书城教材教辅中学理科课程资源-诠释物理课程改革
15706100000013

第13章 物理教学学法指导(6)

在实验员布置好学生实验后,任课教师要亲自对每组器材仔细地进行检查、核对、校准。哪怕是一颗螺钉的松动、一根接线的假焊、一台仪表的失灵等,都会成为隐患。如果贪图省力省事,到上课时可能就问题丛生、穷于应付,直接影响实验教学的质量。故教师必须主动参与学生实验的准备工作。

(2)掌握数据,取得主动。

教师对每个学生实验,在实际教学前,都应反复操作几遍,以取得经验。在操作中不仅可取得第一手数据,而且对误差分析及故障所在,了如指掌。心中有数,上课不慌。使上实验课时的学法指导更有分寸,更有把握。

(3)自制改制,争取成功。

在学生实验中,常常会遇到器材紧缺、规格不符、套数不全的矛盾。但又不能放弃不做。教师要与实验员协作努力采用自制、改制、暂时借用等方法去解决。例如,在高一力学实验中,需用大量的一定规格的打点纸带,很多教师一时无法买到。经商议后,用大张道林纸去印刷厂切成宽度符合要求的纸带,很好地解决了问题。

二、课外小实验贵在动手

“课外是学生学习物理的广阔天地。充满五光十色现象的自然界,与物理知识密不可分的生活环境,到处都能找到观察、思考、实验的课题。”“课外小实验能有效地培养学生的兴趣,拓宽学生的知识面和发展学生的特长。”

在传统的教学条件下,学生思维局限于教材的框架,很少有动手探索,发挥创造才能的机会。指导学生利用课余时间,亲自动手去做些小实验,学生的创造才能将获得一个发展的天地。只有这样,才能“很好地发挥学生的发散性思维能力、形象估测能力和非线性联想能力,让学生尝试施展灵感顿悟和创造成功的愉快”。

1.认真做好课本安排的课外小实验

正如1987年出版的《高级中学物理》教材中指出的:“要努力创造条件,在课外多做一些简单的小实验……要留心观察各种物理现象,用我们学过的物理知识去分析研究,这也是理论联系实际,提高思维能力的一种好方法。”但教材选编的18个小实验,往往没有引起任课教师的充分注意,当作是可有可无,可做可不做的事。省略了这些小实验,等于放弃了让学生动手和创造才能发挥的机会,放弃了培养学生对物理学科的兴趣,也放弃了教师指导学生观察世界、了解现实的阵地,是十分可惜的。

例如,“简易打点计时器”,只要二位学生合作,利用秒表(一般同学用的电子表即可)、铅笔和较长的纸条即可。它安排在学生实验“练习使用打点计时器”之前,使学生对“打点”和“计时”有一实际的了解,从而了解到“两个相邻的点表示多长的时间”、“两点间距与纸带的牵动有什么关系”、“测一个物体运动的平均速度”等。这对学生进一步学习“电磁打点计时器工作原理”和“应用打点计时器测物体运动速度”等都有了感性认识,是一种很好的启发与铺垫。

学生对课外小实验都会有很高的积极性。例如“制作杆秤”的小实验,要学生自找材料制杆、制砣。有的学生选用木条、竹竿、金属棒等,甚至有的学生采用无线电上用的拉杆天线制作成能伸缩的特殊杆秤。有的学生利用一把旧铜锁,将锁把拆下做成秤钩,锁身做成秤砣,做得很精致。总之,通过学生动手动脑做小实验,不仅学习了物理原理,提高了对物理学科的兴趣,更重要的是提高了学生动手的积极性,提高了他们的动手能力。

2.积极增加课外小实验

为进一步提高学生动手实验的兴趣,我们可以在教学中,逐步推出一些与教学同步的补充小实验,其原则上要求取材简易,操作简单,富有启迪。举例如下:

【例一】“自制弹簧测k值”。

用金属丝(钢丝、铜丝都可以)、砝码等。在弹性形变范围内弹性系数k对某一特定弹簧来说是个常数。

弹簧的制作:把钢丝放在火中烧红,取出后让其自然冷却(退火)。把退火后的钢丝绕在木棍或铅笔上,要密绕成螺旋形。在其两端制作一个弯钩,以便悬挂弹簧和悬挂重物。然后再一次将螺旋形金属丝放人炉火中,加热烧红,取出后立即投入冷水中(淬火)。取出晾干后,就是一个自制的弹簧。可以用这个弹簧做测g值的小实验。(过程略)

用铜丝绕在木棍上,密绕成螺旋形,取下,两端也制作好弯钩。用这个弹簧可以做范性形变的实验。当在铜弹簧上悬挂稍重点的砝码时,铜弹簧的形变很大,当取下砝码后,铜弹簧再也不能恢复原长。

这个小实验取材简易,学会了“退火”与“淬火”,学会了弹簧的制作,测定了自制弹簧的弹性系数值,而且对弹性形变与范性形变有极深刻的印象,拓展了课堂所学的关于弹簧形变的知识。

【例二】滴水测重力加速度值g。

用可控滴水的容器(如带阀门的滴定管)、铁台架、秒表、水盘(接水用)等。

将装水的玻璃管用铁台架支好,放置于桌边,调节阀门。从滴水落到盘子的声响来控制两滴水之间的时间,使滴水时间间隔基本相等。记下一分钟时间内落下的水滴的滴数,从而算出每一滴水落下的时间t。再用米尺量出管口到盘底的距离h。利用公式h=12gt2,就容易估算出g的近似值。

此实验使用器材简单,原理清楚,一人就可单独完成。对物体自由落体规律及重力加速度值g的测量会有更深的理解。

【例三】验证大气压强。

大气看不见,大气层的厚度有多大?对地面是否存在压强?对初中同学来说。也许是个抽象的问题。除了上课时老师演示的一些实验之外,同学们也可以在家做些小实验,来验证大气压强的存在。

如“瓶子吞蛋”就是一个有趣的小实验。材料很简单,只需准备一只熟鸡蛋和一只牛奶瓶。

先将牛奶瓶放在60℃~70℃的热水中(如热水瓶中的水),注意不要使水进入牛奶瓶中。时间3~5分钟。取出已温热的牛奶瓶,将去壳的熟鸡蛋放置瓶口。放置时,熟鸡蛋的大头朝下,过不多一会儿,我们能看到鸡蛋被拉长,并慢慢地自瓶口被牛奶瓶吞入的有趣现象。

此实验,器材简单,取用方便,操作容易,现象有趣。说明由于瓶口被熟鸡蛋堵塞后,瓶内的一定质量的热空气由于温度下降,而使瓶内气压逐步下降。当瓶内外压强差足够大时,就会出现“瓶吞蛋”的奇特现象。

【例四】自动跷跷板。选材为铜丝或铁丝一段(30厘米左右),一枝圆杆铅笔,两个一样高的茶杯(或玻璃杯),蜡烛,火柴等。

把铜丝(或铁丝)的中间部位,紧绕在圆杆铅笔的中部,金属丝两端拉直。用等高的两个茶杯将铅笔两端支起,构成一个“跷跷板”。如果不平衡,在较重的那端剪掉一点金属丝,直到“跷跷板”平衡为止。点燃蜡烛,使烛焰加热金属丝一端,可见被加热的一端向下倾斜。移去烛焰,则“跷跷板”又自动恢复平衡。加热另一端,“跷跷板”就会向另一端向下倾斜。停止加热,它又自动恢复平衡,十分有趣。

这实验制作十分方便,取材容易,操作也简单。在初中学生学了热膨胀后,做了这个小实验,一定会加深对热膨胀概念的理解,并感到学习物理十分有趣。

各种小实验有很多,几乎在物理教学的每个章节里,都可以设计出不少好的学生课外小实验。它们有几个共同的特点:取材容易、制作方便、操作容易、耗时不多、趣味性强。能起到使学生动手、动脑,拓展思维的作用。

3.小实验在物理教学中的主要功能

搞好课外小实验,延伸了物理教学的时空,使物理教学增色不少。它的主要功能在如下三个方面:

(1)大大激发学生学习物理的兴趣。

无论在初中和高中,引导学生做好物理小实验,都是激活学习物理的兴趣的有效方法,也是提高物理教学艺术性,加强学法指导的一片新天地。布置课外小实验比考试更能调动学生学习物理的积极性。因为考试对学生来说,更多的是来自失败的威胁,而小实验给学生带来的是更多的创作的愉快和成功的希望。

例如,在讲到物体的重心与稳度时,某老师曾布置了一个制作“不倒翁”的小实验。说明了大体方法,所用器材与形体样式不限。高一学生个个都兴致盎然地制作了不少精美的不倒翁。有的同学用纸板自行设计了扁圆形的不倒翁,贴上漂亮的粘贴纸。有的同学做了好几次,才做成功。有的同学由于车上太挤,把不倒翁挤坏了,主动要求下次补做……这说明,小实验并没有给学生带来失败的威胁和压力,而是带来了对成功的追求和创造性学习的愉快。虽然,关于“平衡的种类”这个课题最多只讲了10分钟,但由于增加了这么个小实验,学生对平衡的概念印象十分深刻。屡次测试中,说明学生都掌握得很好。布置课外小实验比布置几道常规习题效果好多了。

(2)极大地提高学生动手能力。

由于课外小实验是开放式的,材料要自找,结构要自行设计,制作过程要自行安排,其物理原理要自行探究,遇到困难要自行克服,等等,因此能充分调动学生动手的积极性,发展了学生的想像能力和创造能力,提高了学生克服种种困难,争取成功的信心和决心。

(3)成功破除了物理研究的神秘感。

小实验分布在中学物理的各章节中,由教师自行设计安排和布置,不受教材的限制。但小实验可以说明大道理,如难以捉摸的反应时间、抽象的电流磁场、复杂的衍射现象、计时准确的秒摆等。实验完全可以自己动手去反复操作,反复探究,使学生感到物理并不神秘,它就在我们身边。由于反复接触,反而产生了一种亲近感,感到物理与我们生活很贴近,就在自己的生活中,充分体会到学习物理的无限乐趣,破除了物理研究的神秘感。

总之,物理小实验有其自身的特点和功能,是一般的正课上的教师演示实验和常规的学生实验所替代不了的。我们只有充分发挥物理小实验的特点和功能,才能使物理学得更生动,更实际。

三、设计性实验贵在独创

在常规的中学物理实验中,学生仍然是被动的,照搬、照抄、模仿是主要的,缺少研究、探索和创新。“从科学方法角度来看,当前中学物理实验教学中主要存在以下几个问题:

(1)缺少学生自己发现和提出问题的训练。

(2)缺少猜想和假说,并根据猜想和假说自己设计实验的训练。

(3)实验中很少有意识地设置能使学生观察发现的机会,从而也就使学生丧失了观察、思考和应用知识的机会。

(4)问题的回答往往是唯一和理想化的,因此学生缺少应有的多向性和灵活性。”

这些问题是物理课堂教学中普遍存在的“三重三轻”(即“重知识、轻能力;重结果、轻过程;重模仿、轻独创”)现象在实验教学领域中的反映。“广播操式”的实验教学方法是培养不出创造性人才的。

1998年上半年,南京金陵中学进行了探索性设计性物理实验的教学探索,取得一定成效。他们开设带有专题研究性质,为学生提供了不同类型的实验课题,既有统一的实验安排,又有自由选做的课题。学生们可以通过观察、思考和实验研究,最后完成小型的研究报告。这种让学生独立研究,发挥学生创造性的做法,普遍受到学生的欢迎,取得良好的教学效果。有的学生说:“第一次感受到什么叫真正的物理实验。亲身接触到一个物理实验的全过程,对物理实验有了全新的认识。”这种对设计性实验的感受是真实的。这个试验班中有95%的学生认为“观察、思考、定性实验”很有兴趣,对培养独立观察思考能力有帮助;有73%的学生认为“开放式”的探索设计实验对自己的分析和解决问题的能力很有帮助。