注重科學(xué)探究 自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
——自制教具優(yōu)化教學(xué)的探索與實(shí)踐

夏良英

(廣東省深圳市龍華高級(jí)中學(xué)，廣東 深圳 518109)

1 問(wèn)題的提出

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要基礎(chǔ),重要物理理論的建立離不開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)的支持和推動(dòng)．丁肇中說(shuō)過(guò):實(shí)驗(yàn)可以推翻理論,而理論永遠(yuǎn)無(wú)法推翻實(shí)驗(yàn)．

物理學(xué)科4個(gè)核心素養(yǎng),其中的科學(xué)探究是一個(gè)過(guò)程,是一種學(xué)習(xí)方式和科學(xué)研究方式,是一種學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí),發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的手段和途徑．

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)內(nèi)容的重要組成,是實(shí)現(xiàn)物理課程目標(biāo),全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑．重視學(xué)生物理實(shí)驗(yàn),不僅能提高物理學(xué)業(yè)水平,而且能培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐觀測(cè)力與科學(xué)探究素養(yǎng),尤其是對(duì)學(xué)生的生涯發(fā)展規(guī)劃與未來(lái)專(zhuān)業(yè)自主選擇具有關(guān)鍵的鋪墊作用,為未來(lái)人生奠定基礎(chǔ)．

而自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),有不可忽視的4個(gè)方面的實(shí)踐價(jià)值.(1) 是激發(fā)物理學(xué)習(xí)興趣的重要手段．豐富的自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng),蘊(yùn)含了豐富的物理現(xiàn)象和規(guī)律,有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律,具有意想不到的效果,超越了學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)能力和現(xiàn)象水平,從而激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和學(xué)習(xí)興趣及探究欲望．(2) 是促進(jìn)學(xué)生理解物理知識(shí)的重要方法．(3) 是實(shí)施科學(xué)探究活動(dòng)的重要載體．也是學(xué)生親身經(jīng)歷探究過(guò)程、有效培養(yǎng)探究意識(shí)和思維能力的重要載體．(4) 是揭示物理現(xiàn)象規(guī)律的重要工具．

故此,我們要善于營(yíng)造學(xué)習(xí)環(huán)境,讓學(xué)生身臨其境;要精于創(chuàng)新設(shè)計(jì),讓學(xué)生“在水中學(xué)游泳”;要樂(lè)于制作教具,讓學(xué)生知識(shí)體系、能力結(jié)構(gòu)有機(jī)生成．積極探索,大膽創(chuàng)新、自制教具,做到建構(gòu)有方、生成有道,從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)的優(yōu)化．

2 自制教具優(yōu)化教學(xué)的探索與實(shí)踐

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為:學(xué)習(xí)的過(guò)程是自我建構(gòu)的過(guò)程,是順應(yīng)和同化的過(guò)程．

實(shí)踐已反復(fù)證明:用實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)的物理現(xiàn)象,用實(shí)驗(yàn)建立的物理概念,用實(shí)驗(yàn)總結(jié)的物理規(guī)律,用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的物理理論和用實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的物理知識(shí),是生動(dòng)的、全面的、深刻的和牢固的．“百聞不如一見(jiàn)”,只有加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),才能激發(fā)學(xué)生的熱情;只有加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),才能突破教學(xué)的難點(diǎn);只有加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),才能進(jìn)行有效的建構(gòu)．

怎樣利用自制教具來(lái)優(yōu)化教學(xué)促進(jìn)生成呢?筆者在以下4個(gè)方面做了探索.

2.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)引入性實(shí)驗(yàn),優(yōu)化生成的環(huán)境

教育心理學(xué)的研究成果表明,學(xué)生在形成知識(shí)的最初階段都必須借助于感覺(jué),先把具體事物的觀察和接觸轉(zhuǎn)化為具體事物的感性認(rèn)識(shí),再把感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為抽象、概括的理性認(rèn)識(shí)．

新課的引入能否迅速吸引學(xué)生的注意,強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的興趣,是促進(jìn)生成的重要前提．良好的實(shí)驗(yàn)引入,能迅速激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,充分調(diào)動(dòng)求知欲望,強(qiáng)烈碰出思維的火花．

在教學(xué)的過(guò)程中,筆者十分注重新課的引入,積極優(yōu)化生成環(huán)境,不斷探索,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一系列引入性實(shí)驗(yàn)．例如:

(1) 學(xué)習(xí)摩擦力時(shí),筆者設(shè)計(jì)了:誰(shuí)的力氣大?別開(kāi)生面的拔河比賽實(shí)驗(yàn)(如圖1,選手用兩塊短木板夾住長(zhǎng)木板進(jìn)行拔河比賽),學(xué)生熱情高漲.

(2) 學(xué)習(xí)電場(chǎng)時(shí),筆者設(shè)計(jì)了:空中取電實(shí)驗(yàn)(如圖2,用輝光球作為電源,光管靠近可以發(fā)光),學(xué)生高呼神奇.

(3) 學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了:你敢抓他嗎?會(huì)電人的體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)(如圖3,用簡(jiǎn)易風(fēng)扇制作)學(xué)生驚險(xiǎn)體驗(yàn).

(4) 學(xué)習(xí)動(dòng)量定理時(shí)筆者設(shè)計(jì)了:你能把繩子拉斷嗎?拉斷繩子挑戰(zhàn)性實(shí)驗(yàn)(如圖4,拉斷纖維繩),學(xué)生躍躍欲試……

圖1

圖2

圖3

圖4

通過(guò)這些新穎的設(shè)計(jì),使學(xué)生迅速置身于物理情景之中,獲得了強(qiáng)烈的感性認(rèn)識(shí),激發(fā)了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),為理性認(rèn)識(shí)的生成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),收到了較好的預(yù)期效果．

2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn),夯實(shí)生成的過(guò)程

理論與實(shí)踐表明,科學(xué)家從事科學(xué)研究的過(guò)程與學(xué)生接受科學(xué)教育的過(guò)程,二者在本質(zhì)上有著極大的相似性:學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是對(duì)人類(lèi)文化發(fā)展過(guò)程的一種認(rèn)知重演,他們學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序差不多就是前人探索科學(xué)的歷史順序．波利亞在“教學(xué)發(fā)生學(xué)原理”中指出:“在教一個(gè)科學(xué)的分支(或一個(gè)理論、一個(gè)概念)時(shí),我們應(yīng)讓孩子重蹈人類(lèi)思想發(fā)展中那些關(guān)鍵的步子”．

因此,理想的物理教學(xué)也應(yīng)是:以濃縮的時(shí)空和必然的形式重演人類(lèi)豐富多彩的科學(xué)活動(dòng),將教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化為學(xué)生的“亞研究”、“類(lèi)創(chuàng)造”的探究過(guò)程．探究離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)的支持．優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),是確保探究過(guò)程有序、有機(jī)、有效開(kāi)展的關(guān)鍵,是攻克難點(diǎn)、夯實(shí)生成過(guò)程的“利劍”．筆者通過(guò)發(fā)揮團(tuán)隊(duì)力量,認(rèn)真總結(jié),積極鉆研,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了很多優(yōu)質(zhì)的探究性實(shí)驗(yàn),有效攻破了學(xué)習(xí)難點(diǎn),特別是定量探究的難點(diǎn)．例如:

(1) 圖5,功率探究?jī)x:用兩個(gè)半徑不同,轉(zhuǎn)速可調(diào)的電機(jī)制作而成,不僅能定性探究P、v、F3者的定性關(guān)系,還能探究定量關(guān)系．有效突破了功率關(guān)系很難定量探究的難題．

(2) 圖6,滑動(dòng)變阻器接法探究?jī)x:通過(guò)豎直木板,把電學(xué)儀器進(jìn)行組裝,不僅改變了電路實(shí)驗(yàn)無(wú)法豎直觀看的遺憾,還可以讓學(xué)生通過(guò)定量測(cè)量,清晰地探究到滑動(dòng)變阻器限流式、分壓式接法的差異,改變了只能理論探究的不足．

(3) 圖7,平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究?jī)x:由多個(gè)導(dǎo)軌組成,通過(guò)電磁鐵控制兩個(gè)相同的小球,解決同時(shí)釋放問(wèn)題,還能調(diào)節(jié)不同的高度,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)探究,現(xiàn)象清晰、結(jié)果準(zhǔn)確、探究高效．

(4) 圖8,電磁感應(yīng)規(guī)律探究?jī)x:通過(guò)兩個(gè)正對(duì)的大磁鐵,不僅能夠探究單邊切割,還能清晰地探究雙邊切割沒(méi)有感應(yīng)電流的規(guī)律,有效突破了雙邊切割沒(méi)有感應(yīng)電流的教學(xué)難點(diǎn)．

圖5

圖6

圖7

圖8

通過(guò)這些創(chuàng)新設(shè)計(jì),讓知識(shí)“稀釋還原”, 讓學(xué)生追根溯源,建構(gòu)的過(guò)程是自然的、同頻的,生成的基礎(chǔ)是扎實(shí)的、結(jié)果是牢固的．

2.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),提升生成的水平

大部分高中生正處于具體運(yùn)算向形式運(yùn)算演變的發(fā)展階段．調(diào)查研究表明:只有15%的高中生達(dá)到了形式運(yùn)算階段．

因此,我們應(yīng)該從學(xué)生的實(shí)際出發(fā),按最近發(fā)展區(qū)的理論,對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加工、重組,直觀呈現(xiàn)事物原貌,讓學(xué)生眼見(jiàn)為實(shí)．努力降低認(rèn)知的臺(tái)階,積極搭建建構(gòu)通道,提升生成的水平．設(shè)計(jì)直觀具體、形象生動(dòng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),能很好地突破重、難點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)感性到理性、具體到抽象、簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順利過(guò)渡,也有利于增強(qiáng)學(xué)生客服困難的信心,促進(jìn)三維目標(biāo)的生成．筆者也做了積極的探索．例如:

(1) 圖9,離心運(yùn)動(dòng)演示儀:由可改變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)盤(pán)制成．演示時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的加快,小茶餅會(huì)做離心運(yùn)動(dòng),由于小茶餅底部有凹陷,塞進(jìn)蘸有紅墨水棉花,能把離心運(yùn)動(dòng)的軌跡清晰地演示出來(lái)．既突破了離心運(yùn)動(dòng)的發(fā)生條件,又顯現(xiàn)了離心運(yùn)動(dòng)的軌跡．

(2) 圖10,作用力與反作用力演示儀:由遙控小車(chē)和平板小車(chē)組成．通過(guò)控制遙控小車(chē),能直觀地看到車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況,很好地反映了作用力與反作用力的關(guān)系．此實(shí)驗(yàn)儀還能用來(lái)演示反沖的現(xiàn)象,只需加上兩塊磁體即可,實(shí)現(xiàn)一物多用．

(3) 圖11,惰性管:由塑料管和鋁管制成,能清晰對(duì)比出兩塊相同磁鐵通過(guò)兩管的時(shí)間差異,驗(yàn)證電磁感應(yīng)原理．

(4) 圖12,做功因素演示儀:由兩條長(zhǎng)度不同的塑料管制成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但效果明顯,用相同的力氣在兩管的一端吹小紙團(tuán),從長(zhǎng)管出去的紙團(tuán)能把礦泉水瓶擊倒,管越長(zhǎng)威力越大,直觀驗(yàn)證做功與位移有關(guān)．

圖9

圖10

圖11

通過(guò)這些創(chuàng)新設(shè)計(jì),很好地呈現(xiàn)了物理的原生態(tài),讓學(xué)生直接突破難點(diǎn),提升了生成的水平．

2.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)生成的升華

習(xí)得過(guò)程是內(nèi)化建構(gòu)的過(guò)程,應(yīng)用的過(guò)程則是外化構(gòu)建的過(guò)程．習(xí)得的過(guò)程是一維到二維的發(fā)展過(guò)程,應(yīng)用的過(guò)程則是立體發(fā)展的過(guò)程．所以,我們要通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng),特別是具有創(chuàng)新精神的實(shí)踐活動(dòng),讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦,多層次、全方位、零距離認(rèn)識(shí)物理世界的真實(shí)面貌．一直以來(lái),筆者努力搭建應(yīng)用的平臺(tái),創(chuàng)新開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)．例如:(1) 圖13,水火箭射遠(yuǎn);(2) 圖14,縱波模擬器;(3) 圖15,燈總匯;(4) 圖16,電磁探雷器．

圖13

圖14

圖15

圖16

制作的過(guò)程,是活用知識(shí)的過(guò)程,是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程,更是思維創(chuàng)新的過(guò)程．知行合一、春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無(wú)聲,這是質(zhì)的升華．這是其它方法無(wú)法比擬的、無(wú)法替代的．

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)自制教具感悟

物理是由“物”和“理”二字組成,“物”是事實(shí)證據(jù),以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)是物理的根;“理”是規(guī)律，是理性思維,以思維為中心,思維是物理的魂．豐富的生活資源讓物理教學(xué)內(nèi)容更加豐富,獨(dú)具匠心的實(shí)驗(yàn)探究讓物理教學(xué)過(guò)程更加精彩,扎實(shí)的思維訓(xùn)練讓學(xué)生智慧之門(mén)開(kāi)啟．認(rèn)清物理學(xué)科本質(zhì)有助于我們對(duì)物理教學(xué)的理解和把握,使物理教學(xué)具有濃濃的“物理味道”:生活味、探究味、方法味．

受應(yīng)試教育的影響,實(shí)驗(yàn)的教學(xué)被淡化,只講不做的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式普遍存在．高分低能、眼高手低的現(xiàn)象無(wú)處不在．這是教學(xué)的缺失,也是發(fā)展的傷害．實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ),不是教學(xué)的從屬．以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)突破,用實(shí)驗(yàn)去突破,它是一種教學(xué)手段,也是一種教學(xué)方法,更是一種教學(xué)思想．這是教學(xué)的要求,也是認(rèn)知的要求,更是時(shí)代的要求,我們要學(xué)會(huì)堅(jiān)守．