,对新事物有很强的好奇心。在实验过程中,我们引导学生完成各类实验,通过物理实验,使学生积极参与物理教学,经历学习过程,同时增强同学间的团结合作能力,加强师生的互动,发挥了学生学习的主动性和教师的主导性,改变了学生学习的方式,真正体现了以“学生发展为本”的教学理念。
3.固定模式提高归纳能力
通过不断实践研究,形成“实验――数据(现象)――分析归纳――形成概念(归纳)――拓展应用”的实验教学模式,学生经历了知识的形成过程,同时学生的归纳能力得到提高,具体表现在掌握新概念(规律)的研究方法,数据(现象)的分析归纳,概念(规律)的语言表达能力的提高,这有利于课堂教学的改革,有利于学生实验探究能力的培养,更有利于新期课改教学理念的贯彻。
【参考文献】
[1]《物理课程标准》
至今为止,物理实验的考评,主要还是两种形式,即书面考查和实验操作考查。这两种考查方式各有自己的优点,也各自有一定的局限性。书面考查内容覆盖面广,所用的教学时间少,是一种传统的考查方式,简单易行,为物理老师普遍采用。这种方式不能考查学生的观察能力和实际操作能力。实际操作考查是一种比较理想的考查方法。它可以具体地检查学生对实验技能的掌握情况,但此方法要一对一的监考,才能较系统全面地观察学生操作的全过程,这样才能作出比较准确的评价。这种方法考查的内容覆盖面小,只能考一个完整的实验,或几个实验的某几个环节。
上述两种考查方式各有优缺点,但如果运用幻灯媒体对学生进行物理实验考查,便可收到上述两种考查方式无法比拟的效果,并且同时它还具有如下几方面的可行性。如果运用拍摄录像进行考查当然更好,但对广大农村初中是不可能的,而运用幻灯投影较为合适。因为近几年来农村各地电教相继展开,对高亮度投影仪越来越普遍,不少乡镇中小学也都具备了这些条件,而且幻灯片又可根据教师自己的需要随意制作,所以从条件上来说是可行的。运用幻灯片投影给学生观察,虽没有让学生操作,但在屏幕上映示出一幅逼真的实验动态情景,包括认识仪器名称,实验装置,操作过程,发生的现象等。让学生观察、思考、辨识、判断、取得一些物理量的测量数据,然后得出实验结果。学生只有认真进行实验操作训练,并掌握实验原理、方法,才能完整正确地回答考题。这用书面考查是无法做到的。所以说运用幻灯投影的媒体来考查学生的实验能力是可行的。考查方法也是可行的。第一步是试题的设计,根据各年级的实验教学目标,具体地制作抽、拉、覆盖的幻灯片。
例如八年级物理实验对四件基本仪器的认识、使用、读数的内容,制作刻度尺,托盘天平、弹簧秤、量筒四套幻灯片,分别让学生观察,写出仪器名称及读数。由于幻灯片可抽拉,使各班考查中所出现的读数可以不同。制作的量筒这套幻灯片还可考查测石块的体积,给学生观察量筒水面V1,放下石块水面升高后的V2,让学生及时记录,算出V石。对各个学生实验都可以制成幻灯片进行考查。此外还可以针对学生在平时实验过程中常犯的错误,加以集中,让学生辩认错误。如用托盘天平测液体质量,编制一款可以连续动作幻灯片。a.调天平,开始天平两盘有明显高低,适当移动螺母,初看使两盘基本相平,但指针还是稍有一点偏离中央线,就停止调平动作(或者使游码稍离一点零位线)。b.称量过程中,右盘放杯子,左盘放砝码。在读取砝码时,不用镊子,用手取放,有时把砝码放到桌子上。c.读数时,只加砝码的总量,游码的读数没有加上(或者游码右边所对的刻度值)。d.最后出现测得杯中液体质量时不减去空杯的质量数等,要求学生能辩认出实验过程中所出现的几处错误。考查的第二步是教师进行时间控制,每套幻灯片每一动作给予一定的时间,给学生边观察边笔答,按幻灯片出现的先后顺序分别写在答题纸上规定的位置里。