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传统意义上的中学物理实验通常分为如下四类:演示实验、学生分组实验、边学边实验(也称边教边实验、随堂实验等)及课外实验.所谓小实验,通常指的是取材方便、操作简易的实验.它的“小”,既是相对于精密的实验设备而言,也是相对于繁琐的操作过程而言.一般地,小实验是出现在上述的边学边实验或课外实验中的.而本文提及的“高中物理课堂小实验”则指在高中物理课堂上开展的小实验,它可以是由教师动手、学生观察的“演示实验”,也可以是由学生亲自动手独立进行或互相配合完成的“边学边实验”.
小实验在高中物理课堂教学中有怎样的作用呢?我认为,物理“课堂小实验”除了具有物理实验的普遍作用(如:激发学生学习兴趣、训练学生的科学方法、帮助学生有效地掌握物理学的基础知识、培养学生的多种能力以及科学态度和科学作风等)之外,还因其“小”的特点,在高中物理课堂上显得别具一格.
1“课堂小实验”短小精悍、应用灵活,可以安排在合适的教学环节中,发挥相应的作用
小实验还可以作为课堂系列实验的一部分,与传统演示实验相互呼应,构成一个有机的整体.
例如,“千人震”实验就可作为“自感现象”一节的开篇实验,引发学生的学习热情和探究兴趣,之后再利用一系列传统的演示实验(如断电自感演示实验、通电自感演示实验等),将学生的热情和兴趣层层深入师生之间一次自然而平等的交流,使之直至问题的解决.
2“课堂小实验”形式活泼,有利于增强师生之间、生生之间的交流互动
教师在教学过程中,应当及时地与学生进行动作、眼神、言语等方面的交流,以便了解学生的学习情况(“是否了解其物理含义”、“对于实验过程还有哪些疑问”等),必要时调整教学进程.但是,一般地,在教师进行演示实验时,由于学生基本上不参与实验的操作,更不参与实验的设计,他们更多的是通过“看”和“听”来了解实验的结果,而不重视实验的设计意图和实验的过程.这样一来,教师得到的来自学生的反馈信息必然是表面化的,仅仅停留在“实验是有趣或是无趣”、“实验结果是否出乎学生预料”等方面.
但是,由于小实验的操作简单,教师不一定非要站在讲台前进行实验,在进行小实验时教师可以更多地走到学生之中去,而学生也会热情高涨,积极地参与实验或与同伴配合.因而,小实验常常能使课堂气氛活跃,使师生之间的探讨互动、学生之间的交流协作都明显地增多.
例如,当教师将鸡蛋从高处释放,使之落入一个纸箱(内装蓬松的废报纸团)时,学生都屏住了呼吸;当教师从纸箱中取出完好无损的鸡蛋时,大多数学生都叫起好来.但这时教师注意到有几名学生小声地质疑鸡蛋的生熟,教师立即表扬了他们的严谨和认真,并补充了让同一只鸡蛋从烧杯上方不远处落下即在杯底摔碎的对比实验……通过这“质疑”和“补充”,完成了师生之间一次自然而平等的交流,使这个小实验中的主要矛盾得以凸现,消除了部分学生对这个问题可能会有的疑问和模糊认识,也肯定了学生表达自己见解的行动,同时还让学生感受到了物理学中对比研究的方法,可谓一举多得.
再如,在帮助学生理解如何按照作用效果进行力的分解时,要求同桌的两名同学互相配合进行如下小实验:甲同学单手叉腰站立,乙同学用双手对甲同学的肘部持续施加一个向下的压力,然后交换角色.当实验进行时,学生们十分兴奋,连平时上物理课无精打采的几名学生也都按要求动了起来;当要求学生描述他们的感受时,同学们更是争先恐后,互相补充;而在其后的练习中做力的分解的示意图时,学生们几乎全部给出了正确答案.
3“课堂小实验”有利于增加学生在课堂上的动手实验机会
传统的物理课堂演示实验,往往是教师一人操作或教师与少数几名学生配合,这样一来,大多数学生会产生“旁观者”的感觉.而传统的学生分组实验,又因为组额较大、仪器较少、操作过程较为繁琐,使一部分学生望而却步.久而久之,学生对于物理实验的兴趣就会停留在较低水平:只是看看热闹,不愿意认真观察和思考,也不愿意主动地动手去做.但丰富多彩的课堂小实验使所有学生都有了亲身实践、大展身手的机会.
例如,通过小实验“用直尺测定反应时间”,学生由刚开始做实验时反应时间很长,有时甚至抓不住尺子,到经过多次试做后反应时间明显缩短.学生意识到“反应时间能够因训练而缩短”的同时,也有了动手实验的兴趣和勇气.在做研究单摆周期的小实验时,学生可以自己动手去组装单摆,通过反复实践学会控制摆球在竖直面内运动、调整摆长到合适的长度、设计实验去验证自己的猜想,并在动手动脑的过程中,享受到了探索知识的乐趣.还有,在课堂小实验的启发下,学生由解答物理问题时一味地苦思冥想,转变为能够用自己设计的小实验进行辅助说明,等等.
通过参与课堂小实验,学生不仅锻炼了动手实验的能力,而且培养了动手实验的意识.
4“课堂小实验”贴近生活,就地取材,有利于学生在课后重做和改进,更有利于学生对于物理学问题的全面了解
高中要学习的物理学知识一般都是前人在实践中总结而得到的,但很多学生在高中的物理学习却只停留在书本知识上,不注意观察常见的自然现象和生活、生产中的实际现象,结果导致学习中产生许多困惑.
针对这一问题,教师在课堂上用学生熟悉的生活用品进行一些小实验,无疑能够加强学生理论知识与生活经验之间的联系,使学生领悟物理学的真正意义.同时,这些就地取材的小实验,也能拉近学生与物理学之间的距离,使学生在课余时间有动手进行物理实验的可能性,将物理学的研究由课堂延伸至课外.
例如,对于现代科技的一大成就——火箭,许多学生都感到新鲜而神秘,但当在教师的指导下,用一只只普通的气球发射自己的“火箭”并进行比赛时,学生的激动之情不亚于观看一次真正的火箭发射过程,个别不满足于此等简陋“火箭”的同学还在课后自己查找资料,动手制作了旋转式火箭和水火箭.在小实验中,学生更加深刻地理解了火箭所依据的最基本的物理学原理——动量守恒定律.
5“课堂小实验”对于实验的设计、进程、操作或结果不做特别严格的整齐划一的要求,有利于学生的个性发展
“课堂小实验”强调学生在实验过程中的体验,对实验的完成情况的要求可以因人而异.这样有利于保护学生的好奇心和求知欲,更有利于学生的个性发展,并使知识和能力水平各不相同的学生都在原有的基础上得到相应的提高.
如:在研究单摆周期的课堂小实验中,放手让学生去做的这十几分钟,不同的小组会设计不同的实验方法.不论他们自行设计的实验本身是精细的还是粗糙的,也不论他们原有的知识水平有怎样的差异,只要是积极参与了实验和经验交流的学生,就能感到自己在这一过程中有所收获,有所提高.
综上所述,在高中物理课堂上,在完成(或尽量完成)教科书中已有要求的演示实验及学生实验之外,完全可以引入一些经过精心设计的小实验.通过对这些小实验的灵活应用,可以加强课堂上的交流互动,给学生提供更多的动手实践机会,让学生学到更为鲜活生动的物理知识.
小实验在高中物理课堂教学中有怎样的作用呢?我认为,物理“课堂小实验”除了具有物理实验的普遍作用(如:激发学生学习兴趣、训练学生的科学方法、帮助学生有效地掌握物理学的基础知识、培养学生的多种能力以及科学态度和科学作风等)之外,还因其“小”的特点,在高中物理课堂上显得别具一格.
1“课堂小实验”短小精悍、应用灵活,可以安排在合适的教学环节中,发挥相应的作用
小实验还可以作为课堂系列实验的一部分,与传统演示实验相互呼应,构成一个有机的整体.
例如,“千人震”实验就可作为“自感现象”一节的开篇实验,引发学生的学习热情和探究兴趣,之后再利用一系列传统的演示实验(如断电自感演示实验、通电自感演示实验等),将学生的热情和兴趣层层深入师生之间一次自然而平等的交流,使之直至问题的解决.
2“课堂小实验”形式活泼,有利于增强师生之间、生生之间的交流互动
教师在教学过程中,应当及时地与学生进行动作、眼神、言语等方面的交流,以便了解学生的学习情况(“是否了解其物理含义”、“对于实验过程还有哪些疑问”等),必要时调整教学进程.但是,一般地,在教师进行演示实验时,由于学生基本上不参与实验的操作,更不参与实验的设计,他们更多的是通过“看”和“听”来了解实验的结果,而不重视实验的设计意图和实验的过程.这样一来,教师得到的来自学生的反馈信息必然是表面化的,仅仅停留在“实验是有趣或是无趣”、“实验结果是否出乎学生预料”等方面.
但是,由于小实验的操作简单,教师不一定非要站在讲台前进行实验,在进行小实验时教师可以更多地走到学生之中去,而学生也会热情高涨,积极地参与实验或与同伴配合.因而,小实验常常能使课堂气氛活跃,使师生之间的探讨互动、学生之间的交流协作都明显地增多.
例如,当教师将鸡蛋从高处释放,使之落入一个纸箱(内装蓬松的废报纸团)时,学生都屏住了呼吸;当教师从纸箱中取出完好无损的鸡蛋时,大多数学生都叫起好来.但这时教师注意到有几名学生小声地质疑鸡蛋的生熟,教师立即表扬了他们的严谨和认真,并补充了让同一只鸡蛋从烧杯上方不远处落下即在杯底摔碎的对比实验……通过这“质疑”和“补充”,完成了师生之间一次自然而平等的交流,使这个小实验中的主要矛盾得以凸现,消除了部分学生对这个问题可能会有的疑问和模糊认识,也肯定了学生表达自己见解的行动,同时还让学生感受到了物理学中对比研究的方法,可谓一举多得.
再如,在帮助学生理解如何按照作用效果进行力的分解时,要求同桌的两名同学互相配合进行如下小实验:甲同学单手叉腰站立,乙同学用双手对甲同学的肘部持续施加一个向下的压力,然后交换角色.当实验进行时,学生们十分兴奋,连平时上物理课无精打采的几名学生也都按要求动了起来;当要求学生描述他们的感受时,同学们更是争先恐后,互相补充;而在其后的练习中做力的分解的示意图时,学生们几乎全部给出了正确答案.
3“课堂小实验”有利于增加学生在课堂上的动手实验机会
传统的物理课堂演示实验,往往是教师一人操作或教师与少数几名学生配合,这样一来,大多数学生会产生“旁观者”的感觉.而传统的学生分组实验,又因为组额较大、仪器较少、操作过程较为繁琐,使一部分学生望而却步.久而久之,学生对于物理实验的兴趣就会停留在较低水平:只是看看热闹,不愿意认真观察和思考,也不愿意主动地动手去做.但丰富多彩的课堂小实验使所有学生都有了亲身实践、大展身手的机会.
例如,通过小实验“用直尺测定反应时间”,学生由刚开始做实验时反应时间很长,有时甚至抓不住尺子,到经过多次试做后反应时间明显缩短.学生意识到“反应时间能够因训练而缩短”的同时,也有了动手实验的兴趣和勇气.在做研究单摆周期的小实验时,学生可以自己动手去组装单摆,通过反复实践学会控制摆球在竖直面内运动、调整摆长到合适的长度、设计实验去验证自己的猜想,并在动手动脑的过程中,享受到了探索知识的乐趣.还有,在课堂小实验的启发下,学生由解答物理问题时一味地苦思冥想,转变为能够用自己设计的小实验进行辅助说明,等等.
通过参与课堂小实验,学生不仅锻炼了动手实验的能力,而且培养了动手实验的意识.
4“课堂小实验”贴近生活,就地取材,有利于学生在课后重做和改进,更有利于学生对于物理学问题的全面了解
高中要学习的物理学知识一般都是前人在实践中总结而得到的,但很多学生在高中的物理学习却只停留在书本知识上,不注意观察常见的自然现象和生活、生产中的实际现象,结果导致学习中产生许多困惑.
针对这一问题,教师在课堂上用学生熟悉的生活用品进行一些小实验,无疑能够加强学生理论知识与生活经验之间的联系,使学生领悟物理学的真正意义.同时,这些就地取材的小实验,也能拉近学生与物理学之间的距离,使学生在课余时间有动手进行物理实验的可能性,将物理学的研究由课堂延伸至课外.
例如,对于现代科技的一大成就——火箭,许多学生都感到新鲜而神秘,但当在教师的指导下,用一只只普通的气球发射自己的“火箭”并进行比赛时,学生的激动之情不亚于观看一次真正的火箭发射过程,个别不满足于此等简陋“火箭”的同学还在课后自己查找资料,动手制作了旋转式火箭和水火箭.在小实验中,学生更加深刻地理解了火箭所依据的最基本的物理学原理——动量守恒定律.
5“课堂小实验”对于实验的设计、进程、操作或结果不做特别严格的整齐划一的要求,有利于学生的个性发展
“课堂小实验”强调学生在实验过程中的体验,对实验的完成情况的要求可以因人而异.这样有利于保护学生的好奇心和求知欲,更有利于学生的个性发展,并使知识和能力水平各不相同的学生都在原有的基础上得到相应的提高.
如:在研究单摆周期的课堂小实验中,放手让学生去做的这十几分钟,不同的小组会设计不同的实验方法.不论他们自行设计的实验本身是精细的还是粗糙的,也不论他们原有的知识水平有怎样的差异,只要是积极参与了实验和经验交流的学生,就能感到自己在这一过程中有所收获,有所提高.
综上所述,在高中物理课堂上,在完成(或尽量完成)教科书中已有要求的演示实验及学生实验之外,完全可以引入一些经过精心设计的小实验.通过对这些小实验的灵活应用,可以加强课堂上的交流互动,给学生提供更多的动手实践机会,让学生学到更为鲜活生动的物理知识.