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物理是一门以实验为基础的学科,实验在教学、科研和培养学生能力方面都具有相当重要的价值和魅力,《教学大纲》和《考试说明》都进一步强调了物理实验的重要性,在2006年江苏考试大纲中关于学生能力的要求,明确提出“实验能力”这一能力要求,江苏自主命题以来都非常注重实验能力的考查,试卷中都安排相当数量的实验问题(分值约占13%~15%),但是物理实验是中学教育中薄弱的环节,学生高考实验题的得分率不理想,特别是这几年的实验题的得分率呈下降趋势,因此如何组织好实验复习教学对高考的成败举足轻重。
各类教育活动中“提出问题”是发展学生创造能力的前提,并且一切科学研究都是从问题开始的,大物理学家爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题比解决一个问题更重要,因为解决一个问题也许是一个数学上的或者实验上的技能而已,而提出问题新的可能性,从新的角度去看旧问题,都需要创造性的想象力,而显示标志着科学的真正进步,”在物理教学中运用问题驱动有利于培养学生问题意识,激发学生的学习兴趣和动机,培养学生的思考能力,当学生怀着强烈的问题意识进行学习、探究时,可以从具有挑战性的创造中获得积极愉悦的感情体验,有助于强化求知欲,增强学习的内在动机,改变学生过分依赖教师、书本、学习习惯,实现教学过程主体作用的发挥,为发展创新能力奠定基础,下面就谈谈在高三物理实验复习中的一些个人做法。
1 引导提问,培养学生创新精神
提出问题是学习的一种基本方法和基本活动,能不能提出问题,能不能提出好的标新立异、别出心裁的问题,对学生创新能力的培养,将起很大的作用,教师要通过提问示范,引导学生重视实验,勤于思考,敢于超常规,敢于想象猜测,
如在复习《验证动量守恒定律》这个实验时,首先,我提出第一个问题:动量守恒定律的表达式为
m1u1 m2u2=m1u1′ m2u2′,
我们采用两个小球碰撞的物理模型来验证,那么在这个实验中,我们是如何去测碰撞前后两个小球的速度?当然,这个问题,一般同学通过看书都可以回答出:让两小球离开轨道做平抛运动,因为离地高度相同,由平抛运动知识可知,可以用落地位移来表示速度,这其实是一种间接测量的方法,这时,我就可以顺理成章的问第二个问题:高中阶段有没有其他实验手段,来测量瞬时速度(碰撞前后小球的速度属于瞬时速度)?马上就会有同学回答,借助于打点计时器这一实验仪器,但这并不是创新,因为这个思想在《验证机械能守恒定律》中已经用到,那么如何在本实验中合理使用打点计时器呢?此时学生的思维还没有全部被调动,老师可以进行引导,部分能力较强的同学提出一个模型(如图1),小车A的前端粘有橡皮泥,后端通过纸带与打点记时器相连,小车A与B放置在平整的长木板上,用薄木片使长木板与地面成一个小角度,调整木片的高度,让小车做匀速直线运动,与原来静止的小车B碰撞,由力学知识可知,碰后两者仍然做匀速直线运动,通过纸带分析就可以求出碰前、碰后两者的速度,这个时候,学生的思维已经被调动起来,随后我再简单的问一问:有没有其他类似于打点计时器的实验手段,可以用于本实验?这时,学生就会积极思考、查找资料、互相讨论,得出很多方法,而且都是课本上从未提到的,其中气垫导轨加光电门(如图2)或者气垫导轨加频闪照片(如图3)的实验方法是操作性很强,考察也比较多的,因为频闪照片和光电门都可以求出瞬时速度,与打点记时器和利用平抛运动求解碰撞速度都是同一测量瞬时速度的思想,所以可以说学生的这种想法源于实验,又高于实验,当然这就是一种创新精神的体现。
这样所有的同学都开动脑筋,有些同学借助其他知识,又想出更多的方法,其中比较典型的模型(如图4所示),钢球A用细线拴好悬挂于0点,当细线被拉直时0点到球心的距离为L,且细线与竖直线之间的夹角为a;A球由静止释放,摆到最低点时恰与B球发生正碰,碰撞后,A球把轻质指示针C推移到与竖直线夹角为β处,B球落到地面上,我们可以测出夹角a、β,再结合机械能守恒定律,就可以求出A碰撞前的速度和碰撞后的速度,虽然这和打点计时器的思想并不一致,但都是间接求解瞬时速度的方法,这说明学生的思维完全激活,而且摆脱了老师、课本的约束,学生的主体作用得到发挥,探究精神进一步得到了体现,最后,再给他们布置一个课后作业,将各自想到的实验方法的实验步骤写出,并写出所要测量的物理量,以及实验的注意事项,这样通过引导提问,层层深入,既复习了知识,使问题得以延伸和深化,又培养了学生的创新精神。
2 探究问题,完善知识体系
学生的思维活动是在他们感到迫切需要解决新问题时开始,因此在教学中应充分发挥实验设疑作用,使实验内容和所学知识具体化、条理化、问题化,启发学生强烈求知欲望,使学生始终处于有效的积极思维状态,在实验教学中我们还可以就知识的某一点、某一方面或某一角度设置问题,帮助学生不断自我补充知识,不断完善知识,在联想中展开知识,在展开中比较知识,在比较中归纳知识,在归纳中深化知识体系,老师在提问时要注重个性知识共性因素,从而形成有效的知识群体。
2.1在实验类型方面的复习
比如复习《验证力的平行四边形定则》这一实验,可以提出,中学物理中有哪些实验是验证性实验?(《验证动量守恒》、《验证机械能守恒》等),验证型实验在复习时要注意什么?在处理数据要注意什么?还可以再提出探究性实验有哪些,复习探究性实验时要注意什么?一般探究时用到有哪些实验方法?
2.2在描述实验现象方面的复习
比如复习《研究平抛运动》,画平抛运动的轨迹时我们采用了“留迹法”,中学物理中有哪些实验用到“留迹法”?(《研究匀变速直线运动》、《验证动量守恒》、《用描迹法画出电场中平面上的等势线》等),描迹法常用到哪些实验器材?在同一位置有多个点迹应怎样求平均值?
2.3在实验数据处理方面的复习
比如复习《探究弹力和弹簧伸长关系》的实验时,我们用图象法处理数据,提出哪些实验用到图象法处理数据?(《描绘小灯泡的伏安特性曲线》、《用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻》等),如何画图象?画图象时要注意什么?图象上的斜率,截距表示什么含义?如何根据图象求解斜率?
2.4在实验常用原理方面的复习
比如在验证牛顿第二定律的演示实验中,我们要研究F,m,a三者之间的关系,采用的什么实验原理?这是常用的控制变量法,还有哪些实验用到类似方法?(向心力跟哪些因素有关的演示实验,平行板电容器的电容跟哪些因素有关的演示实验),在用控制变量法处理实验时要注意什么;另外还有转化法所设计到哪些实验?(《用单摆测重力加速度》、《测金属电阻率》、《用双缝干涉测光的波长》),等等。
类似的问题的提出,能使学生创造性的形成联想的方法,在复习个体知识点的同时,注意到它们的共性因素,将各个看似毫无规律的实验,串成一条线,在构成一个有效的知识面,这样就形成一个点-线-面的有机整体。
总之,通过一段时间的教学实践,发现以构建“系列问题”为特点的“问题探究”的课堂教学模式,对培养学生的问题意识,激发学生思考问题,是一种有意义的尝试,对高中物理实验教学尤为适用,今后的研究应对物理课堂教学中的各种课型(概念、规律、习题、讲评、总复习),针对学生认知水平与接受能力,设计出分层次的、更合理的“系列问题”,能够使所有学生在教师的示范、引导与学生自身的积极参与实践下,逐渐形成能够善于发现有价值的物理问题,获得创造能力的基础。
各类教育活动中“提出问题”是发展学生创造能力的前提,并且一切科学研究都是从问题开始的,大物理学家爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题比解决一个问题更重要,因为解决一个问题也许是一个数学上的或者实验上的技能而已,而提出问题新的可能性,从新的角度去看旧问题,都需要创造性的想象力,而显示标志着科学的真正进步,”在物理教学中运用问题驱动有利于培养学生问题意识,激发学生的学习兴趣和动机,培养学生的思考能力,当学生怀着强烈的问题意识进行学习、探究时,可以从具有挑战性的创造中获得积极愉悦的感情体验,有助于强化求知欲,增强学习的内在动机,改变学生过分依赖教师、书本、学习习惯,实现教学过程主体作用的发挥,为发展创新能力奠定基础,下面就谈谈在高三物理实验复习中的一些个人做法。
1 引导提问,培养学生创新精神
提出问题是学习的一种基本方法和基本活动,能不能提出问题,能不能提出好的标新立异、别出心裁的问题,对学生创新能力的培养,将起很大的作用,教师要通过提问示范,引导学生重视实验,勤于思考,敢于超常规,敢于想象猜测,
如在复习《验证动量守恒定律》这个实验时,首先,我提出第一个问题:动量守恒定律的表达式为
m1u1 m2u2=m1u1′ m2u2′,
我们采用两个小球碰撞的物理模型来验证,那么在这个实验中,我们是如何去测碰撞前后两个小球的速度?当然,这个问题,一般同学通过看书都可以回答出:让两小球离开轨道做平抛运动,因为离地高度相同,由平抛运动知识可知,可以用落地位移来表示速度,这其实是一种间接测量的方法,这时,我就可以顺理成章的问第二个问题:高中阶段有没有其他实验手段,来测量瞬时速度(碰撞前后小球的速度属于瞬时速度)?马上就会有同学回答,借助于打点计时器这一实验仪器,但这并不是创新,因为这个思想在《验证机械能守恒定律》中已经用到,那么如何在本实验中合理使用打点计时器呢?此时学生的思维还没有全部被调动,老师可以进行引导,部分能力较强的同学提出一个模型(如图1),小车A的前端粘有橡皮泥,后端通过纸带与打点记时器相连,小车A与B放置在平整的长木板上,用薄木片使长木板与地面成一个小角度,调整木片的高度,让小车做匀速直线运动,与原来静止的小车B碰撞,由力学知识可知,碰后两者仍然做匀速直线运动,通过纸带分析就可以求出碰前、碰后两者的速度,这个时候,学生的思维已经被调动起来,随后我再简单的问一问:有没有其他类似于打点计时器的实验手段,可以用于本实验?这时,学生就会积极思考、查找资料、互相讨论,得出很多方法,而且都是课本上从未提到的,其中气垫导轨加光电门(如图2)或者气垫导轨加频闪照片(如图3)的实验方法是操作性很强,考察也比较多的,因为频闪照片和光电门都可以求出瞬时速度,与打点记时器和利用平抛运动求解碰撞速度都是同一测量瞬时速度的思想,所以可以说学生的这种想法源于实验,又高于实验,当然这就是一种创新精神的体现。
这样所有的同学都开动脑筋,有些同学借助其他知识,又想出更多的方法,其中比较典型的模型(如图4所示),钢球A用细线拴好悬挂于0点,当细线被拉直时0点到球心的距离为L,且细线与竖直线之间的夹角为a;A球由静止释放,摆到最低点时恰与B球发生正碰,碰撞后,A球把轻质指示针C推移到与竖直线夹角为β处,B球落到地面上,我们可以测出夹角a、β,再结合机械能守恒定律,就可以求出A碰撞前的速度和碰撞后的速度,虽然这和打点计时器的思想并不一致,但都是间接求解瞬时速度的方法,这说明学生的思维完全激活,而且摆脱了老师、课本的约束,学生的主体作用得到发挥,探究精神进一步得到了体现,最后,再给他们布置一个课后作业,将各自想到的实验方法的实验步骤写出,并写出所要测量的物理量,以及实验的注意事项,这样通过引导提问,层层深入,既复习了知识,使问题得以延伸和深化,又培养了学生的创新精神。
2 探究问题,完善知识体系
学生的思维活动是在他们感到迫切需要解决新问题时开始,因此在教学中应充分发挥实验设疑作用,使实验内容和所学知识具体化、条理化、问题化,启发学生强烈求知欲望,使学生始终处于有效的积极思维状态,在实验教学中我们还可以就知识的某一点、某一方面或某一角度设置问题,帮助学生不断自我补充知识,不断完善知识,在联想中展开知识,在展开中比较知识,在比较中归纳知识,在归纳中深化知识体系,老师在提问时要注重个性知识共性因素,从而形成有效的知识群体。
2.1在实验类型方面的复习
比如复习《验证力的平行四边形定则》这一实验,可以提出,中学物理中有哪些实验是验证性实验?(《验证动量守恒》、《验证机械能守恒》等),验证型实验在复习时要注意什么?在处理数据要注意什么?还可以再提出探究性实验有哪些,复习探究性实验时要注意什么?一般探究时用到有哪些实验方法?
2.2在描述实验现象方面的复习
比如复习《研究平抛运动》,画平抛运动的轨迹时我们采用了“留迹法”,中学物理中有哪些实验用到“留迹法”?(《研究匀变速直线运动》、《验证动量守恒》、《用描迹法画出电场中平面上的等势线》等),描迹法常用到哪些实验器材?在同一位置有多个点迹应怎样求平均值?
2.3在实验数据处理方面的复习
比如复习《探究弹力和弹簧伸长关系》的实验时,我们用图象法处理数据,提出哪些实验用到图象法处理数据?(《描绘小灯泡的伏安特性曲线》、《用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻》等),如何画图象?画图象时要注意什么?图象上的斜率,截距表示什么含义?如何根据图象求解斜率?
2.4在实验常用原理方面的复习
比如在验证牛顿第二定律的演示实验中,我们要研究F,m,a三者之间的关系,采用的什么实验原理?这是常用的控制变量法,还有哪些实验用到类似方法?(向心力跟哪些因素有关的演示实验,平行板电容器的电容跟哪些因素有关的演示实验),在用控制变量法处理实验时要注意什么;另外还有转化法所设计到哪些实验?(《用单摆测重力加速度》、《测金属电阻率》、《用双缝干涉测光的波长》),等等。
类似的问题的提出,能使学生创造性的形成联想的方法,在复习个体知识点的同时,注意到它们的共性因素,将各个看似毫无规律的实验,串成一条线,在构成一个有效的知识面,这样就形成一个点-线-面的有机整体。
总之,通过一段时间的教学实践,发现以构建“系列问题”为特点的“问题探究”的课堂教学模式,对培养学生的问题意识,激发学生思考问题,是一种有意义的尝试,对高中物理实验教学尤为适用,今后的研究应对物理课堂教学中的各种课型(概念、规律、习题、讲评、总复习),针对学生认知水平与接受能力,设计出分层次的、更合理的“系列问题”,能够使所有学生在教师的示范、引导与学生自身的积极参与实践下,逐渐形成能够善于发现有价值的物理问题,获得创造能力的基础。