杭州市富陽(yáng)區(qū)新登中學(xué)(311404)

朱文武●

高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐

杭州市富陽(yáng)區(qū)新登中學(xué)(311404)

朱文武●

傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)課堂大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此教師需要設(shè)計(jì)一些探究實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，能獨(dú)立探究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并掌握解決問(wèn)題的方法.

物理實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新；設(shè)計(jì)；能力

創(chuàng)新是人類的希望，創(chuàng)新是一個(gè)名族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興亡發(fā)達(dá)的動(dòng)力.而當(dāng)下我國(guó)中小學(xué)學(xué)生的創(chuàng)新精神不足和實(shí)踐能力不強(qiáng)已經(jīng)是個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，基礎(chǔ)教育改革正在著力解決這個(gè)問(wèn)題.由于學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的養(yǎng)成和發(fā)展需要學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中鍛煉和培養(yǎng)，科學(xué)探究能力表現(xiàn)在學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)中，而物理實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要途徑，有其特殊的教學(xué)功能：既可以為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的感性材料，驗(yàn)證物理規(guī)律，又可以提供科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新精神和探究能力.下面結(jié)合我個(gè)人教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬W(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

一、物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題創(chuàng)新設(shè)計(jì)

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“對(duì)真理的探索比占有更加寶貴”.傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)課堂大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn).驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是對(duì)知識(shí)的正確與否加以驗(yàn)證，鞏固和加深對(duì)基本規(guī)律和基本原理的認(rèn)識(shí).但是，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度方面不能得到鍛煉，也不利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索物理規(guī)律的能力更加談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此教師需要設(shè)計(jì)一些探究實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，獨(dú)立自主的通過(guò)探究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并掌握解決問(wèn)題的方法.

案例1 自感現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)

師：4.5V的電壓能使人觸電嗎？你能不能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證呢？

生：不能，因?yàn)榈陀?6V安全電壓.用3節(jié)干電池串聯(lián)，直接接到兩手之間

學(xué)生上講臺(tái)連接好電路(如圖1)并當(dāng)眾演示.問(wèn)參與實(shí)驗(yàn)的同學(xué)有沒(méi)有觸電感覺(jué)？學(xué)生表情自然的說(shuō)沒(méi)有.

師：該同學(xué)做得很好.(適時(shí)表?yè)P(yáng)其勇于探究精神)如果在路端再并聯(lián)一個(gè)線圈呢？

生：還是不會(huì)觸電，因?yàn)殡妷哼€是4.5V.

師：可以再通過(guò)實(shí)驗(yàn)試試.請(qǐng)20位同學(xué)共同手拉手感受下(增大電阻，為了打消少部分同學(xué)的顧慮)

請(qǐng)一個(gè)同學(xué)按圖2方式連接好電路，電路上面為人與人串聯(lián)組成的回路將電鍵閉合，問(wèn)參與實(shí)驗(yàn)的同學(xué)有沒(méi)有觸電感覺(jué)？學(xué)生都說(shuō)沒(méi)有.接著將電鍵斷開(kāi)，他們都將手迅速甩開(kāi)，同時(shí)啊的尖叫了起來(lái)(如圖3).

師：剛才發(fā)生了什么現(xiàn)象？

生：電鍵斷開(kāi)的時(shí)候被電一下.

師：是誰(shuí)產(chǎn)生的電，這是一種什么現(xiàn)象？

生：加了線圈后才有電擊感覺(jué)，應(yīng)該是線圈產(chǎn)生的，電磁感應(yīng)現(xiàn)象.

師：當(dāng)線圈中電流改變時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，線圈中磁通量發(fā)生變化，不僅在鄰近電路中激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).這種現(xiàn)象叫自感.

師：當(dāng)電鍵閉合，線圈中電流增大時(shí)，線圈自身是否有電磁感應(yīng)現(xiàn)象？如何把現(xiàn)象呈現(xiàn)出來(lái)？

生：做出各種猜想……

師：根據(jù)前面已學(xué)知識(shí)，你知道當(dāng)線圈電流增大時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生什么方向的電動(dòng)勢(shì)呢？當(dāng)電流減少小時(shí)，方向又如何呢？(引導(dǎo)學(xué)生畫出線圈草圖并進(jìn)行理論分析)

I增大?B原增大?B感方向向左(根據(jù)楞次定律)?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感方向如圖?E感與I方向相反，阻礙I增大.(如圖4)

I減小?B原減小?B感方向向左(根據(jù)楞次定律)?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感方向如圖?E感與I方向相同，阻礙I減小.(如圖5)

師：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)原電流的這種阻礙如何如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)顯示出來(lái)呢？

生1：接個(gè)電流表測(cè)量下線圈中電流，會(huì)由小變大；

生2：接個(gè)小燈泡；剛通電時(shí)小燈泡會(huì)先不發(fā)光然后再發(fā)光(延遲發(fā)光)

生3：…

師：用燈泡觀察很好.現(xiàn)給你下述儀器請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出能驗(yàn)證你判斷的具體電路：線圈、直流電源、小燈泡、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路來(lái)驗(yàn)證你的猜想.

學(xué)生一開(kāi)始畫出的電路圖如圖6，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)閉合電鍵后延時(shí)效果看不出；

師：為什么沒(méi)有觀察到燈泡的延遲現(xiàn)象？是否延遲通過(guò)一只燈泡是很難觀察出來(lái).

生：再加一個(gè)沒(méi)有線圈的帶燈泡的支路進(jìn)行對(duì)比.

師：請(qǐng)畫出新的設(shè)計(jì)電路.

學(xué)生設(shè)計(jì)出圖7所示電路.加入A2進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)效果好了一些，但A2燈太亮，影響了對(duì)A1的觀察；進(jìn)一步修改，加入滑動(dòng)變阻器對(duì)A2(實(shí)驗(yàn)時(shí)先閉合電鍵，將A2調(diào)到與A1一樣亮，再斷開(kāi)電鍵)，閉合電鍵，A1延時(shí)效果明顯.圖8為課堂上學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖.師生共同進(jìn)行理論分析.

此時(shí)教師出示示教板演示圖9(水到渠成).

為了讓學(xué)生更加直觀的觀察到線圈中電流的變化，教師取下燈泡A1,利用電流傳感器串聯(lián)在線圈電路中，得到電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像(如圖10).指出電流由零增大到正常值是圖像是一段曲線.

師：在圖8電路中當(dāng)電鍵切斷時(shí)，小燈泡將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

生：燈泡A1和A2延遲熄滅

理論分析：在圖8電路中當(dāng)電鍵切斷時(shí)，由于線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在，電流不會(huì)立即減小到零，即在電鍵切斷后，在“電感線圈—2只小燈泡—變阻器“構(gòu)成的回路中要維持一段時(shí)間的電流，小燈泡還要發(fā)光一段時(shí)間.

實(shí)驗(yàn)演示：并未觀察到所想看到的現(xiàn)象.

師：發(fā)生這種情況的原因是什么？

生：可能是初始電流相同，在持續(xù)時(shí)間內(nèi)我們的感官?zèng)]感覺(jué)到.

此時(shí)，剛剛被“電擊”的一位同學(xué)，恍然大悟，他提出把剛才“電擊”人的電路中人的位置換成小燈泡.

教師演示斷電自感現(xiàn)象.結(jié)果小燈泡閃亮一下再熄滅.

理論分析：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，由于線圈的電阻比較小，流過(guò)線圈的電流比小燈泡的電流大得多，在電鍵切斷的一瞬間，線圈的電流在回路存在的前提下不能突變，流過(guò)小燈泡中的電流立即反向并增大，使小燈泡發(fā)出瞬間的強(qiáng)光.

師：如何直觀觀察到燈泡中電流的變化呢？

生：用傳感器串聯(lián)到燈泡的支路.

教師演示得到圖12圖像.教師引導(dǎo)學(xué)生共同分析得出通電自感和斷電自感產(chǎn)生的原因.

案例評(píng)析：教師通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)膯?wèn)題引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生通過(guò)自己對(duì)問(wèn)題的思考產(chǎn)生了學(xué)習(xí)的需要從而探究出實(shí)驗(yàn)的方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)走一些彎路，但是經(jīng)歷對(duì)知識(shí)探究的體驗(yàn)過(guò)程，這也正是教學(xué)大綱所要求的，雖然花費(fèi)了一定的時(shí)間，但是對(duì)學(xué)生的長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)說(shuō)是值得的，比老師直接去做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理規(guī)律，學(xué)生更加容易掌握對(duì)物理規(guī)律的理解程度.

二、物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思路創(chuàng)新設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是探索新知識(shí)，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題的過(guò)程.思路是行動(dòng)的先導(dǎo)，教師要充分調(diào)動(dòng)主體的科學(xué)文化知識(shí)沉淀和教學(xué)過(guò)程及社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累引導(dǎo)和幫助學(xué)生擺脫和突破常規(guī)的思維定式的束縛，激發(fā)和促進(jìn)各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路的產(chǎn)生.

案例2 探究物體對(duì)水平桌面的彈力產(chǎn)生的原因

物體對(duì)桌面壓力很多學(xué)生都誤認(rèn)為就是重力產(chǎn)生的，很難發(fā)現(xiàn)是由于物體底部發(fā)生上凹的形變后由于要恢復(fù)原狀，對(duì)桌面產(chǎn)生向下的壓力(即彈力).將書本放在桌面上，肉眼是很難觀察得到書本底部的形變，為了突破這個(gè)難點(diǎn)，教師就要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，怎么樣讓這種形變顯現(xiàn)出來(lái)呢，學(xué)生很快就能說(shuō)出可以在書本下面墊上海綿，觀察海綿底部，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生是不是可以直接用一個(gè)軟的物體來(lái)代替書本和海綿呢？什么物體比較軟密度也大，形狀改變明顯呢？啟發(fā)學(xué)生，我們可以將水倒入氣球里，然后將口子用線扎上，裝水的氣球提在空中，其下部明顯向下凸起(如圖13).當(dāng)我們把水袋放在桌面上時(shí)，底部變平(如圖14).經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)這樣的改造實(shí)驗(yàn)效果非常理想，現(xiàn)象特別明顯.

書本上電燈對(duì)懸繩線也會(huì)產(chǎn)生彈力，這個(gè)電燈的形變不易觀察到，學(xué)生受到剛才的啟發(fā)，用懸繩提起裝水的氣球，同樣效果顯著.(見(jiàn)下圖)

學(xué)生在進(jìn)行思考提出自己的方案時(shí)，無(wú)論合理與否，教師都應(yīng)給以適當(dāng)鼓勵(lì)和表?yè)P(yáng)，以激發(fā)學(xué)生在以后的課堂上，進(jìn)一步開(kāi)拓思維，積極創(chuàng)新.

三、物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的非常規(guī)操作方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)操作方法對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的顯示及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獲得有直接的影響，某些實(shí)驗(yàn)，若用尋常方法只能得到尋常結(jié)果，而試驗(yàn)中一些“前所未有”的“發(fā)現(xiàn)”及“意料之外”的“收獲”，往往是建立在非常規(guī)操作方法運(yùn)用的基礎(chǔ)上的.因此，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的操作方法，往往可以收到意想不到的效果.

案例3 在《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》一節(jié)關(guān)于渦流的課題引入教學(xué)

教法1.教師直接使用了電磁爐給鐵盆里的水加熱，學(xué)生觀察到水很快冒“氣”，然后介紹線圈中變化的電流在線圈附近的任何導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.給出渦流的概念.

教法2.教師先向?qū)W生提出電磁爐加熱的原理是什么，有學(xué)生會(huì)說(shuō)是電磁爐內(nèi)部通入電流發(fā)熱，然后經(jīng)熱傳導(dǎo)，給物體加熱.教師不做評(píng)價(jià)，就這個(gè)思路下去，那要是放置一塊海綿，海綿會(huì)被融化嗎？教師操作(如圖15)，學(xué)生并未觀察到想要看到的現(xiàn)象.說(shuō)明不是熱傳導(dǎo)現(xiàn)象.教師再換上裝水的鐵盆(如圖16)，水很快冒氣.學(xué)生發(fā)現(xiàn)只能給金屬鍋加熱.然后教師告訴學(xué)生，電磁爐不僅可以加熱還能“發(fā)電”，教師將串有燈泡的多匝線圈靠近電磁爐上方(如圖17)，燈泡發(fā)光.學(xué)生很好奇.引導(dǎo)學(xué)生得到上述過(guò)程實(shí)際上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.電磁爐通入交流電，引起內(nèi)部線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在燈泡的線圈中會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同時(shí)在附近的任何導(dǎo)體中都能產(chǎn)生感應(yīng)電流.

案例評(píng)析 教法1，實(shí)驗(yàn)的功能并未完全開(kāi)發(fā)出來(lái)，只是利用電磁爐引出了渦流的概念而已.教法2則通過(guò)一步步實(shí)驗(yàn)操作的改變使得學(xué)生掌握了渦流現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，且使得學(xué)生通過(guò)思考分析渦流原來(lái)是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是在整塊金屬中產(chǎn)了電流，從而發(fā)熱.不僅引入了新課而且獲得了新知識(shí).同樣的實(shí)驗(yàn)操作不同，效果也不同.

四、物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的遷移創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)

高中物理的演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和演示都是教師完成的，其實(shí)中學(xué)階段的絕大部分實(shí)驗(yàn)方法都是相通的，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)，完全可以引導(dǎo)學(xué)生將已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的實(shí)驗(yàn)思想方法、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)遷移到該實(shí)驗(yàn)中來(lái)，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法、思路、技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力.

案例4 在進(jìn)行《探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系》的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)的基本思路教學(xué)，可以引導(dǎo)學(xué)生回憶初中關(guān)于壓強(qiáng)與壓力和受力面積關(guān)系所采用的實(shí)驗(yàn)方法，即控制變量法，從而得出實(shí)驗(yàn)的思路，即(1)保持物體質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同力作用下加速度，分析加速度與力的關(guān)系；(2)保持物體所受力相同，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在這個(gè)力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系.

在課堂上教師一定要盡可能的避免一言堂，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生利用以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和方法主動(dòng)去思考實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)的思路和設(shè)計(jì).只有這樣才能真正使得學(xué)生的能力得到提升.

五、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的課堂環(huán)境的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

羅杰斯說(shuō)過(guò)：“創(chuàng)造活動(dòng)的一般條件是心理安全和心理自由，只有心理安全才能導(dǎo)致心理自由，也才能導(dǎo)致學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性”.物理課堂必須營(yíng)造寬松自由的學(xué)習(xí)氛圍物理課堂必須營(yíng)造寬松、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境,才能更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí).

很多情況表明,學(xué)生都不喜歡整天板著面孔的老師,課堂上教師對(duì)學(xué)生的期待通過(guò)微笑傳遞,學(xué)生就會(huì)在這種愛(ài)的感召下,受到鼓舞,從而親其師,信其道.教師要熱情地鼓勵(lì)學(xué)生善思多問(wèn),鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表與老師不同的見(jiàn)解,要鼓勵(lì)學(xué)生“別出心裁”,“標(biāo)心立異”,鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度思考問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題.愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò):提出一個(gè)問(wèn)題,比解決一個(gè)問(wèn)題更重要.正如陶行知先生說(shuō)的:“只有民主,才能解放大多數(shù)人的創(chuàng)造力,而且使大多數(shù)人創(chuàng)造力發(fā)揮到最高峰”.學(xué)生在民主和諧氣氛中學(xué)習(xí),心情舒暢,才能敢想、敢說(shuō)、敢問(wèn)、敢于創(chuàng)新、敢于創(chuàng)造.在探究課堂上教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,才能把課堂氣氛激活,也才能點(diǎn)燃學(xué)生智慧的火花.

從課堂教學(xué)的各個(gè)角度對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進(jìn)行研究與實(shí)踐，這是一個(gè)沒(méi)有止境的課題.學(xué)生需要具備終身發(fā)展的創(chuàng)新能力，這種能力是要通過(guò)中學(xué)階段課堂學(xué)習(xí)中得到鍛煉和培養(yǎng).在今后的教學(xué)中，本人仍將一如既往的反思、總結(jié)、改革和創(chuàng)新.對(duì)實(shí)驗(yàn)這一教學(xué)手段以及其他技術(shù)做更多的深入研究，以利于學(xué)生的創(chuàng)新和思維能力培養(yǎng).

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1008-0333(2017)09-0038-03