刍议高中物理实验在新课标下的变化及对策

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  物理学是一门以实验为基础的科学.《普通高中物理课程标准(实验)》中指出“物理实验对全面提高学生的综合素质,进一步提高科学素养,满足学生终生发展的需求.物理实验有助于学生对科学过程和物理知识的理解,发展科学探究和实验能力,运用物理知识、科学探究方法、实验技能解决学习、生活中的问题,发展科学思维的能力,使学生保持好奇心与求知欲发展科学探索兴趣,培养学生坚持真理、勇于创新、实事求是的科学精神.”
  新教材中每一章节的学习,都以实验活动展开的.实验活动是学生学习物理的主要手段.也是物理教学的重要部分,它有着导入、推进课堂教学内容,引发学生思考,验证重要结论等功能.物理教学中演示实验和学生实验,都能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识,是理解概念和规律的必要基础.观察和动手操作是对培养学生的观察和实验技能,培养实事求是的科学态度,激发学习兴趣,具有不可替代的重要作用.尤其在新教材中出现的科学探究,它不同于以往的学生实验只停留在对现象或结论的验证上,科学探究重在重现科学探究的过程,引导学生学会科学研究的方法,促进学生的发散性思维和创新精神的培养,使学生从本质上掌握物理知识和科学的方法.让学生参与到科学探究和知识的获取的过程中,学会研究解决问题的方法,全面提升学生的科学素养.在此过程中物理实验起到了十分重要的作用.由此可见,加强物理实验教学是新课程的必然要求.本文就物理实验的变化及其对策略作一些粗浅的探讨.
  1新课程下物理实验的变化
  根据普通高中物理课程标准,人教版高中物理新教材充分体现了高中新课程改革的精神,特别重视物理实验的改革,无论是内容还是形式上都发生了突破性的变化.
  1.1实验在教学中的地位更加强化
  新课程标准下的物理实验,从内容、数量到形式都有较大的改革,把过去很多固定模式、统一装置、验证性的实验改为探究性实验,要求学生根据实验问题做出假设,自选器材设计实验,然后进行实验,得出结论;淡化了演示实验与学生实验的界限,强调学生亲自动手做实验,这对物理实验教学提出了更高的要求.它充分体现了物理是以实验为基础的特点,也突出了科学探究的新课程理念.做好这些实验有助于学生自主意识的培养和创新、实践能力的开发.它也为学生学习新知识奠定良好的基础,同时通过实验把学生引入物理世界,还可以大大激发学生探索物理奥妙的兴趣.
  如:新增了“做一做、实验(探究、演示)、探索性实验、思考与讨论”等.可以开阔学生的眼界、启发思考,有利于学生掌握知识、提高能力.“ 做一做”是由学生进行的简单易行的实验,是新教材的一大亮点.学生可以自己动手,克服困难,进行探索实验.其次,物理实验在教学内容中的比例大大提高.如根据新课标要求,不仅在各模块安排了大量的物理实验,还新增加了课题研究,如探索性实验:“怎样把交流电变成直流电”和“霍尔效应”; “潮汐现象”、“桥梁的研究”是跨学科的课题,它有助于学生运用综合知识的意识和能力;也拉近了物理学与实际问题的距离,同时也是培养学生动手、获取新知识和创新能力的一个有效途径. “社会生活中的电磁波”和“研究建筑石材的放射性”的课题是与科技和环境有关的最新热点.它使学生意识到地球是大家的,我们应该共同关注环境问题.课题研究既能全面培养学生综合运用所学知识的能力、 收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力及团结协作的能力;又有利于培养学生独立思考的习惯,激发学生的创新意识;更使学生懂得关心社会,关心他人等.这些课题进一步凸显了实验教学的重要性.
  1.2实验的探究性和开放性得到强化
  高中物理新教材实验内容呈现丰富多彩,旧教材的实验主要以演示实验和学生实验呈现,且多数是验证性实验,旧教材对实验现象和实验结论都给出了答案,在教学中无论是演示实验还是学生实验,结束后都有可对照标准答案,甚至可以不做实验.新教材在实验设计上取消了现象、分析、结论等环节的内容,多数实验变成了探究性实验、设计实验.在“思考与讨论”、“做一做”等栏目中出现;实验内容的呈现形式灵活多样,具有很强的针对性、开放性、探究性和创造性,大大激发了学生对物理实验的兴趣,同时加强了对学生探究能力和科学素养培养的力度.如选修3-2中“传感器中”的实验:探究光敏电阻、热敏电阻的特性实验.就是以问题的形式展开让学生去探究的.
  开放性是以教学内容为依据,但不局限于教材,从知识、能力等多方面向外延伸或扩展.创设一些开放性问题情境,拓宽学生的视野和知识面,使学生掌握更多的知识和方法,进而提高学生的综合能力和素质.如:新教材中每个模块后的“课题研究”基本上都是开放性实验.这种实验不仅思维容量大而且可以由于学生的认知水平不同、思考问题的角度不同,其设计方案或调查结果可以完全不同.有的设计非常合理,有的设计比较合理,有的设计不合理甚至违反常规.但是每个学生都进行了认真思考,至于得到什么结果并不重要,重要的是在设计实验时对知识的体验过程.提出的方案越多,思考的角度就越多,思维也愈深刻.与此同时,经过交流讨论.相互启发,学生不但学活了知识,且实验能力、与人合作的能力,科学探究能力,创新思维能力等都得到了培养和提高,不仅教学效果显著提高,而且也促进了“学生学习方式的转变”.促进了学生的全面发展和综合能力的提高.
  1.3实验更加富于生活化和趣味化
  为了使学生感到物理就我们身边.新教材中的课题“桥梁的研究”、“社会生活中的电磁波”和“研究建筑石材的放射性”研究等都与我们身边的生活密切相关.研究的问题更加体现生活.通过这些活生生的物理实验现象,使学生感到物理的魅力,进一步体验到物理的真正价值,激发学生的学习兴趣.
  物理实验内容注重了实验的趣味性,也激发了学生的学习兴趣.如:选修3-2中“做一做”的“摇绳能发电吗”让学生亲自体验感应电流的产生条件及地磁场的方向.
  这些趣味性实验,使学生感到物理离他们很近,体验到物理与实际的联系.学生学得容易理解的深刻,教学效果怎么会不好呢?   2新课程下物理实验教学的对策
  新课程下对物理教师的教学观念、教学能力、专业水平、知识结构等许多方面提出了更高的要求.教师不仅要更新教学观念、优化知识结构,更要提高组织和实施实验教学的能力.充分利用物理实验在教学中的特殊优势,提高教学效果.如把一些教学内容设计成物理实验提高教学效果.此外“课标”指出“物理实验对于实现高中物理课程目标具有不可替代的作用,学生在设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、进行数据处理、获得实验结论的过程中不仅能获取知识、技能和方法,提高探究能力,还能形成良好的情感和价值观.”由此可见高中物理新课程特别强调实验的地位,力图使物理实验在培养学生的科学素养的过程中发挥更为积极的作用 .
  2.1由验证性实验向真正的探究性实验转变
  过去的学生实验课,课前和课后教师不惜花费大量的时间反复要求学生应该如何做,不能这么做.正是这种仔细扼杀了学生的探究欲望,使得学生服从意识有余创新意识不够.探究性实验要求教师充分相信学生,减少对实验操作过程的过多指导和限制,为学生创造一个轻松、和谐的氛围.新课程要求老师为学生创设进行探究实验的必要条件.教师应努力挖掘蕴含于教材中的可供探究的素材;探究问题的难度要恰当,要符合学生的思维能力;要帮好学生打好进行科学探究必备的知识基础.教师要从根本上转变观念,引导做好每一个探究实验.
  2.2进一步拓展实验内容
  2.2.1将探究过程落到实处
  探究性实验重视学生的全面发展.新课程下的高中物理实验比以往的实验多且以学生自主探究为主,要求学生在实验过程中的参与和体验,亲身经历实验探究过程,要求学生自主通过实验探究物理规律.在实验过程中,鼓励学生相互交流,培养学生的协作精神,教师巡回指导,关注学生的操作细节.新课标还注重学生实验技能的培养,培养学生不同实验中恰当选择实验方法的能力,针对三个以上的物理变化,常采用控制变量法.对变化比较微小的采用放大法.除此之外常用的还有对比法、转化图象法等.如:笔者在上《电子的发现》时采用了两条线(1)以实验创设情境层层推进的方法让学生在层层实验探究中体验科学家艰辛的研究过程;(2)循着科学家的足迹,,体验科学家坚定的信念.上完课后学生的学习热情和学习兴趣,审美情趣等得到了丰富的内心体验.学生在参与、体验、感受中获得价值观,为以后的学习奠定了坚实的情感基础.
  探究性实验的关键,不在于形式,而在于内容.真正的探究性实验强调的是实验探究的过程,而不是简单的获得实验的结果.
  2.2.2让实验走向生活、走向社会
  让学生结合教材与学生身边的生活实际挖掘家庭、学校、社会中存在的大量学生感兴趣的物理问题,将物理实验、物理知识与学生关心的身边的物理现象紧密结合,引导学生从物理的角度来看待自然界中丰富多彩的现象,让学生切实感受到物理实验广泛应用于生活及社会的各个领域.如:在讲日光灯起辉器的原理时,教师若用教室里平时照明用的日光灯来演示,把拆开外壳的起辉器通过导线接在这盏日光灯上,闭合教室墙上的开关,再用多媒体投影学生就能从屏幕上观察到起辉器的工作情况,此时学生所产生的新鲜感和满足感是用示教板不能达到的,毕竟这是盏日夜陪伴自己的灯.
  引导学生利用一些常用物品与物理知识结合动手做课外小实验、小制作,如果教师引导得当,学生主动去做会获得意想不到的效果;许多课外小实验、小制作既具有器材简单易得、现象明显、节约、安全等优点,又具有良好的教学功能和教学效果,是当今实验教学改革的重要方向.
  新课程标准强调物理实验的探究活动,要求为学生创造动手做实验的机会,同时提倡物理实验的绿色化、安全化.因此,物理教师可结合教材内容因地制宜地积极开发物理教学中的课外小实验、小制作.
  如:(1)利用常用物品如:可乐瓶可以做很多有趣的实验:自由落体运动和竖直上抛运动中的完全失重现象;反冲运动;水流星;静电除尘;音叉共鸣;研制水“火箭”等.(2)利用玩具如:牛顿“秋千”、碰碰球等可以做碰撞实验.(3)利用家用电器如:电视机可以做许多有趣的实验:电荷之间的作用;电子的扫描和视觉暂留;电子的扫描的周期等.(4)利用新颖材料如:激光笔做奇妙的反射.
  3发挥学生在实验中的主观能动性,引导学生将“想”和“做”有机的结合
  在探究性实验活动中,学生不但要亲自动手“做”.更要在“做”中深入“想”.单纯的行为参与并不能促进学生创新思维能力的发展,只有以积极的情感体验为核心的学习方式,才能促进学生全面素质的提高.在教学中教师应抓住时机,因势利导,创设实验问题情景,激发学生的参与意识,使学生有所发展,有所发现,有所创造,充分发挥学生在实验中的主观能动性作用.这不但能培养学生的创新精神和实验探究能力,同时激发了学生学习物理的兴趣.如:笔者在准备上《光的衍射》时,上课前布置了一些探究性的问题如:你用什么办法可以观察到光的衍射,请设计相应的实验.上课时不但课堂气氛活跃,而且学生设计的实验也让笔者大吃一惊:(1)有利用人体来完成的如:①眯起眼睛看灯就可以观察到衍射;②将中指和食指相互靠近也可以观察到衍射.(2)有利用身边的日常用品的如:①用两支紧靠的铅笔平行于日光灯可以观察到衍射;②在导电纸或黑纸上打一些光滑的孔径小于0.5 mm为宜的微圆孔,点光源可用黑纸将普通灯泡遮住,在黑纸上开一小孔,孔对准灯丝.通过小孔观察3 m处的点光源便能看到一圈圈彩色的小孔衍射图样.③用刀片在暴光胶片的胶面上划一条狭缝,注意不要将胶片切断.通过狭缝观察较远处的日光灯,即可看到单缝衍射条纹.④用两张中间开孔的硬纸板夹住一片羽毛,通过羽毛观察点光源,若在晚上,可观察远处的路灯或车灯,都能看到漂亮的光栅衍射条纹.⑤取一张光盘,将激光指示器发出的光以较大的入射角照射到光盘上,让反射光照射到白色的天花板上,便能观察到一道明暗相间的反射衍射条纹.(3)有利用实验器材:①用游标卡尺的量爪间的细小的狭缝观察较远处的日光灯,即可看到单缝衍射条纹.
  对于不同的学习内容,教师要灵活掌握“想”和“做”的关系,让学习过程的效益最大化.物理实验既是学习物理的基础又是掌握物理知识规律的入门的向导和手段.因此关注新课程下实验教学的变化,积极思考,有效应对是当代物理教师不可推卸的责任.
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