改進高中物理演示實驗教學 培養(yǎng)學生探究創(chuàng)新能力

PAGEPAGE6改進高中物理演示實驗教學培養(yǎng)學生探究創(chuàng)新能力花都區(qū)第一中學謝金華內(nèi)容摘要：物理學是一門以觀察和實驗為基礎的科學。課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分，物理演示實驗具有形象真實、生動有趣的特點，能為學生在形成物理概念、得出物理規(guī)律前營造出活生生的物理情景，是物理教學的主要手段之一，是培養(yǎng)學生觀察能力、創(chuàng)新能力和科學探究精神的重要途徑。本文主要論述如何在現(xiàn)有的條件下充分發(fā)揮演示實驗在物理教學中的作用，培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力。關鍵詞：演示實驗探究創(chuàng)新能力物理學是一門以觀察和實驗為基礎的科學。課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分，物理演示實驗具有形象真實、生動有趣的特點，能為學生在形成物理概念、得出物理規(guī)律前營造出活生生的物理情景，是物理教學的主要手段之一，是培養(yǎng)學生觀察能力、創(chuàng)新能力和科學探究精神的重要途徑。如何在現(xiàn)有的條件下充分發(fā)揮演示實驗在物理教學中的作用，培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力呢？這是時代對物理教師提出的一個非常迫切的問題。一、當前高中物理演示實驗教學現(xiàn)狀分析由于受傳統(tǒng)的教育方式的影響，我們的教育多以抓分數(shù)的應試教育為主，過于強調(diào)課堂教學，而忽視了實驗教學。又由于現(xiàn)階段正在推行“理科綜合”考試，物理、化學和生物三科共卷，與原來的x科有較大差別，這就造成了學校和教師對物理演示實驗教學的觀念更加淡薄。1.教師方面學校和教師受傳統(tǒng)教育的影響，普遍存在著“重理論輕實驗”的思想。把物理實驗僅僅當作為理論教學服務的工具和手段，沒有認識到物理實驗本身是充滿理論的認識過程，是物理教育必有的內(nèi)容。由于認識上的不足，教師不愿在實驗教學方案的設計上下工夫、花時間，導致實驗教學方法形式單一、陳舊，單純?yōu)榱送瓿山虒W任務而安排實驗。在演示實驗教學中表現(xiàn)為只強調(diào)直觀觀察，而忽視了對每個實驗在教學中的目標等質(zhì)的方面的深入探討和精心設計。2.學生方面由于現(xiàn)在的學生實踐少、動手少，對實驗缺少直接的體會，缺乏對實驗的熱情和探究的欲望。在演示中，有些教師是自己做，自己讀，學生們僅僅是觀察、觀看，有些老師雖然也讓學生參與實驗，注重了邊講邊實驗，但是由于老師是“主唱”，往往影響了學生們學習的主動性，而且易給學生造成這樣的印象：數(shù)據(jù)是老師湊出來的。以上這些情況嚴重挫傷了學生的積極性和主動性，嚴重影響了學生對演示實驗的態(tài)度。二、怎樣改進高中物理演示實驗教學分析當前演示實驗教學現(xiàn)狀，我認為在高中物理演示實驗教學中，應在以下幾方面加以考慮，提高學生學習物理的興趣，培養(yǎng)他們的探究創(chuàng)新能力。(一)、加強課本演示實驗教學，培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力新課程的核心理念是一切為了學生的發(fā)展，新課程的終極目標是為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。因此，在物理演示實驗教學中，適當對課本的某些演示實驗加以改進和創(chuàng)新，力求優(yōu)化實驗過程，力爭提高實驗效果，從而充分發(fā)揮演示實驗在物理教學中的作用，最大限度地激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力。實例1、完善經(jīng)典實驗，提高演示實驗的嚴謹性在必修1第三章第一節(jié)“探究形變與彈力的關系”中，有一個經(jīng)典的實驗就是觀察玻璃瓶的形變。如圖所示，在橢圓的大墨水瓶瓶塞中插上一根內(nèi)徑約1-1.5mm的毛細管，瓶內(nèi)裝滿染色水，管后襯白色紙屏。演示時，在瓶的截面短軸方向【圖（a）所示方向】施加壓力，水柱上升，說明瓶體微小形變使容積減??；撤去壓力，水柱下降到原位。在瓶的長軸方向【圖（b）所示方向】施加壓力，水柱下降，說明瓶的容積變大；撤去壓力，水柱升到原處。教師應注意演示在長軸方向施力時水柱會下降，這一演示現(xiàn)象可糾正學生錯誤認為這是瓶內(nèi)水柱受熱膨脹所致。另外，教師還可以告訴學生：細管中增加或減少的水的體積，等于玻璃瓶中被擠出或下降的水的體積，即=，設大小液面的面積分別為S1和S2，則放大倍數(shù)K=。通過實驗拓寬、深化，讓學生充分體會科學研究的態(tài)度是嚴謹?shù)?，使學生的探究能力得到進一步發(fā)展。實例2、優(yōu)化實驗步驟，增強演示實驗的效果演示實驗的效果，主要看它是否能在學生大腦中建立起基礎物理現(xiàn)象的鮮明表象，要做到這一點，首先要使物理實驗操作成功，而且現(xiàn)象明顯、富有感染力。因此，教師在做實驗前應當作好充分準備，根據(jù)實際情況適當優(yōu)化實驗步驟，從而增強演示實驗的效果。例如，在“探究自由落體運動”一節(jié)教學中，“玻璃管”實驗準備要充分，確保一次成功，不能讓學生產(chǎn)生疑問。做“玻璃管”對比實驗要注意：（1）抽氣達到一定的真空度時，應先關閉毛細管閥門，然后再停止泵的運轉。（2）先讓學生觀察羽毛、軟木塞或金屬片在已抽真空的玻璃管中同時下落，它們幾乎同時落到管底。（3）打開進氣閥，讓學生注意聽進氣的聲音，看羽毛被氣流吹起的現(xiàn)象，讓學生感到玻璃管中的狀態(tài)從真空變成了有空氣存在，再讓學生觀察羽毛、軟木塞或金屬片在有空氣的玻璃管中同時下落，它們下落的快慢差別很大。優(yōu)化后的實驗步驟，營造出生動形象、對比鮮明的實驗現(xiàn)象，使學生產(chǎn)生強烈的認知沖突，大大地激發(fā)了學生的求知欲。實例3、改進實驗裝置，加強演示實驗的操作便利性物理中許多實驗都可以重新進行設計或創(chuàng)意。在教學中引導學生根據(jù)實驗目的、原理改進實驗裝置，可使學生的整體思維能力、知識運用能力、實驗操作能力、以及探究創(chuàng)新能力得到全面提高。例如，在粵教版必修1第三章第二節(jié)《研究摩擦力》探究滑動摩擦力大小的教學中：只有當木塊做勻速直線運動時彈簧測力計的讀數(shù)才等于滑動摩擦力，而教材【如圖(c)所示】實驗的設計很難控制木塊勻速運動，于是測力計的讀數(shù)不斷變化，很難感性地形成正確的概念。在教學過程中我引導學生對實驗裝置加以改進：【如圖(d)所示】,將測力計固定，拉動木塊下面的木板，這樣木板不需勻速拉出，測力計的讀數(shù)大小也會等于木塊受到的滑動摩擦力，而且測力計在靜止中讀數(shù)，誤差較小。圖(c)

圖(d)經(jīng)過對該實驗設計理論的改進，實驗效果比以前有了明顯的提高，實驗的可操作性也大大加強，更讓學生深刻體會到成功的喜悅，探究的樂趣。讓學生在觀察、思考、改進中加深對知識的理解并真正體驗科學研究過程，敢于致疑，勇于創(chuàng)新，提高學生科學探究的能力。實例4、更換實驗材料，保證演示實驗的成功率在高中物理演示實驗中，某些材料受外來因素（如天氣、溫度、濕度）的影響比較大，實驗演示時很難保證一定能成功。為了使實驗達到預期的效果，幫助學生更深入的理解實驗目的，我們可以對實驗材料進行巧妙更換，變不能為可能。例如，在學習“摩擦起電”時，大多數(shù)教師都有過這樣的體會，這部分內(nèi)容的學習時間如果是在干燥的秋冬季節(jié)還好，實驗成功率高，但如果是春夏季節(jié)，空氣濕度稍大一點，實驗就很難成功。原因主要是絲綢和毛皮的干凈度和干燥度要求高，而實驗室常用的材料又不可能達到這一要求，若改用平常到處都有的朔料薄膜或保護電器用的包裝泡沫代替絲綢和毛皮與玻璃棒、橡膠棒摩擦，實驗效果會很好，而且一定能使實驗成功。教師根據(jù)這一實驗還可拓展，告知學生一切物體摩擦都能起電，在以后的生活中和工作中要根據(jù)實際需要選擇材料?？梢?，根據(jù)實際情況巧做實驗，不僅可以拓寬學生的視野，同時使學生受到科學方法的熏陶，進而在探究創(chuàng)新學習中尋找物理規(guī)律。（二）、豐富物理演示實驗教學方式，培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力在物理實驗活動中，教學方式應該多樣化。單一、被動的演示實驗會使學生感到枯燥、乏味，應探索有效的、多樣化的演示實驗教學方式，讓學生成為實驗活動的主人，教師成為學生實驗的組織者和合作者，而不是權威的講授者和示范者。1、重視“參與式”演示實驗教學，激發(fā)學生的探究欲望心理學研究表明：人的動作記憶效率比語言文字記憶效率要高好幾倍?！鞍俾劜蝗缫灰?，百看不如一做”說的就是這個道理。所以教師在演示的同時要注意重視學生的積極參與，最大程度地激發(fā)學生的探究欲望。例如，在“機械能守恒定律”教學中，設計一個“鐵球碰鼻”的實驗：【如圖(e)所示】，用繩子將一個小鐵球懸掛在鐵架臺上，請一名學生上臺協(xié)助老師一起做演示。實驗時教師將小鐵球拉離平衡位置，讓小鐵球剛好碰到這名學生的鼻子，然后釋放小鐵球。小鐵球擺過去，又擺回來向學生“打”來時，臺下的學生一齊驚喊起來，被“打”的學生被教師圖(e)固定在原位置，無處可逃，嚇得叫起來，但小鐵球卻在“千鈞一發(fā)”之際“蕩”回去了，學生順利“脫險”。這一實驗把自然界的秘密（機械能守恒定律）生動形象地展現(xiàn)在學生面前，使學生留下深刻的印象，同時也啟發(fā)著學生去思考和探索客觀世界。又如,在介紹牛頓第一定律時，設計一個讓學生參與的實驗：請一名學生用氣吹懸掛的乒乓球，乒乓球隨氣而動，擺出一個很大的角度。然后讓這個學生用氣吹懸掛的鋼球，只見這名學生，用足力氣吹氣，結果鋼球“絲毫不動”，全班同學情趣盎然。這個實驗使學生對慣性與質(zhì)量的關系獲得直接經(jīng)驗，同時激發(fā)了學生的探究欲望。2、采用“合作式”演示實驗教學，創(chuàng)設學生探究的空間“合作式”演示實驗教學就是以教師為主導，學生為主體，在教師啟發(fā)引導下師生共同進行實驗驗證的一種實驗教學方式。這種教學方式可以為學生創(chuàng)造良好的物理環(huán)境，擴大師生在課堂內(nèi)的信息交流，讓學生自我探索、自我發(fā)現(xiàn)、真正參與學習、主動探求知識。例如，在選修3-2第一章第二節(jié)《產(chǎn)生感應電流的條件》教學中，我是這樣進行“合作式”演示實驗教學的：師：第三章磁場中，我們已經(jīng)知道導線有電流就會產(chǎn)生磁場。那么，能不能反過來，利用磁場使導線產(chǎn)生電流呢？學生會毫不猶豫地回答：能。師：你怎樣使導體中產(chǎn)生電流呢？生：讓導體去切割磁感線。（學生回憶初中知識）另一個學生馬上補充：如果導體不在閉合回路中不會產(chǎn)生電流。學生們紛紛點頭同意。師：怎樣才能顯示電流的大小和方向？生：用靈敏電流計。師：好，我們今天就來驗證是不是只有切割磁感線才能產(chǎn)生電流呢？（教師有意識地引導學生根據(jù)課本提供的三種不同情況進行實驗探究、實驗過程師生共同分析、歸納總結）。這堂課從開始到結束，氣氛十分熱烈，同學們積極主動參與到實驗設計及實施過程中來，教學效果很好。由此可見，我們學生做實驗的目的不僅在于實驗的結論，更在于實驗本身。事實證明，“合作式”演示實驗教學，為學生創(chuàng)設了探究的空間，有效地促進了學生科學探究能力的發(fā)展。3、更新實驗思路，激勵學生樂于探究，勇于創(chuàng)新使用身邊隨手可得的物品進行探究活動和各種物理實驗，可以拉近物理學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的真實性，感受到科學和社會、科學和日常生活的關系，讓學生更樂于探究。例如，學生的許多學習用品往往可以用來模擬物理過程，創(chuàng)設物理情景：書、文具盒等可用來模擬物體的運動，分析物體的受力；鉛筆、鋼筆等可用來模擬通電直導線，筆尖指向表示為電流方向，用于分析磁場及安培力；橡皮、鞋帶等可用來分析單擺，圓錐擺，及豎直平面內(nèi)的圓周運動等等。教師應該因地制宜地設計出這種類型的簡單實驗，不同的文具隨堂就可以做許多不同的實驗，同一文具也可以做許多實驗，如可用直尺做以下的實驗：（1）、用直尺做有關聲學實驗：如：聲音的產(chǎn)生、音調(diào)與頻率的關系、響度與振幅的關系等。（2）、用直尺做有關電學實驗：(a)帶電體的性質(zhì)：將塑料尺在頭發(fā)上摩擦幾下，再將塑料尺靠近紙屑，發(fā)現(xiàn)它能吸引紙屑，說明帶電體能夠吸引輕小物體。(b)導體和絕緣體：教師用鋼皮尺和塑料尺做演示實驗時，發(fā)現(xiàn)鋼皮尺容易導電，而塑料尺不容易導電。(3)、用直尺做有關力學實驗：(a)力的作用效果：用手握住直尺的一端，用力拉直尺的另一端，發(fā)現(xiàn)直尺變彎了，說明力能使物體發(fā)生形變。(b)密度的知識：用手拈一拈長短、形狀相似的鋼皮尺和塑料尺，發(fā)現(xiàn)鋼皮尺較重，說明鋼的密度比塑料的大。(c)在講完《自由落體運動》這一節(jié)的內(nèi)容后，要求學生利用直尺去測反應時間。這些器材學生更熟悉，更有利于使學生明白物理就在身邊，物理與生活聯(lián)系非常緊密。通過這些課本上沒有出現(xiàn)的器材和方法能很好地啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提升學生的實驗探究能力，體驗探究的樂趣。英國科學家阿姆斯特朗說：“實驗總是以發(fā)現(xiàn)、以探索作為追求目標的，實驗在學校里是教授學生去發(fā)現(xiàn)的方法?！币虼?，在物理演示實驗教學中，教師應當為學生提供良好的素材，多角度地創(chuàng)造條件，改進教學方法，給學生留下時間、空間和機會，“授之以漁