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关键词:新课程;初中物理;实验教学方法
新课程教学在初中物理的教学中明确了学生的主体地位,倡导教师采用启发式、讨论式的教学手段,以帮助激发学生的好奇心和培养学生独立思考的能力。实验教学的实施应充分根据新课改的要求,转变传统的教学模式,结合课内外知识为学生提供更加综合性的实验设计。本文以探究新课程下的初中物理实验教学方法为目标,为学生全面综合发展奠定基础。
一、当前初中物理实验教学中存在的问题
(一)理论教学是实验配合不足通过调查研究发现,在实际的实验课堂中,部分教学活动的开展过程中,教学理论和教学实验都是分开的。在实际的实验过程中,学生忽视了理论的指导,缺乏了相应的理论与实验之间的互动。虽然有些教师将实验搬到了课堂,但是实际的动手者还是以教师为主,忽视了学生的主体地位,学生的实践动手能力得不到有效提升。学生只是在观察试验中结束了实验课程,使得教学效率大大下降。
(二)创新实验缺乏在实际的试验中,多数教师以验证性实验为主。实验的结果往往是已知的,因此,在具体动手操作过程中,有些学生就会忽视科学的严谨科学性。有些学生为了达到相应的结果,就会简化实验步骤,甚至有些学生会为了得到实验结果而去弄虚作假,从而导致学生的实践能力大大减弱。
二、新课程下的初中物理实验教学方法研究
(一)加强教师自身综合素养教师是教学课堂中的引导着,有着举足轻重的地位。教师的综合素养和教学质量,与教学进度的执行有着紧密的联系,因此,在实际教学中,学校应该注重加强教师自身素质的提升,以保证实验的顺利进行。新课改教学对教师提出了更高的要求,学校应为教师提供更多交流学习的机会,不断提升教师的专业能力,加强专业化的教师队伍。教师也应转变传统的教学观念,将学生的发展放在教学的首位,引导学生积极参与到具体的实验中。
(二)教学模式的改革教学理念的改革也促进了相应教学模式的转变,教学模式是在不断实践中建立起来的。在素质教育的要求下,学校应该运用更多有效的模式进行教学,帮助学生注重探究性实验。教师可以加强探究性实验环节,注重培养学生的创新思维。学生在探究性实验的探索过程中,教师要能够引导学生进行独立的思考,并勇于提出一些独到的见解和观点。质疑和问题提出的过程就是学生思维再创造的过程,学生通过探究实验发现问题、分析问题、解决问题,能够有效提升创新探究能力。学校也应为学生提供探索的机会和平台,比如学生有了新的课题并需要验证的时候,学校应该给予学生充分的探究平台,在开放实验室或者其他方式下帮助学生开展相应的实验课题,并在专业教师的指导和帮助下对相应的实验结果进行评估和分析,帮助学生进一步创新和改进。[1]
关键词:创新能力;动手能力;实验方法
G633.7
物理是一门以观察、实验为基础的自然科学,物理规律都是在观察和实验的基础上,认真总结和思考得来的。初中年龄段的学生精力充沛、活泼好动、勇于探索、求知欲和好奇心强,具有很强的创新潜能。作为一名物理教师,在教授学生物理知识过程中,如能正确的演示和指导学生实验,不仅能激发学生求知欲望,促进学生掌握知识、运用知识。还可以培养学生严谨求实的科学态度。作为物理教师在物理实验教学中,教师角色也应该从以往的那种“授业者”转变为“ 研究者、探索者、合作者、服务者”。正确引导学生能动手、思考,提出问题和质疑,并能解决问题,真正发挥物理实验教学的作用。
一、采用“合作参与”、“培养学生学习兴趣”、“放手让学生自己做的方式”的培养程序。
心理学研究表明:初中生能力形成必须经历一个过程,不可能在短时间内形成,因此,应根据循序渐进与分层递进的原则,我在教学中设计了以“合作参与,培养学生学习兴趣,放手让学生自己做”阶段标志的培养程序,使科学探究能力的培养实现科学化、系统化。
1.以“合作参与”的方式帮助学生自觉的学习之路
初二学生刚学物理知识,对物理有很大的好奇心和求知欲强,并且喜欢动手做实验,教学中遇到的第一个利用控制变量法设计的实验是影响蒸发快慢的因素。通过实验探究使他们体验到了科学工作者进行科学探究时的相似过程,体验到了科学探究兴趣,通过学习科学家的科学探究方法,领悟到了科学的思想和精神。
2.以“培养学生学习兴趣”的方式引入学生走上学习之路
物理实验具有动机功能,可以激发学生的物理学习兴趣,这是物理教学界的共识。因此如何增加物理实验的趣味性,成了中学物理教师必须关注和研究的一个问题。为此,本人创设了“趣味实验”、“课后小实验”等新的物理实验形式。
“趣味实验”系列:是指以生动、鲜明、新奇的实验现象来引发学生兴趣的一类实验。如声现象中的“木条听诊器听心跳声”,“土电话传声”等等。
3.以“放手让学生自己做”的方式鼓励学生走上自主学习之路
苏联教育家苏霍姆林斯基说过:“学生的聪明才智来自他们的手指头” 。一针见血地指明了动手的重要作用。要培养学生的创造思维能力,就要培养学生的动手能力。
(1)让学生多动手,在物理实验教学中,应该创造条件让学生自己动手做,让学生在动手中观察思考、分析判断,自己去发现问题、解决问题和得出结论,使做实验的过程成为学生再发现的创新过程。比如学习“液化现象”时,课本上有压缩体积的演示实验,而没有降温液化的实验,我让学生每人手拿一块玻璃并对玻璃呵气,让学生体会、研究实验现象,得出结论。
(2)让学生多动脑,观察实验可以使W生了解物理世界丰富感性知识,激发他们的学习爱好。教师在教学过程中应有意识的为学生创造观察物理现象的条件,指导他们的观察方法,利用他们的好奇心,培养他们观察的爱好和习惯,不断提高他们的敏锐性、深刻性、精确性,逐步形成较强的观察能力。
二、物理实验要体现对学生思维能力的培养
初中阶段是思维发展的要害期,对学生思维能力的培养尤为重要,会影响学生初中乃至高中物理学习和其它学科的学习,学生在小学时习惯于具体的形象思维,他们善于从具体事物中学习,而不善于学习抽象的内容,初中物理概念是进行物理思维和运用物理方法的基础,是在物理事实的基础上抽象概括的产物,因此教学中要采用大量学生已具备的感性知识,对缺乏感性熟悉的则配备演试实验,并用浅显的语言和丰富的插图,以帮助学生思维由低水平向高水平转化。
三、从“学会”向“会学”的教育方式转变
现代教育不但要教学生学会物理,而且会学物理,这就要求教师指导学生把握科学有效的学习方法和养成良好的学习习惯,使学生学会如何获取新知识,如何解释各种物理问题,做到举一反三。因此在指导学生实验时要抓住“观察、操作、记录、 分析 、整理”。
对实验现象与事先预想的不相符时,教师应找出造成这种现象的原因,有利于改进实验教学,提高实验教学能力。
四、重视物理知识的实际应用和学法的指导以实现创新
广泛联系生活、生产实际,可以加深学生对知识的理解,也是发展学生能力以及提高学生科学文化素质的一条重要途径。
在物理实验教学中,不仅要让学生学会实验的具体做法,掌握一些基本的实验技能,还要能根据典型的物理实验引导学生及时总结归纳研究物理问题的实验方法,如常用的“间接测量法”等,我们可以考虑设计用相似的目的、手段、过程、结果等进行模拟实验,从而实现创新。
五、正确看待多媒体技术在物理实验中的创新
恰当运用多媒体辅助实验教学,能以其灵活、生动、形象的图形和动画表现形式及强大模拟功能而使物理实验教学内容化难为易,化静为动,化抽象为具体,化微观为宏观,有助于学生掌握重点、突破难点,引发兴趣,进而巩固知识,发展能力和提高素质,通过人机交互、信息共享,拓展了学生的视野,能很好地培养学生创造性思维能力。多媒体这种优势,在物理实验教学中独具特色。
总之教师应解放思想,大胆尝试,积极探索创新,教师要善于通过演示实验、学生实验,把教师的教学目标转化为学生的学习效果,激发起学生不理解其中道理不肯罢休的求知欲,努力使物理实验教学真正成为培养学生创新精神和实践能力的新天地。
关键词 初中物理 实验教学 探究式方法 运用
新课程标准指出,探究式学习方法是学习科学的一个强有力的工具,能够在课堂上保持学生强烈的好奇心和旺盛的求知欲,让学生学会学习、学会探究,养成良好的、正确的价值观。笔者以为,初中物理学习必须在新课程改革理念的引领下,重视学生学习方法的指导,特别是在实验教学过程中,教师要运用灵活多变的教学方法引导学生在探究中学习,不断提高课堂教学质量,努力达到物理新课程改革的要求。
一、重视控制变量法运用,引导学生在科学探究中掌握知识所谓控制变量法,就是指研究两个物理量之间的关系时,要保持影响前一个物理量的其它物理量不变,从而研究变化的这个物理量与要研究的物理量之间的变化关系。这种研究方法,被称之为控制变量法。
教师在需要运用控制变量法进行解题时,需要引导学生理解“控制什么?改变什么”,“如何控制?如何改变?”等,这些都是帮助学生研究和解决问题的关键。如在进行导体中的电流与电压、电阻的关系实验中,如果引导学生探究导体的电流与电压的关系,就需要在保持电阻不变的情况下改变导体两端的电压,以观察电流随电压的变化关系。在此实验中,如何改变导体两端的电压呢?办法就是调节滑动变阻器,改变导体两端的电压。如果让学生去探究导体中的电流与电阻的关系,需要控制导体两端的电压不变。教师在实验中要换用不同大小的电阻(即改变电阻),以使学生观察电流随电阻的变化情况。那么,又如何保持导体两端的电压不变呢?办法就是要调节滑动变阻器,使导体两端的电压保持不变。又如在研究影响动摩擦力大小因素的实验中,如果研究滑动摩擦力大小与压力大小关系,就需要控制接触面的粗糙程度不改变,而要改变压力大小,就要观察滑动摩擦力与压力大小的关系。如何控制不变?办法就是要始终保持木块的底面与木板接触。如何改变压力大小?办法就是在木块上添加砝码改变压力。当然,在此实验过程中,教师还可引导学生观察掌握测定滑动摩擦力大小的方法——用弹簧测力计拉着木块在水平上木板上作匀速运动,记下弹簧测力计的示数即为摩擦的大小。再如研究液体蒸发的快慢与哪些因素有关,研究压力作用的效果(压强)与哪些因素有关,研究决定电阻大小的因素,研究电功、焦耳定律、电磁铁磁性强变等等的影响因素,都可以使用这种方法。总之,控制变量法在初中物理科学探究的实验过程中经常用到,教师要重视此法的运用。
二、重视类比法运用,引导学生在逻辑推理中掌握知识所谓物理类比法,是指在物理实验教学过程中,教师引导学生将研究的物理对象与熟悉的物理对象相比较,找出它们的某些共同点、相似点或有联系的特征,从而据此推测出待研究的对象还可能具有熟知对象的另一些特征。物理类比法是一种逻辑推理的方法,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理方法。初中物理教学中,学生学会运用类比法,可以有效地把实验的对象和熟知的对象进行对比,把未知的东西与已知的东西对比,能以旧带新,启发思想的火花,实现从形象思维到抽象思维的飞跃,有效地掌握物理知识、发展智力、培养能力,从而更好地提高课堂学习的效率。如在“电压”一节教学时,教师引导学生把电路模型类比水路模型,从而引入电压的概念。在教学中,教师通过引导学生观察课本中提供的水路模型和电路中形成电流的原因,然后将两幅图进行类比分析,找出二者之间的一一对应关系,比如阀门对开关、水轮对灯泡、水泵对电源、水路对电路、水流对电流等等,进而理解水流的形成是因为有水压,那么,电流的形成是因为有电压。如此,学生就很容易通过这种类比的学习方法,理解了电压是电流形成的原因,而电源是提供电压的装置。
类比法在物理学习中的应用很多,如把声波跟水波类比,把学习电磁感应中“作切割磁感线的运动”和农民用镰刀垂直地去割水稻这样一个动作相类比……等等。教师通过精心的教学设计,可以对学生的学习起得良好的促进作用。
关键词:农村中学;实验现状;改革建议
物理是一门以实验为基础的自然科学,农村物理教学一直存在“重讲授,轻实验”的现象,教师在课堂上讲实验,学生在课外背实验,不能有效地培养学生的观察能力、分析能力、总结能力、动手能力、创新能力,物理实验教学现状已经严重制约新课程改革的发展。为此,我们呼吁针对这个现状应该出台相应的对策,否则将会导致新课程改革的后退。
一、农村中学物理实验教学现状
农村中学由于客观条件的不足和环境的影响,给物理实验教学带来了很多的困难,主要表现在以下几个方面:
1.农村中学的师资力量薄弱,存在教师跨学科教学或非专业教师任课现象,本身对实验操作不够熟练还没有深入钻研,无论是演示实验还是学生的探究实验,教师一般总要详细的介绍和示范应该怎样正确使用仪器,如何按书上规定和说明去规范操作。这样会使学生挫伤学生的积极性,压制了学生好奇好动的天性,在实验教学中虽然学生动手操作了实验而没有动脑分析思考,虽然完成了实验操作任务而没有对学生在创新能力、分析归纳能力、动手能力、观察能力等方面得到培养。
2.学校有实验室却没有专业的实验教师和有效的实验教学考核管理制度,实验室管理教师更多的是承担仪器保管的作用,未有过关于实验室管理和实验技能方面的培训,不能配备实验仪器,甚至对实验仪器都不熟悉,在实际教学中演示实验、学生的探究实验器材都由科任教师花费大量的精力和时间自己准备,许多教师不愿意花费精力和时间去准备实验、操作实验。实验室管理教师本身的工作量大再加管理实验室,不能及时提供仪器的借还,科任教师认为做实验不方便就以讲代做。
3.农村学校没有对实验教学进行评价和考核,对实验教学的评价只是在上级部门检查工作和验收时才能提到议事议程上来,平时学校针对实验的安全、卫生比较关注,教师认为做不做一样。对于实验教学基本上都处于较为被动的局面。学校对实验教学不重视会导致教师不专业化,不深入研究教材和课程标准,会严重制约新课程的改革和物理课堂教学的高效,无法有效的培养学生的创新精神和动手操作能力,更不能全面提高学生的实验技能和运用物理知识的能力。
二、实验的教学功能
1.有利于调动学生的学习兴趣和积极性《九年义务教育全日制初级中学物理教学大纲(试用)》明确提出,培养和提高学生学习兴趣是当前物理教学改革研究中的重要课题之一。边学边实验不仅可以提高学生的学习兴趣,而且能够极大地调动学生的学习积极性
2.有利于学生理解和掌握知识。心理学研究表明,学生对学习内容的巩固程度,与学习的方式关系很大。一般来说,学生通过听教师讲授,能够记住10%-20%;学生如能看到实物或现象,能够记住30%;如果学生既能听教师讲,又能看到实物或现象,能记住50%;如果学生看到实物或现象,自己又描述过,便能记往70%;如果学生既动手做过,又描述过,则能记住90%。
3.有利于培养学生的实验能力。教育家陶行知提倡手脑并用的学习方式。他在《手脑相长歌》中写道:“人生两个宝,双手与大脑。用脑不用手,快要被打倒!用手不用脑,饭也吃不饱。手脑都会用,才算是开天辟地的大好老。”我们在初中物理教学中提出边学边实验,提出“四动”,正是遵循陶行知先生的教育理论去实践的。
三、实验教学的策略
恰当地选择学生边学边实验教学的内容教改实践表明,凡是与教学过程紧密结合,便于随堂进行并利于学生动眼、动脑、动手、动口,利于培养学生科学的实验方法和良好的实验习惯,利于发展他们智能的内容,都可选为学生边学边实验教学的内容。对器材的要求不是很高的演示实验,可以改为学生边学边实验。如课本上用铅皮和铅盒来演示物体浮沉条件的实验,若改为边学边实验,就可以让学生在课前准备好一支空牙膏管(尾端剪开)和一只玻璃杯。实验时,先让学生把牙膏管捏扁放在盛水的玻璃杯里,它就在水中下沉,然后将牙膏管鼓起一些,它就能上福 。
四、推动和改进实验教学的建议
1.从考试方面改革,加大考核力度。学校要细化实验教学考核办法,并能认真落实,进而推动教师认真实验教学。中学物理实验考试总体要求是把考理论和考操作结合起来,全面反映学生实验课的基本要求;不论哪类学生考试的原则都是把考实验和做实验结合起来。
2.加强实验室管理,发挥其应有的功能和作用,实验室配备一名专职或兼职实验教师(计入工作量)负责,组织物理课任教师分年级、按实验等方式整理、熟悉实验器材,明确实验室应有的仪器、药品,根据课程标准和教材分别制定出本学期的学生探究实验计划和演示实验计划,统计出所缺实验器材汇报学校及时采购补充,根据计划开足开齐实验。
关键词:系统误差;限制与消除;测量方法
中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-61
48(2007)7(S)-0059-3
测量数据中,除了含有随机误差(偶然误差)之外还包含系统误差。当重复测量某一个物理量时,误差的数值和符号基本不变或按一定规律变化的那一部分就是系统误差。系统误差的特点是它的出现并不像随机误差那样服从统计规律而是服从某种确定的函数规律。在对系统误差进行分析研究确定其存在和所属类型后,可采用适当的方法对系统误差加以限制或消除,使测得值中的系统误差得到抵消,从而消弱或消除系统误差对结果的影响。
1 限制与消除系统误差的几种测量方法
1.1 交换抵消法
这种方法是使测量中的某些条件相互交换,使产生固定系统误差的因素对测量结果起相反的作用,从而抵消这种不变的系统误差。
例如用等臂天平称物体的质量。先在左盘放置砝码P,右盘放置被测物体m,如图1所示。
当天平平衡时被测物体的质量为:
如果天平两臂之长绝对相等,即l1l2=1,则有 m=P,即砝码的数值就是被测物的质量。但实际上两臂总是存在微小差别,即l1l2≠1,这时如果仍以m=P作为测量结果,显然会使测量结果中带有固定系统误差。
为消除这一误差,我们可以将被测物与砝码互换位置,并改变砝码量值使天平重新平衡,如图2所示。
这时被测物与砝码的关系为:
利用(3)式所得被测物的质量值即不含由于天平不等臂而存在的固定系统误差。
1.2 代换消除法
代换法是在测量装置上对被测量进行测量后在不改变测量条件的情况下,立即用一个标准量代替被测量,再进行测量,从而求出被测量与标准量的差值,则被测量为:被测量=标准量+差值。
例如用惠斯通电桥测量未知电阻RX的值,如图3。
根据电桥平衡条件有:Rx=R1R3R2
由于R1,R2和R3都有一定误差,因此按它们的标准值计算的Rx也必含有误差,即:
这就是说代换的结果,测量结果的误差ΔX只与标准电阻的误差ΔN有关,而与Δ1,Δ2,Δ3无关。因此电桥的精确度对测量结果就没什么影响,这就消除了测量结果的仪器误差。
用电桥测电阻的另一种代换法是用一个可变标准电阻与被测电阻串联,如图4所示。
调节标准电阻使电桥平衡,这时有:
设标准电阻含有固定系统误差Δ0及其它性质的误差ΔN和Δ′N,则RX将有误差ΔX:
之外,标准电阻的固定系统误差全被消除,而标准电阻的其它系统误差也可能部分被消除。
1.3 反向补偿法
在测量中改变某些条件,例如测量方向,电流方向等,使两次测量结果中误差的符号相反,从而抵消了固定系统误差。
例如用电位差计及标准电阻测量电阻值,如图5所示。
由于电压接头存在热接触电势,因此测得的电压并非电阻本身的电压,这必然引起系统误差。为了消除这种系统误差,可用正反两方向的电流测量两次,以抵消热电动势的影响。
当用正方向电流测得未知电阻两端电压Uω正时,实际上包含了热电势ex,即:
同理标准电阻两端电压测得值为:
其中ux,us分别为未知电阻两端和标准电阻的电压;ex,es为热电动势。
现将电流反向(电流值未改变)则得:
(10)式减(12)式得未知电阻两端的实际电压值为:
(11)式减(13)式得标准电阻两端的实际电压值为:
于是未知电阻为:
由上式确定的未知电阻值,将不含因热电势所引起的系统误差。
1.4 对称观测法
当测量系统呈现某种对称性时,可以安排相互对称的两次测量,以此来削弱或消除系统误差。这种方法应用比较广泛,在一般的教学实验也被常用到。现举二例说明。
(1)用分光计测量角度时,由于刻度盘的转轴O与游标盘的转轴O′不重合将使角度读数由偏心产生系统误差。
为了克服这种误差,在游标盘的某一直径两端开两个读数窗口,如图6所示。
测量角度时,先在AB{刻度上读取θ1,然后在A′B′{刻度上读取θ2,根据平面几何的圆内定理,圆内角(对于刻度盘)θ的读数应等于:
(AB{的度数+A′B′{的度数)/2,而
AB{的度数也就是以O为圆心的圆心角θ1和θ2,因此得:
即二个窗口读数θ1和θ2之平均值就等于游标的转角θ。
(2)LRC串联电路的谐振频率的测定。
谐振曲线如图7所示,可以表为:
如果以电流最大值来判断谐振点从而测定谐振频率则由于检测仪器具有一定的灵敏阀值,而C点附近的曲线斜率很小,使测量很容易产生误差。为此取I=IMax2的曲线斜率最大处A点和B点,读取相应的频率ω1和ω2,谐振频率为:
由于A,B点的曲线斜率最大,在同样的仪器灵敏阀值之下,可使ω1和ω2测得更准确,从而达到消弱系统误差的目的。
1.5 周期性系统误差的消除
对于周期性系统误差,测得一个数据后,相隔半个周期再测一次,只要所测次数为偶数,然后取平均,就可以消除周期性系统误差。例如刻度盘偏心误差的消除就是采用相距180°的一对游标读数,然后取平均。
2 系统误差已消除的准则
采用各种方法去消除系统误差,最终不可能把系统误差完全消除干净而总有一定的系统误差残余。实际上,只要将系统误差减弱到某种程度,这时就可以认为系统误差已经被消除了。
根据四舍六入五取偶的数字截尾准则,当残余系统误差θx 绝对值满足:|θx|
3 结语
虽然系统误差的出现都具有某种确定的规律性,但这种规律性对不同的实验测量却是不相同的,须针对每一具体情况采取不同的处理方法。本文结合普通物理实验实例分析的常用的五种消除系统误差的测量方法和判断系统误差是否已消除的基本准则,在新一轮中学物理课程改革别是实验技能方面,对提高学生实验设计能力和误差处理能力都有一定的促进作用。
参考文献:
[1]普通物理实验 (力学部分)[M].杨述武 主编. 2000.5,第三版.高等教育出版社。
[2]普通物理实验 (电磁学部分)[M].杨述武 主编. 2000.5,第三版.高等教育出版社。
[3]普通物理实验 (光学部分)[M].杨述武 主编. 2000.5,第三版.高等教育出版社。