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一、设计型实验的含义
所谓设计型实验,是指以基本实验原理为基础,要求学生应用基本的测量仪器自行设计实验方案、完成实验操作,经分析和推理得出结论。这类实验题涉及对实验原理的再认识和再加工,能综合考查学生运用知识的能力和创新能力。
二、设计型实验的分类
设计型实验大致可分为:设计实验步骤、设计实验方案、纠错和改进实验设计、开放性实验设计等几大类。
1.设计实验步骤
类试题主要是根据实验原理来设计实验的操作步骤,其特点是先确定实验原理,根据实验原理决定应该测量哪些物理量,需要哪些器材,如何安排实验步骤,得出什么结论,此类试题主要考查学生理论联系实际的能力。
2.设计实验方案
这类试题主要是根据所给器材,设计实验方案,其特点是只需要所给器材来构建物理情景,确定原理,完成实验方案,培养学生灵活解决实际问题的能力。
3.纠错和改进实验设计
这类试题主要涉及实验器材的组合和实验仪器的使用方面,其特点是在所给的实验设计中,可能有不止一处错误,要求指出错误所在之处,并加以改进,从而考查学生的实验操作能力和分辨能力。
4.开放型实验设计
这类试题主要是要求学生根据问题的条件和要求,构思有关的物理情景,其特点是对于同一个问题,可以构思出不同的三五个情景,确定不同的实验原理,选择不同的实验器材,得出不同的表达式,培养同学的求异思维能力。
三、设计型实验的特点
1.出于教材而高于教材
设计型实验跳出教材中演示实验和学生实验的束缚,是对原有实验的再认识和再加工。此类试题一改以往要求学生死记实验目的、器材、方法和步骤、现象、结论的做法,将原来的由分析实验数据和现象得出结论寻找规律,变为学生自主设计实验,能更好地体现创新教育的要求和新课程理念。这要求学生正确理解实验原理,熟悉各种器材的性能和使用方法。
2.具有开放性和探究性
设计型实验题具有开放性和设计方案的不唯一性。试题的内容涉及课堂内外、学科综合、生产生活等各个方面,同时也有机地渗透了对科学探究能力的考查,它给学生提供了很大的灵活运用知识、发挥能力的空间。因此我们在抓好演示实验和学生实验的同时,应努力开拓实验教学的新构想,探索设计性实验教学的新路子。如“测定物质的密度”和“伏安法测电阻”是初中物理的两大经典实验,它们综合性强,涉及多种仪器的使用以及有关公式和原理的灵活应用;在最近几年的中考命题中,则多以开放性试题的形式出现。
3.能力要求高
设计型实验题所给的器材和要测的物理量间的跨度较大,需要经过转变、等效等方法才能达到目的。此类试题不仅考查学生理解、迁移、综合应用知识和解决问题等各个方面,还要求学生具有很强的实验能力、发散思维能力和创新能力。
四、复习方向
1.培养学生的知识迁移、转换意识
知识的迁移是创新意识的一种体现,设计性试题的立意往往比较新颖,思考问题时,有时直接去考虑是行不通的,这就需要发挥联想,需要进行知识间的迁移和转换。
因此,我们在平时的教学中应逐步渗透实验内容,培养学生的观察能力、实验操作能力和养成实验习惯的能力是十分重要的。在教学中,不断加强知识的纵横联系,积极引导学生展开丰富的联想,鼓励学生对常规实验方法进行大胆的创新,鼓励他们提出独特见解,有意识地进行一题多解、一题多变,从而培养学生的创新精神,发展他们的创造能力。
2.增强设计性实验,注重培养学生的创新能力
在平时的实验教学中,要尽量由学生根据实验目的的要求制订实验方案。尽可能将演示实验改为分组实验,将验证性实验改为探讨性实验,先让学生去研究、探索物理量之间的关系,然后总结出物理规律,并开辟第二课堂。第二课堂既可完善、丰富、深化课堂知识,又可培养学生的实验技能。主要形式有:(1)指导学生进行课外实验;(2)组织参观活动;(3)举行操作实验竞赛;(4)组织课外兴趣小组;(5)举办物理科技晚会等。
综上所述,设计性实验题是属于较高要求的一类题型,培养学生分析与解决设计实验题的能力不是一蹴而就的,必须遵循循序渐进的原则,在日常教学中加强方法指导,让学生在训练中体会设计思想,逐步掌握解答这类题的方法和技巧。同时关注近年来各省市的考题,集思广益,引导学生分析具体实例,融会贯通,熟练掌握,这样才能达到提高学生能力的目的。
参考文献:
[1]陈建华.设计型实验题的类型及解法.中学物理教学参考,2006(298):58.
1 转变教学观念,树立创新教育的实验教学指导
思想
物理实验教学的目的,不仅是验证原理,让学生理解和掌握已有的书本知识,更重要的是培养学生的科学素质,激发学生爱科学、学科学的兴趣,培养学生的创新能力和实践能力。因此,必须改变传统的“教师讲,学生听,教师演示,学生观看”的实验教学方法。在实验教学中,要求教师从学生的实际能力入手,备教材,备教法,备学生。在教学过程中,使学生的思维一直处于积极探求状态。
2 发挥学科特点,激活独特资源
实验教学是理科教学的特色,生动丰富的实验现象对学生有无穷的吸引力,能激发学生的学习兴趣和求知欲望,变被动学习为主动学习,发生“要我学”为“我要学”的转变。所以,作为理科教师,想方设法多做实验,无论是演示实验还是分组实验,或是验证性实验还是探究性实验,或是学校实验还是家庭小实验等。总之,只要是学生动手做了,就得表扬,另外积极创造条件,如自制教具等器材或利用一些常见的平常弃之不用的所谓“废材”为学生做一些典型的实验,让学生感到既熟悉又陌生,在这种不知不觉中学会知识。理科教学的另一特点是理科思维。通过对实验方案的设计、实验现象的分析等培养学生严密的逻辑思维和分析解决问题的能力。
3 给学生多动手实验的机会,培养学生的实验技能
初中物理实验是学生将来从事科学实验的起点。因此,在物理实验课的教学中,必须重视培养学生的实验技能和独立工作能力,使学生养成良好的实验习惯。每次做实验时,教师要指导学生弄懂实验原理,学会正确使用物理仪器,掌握计数、读数和处理实验结果的技巧,能够通过分析、推理得出正确结论。比如在电学实验中,教师要反复强调电流表、电压表的连接特点及“+”“-”接线柱的接法,让学生学会用欧姆定律正确估算量程,避免量程过大使测量值的误差大,又避免量程过小而烧坏仪表。学生掌握了基本实验技能,就能独立动手操作,打好实验的基础,有了这种基础,学生就能自主的探究其他电学实验。
鼓励学生做好课外小实验、小制作,促进学生对教学内容的学习。各种物理实验,从某种意义上说,都是一种特殊的、直观的实践,学生在动手完成各种小实验、小制作过程中,思维异常活跃,学习欲望高涨,参与意识增强,都迫切地希望进一步探索问题。通过实验,学生学习到的物理知识就比较深刻、牢固。例如,“估计大米的密度”一题,先让学生凭生活经验估计大米的密度大约是多大?接着让学生想出几种测大米密度的方法,然后实际做一做,最后做出评价,哪一种方法既简便易行而且误差又小。又如课本中“纸盒烧开水”“日光灯启辉器中双金属片的自动控制作用”“小风轮”“电铃”“楼梯开关”等小实验、小制作,有很强的趣味性和知识性,十分贴近学生的生活,符合初中学生好奇、好问、好动、好学的心理特征。教师要鼓励学生做好这些课外小实验、小制作,这样激发学生动手实验的兴趣,同时也推动物理教学向前发展,是实施创新教育的重要途径。
4 在实验教学中培养学生的创新精神
物理教学要教会学生知识,不仅要求学生学会,还要学生会学。创新是一种高层次的知识迁移,是利用已有信息探索新知识的能力。在实验教学中我注重给学生提供更多的思维机会和广阔的思维空间,激发学生求异创新的愿望,逐渐培养学生从全方位推测、假设和构思中“探视”答案以解决问题的思维方式。初中物理无论是演示实验,还是学生实验,往往给出实验方案且方法单一,无探索性,不利于创新精神的培养。在教学中,以常见实验知识为生长点,进行引申,让学生发掘其内涵和外延,从多角度、多方位、多层次地进行创新分析,利用尽可能多的方法来设计实验方案,并对各方案进行评价,选择最佳方案,以此来培养学生创造性思维。
如测定盐水的密度。方案一:1)用天平称出空烧杯的质量m;2)用量筒量出50 ml盐水;3)把盐水倒入烧杯中称出盐水和烧杯的质量M;4)求出密度ρ。方案二:1)用天平称出烧杯和盐水的质量m;2)倒入量筒中50 ml盐水;3)称出剩余盐水和烧杯的质量M;4)求出密度ρ。
关键词:程度;乐趣;活动;兴趣
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2010)11-0192-01
物理学是一门自然学科,通过实验给学生提供了更广阔的活动空间和思维空间,并能获得必要的体验实验乐趣,有效促进同学们参与实验活动。所以,在教学中,我们巧妙设计分组实验,让同学们大胆试尝实验,从而帮助他们形成正确的概念,加深对规律的认识;同时,要适度开放实验,引导同学们进行小制作实验,由点到面,由表及里,激发学生学习物理兴趣,充分提高学生的有效参与率。下面,结合笔者多年教学实践经验谈一点粗浅看法,以供读者参考。
一、巧用分组实验 提高参与程度
学生分组实验是初中学生最感兴趣的课,也是培养学生物理实验能力的最重要方式,这也是新课程教学理念倡导我们在物理教学中,要运用有效资源,巧妙进行分组实验,不断提高同学们参与教学活动。因此,在物理课堂教学中,我们要根据教学内容、学生在知识、情感、态度、能力等多方面的不同层次以及男女搭配, 进行有效分组实验(2人一个操作组,4~6人为一个合作组或左右组合),这样可以优势互补,促进组内进行有效地合作,同时也极大地提高同学们参与程度,丰富课堂教学色彩。
例如:在教学测量密度的实验课时,笔者首先提供大量实验器材,设计这样分组测量盐水的密度问题,要求同学们先看书,然后,分组实验,看那一小组实验最好、最快完成,此时,同学们积极性可高了,为了使本组获得荣誉,组长进行合理分工,有的同学在取实验仪器,有的取盐水,有的计算,有的在观察等,大家团结协作,个个不甘落后,经过同学们探索,有的小组说出用称量法测量盐水的密度;有的小组用比重法测量盐水的密度;有的小组用阿基米德定律法测量盐水的密度;有的小组甚至说出用密度计直接测量盐水的密度等(此时笔者组织同学们进行交流,同学们兴趣非常浓,效果极佳)。
笔者设计这样分组实验,同学们积极性高,参与率高,在整个活动过程中,教师只作适当的引导或点拨,充分发挥学生主体作用,课堂团结气氛浓,教学效果好。
二、大胆试尝实验 体验实验乐趣
在课堂教学中,我们要舍得时间的投入,做到磨刀不误砍柴功,进行大胆试尝实验,尽量把实验内容,让同学们来探索解决,避免学生无效参与现象。因此,笔者认为:根据教学内容和学生认知特点,在一定范围内让同学们自由选择实验仪器,设计实验方案,进行演示实验,教师只作提示(或引导或适当点拨),让同学们亲自体会成功与挫折,由盲目到明晰,由被动到主动,由不会到会,明晰问题实质,使同学们不知不觉地迈入探究学习的层面,当然需要教师的巧妙创设问题情境,同时还要进行纵观全局并进行启发,真正让同学们体验实验的乐趣。
例如:在物理实验教学中,笔者大胆试尝让同学们自己进行实验,如:让同学们自主到实验室进行观察水的沸腾,并要求学生自己归纳、总结方法以及注意点(观察目标集中在水某时刻的温度上);又如:让同学们进行演示实验:滑动变阻器改变电流。同学们在小组里,动手、动脑进行探索设计实验方案,并在实验中总结出方法,以及最关键是观察时应把注意力集中到滑动变阻器的通电段部分和相应电流的变化,从而使该问题有效解决,事后了解,同学们对这些实验的结论、注意点以及方法他们印象非常深刻,不易忘记。
三、引学生小制作 拓展实验活动
在物理教学中,加强实验教学,尤其是引导学生小制作实验,对激发同学们物理学习兴趣、发展学生的思维能力、提高教学质量有着十分重要意义。在引导学生小制作过程中,由于小制作不受器材限制,能把学生眼、手、脑有机地结合起来,丰富课堂内容,弥补演示实验和学生实验的不足,把课内外的学习活动有机地结合起来。这样,不断增加学生自己动手小制作的机会,学生在上课时更加兴奋,听课的效率大大提高。从而拓展同学们实验活动,无形之中激发了学生学习物理的兴趣,是课改的需要、学生的需要,也是培养学生艰苦奋斗精神和拓展实验活动的需要。
例如:在学习重心、杠杆原理之后(事先提供若干实验器材如:常用鸡蛋,胶水,一些重物及装饰物品若干),笔者引导学生制作不倒翁,要求:开展小组比赛,看那一小组实验最好、最快完成。
问题一展开,下面热闹起来,学生情绪高涨,个个都想为本组争光,都在探究实验方法,同学们合作精神强,根据同学探索,都能得出相应的实验方法,此时,笔者抓住有利时机,进行组织学生交流、讨论,归纳出最佳方法,现制作方法如下:把鸡蛋的尖顶端开个小孔,之后,把蛋清、蛋黄用吸管或其他任何方式取出,形成较完整蛋壳。再将小重物放入鸡蛋壳中,用胶水固定在底部,另外用装饰品或颜料把鸡蛋外部按喜好装饰即可。
四、适度开放实验 培养参与兴趣
新课标要求我们在物理教学中,注重培养学生的科学素养,要培养学生的探究能力和创新能力。而开放物理实验室是一个非常行之有效的途径,可有效地帮助学生形成概念,推出规律,掌握知识。这对激发学生学习物理兴趣、领会物理知识、发展他们的思维能力,培养他们的分析问题、观察事物、解决问题的能力以及创新能力,提高教学质量都有着十分重要的意义。
目前,由于升学压力,不少教师在主观或客观上并不重视物理实验教学,因此,我认为,初中物理教学应注重实验教学,切实加强实验教学。
1 引导学生观察物理现象,激发学生的学习兴趣,培养观察能力
众所周知,兴趣是影响学习积极性的最直接因素。那些新奇的、对生活有意义的知识和问题,能引起学生强烈的兴趣。在观察这些物理现象时,教师要引导学生注意整个现象发生的过程、产生条件和特征等。例如,在观察“摩擦起电”现象时,要提示注意:①手帕摩擦过的塑料膜对碎纸屑有什么作用?②手帕摩擦过的两块塑料膜,在相互接近时会发生什么现象?③把用手帕和毛皮分别摩擦过的两块塑料膜靠近些,它们之间会产生什么现象?通过观察,学生自己得出了“摩擦过的物体带电及同种电荷相斥,异种电荷相吸”的结论。通过对上述物理现象的观察,不仅成功地诱发了学生的学习兴趣,满足了学生的求知欲望,还有利于发展学生的观察能力。
2 引导学生通过画图、识图来培养学生的想象能力
教材中各种各样的电路图、滑轮组装配图、物态变化图像等,都是从画图、识图及图像与实物转化的角度,训练学生对物理规律掌握的程度。换句话说,就是靠想象来认识物理规律,然后靠作图来进行分析、判断。例如,在学习“导体做切割磁力线运动”内容时,可启发学生联想“右手拿镰刀割麦子”的情形。根据右手定则,磁力线方向(麦子)、导体运动方向(镰刀)、导体中感生电流方向(四指)的关系就十分明确了。由于想象材料来源于实践并与感知、记忆密切相关,因此教师应引导学生运用画图、识图、观察图表和模型等,来帮助学生对没有直接感知过的,或根本不能直接感知的事物,产生清晰的表象,以开拓学生的思路,扩大知识范围,促进学生想象能力的发展。
3 鼓励学生做好课外小实验、小制作,促进学生对教学内容的学习
各种物理实验,从某种意义上说,都是一种特殊的、直观的实践,学生在动手完成各种小实验、小制作过程中,思维异常活跃,学习欲望高涨,参与意识增强,都迫切希望进一步探索问题。通过实验,学生学习到的物理知识就比较深刻、牢固。如教材中“纸盒烧开水”、“小风轮”、“电铃”等小实验、小制作,有很强的趣味性和知识性,十分贴近学生的生活,符合初中学生好奇、好问、好动、好学的心理特征。教师要鼓励学生做好这些课外小实验、小制作,并有意识地在教学中加以评价。
4 通过实验课教学,培养学生的实验技能和创造性思维能力
物理是一门实验科学,中学物理实验又是学生将来从事科学实验的起点。因此,在物理实验课教学中,必须重视培养学生的实验技能和独立工作能力,使学生养成良好的实验习惯。每次做实验时,教师要指导学生弄懂实验原理,学会正确使用物理仪器,掌握计数、读数和处理实验结果的技巧,能够通过分析、推理得出正确结论。例如,在电学实验中,教师要反复强调安培表、伏特表的连接特点及接线位置,让学生学会用欧姆定律正确估算量程,避免量程过大使测量值误差偏大,又避免量程过小使电流烧坏仪表。学生掌握了基本实验技能,就能独立动手操作,打好实验基础。通过实验,不仅有效帮助学生领会物理知识,更重要的是通过观察实验现象,分析和解决实验中的问题,能够培养学生的创造性思维能力。
5 注意实验归类,使学生储备的知识进一步系统化,应用更加灵活
关键词:初中物理;科学方法;知识获取;教育途径
一、问题的提出
科学方法是指人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维、行为方式。物理方法是科学方法中的一类,是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手段与方法。物理科学方法是在物理学知识的获取和运用中产生的。
二、初中物理科学方法教育的途径
(一)确立物理科学方法教育途径的依据
1.科学方法教育的价值
科学方法教育,如同物理教学中的其它基本问题一样,总是随着人们对其本质认识的深入而逐步发展的。作为物理认知活动的中介,它是连接物理现象与知识的纽带,物理知识。概念、规律等"只有通过科学方法的参与,才可能上升为知识形态,这就决定了物理科学方法教育与物理知识的教育过程不可分割。
科学方法不仅是获取物理知识的途径和手段,还是理解物理知识的纲领和脉络。从知识结构形成的角度看,科学方法作为一种基本的研究方式,它纵横交错、贯穿于整个知识领域之中,把不同的知识相互联系起来从而形成知识结构。只有通过科学方法的参与,才能使客观存在的知识结构转化为学生头脑中的认知结构。这就决定了物理科学方法教育具有顺序性和层次性。
2.物理知识的方法论特点
物理知识本身就具有方法的意义。因此弄清每个知识是怎样产生的"其基本内涵和外延是什么及如何应用的不仅非常重要。而且这一过程本身就蕴含着科学方法的教育,因此。物理科学方法教育的确立要结合物理概念、规律的建立过程和物理实验的实施环节。
3.初中学生思维规律
一切教的规律都应该服从于学的规律。初中学生思维规律的一个特点是处在由形象思维转向抽象思维的过程。是思维发展的转型期。第二个特点是以定向思维为主要形式。学生思维规律的特点决定了初中学生学习物理的认知活动特点是从经验型概念到科学概念的转变。学生在学习一个新课题之前。总具有一些建立科学概念以前的经验直觉性观念。所以科学方法的教育就要从生活规律、自然现象"生产实践"物理实验等入手。实施途径要符合学生思维发展。
(二)初中物理科学方法教育的途径
1.基本途径
物理学是由实验和理论两部分组成。由此。物理教学也主要包括理论教学&物理概念和定律的教学、实验教学、科学方法教学。由于科学方法并不直接由学科的知识内容来表达。而有它自己独特的表达方式。它往往隐藏在知识的背后。支配着知识的获取和应用。所以在初中物理进行科学方法的教育。必须结合实际问题进行。因此。概念、规律、实验的教学是实施物理科学方法教育的基本途径。概念、规律的形成过程和实验操作过程就是实施科学方法教育的具体途径。
2.教学策略
科学方法和物理知识是密不可分的。抓住知识和方法的对应是通过知识教学渗透科学方法教育的关键。在教学中。应挖掘教材中的科学方法教育素材。以物理知识教学为背景。抓住知识和方法的结合点。渗透科学方法教育。科学方法的真正掌握。必须要在探索和发现之中进行。这正是科学方法与物理知识的不同之处。
3.实施途径的基本框架
为了使学生掌握科学方法。在中学物理教学中。必须创设良好的认知情境。让学生主动地观察、思考、实验、讨论并对学生的探索进行指导。使学生沿着科学的思路与方法去探求。从而在不知不觉中掌握其中所运用的科学方法。因此物理科学方法教育实施途径的基本框架是(注意创设情境。引导学生发现问题。运用科学方法解决具体的物理问题。实现知识向能力的转化。
三、初中物理科学方法教育的具体实施
(一)明确初中物理常用的科学方法
物理概念是反映物理现象,物理过程本质属性的一种抽象。是在大量观察,实验。获得感觉,知觉。形成观念的基础上。通过分析,比较,综合,归纳,想象。区别出个别与一般,现象与本质。把一些事物的本质的,共同的特征集中起来加以概括而建立的。
(二)科学概括
有些概念和物理方法关系比较紧密。甚至本身就是物理方法。要抓住这些概念进行方法教育、例如&合力,电压概念的建立都使用了等效的方法、在进行这些概念教学时。既要使学生明白等效的含义。又要让学生知道运用等效的原因以及等效的过程。使学生不断加深对等效方法的认识、这样。学生既能加强对概念的理解又能受到科学方法的教育。
(三)在物理规律教学中获得物理科学方法
物理规律是自然界中物理客体本质属性的内在联系。是事物发展和变化的反映"同物理概念相比。物理规律是人们对物理客体的高层次认识。是理性认识阶段的产物。是物理概念发展的必然结果。物理概念是物理规律建立的基础和前提"在物理教学中。总结规律主要运用的科学方法有逻辑推理法,理想实验法,图像法,假说法以及实验归纳法等。其中。又以实验归纳法最为普遍"形成规律的途径主要有三个,提出问题。观察实验。归纳,演绎。物理规律。已有概念和规律。建立假说。实验验证。物理规律。已有概念和规律。数学和逻辑推理。物理规律"形成规律的途径也是实施科学方法教育的有效途径。
(四)在物理实验中获得物理科学方法
物理实验根据其在物理研究中的作用不同可分为探索性实验,验证性实验,测量性实验等"实验的基本程序可分为三个阶段,实验的设计阶段,操作阶段,整理阶段。实验方法的教育应从物理实验的基本程序入手。程序的每个环节就是进行物理科学方法教育的有效途径.
四、结语
在课堂教学中,教师的重点是把握科学方法这条主线、不论是概念教学“规律教学”实验教学,都要牢牢抓住科学方法这条主线组织教学,引导知识的发展过程、通过这样的科学方法教育,不仅使学生掌握了知识。而且知道所学的知识是用了什么样的方法得出来的,从而让学生感觉到科学方法教育的真实性和实在性,使知识的呈现过程成为学生学习科学方法的途径,这样既能加深对物理知识的把握,又能落实科学方法教育。
参考文献: