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物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学,在物理实验教学中,提倡实施研究性学习,科学、合理的观察是基础,善于捕捉闪光的现象是关键.因此,培养学生养成对事物和现象的认真仔细的观察习惯,培养学生对自然科学自然现象的好奇心,培养学生学习物理的兴趣,教给学生灵活多样的观察方法,提高学生的观察能力尤为重要.下面就物理实验教学中如何培养学生的观察能力谈几点浅见.
1 让学生意识到观察的重要性
观察是思维的知觉、智力活动的门户和源泉,是发展智力的重要因素.只有让学生集中注意力,对学习的物理现象进行全面、仔细地观察,获得丰富的感性材料,才有可能把感性认识上升到理性认识.门捷列夫说过:“科学的原理起源于实验的世界和观察的领域,观察是第一步的,没有观察就不会有接踵而来的前进.”
牛顿从观察苹果从树上掉下来而发现了“万有引力定律”,伽利略观察到单摆的等时性而发明了“摆钟”,奥斯特观察到通电导线能改变小磁针的指向,从而找到了电和磁之间的关系,揭示了电能生磁.所以观察是一切发明、发现、创造、创新的条件.在物理实验教学中,首先应重视和加强对学生进行观察能力的培养,让学生意识到观察的重要性从而养成主动观察的良好习惯.
2 激发学生浓厚的观察兴趣
物理实验及其现象具有真实、形象、生动的特点,极易激发学生的兴趣.同时教师在指导过程中的积极引导、演示过程中规范的操作、生动的描述、激情的讲解也易激发学生的兴趣.教师要适度把握、把兴趣与观察的目的有机地结合起来,不断提高学生的观察兴趣,使观察成为学生入门的向导.在教学中,教师应根据具体内容引导,鼓励学生多观察身边的物理现象,生活中的点滴有趣的现象,并尝试用物理知识解释它们,如学习了光的反射之后,让学生尝试解释家中电视机遥控器对电视机的控制.既可以使学生从观察、思考中学习物理知识、学会观察方法,又可以使学生从观察中得到美的享受,激发他们对物理现象的观察兴趣、加深对物理知识的理解.
3 引导学生明确观察目的
中学物理实验中的观察是一种有目的、有计划而且比较持久的思维知觉,一般需要重点地观察实验的基本仪器,实验的设备和装置,在实验中的各种物理现象和数据、图象、图表,以及教师的规范化操作等.
在实验教学中,首先要使学生明确为什么观察和观察什么,怎样观察能使学生掌握观察的具体内容,学会捕捉观察的对象.如研究液体内部的压强时,观察的目标为:①将压强计的金属盒放入水中,在同一深度改变橡皮膜方位,观察压强计左右液面高度差的变化;②改变金属盒在水中的深度,观察U形管中液柱的高度变化;③在同一深度,不同液体中U形管中液柱的高度差的变化.确定了观察的目标,有助于学生对规律的理解和掌握.在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时,观察的目标为:①电磁铁吸引大头针多少的变化,若吸引大头针增多,则表明磁性增强,反之磁性减弱;②在线圈匝数不变、铁芯不变时,改变电流的大小,观察吸引大头针的数量变化;③在电流与铁芯不变时,改变线圈匝数,观察吸引大头针的数量变化;④在电流与线圈匝数不变时,有无铁芯时,观察吸引大头针的数量变化.从而根据观察到的现象总结出结论.在探究电磁感应现象的实验中,观察的目标是电流计的指针是否偏转、偏转的方向、偏转的角度,再根据导体的运动情况和磁场方向归纳总结出产生感应电流的条件,从而得出磁生电的规律.
4 教给学生科学的观察方法
4.1 对比观察法
4.1.1 在相同事物和现象中找出它们的不同点
如在引入电阻时,利用电流表示数的变化或小灯泡的亮度变化得出不同导体阻碍电流的作用大小不同;对比电流表与电压表的读数方法;实验用温度计、寒暑表、体温计的对比使用;在研究电流产生的热量与哪些因素有关时,通过观察温度计示数变化或玻璃管内液面变化得到电流产生热量的多少等;在探究影响电阻大小的因素时,应用控制变量的方法,比较导体的材料、长度、横截面积以及温度与电阻的关系,通过比较灯泡的亮度或电流表示数的大小得出相应的结论.
4.1.2 在不同事物或现象中找出它们的相同点
如观察电流表和电压表;天平的标尺、量筒的刻度、温度计的刻度即刻度尺的应用;发电机和电动机即电生磁与磁生电;汽油机和柴油机;管乐器与弦乐器的发声;带电体和磁体的性质(电现象和磁现象)等.
4.1.3 对同一现象发生前后进行比较
如观察水在沸腾前、后水中产生气泡的变化、声音的变化;相同型号的新旧灯泡亮度对比;灯丝升温前后的亮度对比、电阻对比;晶体与非晶体吸热熔化的温度对比、状态对比;物体形状变化、物体状态变化前后的质量对比;新旧干电池分别对同一电路供电对比;灯泡的灯丝断了重新搭接起来,与原来的亮度相比等.使用对比观察法,有利于掌握现象的特征以及它与其它类似现象的区别.
4.2 归纳观察法
在总结现象的一般规律和实质时,研究一些涉及变化因素较多的问题,通常采用归纳观察法.即通过对个别现象进行观察,得到一些个别结论,再分析、归纳,从而得到一般的规律.如研究牛顿第一定律的斜面小车实验中,让同一小车从同一斜面的同一位置自由向下运动时,到达斜面底端具有相同的速度,在不同的水平面上运动时通过的路程不同,进一步归纳推理出小车不受力的运动情况,再通过伽利略和笛卡尔的结论归纳、推理总结出牛顿第一定律.在探究杠杆的平衡条件时,要改变不同动力和阻力的大小和方向,多次实验使杠杆平衡,并记录归纳总结得出杠杆的平衡条件.在探究并联电路的电流规律时,要多次换用不同功率的灯泡重复实验,归纳总结得出并联电路电流规律.归纳观察法在实验教学、生活实践、独立探究或分组探究中使用最多.
可见,使用归纳观察法,有利于掌握现象的实质以及规律的理解和应用.
4.3 步骤观察法
一些较为复杂的物理现象,要遵循实验步骤,一步步地观察,即边实验、边观察.如观察水的沸腾实验,研究阿基米德原理实验,要按步骤进行实验,引导学生观察和记录.首先用弹簧秤测出小石块的重量G物和小桶的重量G桶并记录;其次往溢水杯中加满水至溢口,将空桶置于溢口下接从溢水杯中排出的水.之后将小石块挂于弹簧秤下浸没在溢水杯中,直到杯中的水不溢出为止,读出弹簧秤的示数F并记录;再次用弹簧秤测出小桶中水的重量G排,利用称量法测出浮力的大小F浮=G排-F;最后比较F浮与G排的大小,总结出结论.
4.4 重点观察法
抓住事物的核心部分或现象进行观察.培养学生观察能力,找重点,抓关键.如进行托里拆利实验时,观察托里拆利管内外水银面的高度差,玻璃管是否竖直、玻璃管的长度、粗细、管口浸入水银槽中的深度、水银槽中水银量的多少等是否有关时,最后得出结论.在进行探究浮力的大小与哪些因素有关时,观察浸入液体的体积(V排)、浸没的深度,比较物体的密度、物体的形状等因素,最后得到结论.
4.5 点面结合的观察法
如在探究焦耳定律的实验中,重点是观察两根玻璃管内煤油液面的高度,通过它来认识电流产生的热量,并找出煤油液面高度差变化的原因,得到电热与电阻、电流及通电时间的关系.在探究电流与电压的关系实验中,重点是观察电流表示数随电压表示数变化的情况,从电流表与電压表的示数变化关系找到电阻不变时电流与电压的关系,对于小灯泡电流与电压的变化关系,还能找到灯丝电阻与温度的关系.这样由点到面、由表及里挖掘现象的本质,分析并总结得出相应的物理规律.
科学的观察方法,不仅能让学生在学习过程中进行有效的观察,而且能提高学生分析问题和解决问题的能力,对学生观察的目的、兴趣,动手操作能力等方面均有提高.
总之,在物理实验教学中,实施研究性学习,应注重学生观察能力的培养既能启迪学生的智慧、挖掘学生的潜能,又能让学生体验、感悟真理的发现过程.在观察中提高,在提高中观察.使学生养成“多看、善看、乐看,多思、善思、乐思”的习惯,逐步提高观察能力、学习能力、思维能力,对物理现象及过程看有所思、思有所得、得有所用.
1 让学生意识到观察的重要性
观察是思维的知觉、智力活动的门户和源泉,是发展智力的重要因素.只有让学生集中注意力,对学习的物理现象进行全面、仔细地观察,获得丰富的感性材料,才有可能把感性认识上升到理性认识.门捷列夫说过:“科学的原理起源于实验的世界和观察的领域,观察是第一步的,没有观察就不会有接踵而来的前进.”
牛顿从观察苹果从树上掉下来而发现了“万有引力定律”,伽利略观察到单摆的等时性而发明了“摆钟”,奥斯特观察到通电导线能改变小磁针的指向,从而找到了电和磁之间的关系,揭示了电能生磁.所以观察是一切发明、发现、创造、创新的条件.在物理实验教学中,首先应重视和加强对学生进行观察能力的培养,让学生意识到观察的重要性从而养成主动观察的良好习惯.
2 激发学生浓厚的观察兴趣
物理实验及其现象具有真实、形象、生动的特点,极易激发学生的兴趣.同时教师在指导过程中的积极引导、演示过程中规范的操作、生动的描述、激情的讲解也易激发学生的兴趣.教师要适度把握、把兴趣与观察的目的有机地结合起来,不断提高学生的观察兴趣,使观察成为学生入门的向导.在教学中,教师应根据具体内容引导,鼓励学生多观察身边的物理现象,生活中的点滴有趣的现象,并尝试用物理知识解释它们,如学习了光的反射之后,让学生尝试解释家中电视机遥控器对电视机的控制.既可以使学生从观察、思考中学习物理知识、学会观察方法,又可以使学生从观察中得到美的享受,激发他们对物理现象的观察兴趣、加深对物理知识的理解.
3 引导学生明确观察目的
中学物理实验中的观察是一种有目的、有计划而且比较持久的思维知觉,一般需要重点地观察实验的基本仪器,实验的设备和装置,在实验中的各种物理现象和数据、图象、图表,以及教师的规范化操作等.
在实验教学中,首先要使学生明确为什么观察和观察什么,怎样观察能使学生掌握观察的具体内容,学会捕捉观察的对象.如研究液体内部的压强时,观察的目标为:①将压强计的金属盒放入水中,在同一深度改变橡皮膜方位,观察压强计左右液面高度差的变化;②改变金属盒在水中的深度,观察U形管中液柱的高度变化;③在同一深度,不同液体中U形管中液柱的高度差的变化.确定了观察的目标,有助于学生对规律的理解和掌握.在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时,观察的目标为:①电磁铁吸引大头针多少的变化,若吸引大头针增多,则表明磁性增强,反之磁性减弱;②在线圈匝数不变、铁芯不变时,改变电流的大小,观察吸引大头针的数量变化;③在电流与铁芯不变时,改变线圈匝数,观察吸引大头针的数量变化;④在电流与线圈匝数不变时,有无铁芯时,观察吸引大头针的数量变化.从而根据观察到的现象总结出结论.在探究电磁感应现象的实验中,观察的目标是电流计的指针是否偏转、偏转的方向、偏转的角度,再根据导体的运动情况和磁场方向归纳总结出产生感应电流的条件,从而得出磁生电的规律.
4 教给学生科学的观察方法
4.1 对比观察法
4.1.1 在相同事物和现象中找出它们的不同点
如在引入电阻时,利用电流表示数的变化或小灯泡的亮度变化得出不同导体阻碍电流的作用大小不同;对比电流表与电压表的读数方法;实验用温度计、寒暑表、体温计的对比使用;在研究电流产生的热量与哪些因素有关时,通过观察温度计示数变化或玻璃管内液面变化得到电流产生热量的多少等;在探究影响电阻大小的因素时,应用控制变量的方法,比较导体的材料、长度、横截面积以及温度与电阻的关系,通过比较灯泡的亮度或电流表示数的大小得出相应的结论.
4.1.2 在不同事物或现象中找出它们的相同点
如观察电流表和电压表;天平的标尺、量筒的刻度、温度计的刻度即刻度尺的应用;发电机和电动机即电生磁与磁生电;汽油机和柴油机;管乐器与弦乐器的发声;带电体和磁体的性质(电现象和磁现象)等.
4.1.3 对同一现象发生前后进行比较
如观察水在沸腾前、后水中产生气泡的变化、声音的变化;相同型号的新旧灯泡亮度对比;灯丝升温前后的亮度对比、电阻对比;晶体与非晶体吸热熔化的温度对比、状态对比;物体形状变化、物体状态变化前后的质量对比;新旧干电池分别对同一电路供电对比;灯泡的灯丝断了重新搭接起来,与原来的亮度相比等.使用对比观察法,有利于掌握现象的特征以及它与其它类似现象的区别.
4.2 归纳观察法
在总结现象的一般规律和实质时,研究一些涉及变化因素较多的问题,通常采用归纳观察法.即通过对个别现象进行观察,得到一些个别结论,再分析、归纳,从而得到一般的规律.如研究牛顿第一定律的斜面小车实验中,让同一小车从同一斜面的同一位置自由向下运动时,到达斜面底端具有相同的速度,在不同的水平面上运动时通过的路程不同,进一步归纳推理出小车不受力的运动情况,再通过伽利略和笛卡尔的结论归纳、推理总结出牛顿第一定律.在探究杠杆的平衡条件时,要改变不同动力和阻力的大小和方向,多次实验使杠杆平衡,并记录归纳总结得出杠杆的平衡条件.在探究并联电路的电流规律时,要多次换用不同功率的灯泡重复实验,归纳总结得出并联电路电流规律.归纳观察法在实验教学、生活实践、独立探究或分组探究中使用最多.
可见,使用归纳观察法,有利于掌握现象的实质以及规律的理解和应用.
4.3 步骤观察法
一些较为复杂的物理现象,要遵循实验步骤,一步步地观察,即边实验、边观察.如观察水的沸腾实验,研究阿基米德原理实验,要按步骤进行实验,引导学生观察和记录.首先用弹簧秤测出小石块的重量G物和小桶的重量G桶并记录;其次往溢水杯中加满水至溢口,将空桶置于溢口下接从溢水杯中排出的水.之后将小石块挂于弹簧秤下浸没在溢水杯中,直到杯中的水不溢出为止,读出弹簧秤的示数F并记录;再次用弹簧秤测出小桶中水的重量G排,利用称量法测出浮力的大小F浮=G排-F;最后比较F浮与G排的大小,总结出结论.
4.4 重点观察法
抓住事物的核心部分或现象进行观察.培养学生观察能力,找重点,抓关键.如进行托里拆利实验时,观察托里拆利管内外水银面的高度差,玻璃管是否竖直、玻璃管的长度、粗细、管口浸入水银槽中的深度、水银槽中水银量的多少等是否有关时,最后得出结论.在进行探究浮力的大小与哪些因素有关时,观察浸入液体的体积(V排)、浸没的深度,比较物体的密度、物体的形状等因素,最后得到结论.
4.5 点面结合的观察法
如在探究焦耳定律的实验中,重点是观察两根玻璃管内煤油液面的高度,通过它来认识电流产生的热量,并找出煤油液面高度差变化的原因,得到电热与电阻、电流及通电时间的关系.在探究电流与电压的关系实验中,重点是观察电流表示数随电压表示数变化的情况,从电流表与電压表的示数变化关系找到电阻不变时电流与电压的关系,对于小灯泡电流与电压的变化关系,还能找到灯丝电阻与温度的关系.这样由点到面、由表及里挖掘现象的本质,分析并总结得出相应的物理规律.
科学的观察方法,不仅能让学生在学习过程中进行有效的观察,而且能提高学生分析问题和解决问题的能力,对学生观察的目的、兴趣,动手操作能力等方面均有提高.
总之,在物理实验教学中,实施研究性学习,应注重学生观察能力的培养既能启迪学生的智慧、挖掘学生的潜能,又能让学生体验、感悟真理的发现过程.在观察中提高,在提高中观察.使学生养成“多看、善看、乐看,多思、善思、乐思”的习惯,逐步提高观察能力、学习能力、思维能力,对物理现象及过程看有所思、思有所得、得有所用.