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物理是以实验论证为主的学科,随着新课程改革的推进,物理教学中逐步增加了实验演示讲解和实验课堂的比重.“实验出真知”,通过演示实验来讲解物理原理和知识点,让学生在实验中观察总结实验的要点和有效因素,能够提高学生的物理思维能力.笔者以人教版教材为例,从以下三个方面来论述如何进行物理演示实验教学.
猜想是真理的开始,面对物理问题,人们往往按照“发现问题——提出猜想——做出假设——设计实验——得出结论”的思路来解决.通过对实验特点的细致观察,和人对实验现象及表象感性的理解和理性分析,可以合理地提出有创新思维的猜想,提高物理思维和物理能力.
例如,在高一教学“平抛运动”时有这样一个实验:将实验器械安装好置于桌面,设置完成平抛轨道,将小球放置一个合适的高度,然后在轨道下端放置一个电压复写板,释放小球,使小球在白板上留下痕迹,然后重复上一步骤,使小球多次在相同高度落下,同时每次下移一定距离的白板,使小球在白板上留下不同运动时刻的轨迹.最终以平抛轨道下端为原点,建立直角坐标系,画出网状格,使轨迹特点能够在白板上清晰展现,然后让学生猜想平抛运动的特点.有的学生说:“在小球运动痕迹的每两点之间,水平方向上的距离基本相等,所以在水平方向上应该保持匀速运动,而在竖直方向上的距离有规律地逐渐增大,所以猜想可能是匀加速运动,即s=12at2.”也有同学说小球做的是无规则运动.之后再引导学生自己动手多次展开实验,验证自己的发现和猜想.当学生在演示实验中有了自己的想法和观点,在之后的检验中,无论自己的想法和观点得到了验证还是被推翻,都会记忆深刻.
演示实验可以帮助教师讲解课程,也可以引导学生深度探究物理原理.但是没有绝对完美的实验环境,每个实验都会存在误差,教师在演示实验之后,引导学生发现实验中的误差,并深入分析误差产生的原因,以及误差的处理方法,可以有效地完善实验结果,加深对物理知识的探究.
例如,以“伏安法测电阻”这一实验为例,当选用“电流表外接法”测量电阻时,通常测量出的电阻会比未知电阻Rx偏小,这是因为当未知电阻Rx和电压表V并联时,流经电流表A中的电流,也就是电流表A测量出是流经未知电阻Rx、电压表V的电流之和,因为电压表V分走了一部分电流,所以电流表测量出的电流大于真实流经未知电阻Rx的电流,而电压表V和未知电阻Rx并联,则电压表V表示的电压是未知电阻Rx两端的准确电压.根据伏安法原理R测=U测I测=U真IV IRxU真,则R测=U测I测=URx UAI真>Rx,导致所测电阻偏大.
课堂中的演示实验多为教师演示实验操作学生进行观看,但这样的演示实验往往受控于教室场地的限制,不能使每一个学生都能看清实验的细节,若能够在课堂中设置几次由学生自己探索和设计的实验,将能取得更好的效果.
例如,在教学“测量电源电阻”时,教师可给出一个问题让学生进行思考解决:测量未知电源的阻值,让学生带着问题自己动脑设计实验,自己动手解决问题.现有的实验器材:一个阻值为20Ω的定值电阻R0,一个电压表V(已知该电压表的电阻和量程都足够大,且该表只有刻度而没有数值),未知电源E,开关S和若干根导线.要知道电源的电阻,首先需要知道电源的电压和电流,但是现有的实验器材中没有电流表,且电压表也无法读出具体的刻度值,这看似不可能完成的任务实际上是有解决的办法的.只要学生稍加思考,就会发现断路时电压表也是有负载的,那么,首先尝试将电压表接在未知电源E上,设电压表上的刻度值为E=n1v0(n为电压表指针小格数,v0为每个小格代表的电压数);再和定值电阻R0并联,接在未知电源E上,则E=n2v0 n2v0R0r,可求出rE=(n1v0-n2v0)R0n2v0.
由学生自己发现疑问,自己带着问题去设计实验,可以调动课堂氛围,培养学生的创造性.
总之,教师应在平时教学中注意方法的使用,以实验引入知识,讲解知识,练习知识,引导学生在实验中观察总结实验的要点和有效因素,鍛炼学生的创新思考能力,提高学生的物理思维能力.
一、结合实景,引导猜想
猜想是真理的开始,面对物理问题,人们往往按照“发现问题——提出猜想——做出假设——设计实验——得出结论”的思路来解决.通过对实验特点的细致观察,和人对实验现象及表象感性的理解和理性分析,可以合理地提出有创新思维的猜想,提高物理思维和物理能力.
例如,在高一教学“平抛运动”时有这样一个实验:将实验器械安装好置于桌面,设置完成平抛轨道,将小球放置一个合适的高度,然后在轨道下端放置一个电压复写板,释放小球,使小球在白板上留下痕迹,然后重复上一步骤,使小球多次在相同高度落下,同时每次下移一定距离的白板,使小球在白板上留下不同运动时刻的轨迹.最终以平抛轨道下端为原点,建立直角坐标系,画出网状格,使轨迹特点能够在白板上清晰展现,然后让学生猜想平抛运动的特点.有的学生说:“在小球运动痕迹的每两点之间,水平方向上的距离基本相等,所以在水平方向上应该保持匀速运动,而在竖直方向上的距离有规律地逐渐增大,所以猜想可能是匀加速运动,即s=12at2.”也有同学说小球做的是无规则运动.之后再引导学生自己动手多次展开实验,验证自己的发现和猜想.当学生在演示实验中有了自己的想法和观点,在之后的检验中,无论自己的想法和观点得到了验证还是被推翻,都会记忆深刻.
二、分析误差,深度探究
演示实验可以帮助教师讲解课程,也可以引导学生深度探究物理原理.但是没有绝对完美的实验环境,每个实验都会存在误差,教师在演示实验之后,引导学生发现实验中的误差,并深入分析误差产生的原因,以及误差的处理方法,可以有效地完善实验结果,加深对物理知识的探究.
例如,以“伏安法测电阻”这一实验为例,当选用“电流表外接法”测量电阻时,通常测量出的电阻会比未知电阻Rx偏小,这是因为当未知电阻Rx和电压表V并联时,流经电流表A中的电流,也就是电流表A测量出是流经未知电阻Rx、电压表V的电流之和,因为电压表V分走了一部分电流,所以电流表测量出的电流大于真实流经未知电阻Rx的电流,而电压表V和未知电阻Rx并联,则电压表V表示的电压是未知电阻Rx两端的准确电压.根据伏安法原理R测=U测I测=U真IV IRx
三、主题探索,不竭创新
课堂中的演示实验多为教师演示实验操作学生进行观看,但这样的演示实验往往受控于教室场地的限制,不能使每一个学生都能看清实验的细节,若能够在课堂中设置几次由学生自己探索和设计的实验,将能取得更好的效果.
例如,在教学“测量电源电阻”时,教师可给出一个问题让学生进行思考解决:测量未知电源的阻值,让学生带着问题自己动脑设计实验,自己动手解决问题.现有的实验器材:一个阻值为20Ω的定值电阻R0,一个电压表V(已知该电压表的电阻和量程都足够大,且该表只有刻度而没有数值),未知电源E,开关S和若干根导线.要知道电源的电阻,首先需要知道电源的电压和电流,但是现有的实验器材中没有电流表,且电压表也无法读出具体的刻度值,这看似不可能完成的任务实际上是有解决的办法的.只要学生稍加思考,就会发现断路时电压表也是有负载的,那么,首先尝试将电压表接在未知电源E上,设电压表上的刻度值为E=n1v0(n为电压表指针小格数,v0为每个小格代表的电压数);再和定值电阻R0并联,接在未知电源E上,则E=n2v0 n2v0R0r,可求出rE=(n1v0-n2v0)R0n2v0.
由学生自己发现疑问,自己带着问题去设计实验,可以调动课堂氛围,培养学生的创造性.
总之,教师应在平时教学中注意方法的使用,以实验引入知识,讲解知识,练习知识,引导学生在实验中观察总结实验的要点和有效因素,鍛炼学生的创新思考能力,提高学生的物理思维能力.