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物理学是一门以实验为基础的自然科学.物理实验是实现物理教学目标的基本手段,是实现手、眼、脑综合运用的过程,通过实验可以加强中学物理的教学,提高教学效果,培养学生的观察能力、操作能力、分析能力. 二十世纪七十年代,我国著名的物理教育家、苏州大学教授朱正元就当时中学的办学条件,提出了“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”的教育思
又如:如图2(1)所示,某电脑爱好者设计了一个“猫捉老鼠”的动画游戏:在一个边长为a的大正方体木箱的顶角A处,老鼠从猫的爪中逃出而奔向木箱的另一顶角G处的鼠洞. 若老鼠的奔跑速率恒为v,且只能沿着木箱的棱运动,而猫可以沿木箱的表面运动,则猫应沿怎样的路线匀速率奔跑,方能以最小的速率恰在G处再次捉住老鼠,其最小速率为多少?正常解法是先列出关系式,再求极值,方法较繁. 若找一个立方体的硬纸箱,引导学生将纸箱中猫奔跑路线所涉及到的两个相互垂直的平面展开到同一平面内,如图2(3)所示,这样就将猫在空间内选择最短路线的问题转换为平面内选择最短路线的问题,显然,当A、P、E三点共线时即可.
又如,“220V 100W”灯泡的电阻R,学生用公式R=算出的是484Ω,此时可有意识地引导学生用多用电表的欧姆挡实际测量“220V 100W”灯泡的电阻发现其测量值远小于由公式R=算出的484Ω,让学生讨论可能的原因. 有一部分同学认为是欧姆表测量误差大造成的,为此可以再引导学生用相对较精确的伏安法再测量该灯泡的电阻后,发现测量值仍远小于484Ω,说明阻值小的原因不是因为欧姆表测量误差大造成的.学生经过多次讨论认识到了真正的原因是:灯泡的电阻随温度的变化是动态变化的,由公式R==484Ω求的是灯泡正常发光时的电阻,而用多用电表的欧姆档测量的是常温下的电阻,这两种状态下的电阻当然相差较大. 从而加深了对公式R=的电阻“R”理解. 通过学生思维的迸发、大胆的质疑,加深教师与学生之间思维的碰撞,使学生学习物理的热情更加高涨,可谓课堂因生成而灵动,教学因释疑而精彩.
例如:2005年10月17日凌晨4时33分,内蒙古中部四子王旗草原迎来了两位巡天归来的“游子”. 在飞船中如何测量小物体的质量呢?让学生课后思考,设计出相应的实验方案.
下一节课让学生以小组为单位,汇报自己的成果,笔者归纳后大致有以下三种:
方案一
用如图4所示的装置(图中O为光滑的小孔)来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动. 实验时测出弹簧秤示数F、圆周运动的半径R、n圈圆周运动的时间t,即匀速圆周运动的周期T=;由向心力公式F=mω2R=M()2R,得待测质量的表达式为m=.
方案二
用如图5所示装置(弹簧的劲度系数为k)来间接测量物体的质量:A是质量为M的带夹子的标准质量的金属块,B是待测质量为m的物体. 当只有A物体做简谐运动时,测得其简谐运动n个周期的时间为t1,则周期T1=;将待测物体B固定在A物体上后,测得它们简谐运动n个周期的时间为t2,则周期为T2= .由简谐运动的周期公式T=2π有:只有A物体时,T1=2π当加上物体B后,T2=2π,由以上两式得 m= M=M.
方案三
用如图6所示的实验装置来间接测量物体的质量,A是质量为M标准质量的滑块,B是待测质量为m的滑块,C和D是水平桌面的的两个竖直挡板,滑块A、B离开弹簧后在桌面上做的是匀速直线运动.实验步骤如下:
a. 在滑块A和B间放入一个被压缩的轻弹簧(弹簧的长度较短,可忽略不计),用电动卡销锁定,静止放置在水平桌面上.
b. 用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1,B的右端至D板的距离L2.
c. 按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A,B运动时间的计时器开始工作. 当A,B滑块分别碰撞C,D挡板时停止计时,记下A,B分别到达C,D的运动时间t1和t
摘自：硕士论文答辩www.udooo.com
想,要求广大物理教师要想方设法把实验开展起来,让学生动起手来,让中学物理实验探究做到常态化.一、中学物理实验探究的现状
1. 用眼看“实验”
实验由过去老师在黑板上讲实验的“看黑板”到如今的“看录像”、“看视频”. 一些原本可以演示的实验甚至可以让学生动手做的实验却用多媒体来展示.2. 用笔“做实验”
教师编制的大量实验试题让学生用笔“做实验”,这不仅增加了学生的学业负担,而且挫伤了学生动手实践的积极性,使实验教学变成了“试卷中编实验”、“纸上用笔做实验”、“考试中背实验”,从而在“应试的泥潭里越陷越深”.3. “机械”做实验
虽然让学生动手做实验,但只是以机械操作为主. 学生根据教师讲解的实验目的、器材、步骤等按照规定的程式进行操作,就像按照医生开的药方去抓药,去获取教师或书本所要求得到的实验数据而不去考虑实验为什么要这样做,怎样去做,更不会考虑实验中可能会出现什么问题以及如何去解决问题.4. 实验器材陈旧
很多学校存在实验仪器过于陈旧,没有及时补充、更新,不能正常使用、仪器数量不够、教学内容与仪器不配套等情况使实验教学不能正常开展. 课本中已有的演示实验和学生实验都不能做全,更不会去考虑创新一些实验让学生去探究.二、实验探究常态化的常见方法
物理新课程旨在进一步提高学生的科学素养,而科学精神中的探究精神、创新精神等在物理实验探究中学生都可以得到充分的培养. 因此,不仅要在物理实验课上谈实验探究,更要在平时的物理教学中创造时机,适时引导学生动手,做一些小实验,启迪学生思维,提高学生探究问题的能力和创新能力,让中学物理实验探究做到常态化. 针对不同的物理教学内容,笔者在实践中总结出了中学物理实验探究常态化教学的几种基本方法.1. 通过实验探究导入,激发学生学习的趣味性
有趣的物理实验探究能抓住学生的好奇心和求知心理,给学生带来无限的想象和兴趣. 在物理课堂教学中,利用趣味的实验,往往会起到出奇制胜的教学效果. 如在学习《机械能守恒定律》前,设计“铁球碰鼻”的趣味实验,将大铁球用绳子悬挂在教室天花板上,将铁球拉离平衡位置,让铁球刚好碰到鼻子,然后释放铁球,铁球摆过去,又摆回向学生“打”来时,学生一齐惊喊起来,被“打”的学生被固定住了,无处可逃,吓得叫起来,但铁球却在“千钧一发”之际“荡”回去了,顺利“脱险”,学生大惑不解,啧啧称奇,个个迫不及待地想知道个中玄机……这一实验把自然界的秘密(机械能守恒定律)生动形象地展现在学生面前,使学生留下深刻的印象,激发学生学习物理的兴趣,同时也启发着学生去思考和探索客观世界.2. 借助直观实验探究,降低习题教学的抽象性
爱因斯坦说:“对真理的探索比占有更加宝贵.”实验对培养学生思维能力、创造能力、自学能力、观察实验能力及解决实际问题的能力有独到的作用. 在物理习题教学中适时引导通过一些简单的实验探索问题,启迪学生思维,将复杂、抽象的思维过程转化为简单、直观的思维过程,加深对相关物理现象、物理过程的理解,培养学生用实验探究问题的意识,提高学生探究问题的能力和创新能力,缩短解题时间,从而达到事半功倍的解题效果. 例如:如图1所示,A、B是两只相同的齿轮,A被固定不能转动,若B齿轮绕A齿轮运动半周,到达图中的C的位置,则B齿轮上所标的竖直向上的箭头所指的方向如何?只要让学生用两个硬币实际转动一下,就可得出结论为竖直向上.又如:如图2(1)所示,某电脑爱好者设计了一个“猫捉老鼠”的动画游戏:在一个边长为a的大正方体木箱的顶角A处,老鼠从猫的爪中逃出而奔向木箱的另一顶角G处的鼠洞. 若老鼠的奔跑速率恒为v,且只能沿着木箱的棱运动,而猫可以沿木箱的表面运动,则猫应沿怎样的路线匀速率奔跑,方能以最小的速率恰在G处再次捉住老鼠,其最小速率为多少?正常解法是先列出关系式,再求极值,方法较繁. 若找一个立方体的硬纸箱,引导学生将纸箱中猫奔跑路线所涉及到的两个相互垂直的平面展开到同一平面内,如图2(3)所示,这样就将猫在空间内选择最短路线的问题转换为平面内选择最短路线的问题,显然,当A、P、E三点共线时即可.
3. 适时引入实验探究,催生课堂教学的生成性
朱正元教授曾说:“说一千,道一万,不如实验看一看.”在物理课堂教学中为让学生加深对学知识的理解,教师可给学生创设各种情境,巧妙设问,适时引导学生做些小实验,为学生提供实验探究的机会,并指导他们有目的地观察,从中发现问题. 爱因斯坦强调“发现问题和系统阐述问题可能要比得到问题的解答更为重要”.教师要鼓励学生对问题进行猜想,让他们大胆提出各种检测设,并展开讨论,设计出实验方案,验证自己的猜想,排除错误的猜想,从而得出正确的结论. 例如在“摩擦力方向”判断的学习中,尽管老师讲了多种方法,但学生还是觉得雾里看花.如果引导学生使用家用的刷子(建议刷子的毛发尽量长些)动手做一做,在亲身体验中领悟物理知识. 课前布置学生带一把家用的刷子到校,让刷子毛发朝下在桌面上运动或有相对运动的趋势,学生对滑动摩擦力或静摩擦力的方向就会一目了然了(如图3所示).又如,“220V 100W”灯泡的电阻R,学生用公式R=算出的是484Ω,此时可有意识地引导学生用多用电表的欧姆挡实际测量“220V 100W”灯泡的电阻发现其测量值远小于由公式R=算出的484Ω,让学生讨论可能的原因. 有一部分同学认为是欧姆表测量误差大造成的,为此可以再引导学生用相对较精确的伏安法再测量该灯泡的电阻后,发现测量值仍远小于484Ω,说明阻值小的原因不是因为欧姆表测量误差大造成的.学生经过多次讨论认识到了真正的原因是:灯泡的电阻随温度的变化是动态变化的,由公式R==484Ω求的是灯泡正常发光时的电阻,而用多用电表的欧姆档测量的是常温下的电阻,这两种状态下的电阻当然相差较大. 从而加深了对公式R=的电阻“R”理解. 通过学生思维的迸发、大胆的质疑,加深教师与学生之间思维的碰撞,使学生学习物理的热情更加高涨,可谓课堂因生成而灵动,教学因释疑而精彩.
4. 利用日常生活用品,挖掘实验探究的创造性
物理是一门应用性很强的科学,物理现象无时不在,无处不有,物理知识广泛地渗透到个人和社会生活的各个方面. 为此,我们可以创设一些新的物理实验探究形式,如生活中的物理实验探究、家庭小实验探究等,使学生认识和理解物理对个人和社会的价值,营造学科学、爱科学、用科学的氛围,在潜移默化中对学生进行科学的生活和生活中的科学教育,培养学生实验探究的意识. 例如:大家每天都与手机打交道,手机除了具有通讯、娱乐等功能外,还能在物理课堂上演示一些物理小实验探究. 可以引导学生演示:声音是由物体振动产生的、声音的传播需要介质、电磁波能在真空中传播装置、静电屏蔽、电流的热效应现象、观察看不见的红外线、滑动摩擦力的大小与接触面积无关、压强与受力面积的关系、物体具有惯性等.5. 做到理论联系实际,增强实验探究的开放性
“让学生联系实际探究一些实际的问题”给物理实验探究更大拓展的空间,也为学生创造能力的展现提供了更加宽阔的舞台,留给学生更多发挥聪明才智的空间. 在实验探究的过程中,学生们各抒已见,提出了各种检测设以及问题探究的方案,达到了百花齐放、百家争鸣的开放性的效果.例如:2005年10月17日凌晨4时33分,内蒙古中部四子王旗草原迎来了两位巡天归来的“游子”. 在飞船中如何测量小物体的质量呢?让学生课后思考,设计出相应的实验方案.
下一节课让学生以小组为单位,汇报自己的成果,笔者归纳后大致有以下三种:
方案一
用如图4所示的装置(图中O为光滑的小孔)来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动. 实验时测出弹簧秤示数F、圆周运动的半径R、n圈圆周运动的时间t,即匀速圆周运动的周期T=;由向心力公式F=mω2R=M()2R,得待测质量的表达式为m=.
方案二
用如图5所示装置(弹簧的劲度系数为k)来间接测量物体的质量:A是质量为M的带夹子的标准质量的金属块,B是待测质量为m的物体. 当只有A物体做简谐运动时,测得其简谐运动n个周期的时间为t1,则周期T1=;将待测物体B固定在A物体上后,测得它们简谐运动n个周期的时间为t2,则周期为T2= .由简谐运动的周期公式T=2π有:只有A物体时,T1=2π当加上物体B后,T2=2π,由以上两式得 m= M=M.
方案三
用如图6所示的实验装置来间接测量物体的质量,A是质量为M标准质量的滑块,B是待测质量为m的滑块,C和D是水平桌面的的两个竖直挡板,滑块A、B离开弹簧后在桌面上做的是匀速直线运动.实验步骤如下:
a. 在滑块A和B间放入一个被压缩的轻弹簧(弹簧的长度较短,可忽略不计),用电动卡销锁定,静止放置在水平桌面上.
b. 用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1,B的右端至D板的距离L2.
c. 按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A,B运动时间的计时器开始工作. 当A,B滑块分别碰撞C,D挡板时停止计时,记下A,B分别到达C,D的运动时间t1和t
2.由动量守恒定律有:M=m=.
三、结束
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语 以上是笔者经过理性的思考和在实践中总结出来的中学物理实验探究常态化教学的几种常见方法,仅希望能起到抛砖引玉的作用,使中学物理实验探究常态化教学的方法得到进一步的深入的研究,中学物理实验探究常态化教学能真正落到实处.使得每一节课上学生都能得到科学素养的熏陶,使得每个学生都具有科学素养.