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物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学。要想使学生学好物理知识,使物理教学走向成功,必须诱导学生观察实验和自己动手实验。这样,才能有效地使抽象转化为具体,使一些看似遥不可及、难以想象的事情转化为看得见、摸得着、想得透、悟得懂的东西。更为重要的是,通过观察实验和亲自动手实验,激发了学生学习物理知识的兴趣,变被动学习为主动学习;通过观察实验和亲自动手实验,不仅能培养学生实事求是的科学态度、丰富学生的想象能力,而且能培养学生的动手能力和解决实际问题的能力,使学生越学越觉得有兴趣,越学越觉得有信心,越学越觉得有成就感。根据多年的教学经验,我认为物理教学要取得成功,就必须做好以下几方面的工作:
一、用实验作为激发学生学习物理知识兴趣的“兴奋剂”
对新事物抱有好奇的心理是人之常情,因此上好第一节物理课非常重要,而实验又是关键。实验是学生似乎熟悉而又陌生的事,我利用学生熟知的、典型的生活、生产中的例子以及一些自然景观和现象来说明物理知识是有用的,而且是有趣的。而生活、生产中运用的大量的物理知识有很多就源于实验。待学生参观物理实验室后,可以做一些典型的、与生活相关的力、热、声、光、电的演示实验或学生实验。如:推一实验小车在一水平桌面运动后放开手,小车并没有立即停下来,而是继续前行一定距离后才静止下来;做马德堡半球实验时,取等质量的水和煤油,用同样的烧杯盛好,再用相同的酒精灯加热相等的时间,而水和煤油升高的温度却不相同;让学生体验用“土电话”通话的实验,若“土电话”的细棉线被人或物接触,就不能听到对方的悄悄话了;做白光通过玻璃三棱镜发生折射得到七色光的实验;让学生做用自己的塑料笔杆在头发上摩擦后能吸引头发等轻小物体的实验;做交、直流发电机发电的实验……而后,对其中某个实验的一些问题进行解释,但更多的是故意给学生留下悬念,让他们在日后的物理学习、探究实验和讨论交流中找到答案。从课堂上学生兴奋和迫不及待求知的表情到下课后的议论可知,学生对学习物理知识的兴趣早已溢于言表。在以后的物理教学过程中,每到课堂上有演示实验或让学生做分组实验时,学生都非常积极主动地参与。因此,实验是激发学生学习物理知识兴趣的“兴奋剂”。
二、实验是培养学生严谨认真、实事求是的科学态度的有效途径
学生对实验充满了兴趣,但顽皮和儿戏是小孩的天性,到真正让他们自己动手做实验时,就发现有些学生不认真。针对这一情况,仅靠口头强调显然难以奏效。于是,在既维护学生实验热情,又能使学生得到应有启发的思想指导下,我用06-3班的学生做了一个“实验”:让他们去勘查学校教学楼一楼和学生宿舍楼一楼窗玻璃的损坏情况,勘查统计的结果是:有十四块窗玻璃损坏,必须换掉。于是,我让学生自由组合,每四人一组,利用自己手中的长度测量工具或老师分给的分度值分别为1dm、1cm、0.5cm和1mm的刻度尺,利用星期六一天的时间分别对其中一块窗玻璃进行测量,记录测量结果,到市场请师傅按测量结果割回玻璃,最后现场安装。结果,有十个小组割回的玻璃规格合适,安装顺利;有三个小组割回的玻璃规格偏大,放不进窗框;另有一个小组割回的玻璃偏小而没有利用价值。因此,学生很清楚地意识到:即便是最简单的实验,也不能光凭兴趣和激情,还必须有严谨认真、实事求是的科学态度才行。
三、实验是学生探究、验证规律的“金钥匙”
例如:引导学生用液体内部压强演示器进行实验和用压强定义式通过一系列条件转换(======)而得到液体内部压强的计算公式=,学生觉得顺理成章,无其它异议。但从计算式进一步说明了同种液体内部的压强大小只跟液体的深度有关,而跟液体的体积和重量无关时,很多学生就会疑惑满腹。这时,只要将盛液体(水或煤油)的容器(原用500ml烧杯)换成大水槽(或大水盆)重做实验,学生的疑惑就会打消。带着这个问题,当场给学生作如下演示就更妙了:用两个同样的雪碧饮料瓶,将其中一个削去底部待用,将另一个用铁钉在瓶底扎一个小孔,盛满水,用棍子从瓶口将一面积约1cm2的正方形打印蜡纸平压在小孔处,蜡纸在水压作用下把瓶中的水封得滴水不漏。此时,将已削去瓶底的饮料瓶与已盛水的饮料瓶口与口对接并密封好,再灌满水。查看原来压在小孔上的蜡纸仍严把关口,滴水难漏。此时,把上面饮料瓶的水慢慢倒掉,取下削掉底的饮料瓶,换上一根一端带橡皮塞,另一端接注射空筒的输液管,用橡皮塞塞住瓶底扎有小孔且被蜡纸封住的饮料瓶口,并往接有注射器空筒的输液管内注水,当输液管内的水将被注满时,还不需半杯水,瓶底封住小孔的蜡纸慢慢地发生了变化。片刻,蜡纸连同水喷射而出。通过这个实验,学生彻底没有疑虑了,验证并理解了公式=:当液体的密一定时,液体内部的压强大小跟液体体积和重量的大小无关,而只跟液体的深度h有关(进一步说明液体的压强跟液体的深度h成正比,学生很快就理解了)。
又如:让学生进行“平面镜成像的规律”这一探究实验时,用的实验器材是一块30cm×20cm的平玻璃和两支相同的蜡烛,整个实验顺利进行,正要圆满结束时,有一位学生大声地说:“物体在平面镜里成虚像,像与物体的连线跟镜面垂直,像和物体到镜面的距离相等这三点我们都用实验验证过了,没有疑问;虚像与物体的大小相等这一规律我们在探究实验中也得到了证实,但与现实生活中看到的现象不相符。如:我去理发店理发,只有当走到距镜面不远时,才觉得自己在镜里的像与自己等大;逐渐远离镜面,觉得自己在镜中的像越来越小,甚至通过那块竖直挂在墙面的平面镜看到了远处的整栋楼房的像。”经他这么一说,立即得到很多同学的认同。当时我对大家解释说,这种现象是人的视觉和视角大小作用所致,而不是物体在平面镜里的虚像变小了的缘故。于是,我拿出了事先准备好的一块160cm×50cm的平玻璃竖直放置在地面上,在学生中选两位个头相当的学生分立于平玻璃板的两侧。然后,请其中一位学生尽量远离这块平玻璃板,当大家确实觉得这位同学在平玻璃板里的虚像“变小”时,再叫玻璃板另一侧的那位同学位置调整至像点,直至重合。结果,让大家看到的还是“虚像与物体的大小相等”,以此打消了疑虑,验证了规律。因此,在物理课中要充分利用实验(包括课本安排的实验和生活中的实例)来探究和验证物理规律、定律和定理、公式。
四、实验是培养学生动手能力、形成技巧的桥梁
在探究串联电路电流规律的实验教学时,我校一位教师诱导学生按照探究实验的七个步骤进行尝试,收到了意想不到的效果。因为此前学生已学习过串联电路的连接和电流表的使用方法,老师一提出要大家探究串联电路中各处电流(如下图所示)的关系、让大家先进行猜想时,学生反应热烈。经过一番斟酌,选取出两个最具有代表性的猜想,并要学生选代表阐明猜想的理由。
猜想1:通过串联电路中A、B、C各处的电流是相等的。理由是,串联电路像一条自来水管,通过其中的电流像水流一样,没有泄漏损耗,同一时间内通过的电流量跟通过水管中的水量一样,是相等的,所以IA=IB=IC。
猜想2:通过串联电路中A、B、C各处的电流是不相等的,而且是按照电流方向先后顺序依次减小。理由是:这个串联电路中连接了有两个灯泡,电流通过第一个灯泡时,消耗了一部分电(能);通过第二个灯泡时,又消耗了一部分电(能),所以IA>IB>IC。
阵营已经分清,程序进入设计实验和准备实验。(经老师吩咐)学生即刻进入紧张的设计、作图和思考如何进行实验状态。数分钟后,教师提请最先(设计好)举手的甲、乙两位学生在黑板上展示自己的设计方案(如下图甲、乙),
并先后说明如何进行实验(包括如何连接电流表)。小议片刻,学生决定采用乙同学的设计方案和说明的实验步骤进行实验。
紧接着,是设计实验数据表格。学生经过筛选,认为丙同学设计的表格可用。
表格虽然设计得不是很理想,但是教师并不急于给予点拨,而是让学生进入实验与收集证据环节。经历6min后,抽出第1组、第6组和第11组的学生代表,先后将本组的实验数据填入丙同学设计的表格内,而后诱导学生进行分析论证和评估,通过合作交流,最后归纳得到了串联电路电流的规律——“串联电路中各处的电流相等”。
分析起来,学生的这个探究实验花费的时间是多了一些。但是,学生经历了这个探究实验,充分地体验了探究实验的过程和方法,积累了一定的实验探究经验,收获了动手进行探究实验取得成功的喜悦,为以后进行“并联电路电流规律”、“串联电路电压规律”、“并联电路电压规律”等探究实验或其它验证规律的实验奠定了基础,节省了更多的时间。
待学生进行“并联电路电流规律”探究实验结束后,我曾向学生提出:①想一想:在这个实验中,你们所用的导线根数还可以再少一些吗?②做一做:在实验时,怎样做可以实现最少拆、装导线线头,同样完成实验,获得既快又好的实验效果?学生略作思考、讨论,而后动手改进实验装置,终于收到了令人欣慰的效果,有的学生还能同时得出几套改进实验的方案。因此,学生在探究实验的过程中,培养了自己动手实验的能力,更养成了动脑筋进行探究实验的习惯;在收获自己动手实验成功的喜悦的同时,逐步形成了探究实验的技巧。
五、实验是物理教学成功的阶梯
不可否认,理论是物理学的主体。虽然理性认识源于感性认识且高于感性认识,更具有普遍性。但是,理论的正确与否,又必须经得起实践的检验。实验是检验理论的重要途径。纵观近代物理学的发展史,从1620年4月著名的奥斯特实验发现通电直导线周围存磁场到1836年欧姆定律的获得;从1921诺贝尔物理学奖获得者爱因斯坦和他的光电子理论,1929年德布罗意和他的物质波理论,1949年汤川秀树和他的介子理论到1957年李政道、杨振宁和他们的宇称不守恒原理,无一不是经过长期、大量的实验或实验的检验而得。
近年来,我国在基础教育这块阵地上,倾注国力实行“普实”,意图已十分明了。今天,我们的物理教育教学强调要重视引导学生进行探究实验或放手让学生自主进行探究实验,目的就是让学生懂得在学习过程中如何运用理论指导实验(实践),或知道如何用实验去检验理论是否可靠,从中获得方法、培养能力。希望我们的物理教学能够引导学生沿着实验这个阶梯走向成功,在今后多则二、三十年,少则十年、八年的时间里,多出真正意义上的实力派物理学者、科学家甚至是诺贝尔物理学奖得主。
【组稿编辑:郭永强】
(作者单位:545700广西金秀县民族中学)
一、用实验作为激发学生学习物理知识兴趣的“兴奋剂”
对新事物抱有好奇的心理是人之常情,因此上好第一节物理课非常重要,而实验又是关键。实验是学生似乎熟悉而又陌生的事,我利用学生熟知的、典型的生活、生产中的例子以及一些自然景观和现象来说明物理知识是有用的,而且是有趣的。而生活、生产中运用的大量的物理知识有很多就源于实验。待学生参观物理实验室后,可以做一些典型的、与生活相关的力、热、声、光、电的演示实验或学生实验。如:推一实验小车在一水平桌面运动后放开手,小车并没有立即停下来,而是继续前行一定距离后才静止下来;做马德堡半球实验时,取等质量的水和煤油,用同样的烧杯盛好,再用相同的酒精灯加热相等的时间,而水和煤油升高的温度却不相同;让学生体验用“土电话”通话的实验,若“土电话”的细棉线被人或物接触,就不能听到对方的悄悄话了;做白光通过玻璃三棱镜发生折射得到七色光的实验;让学生做用自己的塑料笔杆在头发上摩擦后能吸引头发等轻小物体的实验;做交、直流发电机发电的实验……而后,对其中某个实验的一些问题进行解释,但更多的是故意给学生留下悬念,让他们在日后的物理学习、探究实验和讨论交流中找到答案。从课堂上学生兴奋和迫不及待求知的表情到下课后的议论可知,学生对学习物理知识的兴趣早已溢于言表。在以后的物理教学过程中,每到课堂上有演示实验或让学生做分组实验时,学生都非常积极主动地参与。因此,实验是激发学生学习物理知识兴趣的“兴奋剂”。
二、实验是培养学生严谨认真、实事求是的科学态度的有效途径
学生对实验充满了兴趣,但顽皮和儿戏是小孩的天性,到真正让他们自己动手做实验时,就发现有些学生不认真。针对这一情况,仅靠口头强调显然难以奏效。于是,在既维护学生实验热情,又能使学生得到应有启发的思想指导下,我用06-3班的学生做了一个“实验”:让他们去勘查学校教学楼一楼和学生宿舍楼一楼窗玻璃的损坏情况,勘查统计的结果是:有十四块窗玻璃损坏,必须换掉。于是,我让学生自由组合,每四人一组,利用自己手中的长度测量工具或老师分给的分度值分别为1dm、1cm、0.5cm和1mm的刻度尺,利用星期六一天的时间分别对其中一块窗玻璃进行测量,记录测量结果,到市场请师傅按测量结果割回玻璃,最后现场安装。结果,有十个小组割回的玻璃规格合适,安装顺利;有三个小组割回的玻璃规格偏大,放不进窗框;另有一个小组割回的玻璃偏小而没有利用价值。因此,学生很清楚地意识到:即便是最简单的实验,也不能光凭兴趣和激情,还必须有严谨认真、实事求是的科学态度才行。
三、实验是学生探究、验证规律的“金钥匙”
例如:引导学生用液体内部压强演示器进行实验和用压强定义式通过一系列条件转换(======)而得到液体内部压强的计算公式=,学生觉得顺理成章,无其它异议。但从计算式进一步说明了同种液体内部的压强大小只跟液体的深度有关,而跟液体的体积和重量无关时,很多学生就会疑惑满腹。这时,只要将盛液体(水或煤油)的容器(原用500ml烧杯)换成大水槽(或大水盆)重做实验,学生的疑惑就会打消。带着这个问题,当场给学生作如下演示就更妙了:用两个同样的雪碧饮料瓶,将其中一个削去底部待用,将另一个用铁钉在瓶底扎一个小孔,盛满水,用棍子从瓶口将一面积约1cm2的正方形打印蜡纸平压在小孔处,蜡纸在水压作用下把瓶中的水封得滴水不漏。此时,将已削去瓶底的饮料瓶与已盛水的饮料瓶口与口对接并密封好,再灌满水。查看原来压在小孔上的蜡纸仍严把关口,滴水难漏。此时,把上面饮料瓶的水慢慢倒掉,取下削掉底的饮料瓶,换上一根一端带橡皮塞,另一端接注射空筒的输液管,用橡皮塞塞住瓶底扎有小孔且被蜡纸封住的饮料瓶口,并往接有注射器空筒的输液管内注水,当输液管内的水将被注满时,还不需半杯水,瓶底封住小孔的蜡纸慢慢地发生了变化。片刻,蜡纸连同水喷射而出。通过这个实验,学生彻底没有疑虑了,验证并理解了公式=:当液体的密一定时,液体内部的压强大小跟液体体积和重量的大小无关,而只跟液体的深度h有关(进一步说明液体的压强跟液体的深度h成正比,学生很快就理解了)。
又如:让学生进行“平面镜成像的规律”这一探究实验时,用的实验器材是一块30cm×20cm的平玻璃和两支相同的蜡烛,整个实验顺利进行,正要圆满结束时,有一位学生大声地说:“物体在平面镜里成虚像,像与物体的连线跟镜面垂直,像和物体到镜面的距离相等这三点我们都用实验验证过了,没有疑问;虚像与物体的大小相等这一规律我们在探究实验中也得到了证实,但与现实生活中看到的现象不相符。如:我去理发店理发,只有当走到距镜面不远时,才觉得自己在镜里的像与自己等大;逐渐远离镜面,觉得自己在镜中的像越来越小,甚至通过那块竖直挂在墙面的平面镜看到了远处的整栋楼房的像。”经他这么一说,立即得到很多同学的认同。当时我对大家解释说,这种现象是人的视觉和视角大小作用所致,而不是物体在平面镜里的虚像变小了的缘故。于是,我拿出了事先准备好的一块160cm×50cm的平玻璃竖直放置在地面上,在学生中选两位个头相当的学生分立于平玻璃板的两侧。然后,请其中一位学生尽量远离这块平玻璃板,当大家确实觉得这位同学在平玻璃板里的虚像“变小”时,再叫玻璃板另一侧的那位同学位置调整至像点,直至重合。结果,让大家看到的还是“虚像与物体的大小相等”,以此打消了疑虑,验证了规律。因此,在物理课中要充分利用实验(包括课本安排的实验和生活中的实例)来探究和验证物理规律、定律和定理、公式。
四、实验是培养学生动手能力、形成技巧的桥梁
在探究串联电路电流规律的实验教学时,我校一位教师诱导学生按照探究实验的七个步骤进行尝试,收到了意想不到的效果。因为此前学生已学习过串联电路的连接和电流表的使用方法,老师一提出要大家探究串联电路中各处电流(如下图所示)的关系、让大家先进行猜想时,学生反应热烈。经过一番斟酌,选取出两个最具有代表性的猜想,并要学生选代表阐明猜想的理由。
猜想1:通过串联电路中A、B、C各处的电流是相等的。理由是,串联电路像一条自来水管,通过其中的电流像水流一样,没有泄漏损耗,同一时间内通过的电流量跟通过水管中的水量一样,是相等的,所以IA=IB=IC。
猜想2:通过串联电路中A、B、C各处的电流是不相等的,而且是按照电流方向先后顺序依次减小。理由是:这个串联电路中连接了有两个灯泡,电流通过第一个灯泡时,消耗了一部分电(能);通过第二个灯泡时,又消耗了一部分电(能),所以IA>IB>IC。
阵营已经分清,程序进入设计实验和准备实验。(经老师吩咐)学生即刻进入紧张的设计、作图和思考如何进行实验状态。数分钟后,教师提请最先(设计好)举手的甲、乙两位学生在黑板上展示自己的设计方案(如下图甲、乙),
并先后说明如何进行实验(包括如何连接电流表)。小议片刻,学生决定采用乙同学的设计方案和说明的实验步骤进行实验。
紧接着,是设计实验数据表格。学生经过筛选,认为丙同学设计的表格可用。
表格虽然设计得不是很理想,但是教师并不急于给予点拨,而是让学生进入实验与收集证据环节。经历6min后,抽出第1组、第6组和第11组的学生代表,先后将本组的实验数据填入丙同学设计的表格内,而后诱导学生进行分析论证和评估,通过合作交流,最后归纳得到了串联电路电流的规律——“串联电路中各处的电流相等”。
分析起来,学生的这个探究实验花费的时间是多了一些。但是,学生经历了这个探究实验,充分地体验了探究实验的过程和方法,积累了一定的实验探究经验,收获了动手进行探究实验取得成功的喜悦,为以后进行“并联电路电流规律”、“串联电路电压规律”、“并联电路电压规律”等探究实验或其它验证规律的实验奠定了基础,节省了更多的时间。
待学生进行“并联电路电流规律”探究实验结束后,我曾向学生提出:①想一想:在这个实验中,你们所用的导线根数还可以再少一些吗?②做一做:在实验时,怎样做可以实现最少拆、装导线线头,同样完成实验,获得既快又好的实验效果?学生略作思考、讨论,而后动手改进实验装置,终于收到了令人欣慰的效果,有的学生还能同时得出几套改进实验的方案。因此,学生在探究实验的过程中,培养了自己动手实验的能力,更养成了动脑筋进行探究实验的习惯;在收获自己动手实验成功的喜悦的同时,逐步形成了探究实验的技巧。
五、实验是物理教学成功的阶梯
不可否认,理论是物理学的主体。虽然理性认识源于感性认识且高于感性认识,更具有普遍性。但是,理论的正确与否,又必须经得起实践的检验。实验是检验理论的重要途径。纵观近代物理学的发展史,从1620年4月著名的奥斯特实验发现通电直导线周围存磁场到1836年欧姆定律的获得;从1921诺贝尔物理学奖获得者爱因斯坦和他的光电子理论,1929年德布罗意和他的物质波理论,1949年汤川秀树和他的介子理论到1957年李政道、杨振宁和他们的宇称不守恒原理,无一不是经过长期、大量的实验或实验的检验而得。
近年来,我国在基础教育这块阵地上,倾注国力实行“普实”,意图已十分明了。今天,我们的物理教育教学强调要重视引导学生进行探究实验或放手让学生自主进行探究实验,目的就是让学生懂得在学习过程中如何运用理论指导实验(实践),或知道如何用实验去检验理论是否可靠,从中获得方法、培养能力。希望我们的物理教学能够引导学生沿着实验这个阶梯走向成功,在今后多则二、三十年,少则十年、八年的时间里,多出真正意义上的实力派物理学者、科学家甚至是诺贝尔物理学奖得主。
【组稿编辑:郭永强】
(作者单位:545700广西金秀县民族中学)