实验在高中物理教学中的作用微探

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  在高中物理教学过程中,目前提出了262自主合作探究学习的教育主张,主要目的让学生在学习活动中保持积极参与、勤于思考、乐于探究与勇于实验的态度,充分发挥自身的主观能动性,进而完成各项学习任务.物理学科是一门集理论、思想、方法与实验为一体的学科,无论是新授课,或是习题课都应该以实验为重要抓手,这样比较容易激发学生的主动学习意识和兴趣.本文就实验在高中物理教学中的作用进行简单的分析,望能有助于高中物理教学实践.
  1充分挖掘教材,发展学生自主探究能力
  培养学生的自主探究能力不可能一口吃一个大饼,我们在高中物理教学中,应结合高中学生的学龄特点,注重教材的利用和二次开发,设置合理的台阶,引导学生循序渐进、拾级而上.教育家陶行知老先生早在20世纪的上半叶就对“如何使用教材?”有过相当精辟的论述,他的观点是:“教人的人不可死靠课文,他必须运用补充教材及临时材料,以适应特殊及当前生活之需要.”“先生是活的,书本到处有,只要活用,他就有办法.”
  比如,在和学生一起学习《生活中的圆周运动》这节内容时,结合教材的特点,可以开始就和学生进行实验——“水流星”.将教材内容实验化、生活化,这样学生的积极性在一上课就被充分地调动.
  学生在实验的过程中,在实验小桶中注入水,然后把它转动起来,不同的学生由于开始给水桶的初速度不一样,结果有的学生会发现水到达最高点时,却没有流下来;有的学生发现水还没有到达最高点,就泼出来了.
  通过上述现象的对比,引出问题:怎么做才能成功呢?
  每个学生都有自己的体验,能够在实践中找到成功的办法,实践后自然就能够说出试验成功的关键——必须有一个不太小的“速度”,的确如此,学生通过实验将自己引入了课堂.
  那么竖直平面内的运动存在着怎样的关联性呢?如何分析和处理呢?
  很自然地进入了教材的内容,为了解决问题,很自然地想到了受力分析,判断并寻找向心力的来源,继而完成要让“水不流下来”速度不能太小的真正原因.那么生活中还有什么圆周运动问题呢?打开书本,“过山车”、“火车转弯”、“汽车过拱桥”等等一系列问题跃然于纸上,分析的热情进一步高涨.
  当然,在我们教师顺利地激活了学生的探究激情后,学生在分析教材和思考教材的过程中,难免会有自己的疑惑,这时我们教师应该鼓励学生质疑和提出问题,在学生阐述自己的观点后,教师应给予中肯的评价,将有价值的问题展示出来,作为课堂的生长点,引导学生一起分析和探索,最终解除学生心中存在的疑问.
  2变换实验教学思维,创新谋求发展
  传统的实验教学,尤其是学生分组实验,我们的学生在物理实验操作前,教师为了提高实验教学的效率,总是将实验目的、原理、器材、步骤讲解的很到位,最终学生的实验就像做广播操那样,由特定的环节开始,按照规范的程式实施操作,最终得到“理想化”的结论.整个学习环节,从“用什么材料”,“怎么做”学生都不需要调动自己的思维,实验都是教师按照正确的轨道设计好了的,“怎么记录”,“数据如何分析处理”这些实验技巧性的东西也都教授了,学生的整个实验过程只是一个记录员,最终得到的是教材中所要求得到的结果.一场由教师主导、安排,学生接单操作的实验,效果如何呢?
  我在实践中发现,我们的学生在考试的过程中,实验题是整卷的薄弱环节,尤其是创新性实验,与教材中的实验器材存在一些差异的实验摆在学生面前时,学生的思维容易中断,手足无措,为什么这样?学生在实验的过程中,没有经历思维过程,走进实验室,学生不知道要做什么,等待老师给自己规定程序,走出实验室,学生忘记了实验怎么做的,更谈不上去思考为什么要这样操作,记住的仅仅是实验的结论,没有能够在自主实验的过程中找到实验的方法,实验技能没有能够得到有效的提升.
  我认为,在新的教育改革中物理教学要求从生活现象中抽象出物理概念,再把物理知识应用到生活、社会、科技活动中去.完成转换作用的就是物理实验,物理实验不仅仅为物理教学提供典型模型及案例,验证物理规律和定律,更在于能够促使学生自主实践,学会分析问题、用实验解决物理问题的思想.
  例如,我在学生学习了电学基础知识,对电压表、电流表、分压式、限流式有所了解后,抛出一个问题,让学生自己设计实验.如果我给你一个阻值未知的电阻,请你设计一个实验来测量其阻值,你能想到哪几种方法.
  学生在问题的带领下设计实验,结果发现,学生能够设计的电路有很多,首先想到的是伏安法.
  首选的伏安法有如图1所示的2种不同解法,那么这两者有怎样的区别呢?学生很自然地联系到由于电阻的阻值未知,那么到底采用哪一种方法呢?看上去不好确定了,那么怎么解决呢?
  学生围绕这个问题展开讨论,对“误差的分析”被提到了台面上.
  2.1内接法
  定性分析:引导学生从两电表的位置出发进行探析,电流表测的是通过Rx的电流,电压表测的是Rx和RA的总电压,通过定性分析可以得到其误差源于电流表分压,电阻的测量值大于真实值,如果RA为“0”或RxRA,电流表的分压影响可以忽略,Rx=R测.
  定量修正:UI=R测=Rx RA,从表达式可以得到“R测>Rx;RA越小,R测越接近于Rx,Rx=R测-RA.”
  2.2外接法
  定性分析:电压表测的是Rx两端的电压,电流表测的是流过Rx和RV的电流之和,可以定性分析得到其误差源于电压表分流,电阻的测量值R测为Rx和RV的并联阻值R并,小于真实值,如果RV为“∞”或RVRx,电压表的分流影响可以忽略,Rx=R测.
  定量修正:UI=R测-R并=RVRxRV Rx=Rx1 RxRV,从表达式可以得到“R测  误差分析了,接下来的问题是如何比较未知电阻与两个电表的阻值关系呢?
  有同学说用欧姆表测电阻,有同学说接了试试——“试触法”.学生在解决这个问题的过程中技能得到了提升.
  为了进一步发散学生的思维,进一步提出问题,那么,还有没有其他方法测量呢?学生的思维被引向更深层次,创新的动力强劲而具有持续性.
  3指向错误学习前概念,用事实拨正学生思维方向
  除了上述的要借助于实验将学生带进物理世界,提高学生实验技能和创新思维能力外.我们在物理教学过程中不难发现,我们有些学生在学习物理之前就有一些错误的想法和观念,我们将其称之为学习前概念,这些概念是学生长期的生活观察总结出来的,存在的对现象片面的理解,甚至有些理解是错误的,是思维的顽疾,那么如何突破呢?
  我认为只有设计出更好的实验,有针对性地对学生存在的错误想法创造新的、更有说服力的实验.
  例如:在学生一起学习“弹力的存在”时,因为弹力是物体发生形变而产生的,学生在生活经验中总结出来的观点是形变应该是可以看到的,有些物体甚至是无法发生形变的.他们就认为有些物体可以发生形变(比如:橡皮筋),有的物体不能发生形变(比如:石头).而事实是“不是每个形变学生都可以观察到的”,为了纠正学生这个错误观点,使形变显得更加明显,我们可以做这样的实验:在桌子的两端分别放一面平面镜A和B,让一束激光依次经两平面镜反射,最后射到墙上,形成一个光点.压A,B之间的桌面,观察墙上光点位置的变化.当然,在演示过程中,老师要充分考虑到学生的观察特点.
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