淺談提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)方法

任偉民

摘 要：物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要手段，物理演示實(shí)驗(yàn)具有形象真實(shí)、生動(dòng)有趣的特點(diǎn)，能為學(xué)生在形成物理概念、得出物理規(guī)律前營(yíng)造出活生生的物理情境，利于學(xué)生接受；學(xué)生實(shí)驗(yàn)則能充分引起學(xué)生探究的興趣，極大地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合能力的發(fā)展。物理實(shí)驗(yàn)中的小制作不僅能加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，更能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手制作能力和獨(dú)立操作能力。本文分析了平常物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中碰到的問題，并從幾個(gè)方面提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，希望能幫助師生走出物理學(xué)與教的困境。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)效果；對(duì)比；有效預(yù)習(xí) 中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 收稿日期：2016-01-19

一、背景

初中物理教材有配套的學(xué)習(xí)活動(dòng)卡，教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中總是會(huì)遇到一些問題：實(shí)驗(yàn)情景和學(xué)生的生活經(jīng)歷不相符；實(shí)驗(yàn)操作較復(fù)雜，學(xué)生不能較好地掌握步驟；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。因此，改進(jìn)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使之易于操作，突顯實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的思維過(guò)程，既能直觀地展示抽象的概念，又能讓學(xué)生的思維理論和實(shí)踐能力同時(shí)提升，是目前重要的任務(wù)。

近幾年的考試導(dǎo)向也開始注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和思維的再現(xiàn)，如“長(zhǎng)寧區(qū)2014年初三理化教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)試卷”中有道實(shí)驗(yàn)題：“探究平面鏡成像的特點(diǎn)?！毙栌霉P和尺在白紙的中間畫一條直線，將玻璃板的________表面與所畫直線重合（選填“前”或“后”）；研究蠟燭的像是否為虛像時(shí)，可以在像的位置上放一個(gè)光屏，觀察光屏上________。若所用凸透鏡的焦距為10厘米，蠟燭和凸透鏡的位置如圖1（a）所示，移動(dòng)光屏，得到的現(xiàn)象始終如圖1（b）所示，接下來(lái)眼睛應(yīng)_______。

考試后，第一和第三個(gè)空的統(tǒng)計(jì)得分率只有0.48，給命題老師很大的打擊。本題就是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的再現(xiàn)，必須是學(xué)生做過(guò)實(shí)驗(yàn)并有思考才能答題的，而不是只要做過(guò)練習(xí)題或看老師演示過(guò)就能答題的。面臨這些困境和問題，筆者對(duì)自己平常的教學(xué)方法進(jìn)行了整理，歸納了以下幾個(gè)方面的原因：第一，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不當(dāng)；第二，實(shí)驗(yàn)器材選擇不當(dāng)；第三，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生出現(xiàn)思維障礙時(shí)缺乏引導(dǎo)；第四，實(shí)驗(yàn)者對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和把握不夠。

下面筆者就用“驗(yàn)證阿基米德原理”“浮力的產(chǎn)生原因” “光的折射”“探究音調(diào)與發(fā)聲體結(jié)構(gòu)的關(guān)系”“探究動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)”“探究物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”等實(shí)驗(yàn)，從四個(gè)方面談?wù)勛约涸趯?shí)驗(yàn)教學(xué)方面的處理方法。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)1：在初中物理第六章“驗(yàn)證阿基米德原理”實(shí)驗(yàn)中，要求定量研究浸沒在液體中的物體所受浮力與排開液體所受重力的大小關(guān)系。學(xué)生在測(cè)量排開液體重力時(shí)，采用測(cè)量排開水的體積乘水的密度和重力的方法。但學(xué)校實(shí)驗(yàn)使用的量筒口徑小，物塊浸入時(shí)和筒壁接觸使得測(cè)量出來(lái)的浮力大小誤差較大；同時(shí)，測(cè)量的排開水的體積單位是毫升，計(jì)算排開液體的重力過(guò)程中單位轉(zhuǎn)換也給學(xué)生帶來(lái)不小麻煩，相對(duì)復(fù)雜的計(jì)算也直接打亂了學(xué)生的思維；計(jì)算的排開液體的重力精確到小數(shù)點(diǎn)后面三位，而實(shí)驗(yàn)室用的彈簧測(cè)力計(jì)的準(zhǔn)確程度只有0.1。很多學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后反映所得結(jié)果相差很大，能力差點(diǎn)的學(xué)生經(jīng)過(guò)一陣測(cè)量、計(jì)算，甚至忘記了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。這樣的實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是失敗的，不但沒有很好地鞏固阿基米德原理知識(shí)，還人為地增加了學(xué)習(xí)的難度，更談不上自己的思考和靈活運(yùn)用了。

如果我們將實(shí)驗(yàn)方案改成直接測(cè)量浸在水中物體受到的浮力和物體排開液體的重力，其效果就比原來(lái)活動(dòng)卡上的方案好很多。按如圖2所示安好裝置，液體將測(cè)力計(jì)掛著重物緩慢地浸入裝滿水的溢杯中，用干凈的小桶收集排開的水，并用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量這些水的重力，這樣既可大大提升實(shí)驗(yàn)效果，又能幫助學(xué)生直觀理解F浮=G排的知識(shí)原理。在物理實(shí)驗(yàn)中教師要注意教給學(xué)生科學(xué)的方法，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。

三、選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)2：演示“浮力的產(chǎn)生原因”實(shí)驗(yàn)，活動(dòng)卡上用木頭做的象棋子底部涂上蠟使其緊貼容器表面，然后往容器里加水，發(fā)現(xiàn)木頭做的象棋子不能浮起來(lái)，說(shuō)明這個(gè)情景很合理。但對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)和對(duì)知識(shí)的理解會(huì)帶來(lái)新的麻煩：第一，老師在演示過(guò)程中注水時(shí)稍有不慎，木頭做的象棋子就會(huì)浮起來(lái)，使得演示實(shí)驗(yàn)失??；第二，在后面的練習(xí)中對(duì)學(xué)生有誤導(dǎo)，初學(xué)者對(duì)沉底的柱體就會(huì)誤認(rèn)為不受浮力影響，這就是不恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)儀器導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)不到理想效果的典型。筆者在上課時(shí)改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)操作方法：用一個(gè)底部開口的飲料瓶、兩個(gè)乒乓球和一個(gè)軟木塞來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就使得問題迎刃而解。筆者在實(shí)驗(yàn)時(shí)，將礦泉水瓶倒置并剪掉底部，放入兩個(gè)乒乓球，其中一個(gè)球堵住瓶頸。從上往里倒水，隨著瓶?jī)?nèi)水的上升，可以看到，上面的乒乓球浮在水面并隨水面上升，而堵住瓶頸的下面的乒乓球盡管在它周圍和上面都有水卻沒有上浮。這時(shí)再用軟木塞堵住瓶口，滲漏的水很快填滿瓶口和瓶頸，下面的球因浸沒在水中會(huì)立即“噗”地上升到水面。此時(shí)學(xué)生對(duì)浮力產(chǎn)生的認(rèn)識(shí)和理解就清晰了。這樣做有效地化解了難點(diǎn)，突出了物體上下表面均受液體壓力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生浮力的重點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)3：在《光的折射》一課中，課本提供了將一支吸管斜插在空玻璃杯中，向杯中倒水，觀察到吸管變彎了。這個(gè)現(xiàn)象學(xué)生平時(shí)經(jīng)常會(huì)見到，不能第一時(shí)間抓住學(xué)生的眼球。當(dāng)時(shí)正好魔術(shù)比較流行，于是筆者想，如果利用折射現(xiàn)象玩?zhèn)€小魔術(shù)，一定會(huì)有新的收獲。于是筆者借用了在空碗中放硬幣加水能使硬幣“浮”現(xiàn)出來(lái)的魔術(shù)。只是教室大，不方便每個(gè)學(xué)生觀察，于是我加入了實(shí)物投影，轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭先讓學(xué)生確認(rèn)碗里是空的，然后向空碗中慢慢倒水，隨著水慢慢入碗里，有學(xué)生大聲地說(shuō)：“看到了， 是個(gè)一元硬幣。”隨之課堂上熱鬧起來(lái)，大家互相交流討論，有說(shuō)“老師倒水時(shí)順便放進(jìn)去的”，有說(shuō)“是水的原因”，等等。課堂上適當(dāng)給學(xué)生制造一點(diǎn)真實(shí)的“驚喜”，能在驚奇中激發(fā)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)欲望，從而達(dá)到事半功倍的效果！

實(shí)驗(yàn)4：“探究音調(diào)與發(fā)聲體結(jié)構(gòu)的關(guān)系”，教材活動(dòng)卡中設(shè)計(jì)了用剪刀剪短麥管分別吹氣時(shí)發(fā)聲音調(diào)的高低來(lái)進(jìn)行認(rèn)識(shí)。在平常的教學(xué)中老師都是準(zhǔn)備一根吸管將口壓平剪成鴨嘴狀，請(qǐng)學(xué)生先試吹，然后剪短吹，這時(shí)發(fā)出的聲音沒有一點(diǎn)美感，很難聽，不能體現(xiàn)我們物理學(xué)的藝術(shù)美。隨著生活條件的改善，本著豐富孩子的興趣愛好，很多家庭的父母都會(huì)讓孩子學(xué)習(xí)某種樂器，這就給我們學(xué)習(xí)樂音的三個(gè)特征提供很好的平臺(tái)?？梢宰寣W(xué)生自己動(dòng)手制作水琴，在七個(gè)相同的玻璃杯中依次加水，通過(guò)調(diào)節(jié)水量的多少做成“1、2、3、4、5、6、7”七個(gè)基本音，讓學(xué)生用敲音叉的小錘演奏出自己喜歡的曲子，這樣既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又能讓學(xué)生很好地理解音調(diào)與發(fā)聲體的結(jié)構(gòu)，是一舉兩得的事。

四、用簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)解釋難點(diǎn)知識(shí)

精彩的物理課堂離不開老師具有藝術(shù)性的課堂設(shè)計(jì)和講解，可是很多時(shí)候一個(gè)成功的演示實(shí)驗(yàn)勝過(guò)老師的千言萬(wàn)語(yǔ)。在“探究動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，教材課本的設(shè)計(jì)是：將小球從高度相同的斜面上釋放，撞擊水平面上的木塊。通過(guò)觀察木塊移動(dòng)的遠(yuǎn)近判斷小球具有的動(dòng)能大小。該試驗(yàn)的難點(diǎn)在于研究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)需控制小球的水平速度應(yīng)相同。學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平還不能理解為什么同高度釋放小球水平速度會(huì)相同。有的教師采用DIS裝置的光電門測(cè)量，而有的老師利用比薩斜塔實(shí)驗(yàn)加以說(shuō)明，其實(shí)以上兩種方法都不能更好地幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)。

筆者在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前利用小銅球和玻璃球，站在較高的位置同時(shí)自由釋放，發(fā)現(xiàn)兩球同時(shí)下落到沙筐里，然后提問這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了什么。學(xué)生根據(jù)前面學(xué)習(xí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，能很快回答“小球在下落過(guò)程中速度相同”，只要突破這個(gè)思維難點(diǎn)，學(xué)生就能很順利地開展下面的實(shí)驗(yàn)。

五、重視實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要充分預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的和原理、所用儀器的構(gòu)造和使用方法、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和步驟等做到心中有數(shù)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中某些老師往往會(huì)忽視學(xué)生的主體地位，只是一味地在實(shí)驗(yàn)前講解注意事項(xiàng)和方法，而少了學(xué)生對(duì)操作和過(guò)程的理解。學(xué)生對(duì)將要面對(duì)的問題預(yù)見和生成準(zhǔn)備不足，實(shí)驗(yàn)的積極性和思維就會(huì)大打折扣。

實(shí)驗(yàn)5：比如“探究物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)看似很簡(jiǎn)單，就是重復(fù)測(cè)量某物質(zhì)的質(zhì)量和體積，然后通過(guò)正比例函數(shù)圖象法處理數(shù)據(jù)得出密度的概念。但事后有一半學(xué)生不明白為什么要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不能把握實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，取得數(shù)據(jù)又有些偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)論就變成了老師講解。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理方法也是一個(gè)難點(diǎn)。在“比較物體運(yùn)動(dòng)快慢”的分析中有比值的處理，為什么這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能用呢？是很多學(xué)生的疑問，這種前面的操作和后面的理解脫節(jié)是實(shí)驗(yàn)效果差的重要原因。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)中從同種物質(zhì)到不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)換是個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比尋找相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，建立密度概念，老師有必要設(shè)計(jì)一些問題引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課本進(jìn)行深入預(yù)習(xí)，所以實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)就成為必要。

同時(shí)大量實(shí)踐證明，學(xué)生有無(wú)充分預(yù)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的好壞和對(duì)儀器的損壞程度影響極大，因此，一定要堅(jiān)持做好實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)工作，以提高實(shí)驗(yàn)效果。

物理科學(xué)的發(fā)展歷史，就是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展物理理論，又在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)探索的過(guò)程。作為物理啟蒙教師，一定要有耐心將復(fù)雜的知識(shí)通過(guò)淺顯易操作的實(shí)驗(yàn)步驟幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，為學(xué)生開啟物理學(xué)習(xí)的大門。

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