淺談初中物理實驗教學中的細節(jié)問題

(蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖學校,江蘇 蘇州 215000)

物理學是一門實驗科學,實驗在物理教學中占有舉足輕重的地位.然而,實驗教學的現(xiàn)狀卻令人堪憂,為了加快教學進度,不少教師選擇用視頻或動畫代替演示實驗,課程標準所列的20個學生必做實驗也成了選做實驗,實際教學中教師只注重實驗該怎么做,實驗題該怎么答,很少涉及實驗原理和方法的深入思考、實驗器材的選擇、實驗方案的改進與優(yōu)化,更別提綜合實踐活動等課外實驗的開展了.為了改變這一現(xiàn)狀,筆者認為首先要重視實驗教學,把屬于實驗教學的時間還給實驗,把屬于學生實驗的時間還給學生,其次更要注重實驗中以下5個細節(jié)問題的教學.

1 重視基本實驗儀器的使用

課程標準明確指出學生應該掌握刻度尺、秒表、溫度計、天平、彈簧測力計、電流表和電壓表的正確使用,這些基本實驗儀器的使用不僅是實驗新授課的教學重點,也是完成后續(xù)實驗所需的基本操作.但看似簡單的使用方法,仍有學生因不理解某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)而無法掌握.

如托盤天平的使用中,在估計待測物體質(zhì)量的基礎上,應先添加與其質(zhì)量相近的大砝碼,然后由大到小增減砝碼.這一點單獨作為理論考試的考點,學生的正確率很高,但在實際操作中,多數(shù)學生會隨機地將砝碼放入右盤,究其原因是他們對這一操作的不理解,認為先放哪個無所謂,只要最后天平平衡了就好.所以在課堂上,這一操作細節(jié)的解釋就顯得很重要,如果從小砝碼開始加入右盤,可能會出現(xiàn)不夠用的情況,無法調(diào)節(jié)天平的平衡.而由大到小增減砝碼更容易控制天平的平衡,且在最后的微調(diào)過程中,增減小砝碼所帶來的平衡狀態(tài)比大砝碼要精準.除此之外,還可從誤差的角度以表格的形式呈現(xiàn)給學生.如圖1所示,每個砝碼的質(zhì)量都不精確,都有誤差,由大到小放置砝碼,可以保證砝碼個數(shù)盡可能少,從而減小測量誤差.

取法1取法220g(±6mg)5g(±4mg)10g(±4mg)10g(±4mg)2g(±2mg)2g(±2mg)1g(±2mg)25g(±10mg)25g(±14mg)

圖1

再如彈簧測力計的新授課教學中,都會強調(diào)使用前需對其調(diào)零的操作,但往往局限于豎直方向上正常使用彈簧測力計的情況,因而在后續(xù)的探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)、杠桿平衡條件的實驗中,會出現(xiàn)學生仍然豎直方向調(diào)零的失誤.同樣,只要在新授課中講清原因就可以避免這樣的問題,由于自重的影響,在豎直方向上使用彈簧測力計時需對其調(diào)零,水平方向使用時則水平調(diào)零,倒過來使用時則需豎直倒置調(diào)零.

由此可見,只要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)做好原因的解釋,學生便能觸類旁通,在理解的基礎上靈活掌握基本實驗儀器的使用,逐步提高動手能力.

2 實驗原理和方法的思考

實驗教學中,很多教師一味注重實驗步驟,希望學生聽到什么就照做什么,這樣的學生好似流水線上的操作工,“一無所知”地進行著實驗.然而,實驗原理和方法是否正確,是實驗能否順利開展的前提,如果前提錯了,那么整個實驗的大方向就會偏差,實驗結(jié)論的可靠性就值得懷疑.

例如色光混合的實驗中,仍有教師采用如圖2所示的方法進行演示,但其結(jié)論的得出有待商榷.如圖3所示,玻璃磚對于不同單色光的折射率是不同的,紫光的折射率大于紅光的折射率,經(jīng)過A棱鏡的第一次折射,白光發(fā)生了色散.兩個相同的三棱鏡倒置組合后,利用光路可逆的原理可知,兩塊三棱鏡中的同種單色光相互平行,最終出射的不同單色光均與白光相互平行,所以出射光線是已經(jīng)被色散的平行單色光帶.由于三棱鏡靠的很近,平行單色光帶也就很窄,肉眼看上去好像不同色光混合成了白光,但色光實質(zhì)上并未實現(xiàn)混合.如果學生一開始沒有思考實驗原理的合理性,那么會出現(xiàn)后續(xù)的實驗操作及實驗結(jié)論的得出都很完美的假象.

圖2

圖3

再如探究杠桿平衡條件的實驗中,實驗目的是探尋杠桿平衡時動力、阻力、動力臂和阻力臂4個物理量之間的關(guān)系,實驗方法并非控制變量法,所以實驗中無需保證其中兩個量不變.但不少學生混淆實驗方法,仍采用所謂的控制變量法,并得到類似的實驗結(jié)論,其實這樣的做法是不可取的.

由此可見,只有明確實驗原理和方法,才能保證后續(xù)實驗的有效性,只有真正思考過實驗原理和方法,才能讓學生進行真正的科學探究.

3 實驗器材的合理選取

實驗中的器材選取也是頗有講究的,一方面,在實驗進行前,要結(jié)合實際情況合理選擇器材完成實驗,另一方面,在實驗結(jié)束后,能根據(jù)實驗現(xiàn)象和結(jié)論,對儀器做出更合理的替換.這一細節(jié)的把握不僅能確保實驗結(jié)論的順利獲得,還能鍛煉學生的科學思維.

圖4

例如探究導體中電流與電阻的關(guān)系實驗中,實驗電路如圖4所示,電源電壓為4.5 V,實驗中R的阻值分別為5 Ω、15 Ω和25 Ω,若每次控制電壓表示數(shù)為2.5 V不變,滑動變阻器有“5 Ω 0.6 A”、“20 Ω 0.5 A”和“50 Ω 0.3 A” 3種規(guī)格,該如何選擇?這就要求學生在實驗前,從滑動變阻器允許通過的最大電流和最大阻值兩方面選擇合適的規(guī)格.教學中可以引導學生思考、小組交流討論,讓他們真正參與到器材的選取活動中,而不是依靠教師的講解,強行將結(jié)論灌輸給學生,這樣自主習得知識的過程,也是培養(yǎng)思維能力的過程.

圖5

圖6

再如探究水沸騰時溫度變化的特點實驗中,實驗裝置如圖5所示,整個實驗流程都能由學生獨立完成,在最后數(shù)據(jù)處理的階段,會發(fā)現(xiàn)水沸騰時的溫度略低于100 ℃,通常會將原因歸結(jié)于當前氣壓小于一個標準大氣壓這一點.但利用氣壓計測量當時氣壓卻與一個標準大氣壓相差無幾,且借助如圖6所示的實驗裝置再次進行實驗時,發(fā)現(xiàn)水沸騰時的溫度又接近100 ℃了,所以兩次實驗的差別在于實驗容器的不同.前者使用燒杯,溫度計的玻璃泡雖與沸水充分接觸,但測溫液柱卻暴露在燒杯上方的空氣中,由于向周圍空氣散熱,溫度計示數(shù)自然略低于100 ℃,后者使用的燒瓶很好地避免了這樣的問題.因此,在實驗前,教師可以同時準備兩套裝置供學生隨機選擇進行實驗,看似隨機的安排,最終卻能引發(fā)學生對于實驗器材選擇的思考.

由此可見,實驗器材的選取并非是隨機的,只有對實驗目的充分思考和對已有器材的效果對比,才能實現(xiàn)器材的合理選取,進而保障實驗效果的最優(yōu)呈現(xiàn).

4 實驗方案的改進與優(yōu)化

物理實驗的方案通常不止一種,教材中呈現(xiàn)的實驗方案往往是考慮多種因素后的最優(yōu)方案,但即便如此,它也不一定是最完美的．實驗中能否在原有方案的基礎上進行改進、優(yōu)化,是學生對知識融會貫通的表現(xiàn),是對學生綜合能力的考驗.

例如色光混合的實驗中,傳統(tǒng)的兩倒置三棱鏡組合方案已失效,如何改進才能呈現(xiàn)色光的混合現(xiàn)象呢?第二塊三棱鏡的放置只能形成很窄的平行單色光帶,為了使不同色光真正會聚起來,可以引導學生在右側(cè)放置一塊凸透鏡,只要在原始方案上進行改進,便能簡單捕獲色光的混合現(xiàn)象了,如圖7所示.

圖7

再如探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)的實驗中,原方案中由于水平方向勻速拉動木塊難度較大,通常的改進方案如圖8所示,抽拉木板不再需要做勻速運動,看似大大降低了實驗難度,但實際操作中發(fā)現(xiàn),由于彈簧測力計的自重影響,抽拉木板時不能保證懸線處于水平狀態(tài),故彈簧測力計的讀數(shù)仍然不準確.為解決這一問題,教學中可以引導學生妙用定滑輪能改變施力方向的特點,對實驗方案進一步優(yōu)化,如圖9所示,這樣便能大大增加實驗的可操作性和測量精度了.

圖8 圖9

由于彈簧測力計在使用前都必須校零,且本身測量精度不高,所以在實驗中不僅操作麻煩,而且實驗結(jié)果也不盡如人意.如探究杠桿平衡條件的實驗中,當動力和阻力位于支點兩側(cè)時,兩側(cè)可都使用鉤碼,當動力和阻力位于支點同側(cè)時,一側(cè)懸掛鉤碼,另一側(cè)的彈簧測力計則需倒置調(diào)零,這樣的測量不僅繁瑣還不精確,有的彈簧測力計甚至無法倒置調(diào)零使用.為此,實驗中可以將彈簧測力計替換為鉤碼和定滑輪進行優(yōu)化,如圖10所示.

圖10

由此可見,實驗方案的改進與優(yōu)化是建立在熟悉各類實驗器材優(yōu)缺點的基礎上,依據(jù)該實驗原理或原方案的不足之處,進一步完善實驗的綜合技能,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力.

5 實驗要從課堂走進生活

從生活走向物理,從物理走向社會,是課程標準提出的基本理念之一.同樣,物理實驗也不能停留于課堂,要走進每一位學生的生活,讓他們親歷科學探究真正實現(xiàn)物理知識服務于生活、服務于社會的最終目標.

依據(jù)綜合實踐活動內(nèi)容的不同,可將活動分為探究型、設計與制作型和調(diào)查型3類.探究型的活動要求學生從生活中發(fā)現(xiàn)問題,將之轉(zhuǎn)化為具體的、可研究的課題,提出自己的猜想與假設,設計實驗方案,進行實驗并收集實驗數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論,交流與討論.例如比較材料的隔聲性能、探究樹蔭下的光斑等活動,都能使學生經(jīng)歷完整的科學探究過程,提高科學素養(yǎng).設計與制作型的活動是以解決具體的實際問題為目標,學生利用所學的知識與技能,提出相應的方案,設計并制作相應的作品,并檢驗作品能否解決問題,進而改進完善的過程.又如制作簡易的密度計、設計簡單電路等活動,均能提高學生解決問題的能力.調(diào)查型的活動是指學生針對具體的現(xiàn)象和問題,通過參觀、查閱資料、訪問專業(yè)人士等方式收集資料,撰寫活動報告,并相互交流,進行總結(jié)的研究活動.再如對家庭用電的調(diào)查研究活動,不僅能豐富學生的社會閱歷和生活積累,也能增強他們對自然、對社會的認知、理解、體驗和感悟.

由此可見,作為實驗課堂教學的補充與延伸,綜合實踐活動等課外實驗教學的有序開展,不僅有利于開拓視野、鞏固和深化課內(nèi)知識,還有利于培養(yǎng)學生的實驗能力、創(chuàng)造能力.

總之,學生的核心素養(yǎng)要生根發(fā)芽,初中物理實驗教學就要有效開展,而教學中細節(jié)問題的處理就必須落到實處.當然,針對實驗類型、課時安排等實際情況,無法做到每個實驗的各個細節(jié)都處理得面面俱到,教學中應結(jié)合學生實際,有針對性地選擇相關(guān)細節(jié)進行滲透.