朱國良(湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院,湖北 黃石 435002)
物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的一門學(xué)科,可以說其實質(zhì)就是一門實驗科學(xué)。物理實驗在中學(xué)物理教學(xué)中起著十分重要的作用。一是發(fā)現(xiàn)新事實,探索新規(guī)律。如:物理學(xué)中絕大部分定理或定律都是從物理實驗中發(fā)現(xiàn)的。二是檢驗理論。例如愛因斯坦的光電子假說的提出,直到等了很長時間,當(dāng)密立根以極其嚴密的實驗得以驗證。愛因斯坦的理論才得到承認。三是測定常量?;疚锢沓A慷际峭ㄟ^物理實驗測得的,且在物理學(xué)的發(fā)展過程中占有極其重要的地位。四是推廣應(yīng)用,開拓新領(lǐng)域。例如電機和電氣工程的發(fā)展完全是在電磁理論建立以后,科技人員自覺任用理論獲得各種發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的。中學(xué)物理實驗常有以下四種方式:演示實驗、邊學(xué)邊做實驗、分組實驗和課外實驗。在我國大部分地區(qū),目前演示實驗仍然為其主要方式[1,2]。中學(xué)物理課堂演示實驗是課堂上由老師操作(少數(shù)簡單和安全的也可以請學(xué)生為助手或在老師的指導(dǎo)下學(xué)生進行操作),并通過教師的啟發(fā)、引導(dǎo)和示范,幫助學(xué)生對實驗進行觀察和思考,以達到一定的實驗教學(xué)目的的實驗方式。而能否達到教學(xué)目的,不只是僅僅取決于演示實驗本身,還取決于教師的主導(dǎo)作用的充分發(fā)揮。主導(dǎo)作用能否充分發(fā)揮,不僅取決于教師自身素質(zhì),更加重要的還取決于教師對演示實驗所采取的教學(xué)方法的運用和教學(xué)過程的設(shè)計。
中學(xué)物理課堂演示實驗?zāi)壳按嬖谥容^系統(tǒng)的實驗設(shè)計方法,它主要是由測量物理常量和顯示物理現(xiàn)象、過程和結(jié)果的實驗方法、實驗設(shè)計技巧、技能和技術(shù)方法等有機組成。中學(xué)物理實驗設(shè)計一般需要經(jīng)過課題或目標(biāo)的確定、方案形成與論證、總體設(shè)計、技術(shù)或技巧的設(shè)計、試做與試驗、鑒定與定型這樣六個階段,而物理課堂演示實驗教學(xué)活動具有多樣性、靈活性和復(fù)雜性,甚至有時實驗結(jié)果出現(xiàn)不可預(yù)見性。一般情況下是無法對影響實驗教學(xué)活動的各種因素及條件或環(huán)境變化情況作出全面的估計、判斷和分析,因而一般無法得到一套像其他領(lǐng)域如工程技術(shù)那樣比較確定的技術(shù)型相對穩(wěn)定或固定的設(shè)計方法,但物理課堂演示實驗其教學(xué)方法或教學(xué)設(shè)計仍有規(guī)可循。
一般來說,中學(xué)物理課堂演示實驗教學(xué)的設(shè)計方法或步驟:第一,必須選定實驗教學(xué)目標(biāo),確定實驗課題;第二,必須選擇實驗內(nèi)容和設(shè)計總的實驗步驟;第三,必須選擇能夠?qū)嵤┑慕虒W(xué)手段和方法;第四,必須選擇適當(dāng)?shù)氖侄?、方式和方法來評價和檢查實驗?zāi)繕?biāo)的完成情況[3,4]。
中學(xué)物理課堂演示實驗的教學(xué)模式不僅直接決定了教學(xué)過程,而且還決定了教學(xué)活動的基本程序。這里簡述一種在中學(xué)物理演示實驗教學(xué)中適用性較強比較常見的教學(xué)模式(如圖1所示)。
圖1 物理演示實驗教學(xué)模式流程圖
在做中學(xué)物理演示實驗之前首先由教師提出實驗課題,引入演示實驗相關(guān)內(nèi)容,再開始做演示實驗,產(chǎn)生物理過程、現(xiàn)象或結(jié)果,引導(dǎo)學(xué)生進行實時觀察,幫助和提醒學(xué)生收集有用的感性材料或?qū)嶒灁?shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生分析感知到的感性材料和實驗數(shù)據(jù),從而得到實驗觀察結(jié)論,再對實驗觀察結(jié)論進行分析甚至對部分問題進行修正,最后得到實驗結(jié)論。在上述整個演示物理實驗教學(xué)過程中,教師演示和示范是主導(dǎo),目的在于給學(xué)生以觀察的過程,關(guān)鍵在于學(xué)生對觀察到的感性材料進行思維加工,進而得出結(jié)論,而學(xué)生的觀察、思考需要教師不失時機、靈活多變的技巧性的引導(dǎo)[5,6]。
例如:“牛頓第二定律”的驗證
假設(shè)直接對學(xué)生介紹“牛頓第二定律”的結(jié)論,學(xué)生很可能一下子接受不了,從牛頓第二定律的數(shù)學(xué)公式F=Ma來看,學(xué)生就會直觀地得出錯誤結(jié)論:F與M成正比,與a成正比。同時會對牛頓第二定律——加速度與物體所受的的合外力成正比,與物體的質(zhì)量成反比這一結(jié)論產(chǎn)生質(zhì)疑。
在這里我們就可以用以下實驗——“牛頓第二定律”的驗證來對各種條件和因素進行研究。
大致教學(xué)程序如圖2所示。
圖2 牛頓第二定律的驗證的演示實驗教學(xué)程序流程圖
中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計一般需要經(jīng)過篩選課題,實驗教學(xué)目的的制定,實驗方案的設(shè)計與挑選,局部和總體設(shè)計,方案評價等步驟或階段。(中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計的一般程序如圖3所示)
1.2.1 中學(xué)物理演示實驗的課題的選題 根據(jù)中學(xué)物理實驗教學(xué)大綱、教學(xué)目的、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)?,F(xiàn)有的實驗條件來確定中學(xué)物理演示實驗的教學(xué)課題。
1.2.2 根據(jù)演示實驗課題制定教學(xué)目標(biāo) 一般來說,中學(xué)物理演示實驗教學(xué)目標(biāo)的制定主要根據(jù)在于:1)學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握和基本技能的訓(xùn)練(包括物理基本理論知識、實驗現(xiàn)象、實驗方法、基本儀器和常用實驗工具的使用等);2)學(xué)生實驗?zāi)芰?判斷能力、思維能力、觀察能力和動手能力等)的培養(yǎng);3)學(xué)生個性、素養(yǎng)(興趣、動機、習(xí)慣等)的形成。
1.2.3 中學(xué)物理演示實驗的設(shè)計與實驗方案的選擇 一般來說,同樣一個實驗內(nèi)容往往可以有多種不同的實驗方案。那么根據(jù)多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗我認為選擇中學(xué)物理演示實驗教學(xué)方案的主要依 據(jù)有:1)中學(xué)物理演示實驗課題的實驗?zāi)康摹⒁蠛蛢?nèi)容;2)所在學(xué)校的現(xiàn)有實驗教學(xué)條件和設(shè)備情況 ;3)現(xiàn)有的學(xué)生現(xiàn)狀(知識水平現(xiàn)狀、思維能力現(xiàn)狀、心理特征現(xiàn)狀等)。
圖3 課堂演示實驗教學(xué)設(shè)計流程圖
1.2.4 中學(xué)物理演示實驗的總體構(gòu)思 由中學(xué)物理實驗教學(xué)目標(biāo)和所選的實驗教學(xué)方案,選擇或設(shè)計適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)形式和方法,選擇或建立實驗教學(xué)模式(這里指結(jié)構(gòu)模式),隨后對整個實驗教學(xué)過程進行總體架構(gòu),最終決定主要的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)和基本的實驗教學(xué)程序和過程。
1.2.5 中學(xué)物理演示實驗如何確定子課題 我們要根據(jù)所選定的中學(xué)物理演示實驗的教學(xué)結(jié)構(gòu)總體模式,一一逐條地分析實驗要點和步驟,認真地分析學(xué)生學(xué)習(xí)的重點和難點,仔細地分析和判斷學(xué)生在觀察和思考演示實驗過程中隨時可能產(chǎn)生的問題和困難,在這一基礎(chǔ)上來最后確定教學(xué)過程中需要重點突破和解決的若干子課題。
1.2.6 中學(xué)物理演示實驗如何確定演示實驗的局部設(shè)計 我們要對確定的各子課題逐個分別地進行梳理和分析,初步確定在準備、實驗、觀察、思考和得出實驗結(jié)論等各個環(huán)節(jié)的相應(yīng)策略,確定所要采用的教學(xué)方法和手段,最后大致初步地確定具體的實驗實施方案。
1.2.7 中學(xué)物理演示實驗如何確定總體設(shè)計方案 我們要根據(jù)中學(xué)物理演示實驗的總體架構(gòu),將各個子課題設(shè)計方案匯總、整理、加工成為一個相對較為完整的系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。
1.2.8 中學(xué)物理演示實驗如何進行總體評價 一個基本的中學(xué)物理演示實驗教學(xué)程序的設(shè)計是否符合要求就需要對其進行評估或評價,看它能否達到實驗教學(xué)目的和實現(xiàn)其實驗教學(xué)目標(biāo),假如沒有達到實驗教學(xué)目的和實現(xiàn)實驗教學(xué)目標(biāo),我們則需要重新設(shè)計或選擇另外的實驗教學(xué)方案。
中學(xué)物理演示實驗的最終目的是通過老師或個別學(xué)生演示實驗,讓學(xué)生在老師或個別學(xué)生演示實驗的過程中學(xué)會觀察和思考,加強學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解,認識物理過程,努力的慢慢的逐漸地學(xué)會科學(xué)實驗方法。另外,中學(xué)物理演示實驗的成功順利進行,總是需要具備滿足一定的實驗條件和實驗環(huán)境的,而現(xiàn)實中我們的任何一所中學(xué)實驗條件和環(huán)境總是有限的。因此,我們在日常進行實驗教學(xué)過程中,首先要遵循“一切從學(xué)校實際出發(fā)”的原則。其次我們在具體的進行實驗教學(xué)環(huán)節(jié)過程中,不論采用怎樣的教學(xué)方式和方法,都必須遵循“一切從學(xué)生實際出發(fā)”的原則,實事求是,因地制宜,因材施教。在研究實驗教學(xué)規(guī)律時,切不可自己給自己固定條條框框,機械地、教條地、生搬硬套地套用一種模式。[7]
我們進行實驗演示時,實驗教師必須依據(jù)實驗教學(xué)內(nèi)容的需要和學(xué)生心理狀況和知識層次結(jié)構(gòu),給演示過程配以適當(dāng)?shù)膯l(fā)、誘導(dǎo)或引導(dǎo),在學(xué)生能接受的條件下一步一步地層層深入,引導(dǎo)學(xué)生對演示實驗現(xiàn)象進行觀察和分析,認識現(xiàn)象的本質(zhì)屬性和現(xiàn)象之間的因果關(guān)系,從而邏輯嚴密地得出實驗結(jié)論。
我們在演示實驗教學(xué)過程中對于學(xué)生來說要力求形象生動直觀明了,如果做到這一點,我們不僅能吸引學(xué)生的注意和觀察,而且也便于學(xué)生循序漸進地自覺思維或思考。從而讓學(xué)生的注意力和思維過程能跟上老師的教學(xué)節(jié)拍,使教與學(xué)產(chǎn)生聯(lián)動效應(yīng),這樣可以使我們的演示教學(xué)達到意想不到的理想效果。
我們進行演示實驗教學(xué)時,應(yīng)該利用中學(xué)生的強烈的好奇心和求知欲,適當(dāng)設(shè)疑地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,集中學(xué)生注意力,達到一個變被動為主動的目的,使學(xué)生有自行的強烈的探究欲望,培養(yǎng)學(xué)生思維和求知的探求性。適當(dāng)?shù)脑O(shè)疑是比較有效的一種方法。我們在這里說的“疑”應(yīng)該是真正意義上稱得上是疑,不應(yīng)該是為了設(shè)疑而做的小學(xué)層次的簡單拼湊,更不應(yīng)該是教師一說出口學(xué)生就能回答出的小兒科式問題。演示實驗教學(xué)可以設(shè)疑的方面很多,如可以利用教材的重點和難點設(shè)疑,利用學(xué)生容易弄錯的問題設(shè)疑,利用學(xué)生以前的錯誤概念設(shè)疑,利用日?,F(xiàn)象錯誤常識設(shè)疑等等。而我們通過演示實驗來設(shè)疑的方法一般大概有如下幾種:1)出人意料意想不到的現(xiàn)象的分析;2)似是而非模棱兩可的問題的回答;3)莫衷一是貌似相同的問題;等等。
我們在中學(xué)物理演示實驗教學(xué)過程中,經(jīng)常遇到這樣的情況:學(xué)校受經(jīng)費、條件等的制約,實驗條件非常有限,同樣的實驗裝置和器材,我們必須對不同年級的學(xué)生進行教學(xué)。我們認為:即使是同樣的實驗裝置、器材,在不同的教學(xué)階段或不同的教育對象,需要有不同的實驗教學(xué)層次與之適應(yīng),實驗教學(xué)層次必須與不同的教學(xué)目的、教學(xué)要求、教學(xué)重、難點相適應(yīng)[8]。
總之,物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué),加強實驗教學(xué)是提高物理教學(xué)質(zhì)量的根本途徑。物理實驗教學(xué)對學(xué)生形成物理概念,了解和掌握物理規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動手能力和創(chuàng)新能力都有重要作用。一位優(yōu)秀的物理教師必須是一個善于運用“演示實驗”教學(xué)的高手。本論文主要針對演示實驗教學(xué)進行研究,經(jīng)過反復(fù)琢磨、修改,提出了一個重要的實驗教學(xué)參考設(shè)計流程,對中學(xué)物理演示實驗的教學(xué)方法進行了有益探討,希望能在中學(xué)物理教學(xué)中得以啟發(fā)或應(yīng)用。
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