袁衛(wèi)民 楊紅娜
(保定二中 河北 保定 071000)
在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,應(yīng)以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為載體來培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新思維品質(zhì).所謂設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就是要打破原有的實(shí)驗(yàn)方案,在一些特定的要求和條件下設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案和步驟,完成實(shí)驗(yàn)要求.由于這種設(shè)計(jì)具有較大的靈活性,需要學(xué)生在牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法的前提下具有創(chuàng)新思維,因此通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可有效地培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新思維品質(zhì).
中學(xué)物理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課流程可設(shè)計(jì)為“創(chuàng)設(shè)研究問題 — 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—?dú)w納總結(jié)”.流程中以原有學(xué)生設(shè)計(jì)認(rèn)知為基礎(chǔ),以新的應(yīng)用設(shè)計(jì)課題為切入點(diǎn),以理論設(shè)計(jì)為指導(dǎo),以實(shí)驗(yàn)測試為判斷,以培養(yǎng)創(chuàng)新思維為核心,以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用設(shè)計(jì)能力為目標(biāo).該流程中,應(yīng)用設(shè)計(jì)課題的創(chuàng)設(shè)很重要,課題應(yīng)能揭示學(xué)生原有設(shè)計(jì)認(rèn)知的局限性和不足之處;同時(shí)滲透新的設(shè)計(jì)方法.學(xué)生的理論設(shè)計(jì)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)失敗或不完美,能激發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新動(dòng)機(jī);通過進(jìn)一步設(shè)計(jì),從失敗到成功,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.
流程中的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).首先,對(duì)給定的實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行分析,明確實(shí)驗(yàn)的物理情境,建立實(shí)驗(yàn)?zāi)P?第二,依據(jù)所創(chuàng)設(shè)的物理情境,確定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理;這些就是所學(xué)的各種物理規(guī)律,即將物理情境和物理規(guī)律相聯(lián)系.第三,根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定實(shí)驗(yàn)過程,選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法,并選擇好器材;明確待測的物理量,設(shè)計(jì)好記錄表格;還要做好數(shù)據(jù)處理和誤差分析.最后判斷方案的優(yōu)劣,甚至需要涉及多個(gè)方案,選擇其中最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案.
創(chuàng)設(shè)研究問題:測一支鉛筆的長度.
實(shí)驗(yàn)器材:鉛筆,小球,細(xì)線(約1m長),秒表.
引導(dǎo)學(xué)生思考:
(1)測長度但沒有提供測長度的工具,如何實(shí)現(xiàn)測量呢?
(2)需創(chuàng)設(shè)怎樣的物理情境?
(3)所對(duì)應(yīng)的原理是什么?
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案:本題可有兩種情境.
情境1:利用小球自由落體.設(shè)鉛筆的長度為l,線長L是鉛筆長的n倍,L=nl,有
可得
情境2:利用小球構(gòu)成一單擺.即由
得
分析情境1: L只有1m左右,將小球從1m左右的高度釋放,所需的時(shí)間僅為0.45s,顯然利用秒表計(jì)時(shí)誤差太大,此方法不合理.
分析情境2:
(1) 若用鉛筆長l為擺長,則l比1m小得多,不符合單擺的實(shí)驗(yàn)要求.
(2) 用nl長(近似1m)為擺長,則對(duì)折時(shí)誤差較大,并且小球半徑未知,無法確定擺長的準(zhǔn)確值.
(3) 分別選用L1和L2為 擺長,要求L1-L2=l, 則表達(dá)式為
T1、T2為單擺完成多次全振動(dòng)的平均周期.
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:各種方案都可組織學(xué)生自己動(dòng)手測量,這樣可有效地訓(xùn)練學(xué)生思維的廣闊性,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、邏輯思維.
歸納總結(jié):這一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以有多種設(shè)計(jì)方案,由于小球的半徑未知又無法測量,因此采用分析情境2中方法(3)來進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)才是最優(yōu)方案.
根據(jù)這一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析,我們可以認(rèn)識(shí)到以下兩點(diǎn):
(1) 創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)情境、確定實(shí)驗(yàn)原理是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);
(2) 確定實(shí)驗(yàn)過程、選擇合適的方法是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.
總的說來,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上多了幾個(gè)“難點(diǎn)”,但和學(xué)生實(shí)驗(yàn)是密切相關(guān)的;同時(shí)更注重了學(xué)生的發(fā)散思維、邏輯思維等創(chuàng)新思維的培養(yǎng).通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué),可使學(xué)生不斷形成和完善解決問題的思路和方法,養(yǎng)成科學(xué)分析問題的習(xí)慣,提高創(chuàng)新思維能力.