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        高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

        2012-02-01 03:34:22韋葉平
        物理實(shí)驗(yàn) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:分組筆者物理

        韋葉平

        (前黃高級(jí)中學(xué),江蘇常州213161)

        1 引 言

        物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本出發(fā)點(diǎn)不僅是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,更重要的是啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力.考慮到高中物理較難學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),筆者嘗試在新課教學(xué)中,有意識(shí)地設(shè)計(jì)一系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),以人的創(chuàng)造本性為前提,采取創(chuàng)造教育的科學(xué)方法,開拓物理創(chuàng)造性思維,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)成科學(xué)精神、提高科學(xué)素質(zhì)的教學(xué)目的.本文例舉的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)均是筆者在各級(jí)各類公開課中精心設(shè)計(jì)的,以饗讀者.

        2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的功能與設(shè)計(jì)

        筆者從演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)兩大方面結(jié)合實(shí)例闡述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的功能和設(shè)計(jì).

        2.1 演示實(shí)驗(yàn)的功能與設(shè)計(jì)

        演示實(shí)驗(yàn)是以教師為主要操作者的示范表演實(shí)驗(yàn).它把要研究的物理現(xiàn)象展示在學(xué)生的眼前,引導(dǎo)學(xué)生觀察思考,配合講授或課堂討論等方式,幫助學(xué)生建立概念和認(rèn)識(shí)規(guī)律.

        1)由演示實(shí)驗(yàn)引入課題,激發(fā)學(xué)生的探究欲望,同時(shí)注重知識(shí)的首尾呼應(yīng).

        創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)、形象、生動(dòng)的特點(diǎn),對(duì)中學(xué)生有很強(qiáng)的吸引力,極易喚起他們的興趣.在引入新課時(shí),教師可以選擇一些有趣、新奇和使學(xué)生感到意外的演示實(shí)驗(yàn),創(chuàng)造愉悅的物理學(xué)習(xí)環(huán)境,以激發(fā)學(xué)生的求知欲望.

        筆者在全國(guó)公開課“牛頓第一定律”的教學(xué)中,用“吹乒乓球的挑戰(zhàn)”引入新課.嬌小的女生輕易可以吹起乒乓球,而高大的男生用最大的力卻也吹不動(dòng)乒乓球(因?yàn)楣P者換了一個(gè)內(nèi)部裝滿小鋼珠的乒乓球).實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出乎學(xué)生的意料,恰到好處地將學(xué)生的“無(wú)意注意”向“有意注意”轉(zhuǎn)變,使學(xué)生的興趣不只停留在已觀察的表面現(xiàn)象上.在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程上,做到“首尾呼應(yīng)”.講解完“質(zhì)量是慣性的唯一量度”后,讓“挑戰(zhàn)失敗”的男生體會(huì)2個(gè)乒乓球的差別并解釋挑戰(zhàn)失敗的原因.

        2)突出演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思維訓(xùn)練、引發(fā)思維沖突的功能,鞏固和應(yīng)用物理知識(shí).

        思維沖突是指教師精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與正確的物理規(guī)律間產(chǎn)生矛盾的現(xiàn)象.思維沖突的解決過程可以優(yōu)化學(xué)生的理性思維,拓寬視野,升華認(rèn)知水平.

        “以卵擊石,蛋碎瓦全”,在講解“作用力和反作用力特點(diǎn)”時(shí)經(jīng)常提到,但很少有教師在課堂上演示.筆者將之搬到了課堂,面對(duì)簡(jiǎn)單的操作和明顯的現(xiàn)象,引發(fā)了學(xué)生的矛盾沖突.沒有人感到幼稚,反而增添了課堂教學(xué)的趣味性和有效性.

        3)利用演示實(shí)驗(yàn)提供感性素材,幫助學(xué)生建立概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律,加深對(duì)物理規(guī)律的理解.

        教師可用演示實(shí)驗(yàn)展示物理現(xiàn)象和過程,使學(xué)生獲得豐富的感性知識(shí),形成鮮明的物理表象,有效激發(fā)認(rèn)知沖突,為學(xué)生建立正確的概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律奠定基礎(chǔ).特別是幾代科學(xué)家經(jīng)過分析研究的實(shí)驗(yàn),不可能讓學(xué)生通過幾分鐘就能設(shè)計(jì)出來(lái)并得到想要的物理規(guī)律,筆者認(rèn)為這樣的實(shí)驗(yàn)適宜做演示實(shí)驗(yàn).

        筆者觀摩過一位教師設(shè)計(jì)的“牛頓第一定律”,讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因(即力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系)”,這是一個(gè)用5min時(shí)間將歷史上持續(xù)2000多年的錯(cuò)誤進(jìn)行修正的“假探究”過程.筆者主要對(duì)“伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)”在實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)、可視性、實(shí)驗(yàn)效果、啟發(fā)性等方面作了精心設(shè)計(jì),如圖1所示.實(shí)驗(yàn)器材為:彩鋼板1塊(長(zhǎng)約150cm,寬約10cm),木地板邊線2條(長(zhǎng)約150cm),鋼球1個(gè)(直徑約2cm),棉布1塊(長(zhǎng)約160cm,寬約6cm),書立2個(gè)(高約19cm),攝像頭1個(gè)(約130萬(wàn)像素)等.實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì):彩鋼板的韌性適中,斜面的傾斜角可以任意調(diào)節(jié);2條邊線組成軌道,減小了摩擦力;利用2個(gè)書立等高的特點(diǎn)規(guī)定了小球運(yùn)動(dòng)的等高線;攝像拍攝將實(shí)驗(yàn)過程同時(shí)放大在屏幕上,現(xiàn)象明顯直觀,效果很好.

        圖1 改進(jìn)的“伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)”教學(xué)演示

        當(dāng)然,演示實(shí)驗(yàn)對(duì)教師提出了更高的要求,教師通過實(shí)驗(yàn)的方法、步驟和技能的示范,充分展示其實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)肅認(rèn)真的優(yōu)良作風(fēng),對(duì)學(xué)生產(chǎn)生潛移默化的影響.

        2.2 分組實(shí)驗(yàn)的功能與設(shè)計(jì)

        課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)的分組實(shí)驗(yàn)是指在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生親自動(dòng)手操作、觀察測(cè)量、獲取資料數(shù)據(jù)、得出結(jié)論,并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行分析、評(píng)估和交流.它是學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用物理知識(shí)、學(xué)習(xí)科學(xué)方法的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研啟蒙教育的重要途徑.

        1)徒手做分組“小”實(shí)驗(yàn).

        基本不需其他實(shí)驗(yàn)材料,主要利用雙手進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其特點(diǎn)是突破材料限制,適應(yīng)性強(qiáng),親近感強(qiáng).如,將雙手的食指伸出,兩食指肚正對(duì)接觸并用力擠壓,可發(fā)現(xiàn):兩食指的彎曲程度近似相同且兩手指接觸面是平面.由此可說(shuō)明“作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在一條直線上”.再如,左手伸展、五指并攏,右手調(diào)節(jié)左手指縫間距,可使之滿足單縫條件,觀察遠(yuǎn)處日光燈光線的衍射現(xiàn)象.

        2)自組物件或器具巧妙設(shè)計(jì)分組“小”實(shí)驗(yàn).

        在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),力求器材簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯、全員參與.在做平拋運(yùn)動(dòng)的分組實(shí)驗(yàn)時(shí),筆者經(jīng)多次探索,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)了這樣的分組實(shí)驗(yàn):用左手2個(gè)手指輕輕夾住2個(gè)竹質(zhì)的象棋子,右手彈出其中1個(gè)棋子做平拋運(yùn)動(dòng),同時(shí)剩下的棋子作自由落體運(yùn)動(dòng),如圖2所示.用此來(lái)說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的特征.這種實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是取材于生活,選擇容易得到的材料,不需加工,只借用其某種物理屬性,組合起來(lái)進(jìn)行物理教學(xué)活動(dòng).其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟發(fā)性和拓展性強(qiáng).

        圖2 平拋運(yùn)動(dòng)演示圖

        3)設(shè)計(jì)趣味性和探究性強(qiáng)的分組“大”實(shí)驗(yàn).

        這類實(shí)驗(yàn)的主要目的是讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問題—猜想假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)施實(shí)驗(yàn)—分析評(píng)估—交流總結(jié)”的探究過程.

        “追尋守恒量”一課,筆者和很多教師一樣,提到了似乎違背能量守恒的“怪坡現(xiàn)象”.但筆者改變了教學(xué)方法,通過觀察演示實(shí)驗(yàn)?zāi)P汀半p錐體上滾”,利用準(zhǔn)備的器材讓學(xué)生分組探究產(chǎn)生怪坡現(xiàn)象的原因.

        器材:2塊橡皮(高度差約0.4cm)、2根玻璃棒(長(zhǎng)約30cm)、1個(gè)玻璃球(直徑約2.2cm),探究如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),使玻璃球由靜止沿玻璃棒從較低的橡皮向較高的橡皮運(yùn)動(dòng),如圖3所示.學(xué)生經(jīng)過合作探究,成功完成了實(shí)驗(yàn),并且找到了本質(zhì)原因:看似向上運(yùn)動(dòng),但小球的重心實(shí)際是下降的,重力勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化.

        圖3 雙錐體上滾實(shí)驗(yàn)?zāi)P?/p>

        學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家探索物理世界的過程,不僅學(xué)習(xí)到新知識(shí),加深了對(duì)物理規(guī)律的理解和信任,同時(shí)也體驗(yàn)到科學(xué)探究的喜悅,領(lǐng)悟到一定的科學(xué)思想和精神,進(jìn)一步培養(yǎng)了動(dòng)手、歸納、交流的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神.

        3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐的教學(xué)策略

        傳統(tǒng)教學(xué)過程中,教師往往是說(shuō)生活中的實(shí)例,借助學(xué)生的想象去講實(shí)驗(yàn),學(xué)生成為“聽眾”.筆者認(rèn)為,新課程背景下的物理教學(xué),教師可以在課堂上演示,甚至讓學(xué)生參與一些簡(jiǎn)單易行的小實(shí)驗(yàn),使學(xué)生成為“演員”.同時(shí)適當(dāng)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性,能激發(fā)學(xué)生的興趣,也能活躍課堂氣氛,讓學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)物理知識(shí).

        筆者在近年開設(shè)的公開課中,一直嘗試用最簡(jiǎn)單的器材設(shè)計(jì)具有一定創(chuàng)新意義的小實(shí)驗(yàn).如“1張廢紙帶來(lái)的精彩課堂”.

        案例1:區(qū)級(jí)公開課“自由落體運(yùn)動(dòng)”.2張完全一樣的廢紙,一張自然展開,另一張揉成紙團(tuán),從同一高度同時(shí)釋放,分析下落快慢的影響因素.

        案例2:名師工作室展示課“平拋運(yùn)動(dòng)”.讓學(xué)生用1張廢紙折成紙飛機(jī),并拋出去.問:拋紙飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)是拋體運(yùn)動(dòng)嗎?為什么?學(xué)生在體驗(yàn)童趣的過程中學(xué)習(xí)物理知識(shí),頓時(shí)興趣高漲,課堂氣氛熱烈.再問:怎樣改進(jìn)后就是拋體運(yùn)動(dòng)?(答:將廢紙揉成盡量小的紙團(tuán))

        案例3:全國(guó)公開課“牛頓第一定律”.其中,探究“慣性大小與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),設(shè)計(jì)了“單手撕紙條競(jìng)賽”小實(shí)驗(yàn),如圖4.主要流程是:引起思維沖突(筆者捏住A處甩紙片,很難將紙條B甩斷)→學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)(要求:用最省力的方式,最快速度將A與B甩斷)→分析總結(jié)→拓展延伸(用鐵夾夾住B處再甩)

        圖4 單手撕紙實(shí)驗(yàn)

        高中學(xué)生有豐富的想象力,好奇心強(qiáng),求知欲旺盛.教師應(yīng)抓住這一特點(diǎn),發(fā)揮創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)輔助物理教學(xué)的功能.實(shí)踐證明,通過這些創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn),學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情緒高漲,興趣盎然,達(dá)到了事半功倍的效果.

        4 結(jié)束語(yǔ)

        筆者嘗試用身邊的物件自制或引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),并將其用于輔助物理課堂教學(xué),同時(shí),還在進(jìn)一步構(gòu)建更加豐富多彩的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源,以激發(fā)學(xué)生探究物理規(guī)律的積極性和求知欲.另外,筆者也意識(shí)到在設(shè)計(jì)與實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)時(shí),還要注重科學(xué)性、教育性、藝術(shù)性相結(jié)合的原則;聯(lián)系生活、技術(shù)、社會(huì)實(shí)際,創(chuàng)設(shè)物理環(huán)境的同時(shí)要突出啟發(fā)思考、教給方法的原則;要適時(shí)發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的探究功能在物理教學(xué)過程中的重要作用.

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