书城科普读物动手做实验丛书--物理实验教学改革指导
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第8章 物理实验教学的方法及模式(2)

初中物理有的实验内容,在小学自然课中已做过,如果不变换方式,便会出现学生不感兴趣或观察不认真的现象。如固体的热胀冷缩实验,在小学自然课中已做过,如果还是按照课本介绍的方法去做,学生会感到索然无味。这时可以取出一铁条问学生,铁条加热后,宽度变窄还是变宽?对这一提问,学生感到新鲜并难以回答,急欲探其究竟。教师再进行演示铁条从纵横双向变化的实验,不仅激发了学生的兴趣,而且纠正了学生原以为铁条加热后长度变长,宽度变窄的错误想法,从而加深了物体向四周热膨胀的认识。

质疑实验法

有些涉及生活的实验内容,学生自以为会(实际上有些经验是不科学的)无须再做实验,表现出无心观察的态度。如长度的测量,学生认为这谁不会,对此,设疑提问:

小李和小明用毫米刻度尺量得物理课本长分别为183厘米和1833厘米,他们俩谁量得更准确些,很多同学不加思索地回答是后者,还有不少同学动手测量,结果读数一个比一个“精确”。

当否定了他们“精确”的答案后,同学们开始认识到,简单的长度测量并非简单,从而激发了学生的求知欲,既提高了对实验的兴趣,也为测量精确度的教学创造了条件。

故事实验法

讲故事可以激发兴趣,启发学生积极思考,认真观察。如演示磁场的实验,按课本介绍的方法做,有失平铺直叙,枯燥无味。于是先问学生指南针的作用,并讲了一个指南针失灵的故事。说一商船开到一个岛上,发现船上和船员手表上的指南针失灵不再指向南北方向,学生对此感到新奇有趣,急欲弄清个中道理,思维一时活跃起来,此时,开始演示的磁场性质实验,效果很好。

“指鹿为马”实验法

指鹿为马即故意“颠倒”事实,与常理、常识相悖,以“奇”设疑加深印象。如举着苹果说是电池。学生甚感惊奇,便将铜片和锌片分别插进苹果内,再将音乐集成电路的电池拆下,将正负极用引线接到铜片和锌片上。当发出美妙的音乐时,“曲”惊四座。这为讲伏打电池做了出奇制胜的铺垫,学生对伏打电池的原理牢记终生。

实验归纳推理法

感性认识必须上升到理性认识,才能发挥实验的应有作用。教师在做好演示实验的基础上,还必须设法引导学生归纳实验事实,通过推理总结规律。如牛顿第一定律的教学,做好课本上的实验后,设计如下内容的投影片,边演播边填空。

①小车在毛巾表面上,受到阻力,速度变化前进距离。

②小车在棉布表面上,受到阻力,速度变化前进距离。

③小车在木板表面上,受到阻力,速度变化前进距离。

归纳:小车受到阻力越小,速度变化前进距离。

推理:如果小车在运动中不受阻力作用,速度,运动下去。

最后,归纳推理得出牛顿第一运动定律,收到很好的效果。

物理边学边实验教学法

边学边实验,早先叫边教边实验,就其含义来说,改为边学边实验更为恰当。它是在教师指导下,让全班学生通过自己动手、动脑、动口去获取知识,培养学生用实验方法探索物理知识的能力。这种教学形式体现了教师为主导、学生为主体、实验为基础的教学思想,有利于调动学生学习的积极性。

这类实验,时间可长可短,灵活机动,与学习新课结合紧密,很受学生欢迎。采用边学边实验的形式后,教师边启发学生学习物理知识,边指导学生实验,学生在教师的指导下边看书、边实验、边思考、边讨论,以物学物,能较快地掌握物理知识。由于边学边实验课不同于学生分组实验课,学生都在座位旁,二人一组,“逼得”学生人人动手,容易纠正学生实验中可能出现的不良倾向,有利于学生实验能力的培养。因此,从某种意义上讲,边学边实验起到了演示实验与学生分组实验的综合作用。

江苏苏州市三十三中钟鹏明老师认为上好边学边实验课,必须有如下充足的准备。

备教案

边学边实验课不仅双边活动多,而且情况多(如损坏仪器、实验无效果等),时间不容易掌握,因此必须钻研教材,领会教材的精神,认真准备教案。如怎样引入新概念,如何组织学生实验,如何引导学习观察分析,归纳总结等。我们根据教学的需要和实际可能,一般从下列三个方面考虑边学边实验课:

一是教师的演示实验,经过适当改制后,可由学生边学边实验例如:课本上用铅皮和铅盒来演示物体的浮沉条件的实验,可改由学生在课前准备好一支空牙膏管(尾端剪开)和一只玻璃茶杯。实验时,先让学生将牙膏管捏扁放在水杯里,它就在水中下沉;然后将牙膏管鼓起一些,它就能上浮。再如:光的反射定律的实验,若没有理想的光源和光学实验室,也可以另选器材来让学生边学习边进行实验。用装粉笔的空纸盆里面涂黑制成一只小暗盒,在一侧开一条狭缝,用一节干电池和一只15V的小电珠作光源。靠近狭缝便可以在暗盒里得到一束入射光线,让学生在课前准备好一小块平面镜,实验时将平面镜放入小暗盒的底部作入射光线的反射面,在入射光线的另一侧便能得到一束清晰的反射光线,上课时就可以用来研究光的反射定律了。

其次是课本上的小实验,还有一些实验习题,可以作为边学边实验例如制作橡皮筋测力计,可以在课前要求学生准备好器材,课上配合“力的测量”进行边学边实验。再如用一根两端开口的玻璃管和一个塑料片,来进行液体产生向上压强的小实验;用纸盒能将水烧开的小实验以及不透明物体的后面有影子(九年级第4页③题)的实验等,都可以配合新课教学作为学生边学边实验的内容。学习“功率”时,可将教材安排的“登楼”测功率(第176页)的小实验改为边学边实验,让学生自己设计实验,自己测量和计算,以加深对功率这一概念的理解。

三是课本上的学生分组实验,虽然验证性的居多,但有的也可以改为探索性的学生边学边实验这样有些基本仪器和操作方法在新课教学中学生已经掌握了,到学生分组实验时就可以适当提高教学要求。有利于知识的巩固和思维能力、实验能力的培养。

在实践中,我们感到进行学生边学边实验教学形式可以根据教师、教材、学生以及器材的实际情况采用多种方式进行。我们主要采用了以下三种方式:①将边学边实验安排在新课的开始,作为新课的“设疑引学”,起到激发学习兴趣的作用。②将边学边实验安排在新课的教学过程中,作为学生“辨疑解难”的一种手段,起到启发帮助学生理解概念,解决疑难问题的作用。③将边学边实验安排在下课前的几分钟作为“复习巩固”新课之用。在教学时间上,可以用一整课时,也可以用半课时或几分钟。总之根据教学的需要和可能灵活掌握。

备仪器

边学边实验是一种上新课形式的学生实验,两个学生合用一套实验仪器。仪器不足怎么办?

考虑到初中物理实验比较简单,且多数是定性的,有些定量的实验精确度要求也不高,因此,大部分物理实验仪器都可以发动师生来寻找废旧材料自制。

例如:没有平底试管我们用废旧的平底小药瓶代替(如含片瓶、桑菊感冒片瓶等);没有弹簧秤,我们发动学生用废钢丝绕制;没有溢水杯我们用玻璃杯套上二根橡皮筋代替等等。如图示为我们自制的阿基米德实验装置。①让学生用废钢丝绕制的弹簧秤。②利用废冰淇淋盒、旧铁罐等改制的容器。③用一号废干电池代替浸入液中的物体。④两根箍在瓶上的橡皮筋(用以表示水位变化),实验时只要将排开水取出倒入上边容器即可。由于我们引导学生积极参与了自制教具的活动,不仅为边学边实验提供了一定数量的实验仪器,为物理教学创设了良好的实验环境,更重要的是学生在此项活动中通过自身的实践活动增长了才干,提高了实验能力。像我们这样一所办学条件比较差的城市三类学校,通过几年的努力,师生共自制46个项目338件初中物理实验仪器。基本满足了教学实验的需要。

在实施“启发式综合教学”进行物理教学改革的过程中,较多地采用了学生边学边实验的课堂教学形式。由于改变了教师讲、学生听的局面,增加了学生实际操作练习的机会,激发了学生学习物理的积极性,从而促进了物理教学质量的提高,特别是学生的学习能力有明显增长。

物理实验课的“三·六”教学程序

高中物理学生实验目标教学的研究开展以来,经过反复实验、切磋讨论、总结改进、试用修订,课题组写出了较为完整的《高中学生实验学习目标与实验报告》(以下简称“实验册”)一书,该书为每一个学生实验都编写了学习目标、实验预习、实验报告、巩固思考四个部分。重庆重型铸锻厂子弟中学刘光汉等老师按照“实验册”所编排的次序进行教学,形成并总结了如下图所示的“三个管理阶段、六个操作步骤”的教学程序。

“三·六”教学程序是目标教学在学生实验教学中的应用显然,“三·六”教学程序具有一般目标教学的五要素:前提诊测、展示目标、实施目标、达标评测、反馈矫正。但是也有一些重要差异,比如:目标教学的课堂管理是格拉塞的OEIE四阶段循环管理(目标、摸底、教学和评价),它是基于以教学单元为整体出发采取的措施,而学生实验教学只能以一个实验的教学过程来考虑,故采用三阶段不循环管理措施;“三·六”教学程序把前提评测改在展示目标、读书思考或讲授之后,且由实验预习题目代替,也就是说新知识内容已经学习了一部分后才进行明显的前提评测;实验报告和巩固思考题代替了达标评测,而实验报告既是新课的学习目标,又有达标评测的作用。因实验教学只是教学单元中达标教学的一小部分过程,也要纳入单元教学整体的目标教学管理,故“三·六”程序是教师们把目标教学应用于学生实验教学的创造,无损目标教学操作的规范程序。

“三·六”教学程序的整个教学过程要用目标挈领,指导师生活动,师生都要树立目标意识,展示目标进行导向激励;对照目标指导读书理解;依据目标预习实验;紧扣目标精讲启发;按照目标培养操作技能;针对目标检测评讲;掌握目标及反馈信息以调整教学过程。

符合学生实验教学必须以前提认知技能为基础的教学实际学生实验的课堂教学,不同于一般课堂教学之处在于学生要亲自动手做实验。这里所说的前提条件,既包括了课前前提条件,也包括了部分与实验相关的新知识,也就是指学生动手做实验的前提认知技能。实验的主要任务之一是培养学生的实验技能。据心理学,技能学习过程要经过认知、分解、定位、自动化四阶段,即所谓的知-动协调学习。认知是初阶、是基础。认知的内容包括了知识动作两方面,学生要学习有关实验原理、方法、仪器性能功用,了解动作难度、要领以及注意事项,才能动作协调地完成实验任务。

事实上,学生实验是全班学生各自同时操作同一项实验,学生活动多,进程各异,操作过程中,容易发生步骤颠倒,操作失误,损坏仪器的现象,而导致全堂混乱。所以,在展示目标之后,教师要就整个实验精讲概貌,引导学生读书、思考,对小而具体的关键细节、要点释疑,落实实验原理、操作步骤、器材性能、数据记录、计算分析、书写实验报告等问题,然后根据“实验册”完成实验预习题,填写实验报告的前一部分(实验步骤),评讲、矫正,验收。把各个学生对实验的相关知识、动手技能、情感因素的初始行为起点,统一提高到教材对实验要求的起码高度上,才能有条不紊地进行操作实验,保证学生实验教学顺利成功。

适应了学生实验教学必须以培养操作技能为重点的特点

在排除干扰特定的实验环境中,脑、手、眼并用,精心设计实验装置、规范操作仪器、认真观察实验现象、仔细地记录读取数据,或归纳,或验证,或探索,以至拆卸装置、清理归还物品、培养严谨治学、理论联系实际、尊重事实的科学态度,这是一系列紧张的能力培养综合训练过程。但是,中学物理的学生实验为数不多,珍惜时间和环境,就决定了我们在学生实验课中必须以动手操作技能为重点。学习物理“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”(陆游诗),实验课更是如此。“三·六”教学程序以知动学习阶段突出了学生操作实践这个重点过程。这个阶段,教师要眼明、腿勤、手快,对各组进行指导、检查、示范,纠正学生操作的失误。学生失误是难免的,比如“验证机械能守恒定律”中,有的学生固定在铁架台上的打点计时器是倾斜的,有的学生先松开纸带再接通电源等,教师要针对问题简明地点拨提示,复杂的问题,要给学生具体示范,对于要手、脑、眼协调操作的,应让学生多练习几次,形成熟练的实验操作技能,达到培养实验能力的目的。

“三·六”教学程序为个别化教学提供了条件

学生之间个别行为各异,而重知识轻能力、重传授轻学法的教学无视这种差异,把学生视为同一固定模式,凭教师主观臆想统一讲授,无法提高中、差生,更不利于尖子生充分发挥聪明才智。“三·六”教学程序,从目标激励入手,指导学生读书,一般的实验教材学生都能读懂,有时最多拟个要点、精讲全貌,至于疑难点或关键地方,采取设问启发,充分调动学生的积极性,使学生自己去掌握实验原理、方法、步骤,完成预习题,付诸实践,独立操作实验。教师则把更多的注意力用于观察、了解学生,通过实验预习、查视、实验报告的填写等,及时调控进度、矫正问题、个别辅导。使尖子生、中差生各得其所,为按学生个性特点而因材施教提供了机会。

“三·六”教学程序便于按各个学生实验的时间要求灵活施教

各个学生实验的教学,需要的时间并不相同,一般安排只有45~90分钟。使用“实验册”按上述程序教学,都能提前或滞后适应。比如“验证牛顿第二定律”,安排两课时就可一气呵成;如果只有一课时,对“验证玻意耳-马略特定律”、“用单摆测重力加速度”之类简易实验,可以当堂完成,只留巩固思考题课后解决,或在下一节课抽几分钟评讲;有的实验难点在后段部分,则在上节课末,读目标和教材,课余完成“预习题”,正式上实验课时,以评讲“预习题”入手,扫清障碍再继续进行实验操作、描绘图像等工作。由于“实验册”前后均有评测的内容以提供反馈、矫正和补救的机会,故对教学全过程仍保持了完整性。

实验原理教学模式

物理教学必须以实验为基础,这已经成为广大物理教师的共识。近几年来,我们的物理教育者,在加强实验教学,改进实验方法,自制教具等方面取得不少的成绩,但是,在学生实验教学中,仍存在许多问题,其中实验原理指导是薄弱环节之一。浙江省常山县第一中学葛德成老师结合教学实际,对实验原理教学模式作了如下探讨:

实验原理教学模式的建立