唐晟

摘要：隨著各大教育學(xué)校的發(fā)展，對(duì)于學(xué)校的各方面教學(xué)制度也有了更要的要求，除了要提高學(xué)生的書(shū)本知識(shí)，最需提上日程的就是要提高學(xué)生的動(dòng)手能力、表達(dá)能力、總結(jié)能力、溝通能力。就以江蘇省姜堰中學(xué)為例，我?，F(xiàn)在越來(lái)越重視學(xué)生各方面能力的綜合培養(yǎng)。本文以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”為案例，對(duì)當(dāng)前高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出一些改革建議，嘗試通過(guò)變革學(xué)生學(xué)習(xí)的方式來(lái)促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)發(fā)展，簡(jiǎn)單介紹如下。

關(guān)鍵字：分組實(shí)驗(yàn)；改革建議；學(xué)習(xí)方式；主動(dòng)發(fā)展

中圖分類號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）52-0105-02

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所有物理學(xué)規(guī)律的建立都離不開(kāi)觀察、實(shí)驗(yàn)和思考。物理實(shí)驗(yàn)可分為三類，如下：課堂演示過(guò)程、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)，其中最重要的就是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指把學(xué)生分組，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，提供實(shí)驗(yàn)儀器，讓學(xué)生按照一定的教學(xué)目的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到某一要求的教學(xué)過(guò)程。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)之所以最重要，是因?yàn)樗诟呖紩?shū)面考試范圍之內(nèi)，同時(shí)也能更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手操作、自主探究、合作學(xué)習(xí)等能力，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教育中具有獨(dú)特的地位和全方面的功能。另外，演示實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)這兩者均可以轉(zhuǎn)化為分組實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。

一、改革高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

現(xiàn)行高中物理教材的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多都是驗(yàn)證性的，其結(jié)果往往是唯一的或是理想化的，而教師在教學(xué)過(guò)程中也往往忽視了實(shí)驗(yàn)方案的探索，幾乎不講實(shí)驗(yàn)誤差或不進(jìn)行誤差分析，更談不上對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估。目前大多數(shù)學(xué)校的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)都是教師按照最常規(guī)的流程，進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)，然后學(xué)生按照老師的要求和課本上的實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)，按部就班完成即可。長(zhǎng)期下去，教師教學(xué)模式僵硬、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低落、思維缺乏應(yīng)有的多向性和靈活性，這些均不利于學(xué)生主動(dòng)發(fā)展，也與新課程理念有很大的差距。按照新課標(biāo)的要求，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程、深入對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)誤差分析，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)方案的自我設(shè)計(jì)、深入對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)誤差分析、重視對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估，從而促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)發(fā)展。因此，開(kāi)展高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革迫在眉睫、意義重大。高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)如能真正落實(shí)新課標(biāo)要求，最主要的是能夠強(qiáng)化教師教法與學(xué)生學(xué)法的相互融合，有效地促進(jìn)教師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改善。

二、調(diào)整高中物理學(xué)生分組的實(shí)驗(yàn)方式 加緊改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

為實(shí)現(xiàn)新課程理念，在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，我們教師可以通過(guò)訓(xùn)練學(xué)生基本儀器的使用以及做試驗(yàn)中需要安裝的器材，用來(lái)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。試?yàn)后，還要鍛煉學(xué)生的寫(xiě)作能力，即實(shí)驗(yàn)報(bào)告。培養(yǎng)他們獨(dú)立思考的能力和優(yōu)良的學(xué)習(xí)態(tài)度。

三、案例分析

下面以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)為例，先介紹在傳統(tǒng)意義的實(shí)驗(yàn)方案上進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，再介紹用朗威專用軟件實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)新完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的問(wèn)題設(shè)計(jì)。第一，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容布置一些簡(jiǎn)單的思考題，讓學(xué)生充分預(yù)習(xí)。如：（1）本實(shí)驗(yàn)的目的是什么？（2）要完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，你能想到哪些方案？在這些方案中你能挑一個(gè)最佳方案嗎？（3）要完成你所選定的實(shí)驗(yàn)方案需要實(shí)驗(yàn)室提供哪些器材？這些器材能否用我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的物品來(lái)替代？可以自制嗎？第二，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，教師將學(xué)生合理分組，并提出一些富有啟發(fā)性或?qū)W生不易回答的問(wèn)題，讓學(xué)生分組討論，培養(yǎng)學(xué)生合作探究、自主學(xué)習(xí)的能力。比如：（1）安裝實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)要注意什么？如何才能保證？（2）在釋放重物時(shí)應(yīng)注意什么？如何才能保證？（3）從保護(hù)器材的角度考慮，我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的過(guò)程中應(yīng)注意什么？第三，在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之前可以組織學(xué)生討論：（1）在測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離時(shí)，是直接測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，還是分別測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離？為什么？如果我們測(cè)量時(shí)使用的尺子有一定的厚度，進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)該注意什么？（2）算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí)，應(yīng)該用什么方法？（3）在某種特定情況下，如果第一個(gè)O點(diǎn)附近的紙帶被損壞，此時(shí)此刻，能不能利用這種情況來(lái)測(cè)試一下重物下落工程中的機(jī)械能守恒？（4）在處理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以分別計(jì)算重物下落時(shí)重力勢(shì)能的減少量，再計(jì)算重物動(dòng)能的增加量，來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。有沒(méi)有更直觀的方法來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？（5）本實(shí)驗(yàn)中有哪些系統(tǒng)誤差和偶然誤差？

2.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的操作改進(jìn)。驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，在這個(gè)過(guò)程中，要想取得好的結(jié)果，最重要的就是必須要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直架固定好，以便減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的阻力。圖1中顯示的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用方座支架懸在空中，復(fù)夾或燒瓶夾，在這個(gè)過(guò)程中，除了固定使用，還需要承擔(dān)計(jì)時(shí)器的重量。還有，因?yàn)橛?jì)時(shí)器的位置裝置的太高，提紙帶需站到凳子上，這部分工作非常不好做，手容易顫動(dòng)。所以，可以將原裝置中的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放低，如圖1（見(jiàn)上頁(yè)）所示。

3.朗威專用軟件實(shí)驗(yàn)——擺球法。有條件的學(xué)校還可以提供給學(xué)生這樣一組實(shí)驗(yàn)器材：朗威DISLab、計(jì)算機(jī)、DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器（如圖2）、天平等，放開(kāi)讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)、動(dòng)手完成，這套方案比傳統(tǒng)意義下的更簡(jiǎn)便、快捷，原理也不難，學(xué)生小組合作應(yīng)該能完成這個(gè)創(chuàng)新過(guò)程，涉及它的原理介紹如下。

首先要把擺球掛到固定的高度，接下來(lái)，緩緩放開(kāi)，在它擺動(dòng)的期間，勢(shì)能和動(dòng)能之前會(huì)互相轉(zhuǎn)換能量。在這期間，空氣的阻力可以忽略不計(jì)，因?yàn)橹挥兄亓?duì)其有影響，所以，此時(shí)此刻的機(jī)械能守恒。

在這個(gè)過(guò)程中，擺球處于最低的位置，作為零勢(shì)點(diǎn)，然后把光電門(mén)傳感器固定在不同的位置，把這時(shí)的高度設(shè)為點(diǎn)h，則在兩光電門(mén)傳感器處擺球的機(jī)械能為：E=mv2/2+mgh；

本實(shí)驗(yàn)中，擺球?yàn)橹睆綖?.008m小圓柱體，質(zhì)量為0.0075kg，擺球通過(guò)光電門(mén)傳感器時(shí)的擋光時(shí)間為t1，所以：擺球的速度為v=0.008/t1。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析：

（1）將DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器按裝配圖安裝好，把光電門(mén)傳感器固定在實(shí)驗(yàn)器的A點(diǎn)，并接入數(shù)據(jù)采集器的第一通道。

（2）將小擺球用磁鐵夾吸住，固定在A點(diǎn)上方5～10厘米處。

（3）移動(dòng)光電門(mén)傳感器固定臂，使用測(cè)平器觀察并調(diào)整光電門(mén)的透光孔正好在A點(diǎn)。

（4）選擇“計(jì)算表格”，選中“自動(dòng)記錄”中的“開(kāi)始”，釋放擺球，當(dāng)擺球通過(guò)光電門(mén)傳感器后，阻止擺球回?cái)[。

（5）移動(dòng)光電門(mén)傳感器裝配好相關(guān)的位置，使用測(cè)平器觀察并調(diào)整光電門(mén)的透光孔分別位于B、C、D點(diǎn)，反復(fù)重復(fù)4次，獲取四次不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（6）選擇變量字樣，依次定義h、m，分別表示光電門(mén)距零勢(shì)點(diǎn)的高度和擺球的質(zhì)量，一并輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（7）選擇公式字樣，輸入本次試驗(yàn)中要用的具體公式，得出相關(guān)結(jié)論（見(jiàn)下表）。

（8）由相關(guān)結(jié)果得出：擺球在不同的四個(gè)點(diǎn)的機(jī)械能范圍低于5%。在合理的誤差范圍以內(nèi)，可以得出相關(guān)的結(jié)論：在沒(méi)有阻礙力的情況下，機(jī)械能是守恒的。

綜上所述，高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革意義重大。結(jié)果很重要，但是過(guò)程更重要。我們的目的是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，即動(dòng)手能力、表達(dá)能力、總結(jié)能力、溝通能力。課堂上，教師的講解很重要。但是本人認(rèn)為鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手學(xué)習(xí)、動(dòng)手總結(jié)更為重要。俗話說(shuō)，實(shí)踐比理論更重要。所以，學(xué)校的這方面發(fā)展，需要得到教育界的高度重視。當(dāng)然，這對(duì)教師的要求也嚴(yán)格了很多。作為人民教師，不但學(xué)生要學(xué)習(xí)，我們更要學(xué)習(xí)，而且還需要時(shí)時(shí)更新教育教學(xué)理念，提升自己的能力和與時(shí)俱進(jìn)的信息，切實(shí)落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求，然后運(yùn)用到教學(xué)中去，變革學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，通過(guò)理論和實(shí)踐相結(jié)合的方式，將學(xué)生培養(yǎng)成科學(xué)素養(yǎng)高、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、主動(dòng)發(fā)展的新型人才。endprint