袁衛(wèi)民 楊紅娜
(保定二中 河北 保定 071000)
在實驗課教學中,應以設計實驗為載體來培養(yǎng)學生良好的創(chuàng)新思維品質(zhì).所謂設計實驗就是要打破原有的實驗方案,在一些特定的要求和條件下設計新的實驗方案和步驟,完成實驗要求.由于這種設計具有較大的靈活性,需要學生在牢固掌握基礎知識和基本方法的前提下具有創(chuàng)新思維,因此通過設計實驗可有效地培養(yǎng)學生良好的創(chuàng)新思維品質(zhì).
中學物理設計實驗課流程可設計為“創(chuàng)設研究問題 — 設計實驗方案—實驗驗證—歸納總結”.流程中以原有學生設計認知為基礎,以新的應用設計課題為切入點,以理論設計為指導,以實驗測試為判斷,以培養(yǎng)創(chuàng)新思維為核心,以培養(yǎng)學生應用設計能力為目標.該流程中,應用設計課題的創(chuàng)設很重要,課題應能揭示學生原有設計認知的局限性和不足之處;同時滲透新的設計方法.學生的理論設計在實際實驗時失敗或不完美,能激發(fā)學生的探索創(chuàng)新動機;通過進一步設計,從失敗到成功,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力.
流程中的關鍵是實驗設計.首先,對給定的實驗器材及實驗要求進行分析,明確實驗的物理情境,建立實驗模型.第二,依據(jù)所創(chuàng)設的物理情境,確定相應的實驗原理;這些就是所學的各種物理規(guī)律,即將物理情境和物理規(guī)律相聯(lián)系.第三,根據(jù)實驗原理確定實驗過程,選擇合適的實驗方法,并選擇好器材;明確待測的物理量,設計好記錄表格;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,甚至需要涉及多個方案,選擇其中最優(yōu)的實驗方案.
創(chuàng)設研究問題:測一支鉛筆的長度.
實驗器材:鉛筆,小球,細線(約1m長),秒表.
引導學生思考:
(1)測長度但沒有提供測長度的工具,如何實現(xiàn)測量呢?
(2)需創(chuàng)設怎樣的物理情境?
(3)所對應的原理是什么?
設計實驗方案:本題可有兩種情境.
情境1:利用小球自由落體.設鉛筆的長度為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,所需的時間僅為0.45s,顯然利用秒表計時誤差太大,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,不符合單擺的實驗要求.
(2) 用nl長(近似1m)為擺長,則對折時誤差較大,并且小球半徑未知,無法確定擺長的準確值.
(3) 分別選用L1和L2為 擺長,要求L1-L2=l, 則表達式為
T1、T2為單擺完成多次全振動的平均周期.
實驗驗證:各種方案都可組織學生自己動手測量,這樣可有效地訓練學生思維的廣闊性,培養(yǎng)學生的發(fā)散思維、邏輯思維.
歸納總結:這一設計實驗可以有多種設計方案,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)來進行,實驗才是最優(yōu)方案.
根據(jù)這一設計實驗分析,我們可以認識到以下兩點:
(1) 創(chuàng)建實驗情境、確定實驗原理是進行實驗設計的基礎;
(2) 確定實驗過程、選擇合適的方法是進行實驗設計的關鍵.
總的說來,設計實驗就是在學生實驗基礎上多了幾個“難點”,但和學生實驗是密切相關的;同時更注重了學生的發(fā)散思維、邏輯思維等創(chuàng)新思維的培養(yǎng).通過設計實驗教學,可使學生不斷形成和完善解決問題的思路和方法,養(yǎng)成科學分析問題的習慣,提高創(chuàng)新思維能力.