加大實驗教學力度　構建物理學習情境

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[摘要]本文闡述了創(chuàng)新性物理實驗、常規(guī)實驗、多媒體模擬實驗、小實驗、開放實驗室等多種實驗方法,加大了物理實驗教學的力度,并在構建物理教學情境,培養(yǎng)具有嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和創(chuàng)新精神的人才等方面進行了探索。

[關鍵詞]物理實驗 素質(zhì)教育 創(chuàng)新 構建

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的科學,觀察和實驗既是物理知識教學的基礎,也是課堂教學中實施素質(zhì)教育的主要渠道和有效手段。實踐證明,只有運用多種有效的實驗手段,才能構建物理學習情境,使學生在獲取物理知識的同時,潛移默化地形成良好的科學素養(yǎng)、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、實事求是的科學作風,才能培養(yǎng)出具有較強動手能力、富有創(chuàng)造精神的學生。

一、重視演示實驗,提高教學質(zhì)量

物理演示實驗具有形象真實、生動的特點,能為學生在形成物理概念、得出物理規(guī)律前營造活生生的物理情景,使學生感受倍深。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出好多倍。經(jīng)驗告訴我們,一個成績優(yōu)秀的物理尖子對物理現(xiàn)象和物理過程具有很強的“悟性”。這種“悟性”源于日?；顒迂S富的感性認識。對物理學習有障礙的學生,其最大的障礙不在于智力因素,而在于缺少對日常生活的用心觀察,頭腦中缺少感性經(jīng)驗,而這些感性經(jīng)驗恰恰是物理思維的基礎。因此,教師的首要任務就是盡一切可能,在教學中為學生展現(xiàn)出豐富多彩的物理現(xiàn)象、構建物理學習情境。

教師不僅要用好大綱規(guī)定的演示實驗,甚至教材上的一段話、一幅插圖、一道習題也可將它搬上“講臺”,進行演示。演示的形式可以是“教師演,學生看”,可以是“教師導,學生演”,也可以是師生同臺演出。為更好地做好演示實驗,教師還應不斷研究實驗,對實驗進行改進、創(chuàng)新。

1.改進實驗增強效果

隨著科技進步,新技術、新材料、新產(chǎn)品層出不窮,我們可充分利用這一有利條件,選擇合適的器材,改進實驗和實驗儀器,加強實驗的可見性、科學性、趣味性,把那些原本比較困難的實驗,變得容易實現(xiàn),從而提高教學效果。例如:

普通電容器耐壓低、容量小,用來演示充放電現(xiàn)象,效果不太好,利用彩電主電源濾波電容做實驗,效果特好。如圖1,D為1N5408二極管,A₁、A₂分別為“220V,40W”、“220V,15W”白熾燈,C為兩只“400V,220μF”彩電主電源濾波電容并聯(lián)。用白熾燈顯示電容器的充放電過程,實驗現(xiàn)象非常醒目。

高亮度發(fā)光二極管,亮度高、單色性、與自然環(huán)境的光線反差強烈,且壽命長、耗電少,又具有單向性,在電磁感應實驗中有較多的用途。把數(shù)只發(fā)光二極管排成“L”或“F”形。在“測量凸透鏡的焦距”實驗中作光源,遠優(yōu)于用燭焰做光源。

2.挖掘配置儀器的潛在功能,使之更好地為教學服務

配置儀器由專家設計、定點生產(chǎn),產(chǎn)品大多質(zhì)量可靠、方便實用,在教學中起著重要的作用。挖掘其潛在功能,改進、創(chuàng)新實驗,可更好地為教學服務。

在闡述麥克斯韋的電磁場理論時,我們可以準備如下實驗:開啟J2435型電磁波發(fā)送接收演示器,在附近放上甘肅天水長城生產(chǎn)J0402型演示電表,電表取交流10mA檔,在兩個接線柱上分別接入兩條導線,但不接任何元件,不構成閉合電路的情況下,電表指針發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn),說明電磁波中變化的電場是不依賴于閉合電路而存在的;如果把電表從交流檔改成直流檔,指針不偏轉(zhuǎn),說明電磁波中的電場是周期性變化的;如果把電表逐漸遠離,指針偏轉(zhuǎn)逐漸減小,說明電磁波隨傳送距離增大而減弱。

在原有器材上小小改進,拓寬了原實驗的功能,也使抽象的電磁波變得“可見”。

二、充分發(fā)揮常規(guī)媒體的作用,解決疑難,拓寬視野

1.運用攝、錄、放像,提高布朗運動的可見度

把600倍顯微鏡鏡筒直立置于攝像平臺上,目鏡在攝像頭鏡頭的正下方,距離盡量小些。有凹坑的載玻片、清水、吸管、英雄牌碳素墨水、牙簽等備好待用。

用吸管往載玻片凹坑里滴適量水,用牙簽蘸一點上層的墨水,在凹坑中跟清水調(diào)和均勻成為觀察液。先移開攝像頭,以常規(guī)方法在顯微鏡目鏡視野中調(diào)出清晰的縣浮微粒(小碳粒)在做無規(guī)則的布朗運動現(xiàn)象。再把攝像頭移回顯微鏡目鏡的上方。打開電源,調(diào)整攝像頭焦距、光圈環(huán),使電視屏幕上映出一群清晰的“浮游生物”——布朗運動現(xiàn)象。也可課前把布朗運動現(xiàn)象用攝像機拍攝下來,在電視機上播放,也能取得很好的教學效果。雖然不夠直接,但可節(jié)省教學時間,使用方便。

2.運用攝、錄、放像,化快為靜,演示平拋運動規(guī)律

把平拋運動演示器固定在桌面上,用小錘打擊彈性金屬片,使球A向水平方向飛出,做平拋運動,同時球B被放開,做自由落體運動。用攝像機把兩球的運動過程拍攝下來。用同樣的方法拍攝兩球以同樣速度同時做平拋運動和勻速直線運動的過程。在電視機中播放時運用放像機的慢放和暫停功能,即可精細地研究兩球的運動情況。從而容易得出做平拋運動的物體與做自由運動的物體在豎直方向的運動是相同的;做平拋運動的物體與做自由運動的物體在水平方向的運動是相同的。

3.利用視覺效應,觀察水波的干涉、衍射圖樣

在投影器的載物玻璃上放一張邊寬約25厘米的淡綠色吹塑紙(可提高觀察效果),發(fā)波水槽放在吹塑紙上,槽中放入適量水。打開投影器開關,使其正常發(fā)光,調(diào)整發(fā)波水槽上的振動片、檔板,用攝像機拍攝水波發(fā)生衍射的各種現(xiàn)象;用同樣的方法可拍攝兩列波發(fā)生的干涉圖樣。把拍攝的錄像帶在電視機中播放即可清晰的觀察水波的衍射和干涉現(xiàn)象。

三、利用多媒體模擬物理實驗,增加感性認識

物理中的一部分實驗由于受設備、技術等因素的限制,也有些實驗受實驗特殊條件的制約無法進行實物實驗,這種情況下適宜于運用計算機進行模擬實驗。計算機三維動畫不受物理設備、技術,實驗時間和空間等因素的限制,能使一些枯燥、抽象難以理解的物理概念,復雜的物理變化,形態(tài)各異的運動形式,能使宏觀或微觀的物質(zhì)世界、空間的變大或變小、時間的變長變短等直觀地顯示在學生面前。它逼真的表現(xiàn)力能極大地刺激學生的多種感覺,加深理解,增強記憶。

如楞次定律中的磁場線,重力場,原子核的人工轉(zhuǎn)變,查德威克實驗,鏈式反應等。傳統(tǒng)的教學方法是老師在“黑板上做實驗”或以掛圖輔助。這種枯燥乏味的教學形式,難以提示物理概念和物理規(guī)律的真諦,而3DS制作的課件可輕而易舉地彌補這一缺陷。例如:

1.動畫模擬裂變,栩栩如生

在“鏈式反應”一節(jié)的教學中可設計如下動畫。

動畫一:中子向前運動撞擊鈾核。

動畫二:被中子撞擊的鈾核,發(fā)生微小的爆炸現(xiàn)象。

動畫三:被撞擊的鈾核分裂成兩塊并釋放出3個中子。

動畫四:釋放出的3個中子繼續(xù)運動,分別撞擊其它鈾核。

在教學過程中,可以根據(jù)需要隨時調(diào)整中子的運動速度和裂變速度,觀察到栩栩如生的逼真的爆炸畫面。

2.動畫模擬場,形象逼真

利用計算機的動畫功能能模擬電場、磁場、重力場等,讓客觀存在的但看不見的東西變得形象逼真。例如,在研究“楞次定律”一節(jié)的教學,采用動畫模擬磁通量的變化過程,并利用閃爍功能將磁感線、磁鐵與線圈的相對運動及感應電流的形成顯示得形象生動,讓學生對“阻礙”這一關鍵詞有深刻的理解。

四、發(fā)揮小實驗的作用,訓練學生動手制作的能力和創(chuàng)新意識

物理小實驗、小制作題材廣泛,內(nèi)容豐富,貼近生活、直觀明了、靈活性大,是一種激發(fā)學生興趣,發(fā)揮學生創(chuàng)造性的有益活動。在教師的適當啟發(fā)指導下,放手讓學生自己干,充分發(fā)揮其積極主動性和各自的聰明才智,這樣,小實驗就可以搞得豐富多采、生動活潑,更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和能力。例如:在我們組織的每年一次的三小(小制作、小實驗、小發(fā)明)活動中,同學們都能踴躍參與,每件成果都閃耀著創(chuàng)造的火花。“孔明燈”竟管是初中教材中的用以說明浮力的“古董”,但當今的師范生對其興趣不減,當節(jié)日的夜晚幾只“孔明燈”騰空而起,校園的氣氛頓時熱烈萬分。潛望鏡還是小學生自然教材中的用以說明光的反射的“小玩具”,師范生用自己制作的潛望鏡來觀看目標時,也顯得特別投入,由衷的感嘆“小小反光鏡,懊妙顯神奇”。近年來,學生在課外制作了潛望鏡、望遠鏡、電鈴、小電報機等近80多種小實驗、小制作。

小實驗不僅極大地培養(yǎng)、發(fā)展了學生學習物理的興趣,而且還鍛煉、提高了學生動手制作、獨立操作的能力,增強了創(chuàng)造意識和奮發(fā)向上的意志品質(zhì)。

五、開放實驗室,培養(yǎng)學生設計實驗的能力

由于人的個性差異,一些學生往往不滿足于課堂上所看到的或書本上“接觸”到的實驗,他們往往表現(xiàn)出較強的動手欲,很多實驗都想付諸一試。不定期、全方位地開放實驗室,正好給這些學生創(chuàng)造了動手的機會。學生可自愿參加,根據(jù)興趣愛好,一展才華。他們或復習舊實驗的操作,或做些自已設計的小實驗,或總結(jié)實驗教訓,或構思新的制作。通過讓學生自己設計實驗原理、尋找器材和裝配儀器等,隨心所欲地進行實驗探索,不僅培養(yǎng)其動手操作能力,克服困難“用簡單的儀器作出最好的成果”,還培養(yǎng)了學生大膽實踐、團結(jié)協(xié)作的精神。

教材中安排的一些設計性小實驗,應大力挖掘和完成。例如,高中物理第一冊第23頁習題6要求:“請你設計一個測量紙跟桌面之間動摩擦因素的方法。如有條件的話,請你實際測一測”。第二冊第102頁要求:“制作電池夾和滑動電阻器,設計使一個燈泡變暗,另一個燈泡變亮的電路”。這些設計性課外小實驗,方法靈活,取材容易,并因所給的測量工具不同,而要求尋找不同的實驗原理和方法,由學生獨立尋找和操作,更易于發(fā)揮學生的主觀能動性,鍛煉其獨立設計的工作能力。

課外小實驗的內(nèi)容也可以由教師啟發(fā)、同學們共同討論,分組各自獨立設計和操作完成。如在“電阻定律”一節(jié)的教學中,讓學生設計出驗證“金屬電阻率隨溫度的升高而增大”的實驗。經(jīng)老師的啟發(fā)、鼓勵和大家的熱烈討論后,學生共提出了四種方案。最后選中了兩個用材料最少的實驗方案:

方案一:用電流表測出通過對一段電阻絲用酒精燈加熱前后的電流強度的變化。如溫度升高,電流減小,則說明電阻增大,即電阻率增大。

方案二:用小燈泡串聯(lián)于一段電阻絲上,加上一定的電壓;通過觀察用酒精燈對電阻絲加熱前后的小燈泡的亮暗,來比較溫度升高前后電阻的變化情況。如溫度升高,小燈泡變暗,則說明電流變小,電阻增大,即電阻率增大。

當學生在開放的實驗室中親自選擇出器材,把自己設計的實驗方案變成具體的演示實驗時,看到直觀、生動的實驗現(xiàn)象時激動不已,深深感受到成功的喜悅。

還可舉辦設計性小實驗操作比賽等,以激發(fā)學生參與課外實驗的積極性。設計實驗是活化知識、運用發(fā)散性思維進行的創(chuàng)造性活動,對培養(yǎng)學生的想象力、情感、意志品質(zhì)都有著非常重要的作用。

教學實踐中我們認識到,要大面積地提高物理教學質(zhì)量,全面提高學生的素質(zhì),必須加大實驗教學力度,構建良好的物理學習情境,才能更好地培養(yǎng)學生學習物理的興趣,提高學生動手、動腦的能力和勇于探索的科學精神。