楊泰

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科.教師教授學(xué)生學(xué)習(xí)物理，不能只是教會(huì)學(xué)生公式和定理，以及如何做題，更重要的是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何以物理的思維模式去思考問題，學(xué)會(huì)如何利用已知的物理知識(shí)去探索新的領(lǐng)域.為了達(dá)到這個(gè)教學(xué)目標(biāo)，我常常在完成課堂教學(xué)任務(wù)之余鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在積極的探索中培養(yǎng)創(chuàng)新精神.

一、敢于假設(shè)，預(yù)測(cè)結(jié)果

有些學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)中小心翼翼，盡量使實(shí)驗(yàn)過程與自己的期望一致，以避免犯錯(cuò)和失誤.當(dāng)然，謹(jǐn)慎的態(tài)度對(duì)于實(shí)驗(yàn)是很重要的，能夠避免很多不必要的失誤，但是過度的謹(jǐn)慎往往意味著對(duì)未知領(lǐng)域的恐懼，成為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神的阻礙.因此，在引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生大膽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果.例如，在講“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)要介紹如下：讓一個(gè)小球從一定高度的光滑斜槽滑下，并在脫離斜槽時(shí)以水平速度拋出，以描點(diǎn)或照相等手段描繪出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).在平拋運(yùn)動(dòng)中，水平方向物體行走的距離與時(shí)間的關(guān)系為x=vt，v是物體初始的水平速度，豎直方向則為y=12gt2.我提出問題：如果事先通過公式描出一條曲線，再通過實(shí)驗(yàn)得到一條實(shí)驗(yàn)曲線，這兩條曲線會(huì)重合嗎？有的學(xué)生認(rèn)為，一定不會(huì)重合.因?yàn)槲覀兤匠Ｓ?jì)算時(shí)只會(huì)取g的近似值，所以必有誤差.有的學(xué)生認(rèn)為，小球下滑時(shí)受到摩擦力的影響，會(huì)使我們不能準(zhǔn)確地計(jì)算出初速度.有的學(xué)生認(rèn)為，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)受到風(fēng)的阻力，會(huì)改變小球的運(yùn)動(dòng)軌跡.接著我讓學(xué)生結(jié)合各種因素預(yù)測(cè)真實(shí)曲線與理論曲線相比有什么特點(diǎn)，再讓他們自主實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證.在開展自主實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生在一次次的假設(shè)與求證中鞏固了基礎(chǔ)物理知識(shí)，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維.

二、匠心獨(dú)運(yùn)，再度設(shè)計(jì)

一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，如果我們更改部分的實(shí)驗(yàn)過程，有時(shí)會(huì)讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)變得更科學(xué)，有時(shí)會(huì)以另一種方式證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至有時(shí)會(huì)徹底變成一個(gè)不同的實(shí)驗(yàn).高中物理自主實(shí)驗(yàn)大都是以這樣的方式來(lái)設(shè)計(jì)的，不僅考慮了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，還能擴(kuò)展學(xué)生的思維，使實(shí)驗(yàn)過程盡量符合學(xué)生的知識(shí)背景.例如，在講“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)要介紹如下：一個(gè)小車一頭系著一個(gè)小盤，上面可以添加不同重量的砝碼，另一頭系一條紙帶，可以通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在上面打出小點(diǎn)來(lái)描述小車運(yùn)動(dòng)的速度.這樣，改變小盤上的砝碼重量，然后分別在坐標(biāo)系上表示出砝碼質(zhì)量與小車加速度的關(guān)系，便可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.這個(gè)實(shí)驗(yàn)通常會(huì)通過傾斜木板來(lái)平衡摩擦力.在引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時(shí)，我提出問題：怎樣優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更貼近于理論公式F=ma.有的學(xué)生認(rèn)為，可以將小車設(shè)計(jì)成流線型，減小風(fēng)的阻力.有的學(xué)生認(rèn)為，可以將細(xì)線換為更細(xì)、質(zhì)量更輕的線.有的學(xué)生認(rèn)為，可以在木板上涂一層油，減小小車與木板的摩擦力.我讓學(xué)生根據(jù)自己的想法展開實(shí)驗(yàn)，并繪出坐標(biāo)圖加以論證.這樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生發(fā)揮了想象力，提高了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，以及利用基礎(chǔ)知識(shí)探索新事物的能力.用再度設(shè)計(jì)的方式設(shè)計(jì)自主實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生在設(shè)計(jì)自主實(shí)驗(yàn)時(shí)容易尋找切入點(diǎn)，也能使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不脫離課本，從而加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解.

三、收集數(shù)據(jù)，分析論證

在有些物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不會(huì)直接顯現(xiàn)我們需要的最終結(jié)果；或者實(shí)驗(yàn)中的偶然因素或其他干擾因素比較多，一次結(jié)果并不能充分證明實(shí)驗(yàn)原理；有些實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中達(dá)不到實(shí)驗(yàn)需求的理想條件.這些情況，都需要學(xué)生學(xué)會(huì)分析論證實(shí)驗(yàn)中得到的一些數(shù)據(jù)，最終得到想要的結(jié)果.例如，在講“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要介紹如下：一個(gè)小球一端用一條細(xì)繩與紙條連接，小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，通過用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)的方式計(jì)算小球落下的距離與小球的瞬時(shí)速度，從而得出重力勢(shì)能與動(dòng)能的變化情況.物體自由落體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能守恒公式為mgh=12mv2.通過統(tǒng)計(jì)各小組的h與v的數(shù)據(jù)，就能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.我讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中分別改變部分條件并統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).有的學(xué)生小組改變小球質(zhì)量，有的學(xué)生小組改變統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的區(qū)間，等等.通過各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，提高了學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力.在中學(xué)物理中，自主實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)常常來(lái)源于課本上的公式、定理，而這些公式、定理又大都是和數(shù)據(jù)有關(guān)的.因此，在自主實(shí)驗(yàn)中，收集數(shù)據(jù)、分析論證是學(xué)生必不可少的基本功，需要引起教師足夠的重視.

綜上所述，在高中物理教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生開展自主實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、拓展學(xué)生的思維的一種行之有效的方法.