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        基于問題導(dǎo)向的初中物理實驗創(chuàng)新策略

        2020-03-17 09:26:17李駿
        物理教學(xué)探討 2020年1期
        關(guān)鍵詞:問題導(dǎo)向物理實驗創(chuàng)新策略

        李駿

        摘 ? 要:實驗在教學(xué)中成功與否將直接影響到學(xué)生對知識的理解、解決問題能力和思維能力的提升。針對教材中存在的諸如實際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴},提出變動態(tài)為靜態(tài)、變瞬逝為反復(fù)、變隱性為顯性、變特殊為普遍、變傳統(tǒng)為現(xiàn)代等創(chuàng)新策略,用以指導(dǎo)更多的實驗創(chuàng)新活動,提升實驗教學(xué)效率。

        關(guān)鍵詞:問題導(dǎo)向;物理實驗;創(chuàng)新策略

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ?文章編號:1003-6148(2020)1-0051-3

        物理是一門注重實驗的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程,實驗成功與否將直接影響到學(xué)生對知識的理解、解決問題能力和思維能力的提升?!冻踔锌茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出,“科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征,具有重要的教育意義。科學(xué)探究不僅涉及邏輯推理和實驗活動,同時還是一個充滿創(chuàng)造性思維的過程” [1]。教材為開展實驗教學(xué)提供了基本思路和范例,經(jīng)多輪修改,已經(jīng)日趨完美。但在日常教學(xué)中,受到設(shè)備、材料等因素的制約,有些實驗依然存在實際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴},需要我們不斷創(chuàng)新,加以改進(jìn)。

        科學(xué)課程目標(biāo)之一是為了讓學(xué)生初步養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣,增強(qiáng)創(chuàng)新意識和實踐能力。作為教學(xué)的引領(lǐng)者,教師首先要具備創(chuàng)新精神和實踐能力,積極投入到充滿創(chuàng)造性的實驗教學(xué)活動中,總結(jié)、提煉形成策略,用以指導(dǎo)更多的實驗創(chuàng)新活動,提升教學(xué)效率。筆者根據(jù)日常教學(xué)實踐,針對在實驗教學(xué)中出現(xiàn)的各類問題,結(jié)合具體案例,提出五種實驗創(chuàng)新的策略。

        1 ? ?變動態(tài)為靜態(tài)

        有的實驗需要通過控制條件使物體處于特定的狀態(tài),觀察物體發(fā)生的現(xiàn)象或測量物體的有關(guān)數(shù)據(jù)。但是,在原來的狀態(tài)下實驗不易操作或者數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確,這時我們可以嘗試改變實驗中物體的運動狀態(tài),比如將原來動態(tài)的事物變?yōu)殪o態(tài),達(dá)成所需的實驗?zāi)康摹?/p>

        案例1 在“影響摩擦力大小的因素”實驗中,最大的難點在于不易控制木塊在長木板上保持勻速直線運動狀態(tài),導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,影響實驗結(jié)論的得出。改進(jìn)實驗如圖1所示,木塊放在長木板上,細(xì)線一端連接到木塊上,另一端通過定滑輪連接到豎直固定的彈簧測力計上,水平拉動長木條,觀察彈簧測力計示數(shù)即為木塊受到的摩擦力。

        2 ? ?變瞬逝為反復(fù)

        有的實驗現(xiàn)象肉眼不易直接觀察,作用于學(xué)生的感官時間非常短,難以捕捉,影響實驗效果。如能使現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)或持續(xù)一段時間,留給學(xué)生足夠的時間觀察、思考,往往能取得較好的教學(xué)效果。

        案例2 在“壓縮空氣做功”實驗中,需要以一定的力度向下迅速壓活塞,浸有乙醚的棉花(或硝化棉)被引燃。但是這個實驗過程很短,往往學(xué)生還沒有反應(yīng)過來,現(xiàn)象就已經(jīng)消失。此外,受到材料、操作等因素的影響,成功率不高。如取用浸有乙醚的棉花(或硝化棉)量不當(dāng)?shù)脑挘€存在快速下壓過程中有機(jī)玻璃筒爆炸的隱患。如何讓瞬間現(xiàn)象“持續(xù)”,同時消除安全隱患?經(jīng)文獻(xiàn)查閱和反復(fù)試驗,我們最終找到了一種可逆溫變消色油墨來改進(jìn)本實驗(圖2)。這種油墨常溫下顯紅色,溫度升高時會消色,溫度降低又變?yōu)榧t色。實驗時,將涂有這種變色油墨的金屬片置于密封的注射器內(nèi),推動活塞,觀察金屬表面顏色的變化,只要活塞不向外拉,現(xiàn)象就能持續(xù)一段時間。學(xué)生很容易根據(jù)實驗現(xiàn)象得出:壓縮空氣做功,空氣內(nèi)能增加;向外拉活塞,空氣內(nèi)能減少。類似的,我們還可以使用這種變色油墨演示“熱傳導(dǎo)”實驗,在金屬棒上涂原來為紅色的油墨,用酒精燈加熱金屬棒中央,可以看到以金屬棒為中心兩邊的顏色依次消失,讓學(xué)生很容易觀察到熱傳導(dǎo)的方向,理解相關(guān)物理特性。

        3 ? ?變隱性為顯性

        實驗現(xiàn)象一般以多種形式呈現(xiàn)出來,不同現(xiàn)象對學(xué)生的刺激程度也不同。有的實驗,一些關(guān)鍵性的現(xiàn)象往往不一定以強(qiáng)刺激形式出現(xiàn),甚至學(xué)生察覺不到,效果可想而知。這就要求教師要善于突出這些對象或者現(xiàn)象,想辦法顯示關(guān)鍵性“隱性”或“不明顯”的現(xiàn)象,變隱性為顯性。

        案例3 在“真空不能傳聲”實驗中,華師大版《科學(xué)》八下教材中將發(fā)聲的音樂芯片置于泡沫塑料上,在抽氣過程中感知聲音的變化。對這個實驗有學(xué)生提出瓶內(nèi)的空氣是不是在被抽去,在聲音變小的同時芯片是不是在振動?學(xué)生不易清楚地感受到實驗過程中所發(fā)生的現(xiàn)象和現(xiàn)象變化的過程,即呈“隱性”。為了解決上述問題,我們對實驗做了改進(jìn)(圖3):事先在瓶內(nèi)放入點燃的蚊香,制造出煙,這樣在空氣被抽出時現(xiàn)象就很明顯;為了顯示抽氣后芯片仍在振動,我們將芯片與一個LED燈串聯(lián)(可以用手機(jī)替代)。抽氣前,芯片振動聽到聲音的同時看到LED燈在閃爍;抽氣后聽不到聲音,LED燈(手機(jī)屏幕)仍在閃爍,從另一個角度說明芯片還在振動。

        4 ? ?變特殊為普遍

        有些實驗只是根據(jù)特殊條件下的實驗現(xiàn)象或結(jié)論就推廣到一般結(jié)論,其嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性都值得商榷。更重要的是這樣的設(shè)計不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)方法的學(xué)習(xí)。我們需要進(jìn)一步改進(jìn)、創(chuàng)新,研究或測量一般情況下的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù),這樣得出的結(jié)論才具有普遍性。

        案例4 在“研究杠桿的平衡條件”實驗中,在調(diào)節(jié)至水平的杠桿兩端分別掛上鉤碼,記下動力、阻力、動力臂、阻力臂,學(xué)生探究得到杠桿平衡條件。因為杠杠處于水平狀態(tài),力臂都剛好落到杠桿上,所以在杠桿上可以直接讀出動力臂和阻力臂。如果有學(xué)生問:有時力臂沒有在杠桿上,杠桿的平衡條件還成立嗎?教材中的實驗過程顯然難以回答學(xué)生的疑問。如何得出一般條件下杠桿的平衡條件?我們對這個實驗也進(jìn)行了改進(jìn)(圖4):用切割工具割出下端寬5 cm、長40 cm,上端寬3 cm、長8 cm的有機(jī)玻璃T形板,在下端尺上鑿一個長為20 cm的長方形凹槽。將紅色塑料板箭頭固定在T形尺上端,并使紅色箭頭和下端尺子垂直。以紅色箭頭的一邊為尺子的0刻度線,在T形尺上標(biāo)出尺子的刻度。杠桿一邊掛鉤碼,一邊用彈簧測力計斜拉,使杠桿靜止。測量力臂時,把T形尺凹槽套在杠桿支點上,移動T形尺,使T形尺的紅色箭頭與拉力作用線重合,讀出支點處T形尺上的刻度,即為對應(yīng)的力臂。使用這樣的T形尺能測出動力、阻力作用線與杠桿不垂直情況下的力臂,探究的結(jié)果更具普遍性。

        5 ? ?變傳統(tǒng)為現(xiàn)代

        隨著手持傳感器、攝影攝像、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展,極大地拓展了科學(xué)實驗的空間,合理地應(yīng)用這些現(xiàn)代技術(shù),能顯著增強(qiáng)實驗教學(xué)效果。

        案例5 在學(xué)習(xí)“流體速度與壓強(qiáng)的關(guān)系”時,教師往往通過向兩張豎直下垂的紙張中間吹氣、吸管噴霧器等實驗得出“流速越大的地方壓強(qiáng)越小,流速越小的地方壓強(qiáng)越大”的結(jié)論,但據(jù)此要求學(xué)生理解飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生升力的原因還是存在一定困難。我們通過自制機(jī)翼模型,在理論分析的同時在機(jī)翼模型的上下方分別用壓強(qiáng)傳感器測量壓強(qiáng)大小予以證實,解決了學(xué)生理解上的障礙(圖5)。

        基于問題導(dǎo)向的實驗創(chuàng)新策略關(guān)鍵是教師要善于發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題,在不斷的改進(jìn)、創(chuàng)新中去提煉和總結(jié)。當(dāng)然,實驗的創(chuàng)新策略遠(yuǎn)不止筆者總結(jié)的這些,在實踐過程中使用的策略也并不是單一的,往往是互相交融,僅是側(cè)重點有所區(qū)別。希望能拋磚引玉,與廣大同仁探討更多創(chuàng)新策略用以指導(dǎo)實驗教學(xué)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012:6-10.

        (欄目編輯 ? ?王柏廬)

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