利用教材資源 挖掘?qū)嶒炈夭?/h1>
2017-12-26 11:57:23湯金波
江蘇教育·中學教學版 2017年11期
【摘 要】物理創(chuàng)新實驗有利于培養(yǎng)學生的動手能力和綜合思維能力。概念與規(guī)律的形成實驗、將習題轉(zhuǎn)化為實驗和綜合實踐活動的重新設計是學生創(chuàng)新實驗選題的三個來源。
【關鍵詞】創(chuàng)新實驗；教材資源；物理教學
【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）83-0047-03
【作者簡介】湯金波，南京師范大學附屬中學樹人學校（南京，210036）教師，高級教師，江蘇省特級教師。
物理是一門實驗學科，學生創(chuàng)新實驗有利于學生動手操作能力與綜合思維能力的培養(yǎng)。學生在設計與動手的過程中增強了自己的學習興趣與理解能力，也提高了學習物理的效率。但不少教師在與筆者的交流中提到一個困惑：不知道從哪里可以引導學生生發(fā)出創(chuàng)新實驗的思維火花。筆者理解教師對創(chuàng)新實驗設計技巧的渴望，這里談一談自己的實踐。
一、創(chuàng)新實驗源于概念與規(guī)律的形成實驗
新課程理念倡導要變“教教材”為“用教材教”，以此呼喚教師結(jié)合教學實際對教材進行創(chuàng)造性的使用。由于教材實驗設計方面存在不足，學生在觀察、實驗、制作和搜集數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)的過程中，往往會遇到實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與預設不符的情況，而此時正是培養(yǎng)學生設計創(chuàng)新實驗的難得契機，也是培養(yǎng)學生嚴謹、求真、求實的科學精神的好時機。下面這個關于冰的熔化實驗（二次水浴法）能夠很好地說明這個問題。
題目：做冰的熔化實驗發(fā)現(xiàn)的問題與解決辦法。
實驗中發(fā)現(xiàn)：當我在做冰的熔化實驗（水浴法）時，測量出的冰的熔點不是0℃，每次都會有2℃左右的誤差，那么有沒有什么方法來減小這個誤差呢？
猜想與假設：在實驗過程中，我們曾經(jīng)使用水浴法使得冰受熱均勻，那么多次運用水浴法是否可以減小誤差呢？
實驗器材：許多碎冰、開水、鐵絲球、金屬易拉罐、鍋、透明玻璃容器。
實驗過程：利用金屬（鐵）良好的導熱性，在透明玻璃容器和易拉罐之間加入許多鐵絲（鐵絲球），并將這個整體放入鍋中，在鍋中倒入開水。在易拉罐中放入碎冰，并放入溫度計測量其溫度，靜待其熔化（可用筷子將冰塊搗得更碎，加速其熔化），待冰塊熔化成冰水混合物時，仔細觀察溫度計的示數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其極為接近0℃，大大減小了誤差。
實驗結(jié)論：冰的熔化實驗，可以說明多次的水浴法可以減小對熔點的測量誤差。雖然我只用了二次水浴法，誤差就減小到了0.2℃以內(nèi)，如果用三次、四次呢？想必可以不使用現(xiàn)代精密溫度計也可以測得冰的準確熔點了吧。
學生成功設計出這個創(chuàng)新實驗，至少有三個收獲：一是真正體驗了冰熔化時溫度保持不變的特性，物理老師都知道冰的熔化實驗不容易成功，按照教材介紹的傳統(tǒng)方法，冰熔化前后溫度計示數(shù)一般相差2℃～3℃，而兩次水浴法巧妙地解決了這個問題；二是真正理解了水浴法加熱的優(yōu)點，而不是停留于記憶教材中的注解文字；三是學生得到啟發(fā)，創(chuàng)新實驗設計并不是高不可攀的，有時就像捅破一張紙那么簡單，關鍵是有沒有想到去捅。
物理概念的建立與規(guī)律的總結(jié)離不開物理實驗，教材中的實驗在物理教學中的作用舉足輕重。教師在引領學生觀察實驗、分析實驗和研究實驗的基礎上，要努力挖掘?qū)W生的潛能，找到優(yōu)化實驗的切入口。創(chuàng)新實驗的設計不但可以加深學生對概念和規(guī)律的理解，而且對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)意義重大。
二、創(chuàng)新實驗源于對習題的轉(zhuǎn)化
世界上最簡單的學習方式是模仿，但如果模仿沒有經(jīng)過學生大腦的深思熟慮、冥思苦想，沒有經(jīng)過學生的大腦深度加工，就會顯得機械。如果教師精選教材的習題，讓學生一邊完成習題，一邊通過實驗來驗證，一定會帶來美妙的學習享受，更能為學生打開創(chuàng)新實驗的大門。
例如，教材有道經(jīng)典習題：水蒸氣和水哪個燙傷更嚴重？孫遜同學經(jīng)過一個星期的設計交來他的實驗報告。
實驗準備：蒸籠、鍋、硬紙板并在上面開了一個小口、兩只癟了相同面積的乒乓球、一個計時器、一支溫度計。
實驗操作：①加熱蒸籠內(nèi)的水蒸氣，溫度計穿過硬紙板上的小口插入測量水蒸氣的溫度，控制火焰大小，使溫度計讀數(shù)穩(wěn)定在100℃。
②放入乒乓球，同時開始計時。
③觀察癟了的乒乓球，當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為5.08秒。
④將鍋里的水加熱至沸騰后，放入另一只癟乒乓球，同時開始計時。
⑤當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為16.33秒。
實驗現(xiàn)象：放入蒸籠的乒乓球恢復原形的時間遠遠比放入鍋里的短。
實驗結(jié)論：100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水更嚴重。
本實驗中運用了“轉(zhuǎn)換”的思想，將燙傷程度轉(zhuǎn)換為乒乓球膨脹快慢。100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水燙傷更嚴重是生活中的常識，也是一道經(jīng)典的物理習題。原來，蒸籠里的水蒸氣遇到較冷的乒乓球時，首先要液化為100℃的水，此時會放出大量的熱，然后100℃的水在降溫過程中還要向乒乓球放熱，所以水蒸氣向乒乓球放出的熱量比水向乒乓球放出的熱量更多，根據(jù)熱脹冷縮的原理，蒸籠中的乒乓球就會膨脹得更快。
習題教學是物理教學的重要組成部分，怎樣利用習題提高教學效率是值得研究的課題。水蒸氣燙傷是生活的常識，學生卻無法直接感受，自然增加了學生答題的困難。孫同學的創(chuàng)新實驗為實驗過程中滲透物理方法（本實驗用到了“控制變量法”和“轉(zhuǎn)換法”）提供了范例，給這類習題的高效教學提供了一條清晰的思路，對培養(yǎng)學生在解決實際問題中順利建立物理模型也有積極的意義。
三、創(chuàng)新實驗源于對綜合實踐活動的重新設計
綜合實踐活動是指在教師的指導下，由學生自主進行的綜合性學習活動，它是基于學生經(jīng)驗，密切聯(lián)系學生的生活和社會實際，體現(xiàn)對知識綜合應用的學習活動。它最大的特點是生活性、實踐性、開放性，這決定了它是學生創(chuàng)新實驗的大舞臺。
題目：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離成反比嗎？
實驗準備：分貝儀1個、米尺1把、手機1部。
實驗操作：①關好門窗，盡量避免噪音的干擾。
②在手機上下載一個響度相同的鈴聲，將手機平放在地板上。
③用米尺在距離手機5cm，10cm，15cm……45cm，50cm處在地板上分別做好標記。
④在無發(fā)聲源的情況下將分貝儀先后放置在各標記處，測量正常情況下的響度，發(fā)現(xiàn)其都為33dB。這樣，每個區(qū)域噪音的干擾都相同。
⑤分別將分貝儀放在距離手機0cm，5cm，10cm……45cm，50cm處，依次播放手機鈴聲。
根據(jù)每個點的測量數(shù)據(jù)，匯總成統(tǒng)計圖和統(tǒng)計表，如下：
實驗結(jié)論：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離并不成反比，它像熱水降溫時的“溫度-時間”曲線一般，變化規(guī)律可以總結(jié)為先快后慢。
本實驗利用手機、米尺等簡單的器材進行定量探究，過程不復雜，不但完成了教材設置這個活動的目的，而且活化了基礎知識、豐富了實驗手段。通過對上面的統(tǒng)計圖與統(tǒng)計表的觀察，可以發(fā)現(xiàn)：距手機0cm～25cm處響度一直是在減弱的，但之后響度卻忽上忽下，有時甚至比前面的響度還要高。這與生活常識相違，顯然是有什么因素干擾了實驗。其實聲音的傳播受溫度、濕度以及傳播介質(zhì)的影響。經(jīng)與小作者交流得知：他做實驗的那個走廊不透風，溫度相對較高，濕度也較大，以上因素也會影響到聲音的傳播。
教學過程離不開教材，利用教材資源挖掘?qū)W生創(chuàng)新實驗素材，使學生創(chuàng)新實驗有了明確思路。更重要的是這樣的學習過程，學生不是被動的、有待填充的“物”，而是一個有思想、有個性、不斷地進行創(chuàng)新活動的主體。學生在教學過程中的積極參與，使我們的教學成為一個充滿活力、富有創(chuàng)造性的生命成長過程。由于學生知識經(jīng)驗存在不同程度的差異，他們往往會對相同的教學內(nèi)容產(chǎn)生不同的、個性化的理解，來自于學生多元視角的實驗設計在一定程度上豐富了課堂教學內(nèi)容，成為教師反思課堂的源泉，為課堂教學提供了鮮活的素材。當然，這些鮮活的素材又為所有學生的實驗創(chuàng)新提供了沃土。
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【關鍵詞】創(chuàng)新實驗；教材資源；物理教學
【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）83-0047-03
【作者簡介】湯金波，南京師范大學附屬中學樹人學校（南京，210036）教師，高級教師，江蘇省特級教師。
物理是一門實驗學科，學生創(chuàng)新實驗有利于學生動手操作能力與綜合思維能力的培養(yǎng)。學生在設計與動手的過程中增強了自己的學習興趣與理解能力，也提高了學習物理的效率。但不少教師在與筆者的交流中提到一個困惑：不知道從哪里可以引導學生生發(fā)出創(chuàng)新實驗的思維火花。筆者理解教師對創(chuàng)新實驗設計技巧的渴望，這里談一談自己的實踐。
一、創(chuàng)新實驗源于概念與規(guī)律的形成實驗
新課程理念倡導要變“教教材”為“用教材教”，以此呼喚教師結(jié)合教學實際對教材進行創(chuàng)造性的使用。由于教材實驗設計方面存在不足，學生在觀察、實驗、制作和搜集數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)的過程中，往往會遇到實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與預設不符的情況，而此時正是培養(yǎng)學生設計創(chuàng)新實驗的難得契機，也是培養(yǎng)學生嚴謹、求真、求實的科學精神的好時機。下面這個關于冰的熔化實驗（二次水浴法）能夠很好地說明這個問題。
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猜想與假設：在實驗過程中，我們曾經(jīng)使用水浴法使得冰受熱均勻，那么多次運用水浴法是否可以減小誤差呢？
實驗器材：許多碎冰、開水、鐵絲球、金屬易拉罐、鍋、透明玻璃容器。
實驗過程：利用金屬（鐵）良好的導熱性，在透明玻璃容器和易拉罐之間加入許多鐵絲（鐵絲球），并將這個整體放入鍋中，在鍋中倒入開水。在易拉罐中放入碎冰，并放入溫度計測量其溫度，靜待其熔化（可用筷子將冰塊搗得更碎，加速其熔化），待冰塊熔化成冰水混合物時，仔細觀察溫度計的示數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其極為接近0℃，大大減小了誤差。
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二、創(chuàng)新實驗源于對習題的轉(zhuǎn)化
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例如，教材有道經(jīng)典習題：水蒸氣和水哪個燙傷更嚴重？孫遜同學經(jīng)過一個星期的設計交來他的實驗報告。
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②放入乒乓球，同時開始計時。
③觀察癟了的乒乓球，當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為5.08秒。
④將鍋里的水加熱至沸騰后，放入另一只癟乒乓球，同時開始計時。
⑤當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為16.33秒。
實驗現(xiàn)象：放入蒸籠的乒乓球恢復原形的時間遠遠比放入鍋里的短。
實驗結(jié)論：100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水更嚴重。
本實驗中運用了“轉(zhuǎn)換”的思想，將燙傷程度轉(zhuǎn)換為乒乓球膨脹快慢。100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水燙傷更嚴重是生活中的常識，也是一道經(jīng)典的物理習題。原來，蒸籠里的水蒸氣遇到較冷的乒乓球時，首先要液化為100℃的水，此時會放出大量的熱，然后100℃的水在降溫過程中還要向乒乓球放熱，所以水蒸氣向乒乓球放出的熱量比水向乒乓球放出的熱量更多，根據(jù)熱脹冷縮的原理，蒸籠中的乒乓球就會膨脹得更快。
習題教學是物理教學的重要組成部分，怎樣利用習題提高教學效率是值得研究的課題。水蒸氣燙傷是生活的常識，學生卻無法直接感受，自然增加了學生答題的困難。孫同學的創(chuàng)新實驗為實驗過程中滲透物理方法（本實驗用到了“控制變量法”和“轉(zhuǎn)換法”）提供了范例，給這類習題的高效教學提供了一條清晰的思路，對培養(yǎng)學生在解決實際問題中順利建立物理模型也有積極的意義。
三、創(chuàng)新實驗源于對綜合實踐活動的重新設計
綜合實踐活動是指在教師的指導下，由學生自主進行的綜合性學習活動，它是基于學生經(jīng)驗，密切聯(lián)系學生的生活和社會實際，體現(xiàn)對知識綜合應用的學習活動。它最大的特點是生活性、實踐性、開放性，這決定了它是學生創(chuàng)新實驗的大舞臺。
題目：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離成反比嗎？
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實驗操作：①關好門窗，盡量避免噪音的干擾。
②在手機上下載一個響度相同的鈴聲，將手機平放在地板上。
③用米尺在距離手機5cm，10cm，15cm……45cm，50cm處在地板上分別做好標記。
④在無發(fā)聲源的情況下將分貝儀先后放置在各標記處，測量正常情況下的響度，發(fā)現(xiàn)其都為33dB。這樣，每個區(qū)域噪音的干擾都相同。
⑤分別將分貝儀放在距離手機0cm，5cm，10cm……45cm，50cm處，依次播放手機鈴聲。
根據(jù)每個點的測量數(shù)據(jù)，匯總成統(tǒng)計圖和統(tǒng)計表，如下：
實驗結(jié)論：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離并不成反比，它像熱水降溫時的“溫度-時間”曲線一般，變化規(guī)律可以總結(jié)為先快后慢。
本實驗利用手機、米尺等簡單的器材進行定量探究，過程不復雜，不但完成了教材設置這個活動的目的，而且活化了基礎知識、豐富了實驗手段。通過對上面的統(tǒng)計圖與統(tǒng)計表的觀察，可以發(fā)現(xiàn)：距手機0cm～25cm處響度一直是在減弱的，但之后響度卻忽上忽下，有時甚至比前面的響度還要高。這與生活常識相違，顯然是有什么因素干擾了實驗。其實聲音的傳播受溫度、濕度以及傳播介質(zhì)的影響。經(jīng)與小作者交流得知：他做實驗的那個走廊不透風，溫度相對較高，濕度也較大，以上因素也會影響到聲音的傳播。
教學過程離不開教材，利用教材資源挖掘?qū)W生創(chuàng)新實驗素材，使學生創(chuàng)新實驗有了明確思路。更重要的是這樣的學習過程，學生不是被動的、有待填充的“物”，而是一個有思想、有個性、不斷地進行創(chuàng)新活動的主體。學生在教學過程中的積極參與，使我們的教學成為一個充滿活力、富有創(chuàng)造性的生命成長過程。由于學生知識經(jīng)驗存在不同程度的差異，他們往往會對相同的教學內(nèi)容產(chǎn)生不同的、個性化的理解，來自于學生多元視角的實驗設計在一定程度上豐富了課堂教學內(nèi)容，成為教師反思課堂的源泉，為課堂教學提供了鮮活的素材。當然，這些鮮活的素材又為所有學生的實驗創(chuàng)新提供了沃土。
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