加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)　培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)——《相互作用》教學(xué)反思

陳　鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué),江蘇　南京　210003)

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加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)——《相互作用》教學(xué)反思

陳鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué),江蘇南京210003)

摘要：科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教育的重要組成部分,通過(guò)實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,改善學(xué)生的思維方式，使學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)做什么、怎樣做、為什么這樣做、還能怎么做,以突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位.

關(guān)鍵詞：相互作用；實(shí)驗(yàn)探究;物理學(xué)科素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ),也是物理課堂中實(shí)施素質(zhì)教育的主要渠道和有效手段.在物理教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的目的主要在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境,使學(xué)生能主動(dòng)地獲取物理知識(shí)和發(fā)展能力,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成.著名物理學(xué)家楊振寧曾對(duì)中、美兩國(guó)學(xué)生進(jìn)行一番比較后指出:“中國(guó)的學(xué)生學(xué)習(xí)非常刻苦,基礎(chǔ)知識(shí)豐富、扎實(shí),且善于考試.但他們卻普遍存在動(dòng)手能力差,不善于提出問(wèn)題等缺陷.”“高分低能”正是在應(yīng)試教育思想的長(zhǎng)期熏陶下結(jié)出的苦果,物理教學(xué)如何從應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育?加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度,加強(qiáng)學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng),是全面提高學(xué)生素質(zhì)必不可少的一個(gè)方面.

1計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)不能代替實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)模擬中學(xué)階段不能做的或很難做成功的物理實(shí)驗(yàn),可以使物理現(xiàn)象、物理過(guò)程變得直觀、形象,能克服人體感官的許多局限,能展現(xiàn)常規(guī)教學(xué)無(wú)法顯示的物體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)情形,顯示一些抽象的不容易看到的運(yùn)動(dòng)形態(tài)等,有利于學(xué)生形成感性認(rèn)識(shí).正因?yàn)橛?jì)算機(jī)模擬在教學(xué)中的方便和優(yōu)勢(shì),使得一些老師將應(yīng)做的演示實(shí)驗(yàn)用錄像或視頻代替.《彈力》教材從展示彈簧被拉伸和壓縮的實(shí)例引入,讓學(xué)生體會(huì)彈力產(chǎn)生的原因和條件.但對(duì)于桌面對(duì)物體的支持力也是彈力，學(xué)生卻很難相信,學(xué)生看不見(jiàn)桌面的形變,所以通過(guò)桌面微小形變的演示,使學(xué)生確信微小形變的存在,確信任何物體受到外力作用后都會(huì)產(chǎn)生形變的事實(shí)顯得尤為重要.而有些老師利用多媒體課件:演示手的壓力能使玻璃瓶發(fā)生微小形變、手的壓力能使桌面微小形變,或者利用圖1模型演示.學(xué)生本來(lái)就對(duì)質(zhì)地很硬的物體在力的作用下發(fā)生形變有疑惑,這樣的模擬并不能讓學(xué)生消除疑惑,也違背了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,老師自己要做實(shí)事求是的典范.這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)不但要做而且還要想方設(shè)法把它做好.

圖1

手的壓力使玻璃瓶發(fā)生形變的實(shí)驗(yàn)分三步做:(1) 演示前讓學(xué)生摸一摸瓶子或敲一敲瓶子,感受瓶子的質(zhì)地;(2) 沿短軸方向施加力,觀察到液面是上升的(如圖2);(3) 沿長(zhǎng)軸方向施加力,觀察到的液面是下降的(如圖3).液面的升降不是由于熱脹冷縮的原因.

關(guān)于桌面微小形變的演示,教材建議在一張大桌子上放兩個(gè)平面鏡M和N,讓一束光依次被這兩面鏡子反射,最后射到墻上,形成一個(gè)光點(diǎn).按壓兩鏡之間的桌面,觀察墻上光點(diǎn)位置的變化.老師做后會(huì)發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)的位置變化很小,幾乎不變,為了使現(xiàn)象明顯可在刻度尺處再放一平面鏡,讓光反射到另一面墻上,光點(diǎn)移動(dòng)明顯.

圖4

做這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的:一是為了讓學(xué)生相信堅(jiān)硬的物體在力的作用下也會(huì)發(fā)生形變,二是為了讓學(xué)生了解堅(jiān)硬物體的微小形變屬于彈性形變,三是為了使學(xué)生領(lǐng)悟顯示微小形變的多種方法.

2加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于學(xué)生掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)

物理學(xué)的概念、規(guī)律及公式等都是從大量的具體事例中抽象出來(lái)的、以客觀實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的.在教學(xué)中必須重視感性知識(shí),這是形成概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ).感性知識(shí)可以來(lái)源于現(xiàn)實(shí)生活,也可以來(lái)源于物理實(shí)驗(yàn)提供的物理事實(shí).與生活事例相比,實(shí)驗(yàn)有以下一些特點(diǎn):生動(dòng)趣味性、典型性、可重復(fù)性.《摩擦力》一節(jié)中靜摩擦現(xiàn)象雖然在生產(chǎn)和生活中大量存在,但它總是“靜靜的產(chǎn)生、默默地消失”,又常被其他現(xiàn)象所掩蓋,初學(xué)物理的人往往對(duì)它視而不見(jiàn),難于察覺(jué)它的存在.要使物體不滑落,口語(yǔ)都說(shuō)成要“握住”“夾緊”“壓住”,從來(lái)不用靜摩擦力去說(shuō)明使物體不滑落的現(xiàn)象.以致學(xué)生對(duì)靜摩擦力的理解比對(duì)重力和彈力的理解更困難.學(xué)生對(duì)靜摩擦力的感性知識(shí)嚴(yán)重不足.其中對(duì)“什么是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)?如何判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向?”更是如此,只有在以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、結(jié)合教法的改進(jìn)上下功夫,才能改變其難教、難學(xué)的狀況.針對(duì)這一難點(diǎn)的突破,筆者設(shè)計(jì)了如下學(xué)生體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)1:把毛刷放在桌面上,用力拉毛刷的把手,使毛刷上部稍稍移動(dòng)一些,刷毛的下部由于受到桌面的摩擦仍靜止,使得刷毛發(fā)生了彎曲,顯示其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)(如圖5).

實(shí)驗(yàn)2:手按住桌面向右拉,相對(duì)桌面沒(méi)動(dòng),感受手受到桌面的阻礙(如圖6).

圖7

實(shí)驗(yàn)3:手握外面涂上一層油的水杯,感受水杯有向下滑的趨勢(shì)(如圖7).

實(shí)驗(yàn)4:在水平伸出的手掌上放一本書(shū),然后逐漸傾斜至?xí)禄?如圖8),感受靜止在斜面上的物體有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)(如圖9).

實(shí)驗(yàn)5:雙手按圖10所示疊放,下面手按住桌面向右拉,相對(duì)桌面沒(méi)動(dòng),感受在水平力F作用下(如圖11),處于靜止?fàn)顟B(tài)的AB間,以及B與桌面間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì).

通過(guò)這些體驗(yàn),學(xué)生明白什么是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),并且知道如何去判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向.將看似復(fù)雜的日?，F(xiàn)象提煉為簡(jiǎn)單的物理模型,從而利用物理知識(shí)解決問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)新的創(chuàng)新.通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解答,培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、條件意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力,逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、主動(dòng)解決問(wèn)題的習(xí)慣,感受物理的科學(xué)性和實(shí)用性.

3變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)動(dòng)手能力

傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)是老師動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),學(xué)生在老師的引導(dǎo)下觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.這種做法雖對(duì)學(xué)生建立物理概念、規(guī)律等起著重要作用,但缺少培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐中的創(chuàng)新能力和發(fā)散性思維能力.學(xué)生只有親自動(dòng)手做,在觀察、體驗(yàn)、分析、歸納的過(guò)程中,才能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,也更有利于對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng).《力的分解》中力作用在物體上產(chǎn)生什么效果？學(xué)生對(duì)此缺乏必要的感性認(rèn)識(shí),如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)、感受、并能理解力產(chǎn)生的效果,就成了這節(jié)課的重點(diǎn).針對(duì)這部分內(nèi)容,設(shè)計(jì)時(shí)選擇了二個(gè)事例,并且對(duì)每一個(gè)事例均設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),不僅讓學(xué)生能觀察到，還能親身體會(huì)到力產(chǎn)生的效果.

情景1：傾角為θ的斜面上放一物體(如圖9),物體受到的重力能對(duì)物體產(chǎn)生哪些效果?怎樣分解重力?

學(xué)生實(shí)驗(yàn):在水平伸出的手掌上放一本書(shū),然后逐漸傾斜至?xí)禄?如圖8),說(shuō)說(shuō)你的感受.

情景2：支架類問(wèn)題的分解對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn),如按照力的作用效果將圖12、圖13的重力或拉力分解.

學(xué)生實(shí)驗(yàn):如圖12所示,可以讓學(xué)生用橡皮筋套在中指上,將鐵釘與橡皮筋連接,釘尖端卡在手心處,用另一只手向下拉鐵釘與橡皮筋的連接處(如圖14),體會(huì)拉力F產(chǎn)生的效果.

學(xué)生實(shí)驗(yàn):圖13的分析對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度,他們很難理解重物對(duì)AB桿產(chǎn)生拉力,對(duì)BC桿產(chǎn)生壓力.因而可以利用生活中直觀的感知來(lái)加深理解,每?jī)蓚€(gè)學(xué)生一組,在原座位上,一人右手(或左手)叉腰,另一人向下拉他的肘部(如圖15),然后交換.體會(huì)拉力對(duì)手臂產(chǎn)生的兩個(gè)作用效果.

讓學(xué)生親身感受力產(chǎn)生的效果,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力,并能把自己的感受用語(yǔ)言準(zhǔn)確地描繪出來(lái),感受實(shí)驗(yàn)探究的快樂(lè).在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)會(huì)與人合作,體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的快樂(lè),同桌的同學(xué)一人手叉腰,另一人用勁拉,互相交換做,通過(guò)自我感受、合作學(xué)習(xí),使課堂氣氛熱烈、活躍,學(xué)生印象深刻,教學(xué)效果不言而喻.

4認(rèn)真思考實(shí)驗(yàn)?zāi)康?體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能

教師對(duì)一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),應(yīng)結(jié)合該課題的教學(xué)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)抓住課題的內(nèi)容特征,發(fā)掘?qū)嶒?yàn)在某些環(huán)節(jié)上的教育潛力.《力的合成》對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是全新的知識(shí),學(xué)生在探究活動(dòng)過(guò)程中的體驗(yàn)才更加真實(shí)而深刻;還因?yàn)閷W(xué)生對(duì)矢量運(yùn)算是完全陌生的,放慢教學(xué)過(guò)程,讓學(xué)生在探究過(guò)程中獲得切身體驗(yàn),也有利于學(xué)生更深刻地理解矢量的合成法則.

希望學(xué)生觀察分力和合力的力的圖示,從而認(rèn)識(shí)到求合力的方法,這往往是教師的一廂情愿.通過(guò)看到合力與分力,就知道不在同一直線上的兩個(gè)力的合成遵循平行四邊形定則,這是需要理性思維的.如果課堂上不顧學(xué)生的認(rèn)知與思維,將力的合成遵循平行四邊形定則輕易端出,則沒(méi)有充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能.老師可嘗試讓學(xué)生觀察分力F1、F2及合力F的大小和方向,去猜想分力F1、F2和合力F之間可能遵循什么規(guī)律?學(xué)生可能形成如下探究方案:

方案1如圖16所示,連接F1和F2的末端,交OF于A點(diǎn),A為OF的中點(diǎn),則合力F等于2OA.

方案2如圖17所示,連接F2和F的末端,F2F=OF1,則分力F1、F2和合力F構(gòu)成一個(gè)三角形.

方案3如圖18所示,連接F1和F的末端,F1F=OF2,則分力F1、F2和合力F構(gòu)成一個(gè)三角形.

圖16

方案4如圖19所示,過(guò)F1和F2的末端分別作OF的垂線分別交OF于A、B兩點(diǎn),則OA+OB等于合力F.

方案5如圖20所示,分別連接F1、F2和F的末端,則OF1FF2構(gòu)成一個(gè)平行四邊形.

在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯分析,得出結(jié)論原本是科學(xué)學(xué)習(xí)的正常過(guò)程,而在如今應(yīng)試氣息濃郁的大環(huán)境下,學(xué)生有時(shí)會(huì)為迎合書(shū)本與老師，說(shuō)出缺乏獨(dú)立思考的結(jié)論.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)積極組織學(xué)生討論,交流各自的看法,為了和他人交流自己的想法,學(xué)生必須將自己的思路及觀點(diǎn)明晰化,并提供足夠的證據(jù)支持,進(jìn)行自我解釋.這有利于提高理性思維和學(xué)習(xí)活動(dòng)的質(zhì)量,尤其是不同觀點(diǎn)的交鋒能更好地引發(fā)學(xué)生積極的思維活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的深層理解.這些問(wèn)題和操作就是一種科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法、科學(xué)過(guò)程的展示,它遠(yuǎn)比知道“什么是力的平行四邊定則”這一知識(shí)點(diǎn)更有教育價(jià)值.

心理學(xué)家認(rèn)為“在創(chuàng)造某種新東西的領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)愈廣,在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)愈豐富,那么根據(jù)現(xiàn)實(shí)的要求創(chuàng)造新東西以便加以實(shí)現(xiàn)的可能性就愈大”.學(xué)生在物理理論的學(xué)習(xí)中,不善于將已學(xué)的概念、原理、規(guī)律轉(zhuǎn)化成分析、處理、解決問(wèn)題的思路和方法,不善于使知識(shí)具有方法的意義.教師應(yīng)在自身對(duì)思維方法有深刻理解的基礎(chǔ)上,向?qū)W生講清和介紹各種思維方法的本質(zhì)內(nèi)涵及其在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,給學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的指導(dǎo).在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)研究的探索精神和創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)、思考和解決新的實(shí)際問(wèn)題的能力.應(yīng)讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)“做什么”、“怎樣做”、“為什么這樣做”、“還能怎么做”,突出學(xué)生的主動(dòng)參與.要大面積提高物理教學(xué)質(zhì)量,全面提高學(xué)生素質(zhì),真正實(shí)現(xiàn)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)化,就必須在物理教學(xué)中加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的力度.

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