魏小亮

(無錫市輔仁高級中學(xué),江蘇 無錫 214123)

有效利用自制儀器回歸物理教學(xué)本源

魏小亮

(無錫市輔仁高級中學(xué),江蘇 無錫 214123)

筆者近期觀摩了一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課,課堂上物理教師們展示了他們扎實(shí)的課堂教學(xué)功底和實(shí)驗(yàn)演示、操作能力,課堂上亮點(diǎn)頻出,讓人欣喜不斷．在觀摩學(xué)習(xí)的同時(shí),筆者也對同行們的各種實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行了深刻的反思:伴隨著傳感器等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)儀器的問世,物理實(shí)驗(yàn)變得越來越精準(zhǔn)快捷,科技產(chǎn)品和物理實(shí)驗(yàn)的有效結(jié)合,大大地節(jié)約了課堂時(shí)間,提高了物理教學(xué)的效率,因此,這些科技產(chǎn)品受到越來越多的物理教師的青睞,似乎“瓶瓶罐罐做實(shí)驗(yàn)”已明顯不再符合當(dāng)前的潮流．“瓶瓶罐罐做實(shí)驗(yàn)”真的過時(shí)了嗎?筆者認(rèn)為并非如此,下面筆者就結(jié)合教學(xué)實(shí)際來談?wù)劺米灾苾x器做物理實(shí)驗(yàn)的一些深層次價(jià)值．

1 循序漸進(jìn),提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣

俗話說“成功的真正秘訣是興趣”.自制實(shí)驗(yàn)儀器在物理課堂中的應(yīng)用可以系統(tǒng)而有步驟地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

1.1 營造氛圍,讓學(xué)生的心“跳”起來

學(xué)生容易被新奇的物理現(xiàn)象所吸引,希望在課堂實(shí)驗(yàn)中看到不平常的物理現(xiàn)象,這就是學(xué)習(xí)的直覺興趣,它是最淺層次的興趣,但也是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的良好開端．例如,在尖端放電現(xiàn)象中,將兩根尖端相互靠近的鋼針加上高壓,鋼針尖端間的空氣中就會產(chǎn)生強(qiáng)大的電流.出其不意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓學(xué)生驚奇,震撼的現(xiàn)象也令其感到十分新鮮.但學(xué)生的直覺興趣只停留在現(xiàn)象本身,并未產(chǎn)生探索這些物理現(xiàn)象深層原因的欲望.

1.2 預(yù)設(shè)問題,讓學(xué)生的手“動(dòng)”起來

著名的心理學(xué)家皮亞杰說:“思維是從動(dòng)作開始的,切斷動(dòng)作和思維的關(guān)系,思維就不能得到發(fā)展．”學(xué)生有了學(xué)習(xí)的直覺興趣,為了避免學(xué)生遇到問題就等教師報(bào)答案的現(xiàn)狀,教師可以利用容易獲得和操作的學(xué)習(xí)材料,讓學(xué)生親自動(dòng)手制作儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),主動(dòng)獲取知識,進(jìn)而快速地融入到學(xué)習(xí)中來．

實(shí)驗(yàn):神奇的電風(fēng)車.

實(shí)驗(yàn)器材:可樂罐、大頭針、橡皮、剪刀、直尺、手搖起電機(jī)、帶鱷魚夾的導(dǎo)線．

圖1

實(shí)驗(yàn)操作:用剪刀將可樂罐剪開后壓平,將壓平后的鋁片剪成風(fēng)車的葉片,在葉片的中央插入大頭針,針的另一端插在橡皮上,一個(gè)電風(fēng)車就做好了(見圖1)．用帶鱷魚夾的導(dǎo)線將針和手搖起電機(jī)連起來,搖動(dòng)起電機(jī)使風(fēng)車帶電,讓學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．

“咦,說好的電風(fēng)車,怎么通了電還是不轉(zhuǎn)呢?”正當(dāng)學(xué)生們議論紛紛,毫無頭緒時(shí),教師開始“指點(diǎn)迷津”了．教師將學(xué)生的思緒拉回到先前做的“尖端放電”實(shí)驗(yàn)中,鋼針尖端間的電流是如何產(chǎn)生的?電荷從尖端溢出的方向如何?由學(xué)校操場草坪上的自動(dòng)灌溉裝置你得到了什么啟發(fā)?一連串的問題讓學(xué)生恍然大悟,紛紛改進(jìn)了自己的電風(fēng)車,如圖2所示．這一次再讓風(fēng)車帶電,由于尖端放電,在反沖的作用下,部分學(xué)生的風(fēng)車旋轉(zhuǎn)了起來．筆者引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置,讓風(fēng)車葉片在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)(見圖3),這一次,所有的風(fēng)車都轉(zhuǎn)了起來．

圖2

圖3

精彩的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)猶如一味良藥的“引子”,能夠掃除學(xué)生的困惑和迷茫,調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒,讓他們的學(xué)習(xí)漸入佳境,逐步加深對物理現(xiàn)象的認(rèn)識．只要能讓學(xué)生不斷地體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)成功所帶來的快樂,他們遇到問題就能自主地思考,養(yǎng)成動(dòng)手主動(dòng)探究和解決問題的興趣,也就是學(xué)生的動(dòng)手興趣．

1.3 解決問題,讓學(xué)生的腦子“活”起來

操作過程只是學(xué)生對所學(xué)的新知識的初步感知過程,要想讓學(xué)生知其然并知其所以然,教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對所觀察到的現(xiàn)象用物理語言進(jìn)行歸納總結(jié),將外在的表象內(nèi)化為深層的物理知識,并能運(yùn)用這些知識去解決生活中的實(shí)際問題．在“神奇的電風(fēng)車”實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生通過自己動(dòng)手制作的過程認(rèn)識到了導(dǎo)體的尖端容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象,筆者順勢引導(dǎo)學(xué)生分組討論電荷在導(dǎo)體中的分布特點(diǎn)及其原因,“尖端放電”的原理及其在生活中的應(yīng)用和防止等．讓學(xué)生先在小組中各自闡述了自己的觀點(diǎn),小組統(tǒng)一后再進(jìn)行全班交流．從事物的表面現(xiàn)象和發(fā)展過程的觀察入手,適時(shí)地轉(zhuǎn)向物理學(xué)內(nèi)部規(guī)律的研究,以鞏固、深化學(xué)習(xí)興趣,以“動(dòng)”促“思”,讓形象思維逐步地轉(zhuǎn)化為抽象的邏輯思維．

2 立足生活,刺激學(xué)生的物理學(xué)習(xí)需求

美國著名教師哈里德·顏森經(jīng)常說:“講給我聽,我將忘記;演示給我看,我將記得;與我有關(guān),我將要學(xué);……”自制儀器是學(xué)生由身邊一些隨手可得的物品制作而成,這種來源于生活的“器材”比較簡陋,但卻更加貼近學(xué)生的生活實(shí)際,因此也更容易被學(xué)生接受．通過對身邊的“瓶瓶罐罐”開發(fā)和設(shè)計(jì)并用之來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展,學(xué)生會忽然發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的源頭和終點(diǎn)就是現(xiàn)實(shí)世界,從而刺激他們物理學(xué)習(xí)的需求．

2.1 創(chuàng)設(shè)生活化的問題情景,引發(fā)對問題本源的思考

習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它不僅起到了鞏固和深化物理知識和規(guī)律的作用,還能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力．物理習(xí)題本應(yīng)由生產(chǎn)和生活中的科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)為背景抽象設(shè)置而來,但日益功利的習(xí)題教學(xué)重視的是規(guī)律公式的記憶和解題技巧的培養(yǎng),切斷了問題與生活的聯(lián)系,使物理習(xí)題失去了原有的味道,學(xué)生的物理學(xué)習(xí)也變得毫無生氣．而來源于生產(chǎn)生活、原汁原味的原始問題,能更好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲望,從而能認(rèn)真主動(dòng)地去觀察這些生產(chǎn)、生活片段,然后積極地通過實(shí)驗(yàn)等手段去揭示事物的本質(zhì),最終體會成功的喜悅,培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

“三角支架”模型是高中力學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn),學(xué)生對其普遍存在著畏難情緒,利用學(xué)生熟悉的生活情景來呈現(xiàn)物理現(xiàn)象,探究物理規(guī)律,學(xué)生會感到十分親切,拉近了學(xué)生與問題的距離．

原始問題:如圖4所示,壁柱式吊車在起吊貨物時(shí),貨物的重力是如何分擔(dān)在旋臂和吊索上的?

圖4

原始問題讓學(xué)生處于一個(gè)完全開放的環(huán)境中,學(xué)生無法直接套用公式解決問題,他們只能依據(jù)客觀事實(shí)和已掌握的理論知識展開想像,沿著不同的思維路徑、不同的思維角度,不同的層面和不同的關(guān)系出發(fā)來思考,在腦海中構(gòu)建一幅越來越清晰的物理圖景．學(xué)生通過對原始物理問題進(jìn)行加工和處理,抽取出問題中的有用信息,發(fā)掘出問題的深層隱含條件,根據(jù)與問題相關(guān)的知識與規(guī)律設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),原始問題就被抽象為物理習(xí)題．

圖5

習(xí)題:如圖5所示,直角三角形輕三角支架的C點(diǎn)通過細(xì)繩懸掛一個(gè)的重物,輕繩與水平輕桿之間的夾角為θ,求輕繩AC和輕桿BC各受多大的力?

2.2 基于體驗(yàn)式的問題情境,激發(fā)學(xué)生對問題認(rèn)識的提升

俗話說:“百聞不如一見,百見不如做一遍．”教育心理學(xué)也認(rèn)為,“體驗(yàn)”是由身體活動(dòng)和直接經(jīng)驗(yàn)而產(chǎn)生的感情與意識,它是學(xué)生學(xué)好知識的一條重要途徑．

圖6

本題考查的知識點(diǎn)是力按作用效果分解,其中學(xué)生對起重機(jī)吊起的重物重力產(chǎn)生了哪些實(shí)際效果缺少必要感性認(rèn)識,很難判斷出分力方向．為了讓學(xué)生直接感受力的實(shí)際效果,進(jìn)而建構(gòu)物理模型分析和解決問題,可以利用下面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬驗(yàn)證．如圖6所示,用米尺來代替壁柱式吊車的旋臂BC,用手握住米尺的一端,另一端抵在腰上,胳膊就起到了吊索AC的作用,在米尺用手握住的一端掛上書包,并不斷地往書包里添加書本,從而獲得對力產(chǎn)生的實(shí)際效果的親身體驗(yàn)．

偉大的物理學(xué)家麥克斯韋曾說過:一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),使用的材料越簡單,越生活化,學(xué)生就越想透徹地獲得實(shí)驗(yàn)中所隱藏的奧秘．利用學(xué)生身邊日常用品設(shè)計(jì)出的新奇實(shí)驗(yàn),更具可見性、真實(shí)性和趣味性,有效地提高了實(shí)驗(yàn)效果．

3 發(fā)散思維,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神

物理學(xué)科作為一門基礎(chǔ)的自然學(xué)科,不僅推動(dòng)了人類社會的快速進(jìn)步,還促進(jìn)了人類思維的不斷發(fā)展.物理科學(xué)的發(fā)展需要科學(xué)創(chuàng)新意識,這就要求學(xué)生對周圍環(huán)境有好奇心和求知欲望,對新事物要具有高度的敏感性.傳統(tǒng)的物理教學(xué),注重的是死板的書本知識的灌輸,學(xué)生只能被動(dòng)地接受,沒有選擇、質(zhì)疑和擯棄的權(quán)利,這樣的教學(xué)模式不僅“束縛”學(xué)生發(fā)散思維能力的發(fā)展,還阻礙了科學(xué)知識的不斷更新．現(xiàn)代教育理論主張“讓學(xué)生動(dòng)手去做科學(xué),而不是用耳朵聽科學(xué).”只有讓學(xué)生自己動(dòng)腦、動(dòng)手,運(yùn)用自制儀器開展多種多樣的科學(xué)探究活動(dòng),才能拓展學(xué)生的知識視野,激發(fā)他們的創(chuàng)作興趣,培養(yǎng)其動(dòng)手能力.這正如蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基的一句話:“在活動(dòng)的實(shí)踐中,學(xué)生能感到自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者和探索者,體驗(yàn)到智慧的力量和創(chuàng)造的歡樂.”

實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉通過大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí):人類獲取的信息83%來自視覺,11%來自聽覺．自制儀器實(shí)驗(yàn)既能引導(dǎo)學(xué)生細(xì)心地聆聽,又需要學(xué)生仔細(xì)地觀察,把抽象的物理知識用學(xué)生熟悉的器材進(jìn)行直觀、生動(dòng)的演示,更能引起學(xué)生的共鳴和提高他們的物理學(xué)習(xí)興趣,讓我們的物理課堂洗盡鉛華、返璞歸真,散發(fā)出真正的物理魅力．

2017-02-20)