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高中物理课程标准强调评价在促进学生发展方面的积极作用,尤其重视学习过程的评价,要求“把学生在活动、实验、制作、探究等方面的表现纳入评价范围,不以书面考试为唯一评价方式. ”[1]而物理实验是科学探究的一种重要手段,是学生获取知识与应用知识过程中的一个有机组成部分,对培养学生的观察和实验技能,培养实事求是的科学态度,引起学习兴趣,具有不可替代的重要作用. 对物理实验中的“创新设计”,需要在师生合作中实施科学的评价,这将有助于学生对实验过程中物理知识的理解,提高实验能力和科学的思维能力.
一、评价实践中的案例分析
1. 实验方法的科学性评价
物理实验是一种有目的的操作行为,也是科学探究的载体. 对实验方法实施科学性评价,可以培养学生尊重科学、实事求事的意识,逐步养成严谨的科学作风.
案例1 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中,某同学设计了如图1所示的实验装置. 图中上下两层水平轨道表面几乎光滑,两小车前端系上细线,细线跨过相同的定滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使两小车同时开始运动,然后同时停止. 该同学发现两组砝码盘和砝码的总质量不等的情况下小车的加速度是相等的,他得出“加速度与外力大小无关的结论”.
评析:
(1)测量当地的重力加速度有多种方案,如利用二力平衡、自由落体运动、平抛运动、单摆振动等,这些方案简单扼要,便于操作,具有一定的开放性;
(2)图2中,小球在线拉力的作用下做竖直平面内的圆周运动,由机械能守恒定律和向心力公式可得g=f/6m,因此该同学的实验方案从理论上说是可行的,但小球做竖直平面内的圆周运动过程中,弹簧秤示数一直是动态可变的,实验者不易准确读数;
(3)所谓光滑细管也是不存在的,通常用圆珠笔杆代替,细线与杆之间的摩擦不可避免,测量误差较大,最好使用其他更为方便的设计方案.
3. 实验器材的选择性评价
在设计物理实验前,教师往往提供给学生尽可能多的实验条件和实验器材,让学生有选择地使用,这样可充分挖掘学生的潜力,培养学生严谨的科学态度. 教师对学生实验中实验器材的选择作合理性评价,旨在让实验达到精确、操作方便的目的.
案例3 在实验复习课上,教师让同学们测一个阻值约为25kΩ的电阻,备有下列器材:
A. 电流表(量程100μA,内阻2kΩ)
B. 电流表(量程500μA,内阻300Ω)
C. 电压表(量程10V,内阻100kΩ)
D. 电压表(量程50V,内阻500kΩ)
E. 直流稳压电源(电动势15V,允许最大电流1A)
F. 滑动变阻器(最大电阻1kΩ,额定功率1W)
G. 导线若干.
某同学在四个电表中分别选择电流表A和电压表D,设计如图3所示的实验电路.
评析:
(1)该同学选择电流表A,他认为电表量程较小,指针偏转角度大,读数误差小,实验结果更准确,而题中直流稳压电源的电动势为15V,为安全起见他选择了电压表D;由于被测电阻是大电阻(远大于变阻器总电阻),该同学的电路设计科学合理,选择电表时从表面上看有一定理由的,但这些理由并不充分,缺乏整体考虑;
(2)若选择电流表A,由欧姆定律计算出电压表读数最大值不能超过2.7V,不到量程1/3,而选择B既不会烧坏电流表,也不会引起电压表读数的较大误差. 选择电压表D并不恰当,因为它的量程太大,测量电压时的读数不到量程的1/3,而选择C,通过控制变阻器滑片的位置,既不会烧坏电表,也不会引起较大的误差.
4. 实验过程的安全性评价
在物理实验过程中,安全意识尤为重要. 对某些可能会造成人身伤害的实验操作,要加强安全教育并采取必要的安全措施加以防范. 对严重影响师生身心健康的材料和仪器必须停止使用.
案例4 在探究“反冲运动”的实验中,好几个小组参照课本中研究性学习的案例,利用塑料饮料瓶子制作了“水火箭”,冲上几十米高空的“水火箭”给人留下了深刻的印象. 但有一实验小组设计了一个独特的方案,即用锥子在塑料饮料瓶子的下部同一高度斜扎了好几个小孔,将瓶子用细线吊着,再放入水中装满水提起来,水向外斜着喷出的同时,瓶子自动向相反方向转动起来.
评析:
(1)上述各实验小组设计的实验方案均能说明反冲运动的原理;
(2)制作并发射“水火箭”方案,实验现象壮观,但利用打气筒对装水饮料瓶打气时,若瓶口密封太紧,易引起爆炸,从而对实验学生造成伤害. “水火箭”升空过程中向下喷水,极易淋湿实验操作及观看的学生. 特别是从高空飞落的“水火箭”容易砸伤逃离不及的学生.
(3)用细线吊着喷水的瓶子,瓶体向相反方向转动,操作简单,现象明显,安全可靠.
5. 实验结论的普遍性评价
在物理实验中,学生对一两次实验中所得到的特殊结果往往不假思索、毫不怀疑地当成是普遍性结论,这是一种不良的思维品质. 事实上,没有怀疑、没有独立思考,就不可能有新的发现. 教师若能适时地对学生的实验结论作出全面的评价,将有利于锻炼学生严谨的物理思维能力.
案例5 在“制作简易的发电机”活动中,学生在拟定结题报告的初稿时,从能量守恒的观点出发得出了发电机的工作原理,即机械能除了转化为电能外,还有一部分转化为内能. 对这“内能”产生的原因,学生争论不休,普遍认为是电流经过线圈电阻发热,但也有认为是电阻发热和摩擦生热共同所致[2].
评析:
(1)设发电机线圈电阻为r,对外输出的电压为U,由闭合电路的欧姆定律得,E=U Ir,这就不难得出:EIt = UIt I2rt,显然,电源产生的总电能,一部分是对外输出的电能UIt,另一部分是消耗于线圈内阻上的电能I2rt,即电流经过线圈内阻所产生的焦耳热(内能),因此,发电机在发电过程中,由于线圈存在电阻,电流经过电阻时发热所产生的内能,并不是机械能直接转化来的,而是由电能直接转化来的.
(2)发电机在发电过程中,消耗的机械能并不是全部直接转化为电能,机械能除了转化为电能外,有一部分转化为系统的内能,这就是系统的摩擦生热,因为线圈相对于磁场转动的过程中不可避免要克服摩擦阻力和空气阻力做功.
二、评价后的收获和反思
1. 评价后的收获
通过对物理实验的“创新设计”的评价,实验的目的性显著增强,调动了实验设计者的积极性;实验的态度更为端正,通过改进和修补,实验方案更加优化,实验者有一定成就感;实验设计更为科学,实验者分析数据、收集处理信息的能力得到了很大的提高;实验设计中的合作意识、安全意识明显增强,突出了设计者的主体地位.
2. 评价后的反思
新课程改革是一场“学习方式的革命”,开发优秀的课程资源是改革成败的关键. 在物理实验教学中,亲历“创新设计”的过程,亲自动手完成实验,不仅可以体验探究成功的喜悦和乐趣,还是开发实验资源的重要组成部分. 在实验教学中,应重视典型案例的科学发现过程和实验设计思路,以培养学生的实验思想和方法,对设计好的实验方案进行习惯性的评价和反思,使之成为完善设计和优化设计的延续. 总之,对物理实验中“创新设计” 的评价,可在丰富物理实验课程资源内容的同时,提升实验课程资源质量,改变实验教学中浮躁现象,进一步促进师生对物理实验从感性认识上升到理性的思考,从而将物理实验中“知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观”内化为自己的精神财富.
参考文献:
[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准(实验)[S]. 北京:人民教育出版社,2003.
[2] 马乃夫. 初中物理实验教材中一处表述欠妥[J]. 物理教学,2006(8).
一、评价实践中的案例分析
1. 实验方法的科学性评价
物理实验是一种有目的的操作行为,也是科学探究的载体. 对实验方法实施科学性评价,可以培养学生尊重科学、实事求事的意识,逐步养成严谨的科学作风.
案例1 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中,某同学设计了如图1所示的实验装置. 图中上下两层水平轨道表面几乎光滑,两小车前端系上细线,细线跨过相同的定滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使两小车同时开始运动,然后同时停止. 该同学发现两组砝码盘和砝码的总质量不等的情况下小车的加速度是相等的,他得出“加速度与外力大小无关的结论”.
评析:
(1)测量当地的重力加速度有多种方案,如利用二力平衡、自由落体运动、平抛运动、单摆振动等,这些方案简单扼要,便于操作,具有一定的开放性;
(2)图2中,小球在线拉力的作用下做竖直平面内的圆周运动,由机械能守恒定律和向心力公式可得g=f/6m,因此该同学的实验方案从理论上说是可行的,但小球做竖直平面内的圆周运动过程中,弹簧秤示数一直是动态可变的,实验者不易准确读数;
(3)所谓光滑细管也是不存在的,通常用圆珠笔杆代替,细线与杆之间的摩擦不可避免,测量误差较大,最好使用其他更为方便的设计方案.
3. 实验器材的选择性评价
在设计物理实验前,教师往往提供给学生尽可能多的实验条件和实验器材,让学生有选择地使用,这样可充分挖掘学生的潜力,培养学生严谨的科学态度. 教师对学生实验中实验器材的选择作合理性评价,旨在让实验达到精确、操作方便的目的.
案例3 在实验复习课上,教师让同学们测一个阻值约为25kΩ的电阻,备有下列器材:
A. 电流表(量程100μA,内阻2kΩ)
B. 电流表(量程500μA,内阻300Ω)
C. 电压表(量程10V,内阻100kΩ)
D. 电压表(量程50V,内阻500kΩ)
E. 直流稳压电源(电动势15V,允许最大电流1A)
F. 滑动变阻器(最大电阻1kΩ,额定功率1W)
G. 导线若干.
某同学在四个电表中分别选择电流表A和电压表D,设计如图3所示的实验电路.
评析:
(1)该同学选择电流表A,他认为电表量程较小,指针偏转角度大,读数误差小,实验结果更准确,而题中直流稳压电源的电动势为15V,为安全起见他选择了电压表D;由于被测电阻是大电阻(远大于变阻器总电阻),该同学的电路设计科学合理,选择电表时从表面上看有一定理由的,但这些理由并不充分,缺乏整体考虑;
(2)若选择电流表A,由欧姆定律计算出电压表读数最大值不能超过2.7V,不到量程1/3,而选择B既不会烧坏电流表,也不会引起电压表读数的较大误差. 选择电压表D并不恰当,因为它的量程太大,测量电压时的读数不到量程的1/3,而选择C,通过控制变阻器滑片的位置,既不会烧坏电表,也不会引起较大的误差.
4. 实验过程的安全性评价
在物理实验过程中,安全意识尤为重要. 对某些可能会造成人身伤害的实验操作,要加强安全教育并采取必要的安全措施加以防范. 对严重影响师生身心健康的材料和仪器必须停止使用.
案例4 在探究“反冲运动”的实验中,好几个小组参照课本中研究性学习的案例,利用塑料饮料瓶子制作了“水火箭”,冲上几十米高空的“水火箭”给人留下了深刻的印象. 但有一实验小组设计了一个独特的方案,即用锥子在塑料饮料瓶子的下部同一高度斜扎了好几个小孔,将瓶子用细线吊着,再放入水中装满水提起来,水向外斜着喷出的同时,瓶子自动向相反方向转动起来.
评析:
(1)上述各实验小组设计的实验方案均能说明反冲运动的原理;
(2)制作并发射“水火箭”方案,实验现象壮观,但利用打气筒对装水饮料瓶打气时,若瓶口密封太紧,易引起爆炸,从而对实验学生造成伤害. “水火箭”升空过程中向下喷水,极易淋湿实验操作及观看的学生. 特别是从高空飞落的“水火箭”容易砸伤逃离不及的学生.
(3)用细线吊着喷水的瓶子,瓶体向相反方向转动,操作简单,现象明显,安全可靠.
5. 实验结论的普遍性评价
在物理实验中,学生对一两次实验中所得到的特殊结果往往不假思索、毫不怀疑地当成是普遍性结论,这是一种不良的思维品质. 事实上,没有怀疑、没有独立思考,就不可能有新的发现. 教师若能适时地对学生的实验结论作出全面的评价,将有利于锻炼学生严谨的物理思维能力.
案例5 在“制作简易的发电机”活动中,学生在拟定结题报告的初稿时,从能量守恒的观点出发得出了发电机的工作原理,即机械能除了转化为电能外,还有一部分转化为内能. 对这“内能”产生的原因,学生争论不休,普遍认为是电流经过线圈电阻发热,但也有认为是电阻发热和摩擦生热共同所致[2].
评析:
(1)设发电机线圈电阻为r,对外输出的电压为U,由闭合电路的欧姆定律得,E=U Ir,这就不难得出:EIt = UIt I2rt,显然,电源产生的总电能,一部分是对外输出的电能UIt,另一部分是消耗于线圈内阻上的电能I2rt,即电流经过线圈内阻所产生的焦耳热(内能),因此,发电机在发电过程中,由于线圈存在电阻,电流经过电阻时发热所产生的内能,并不是机械能直接转化来的,而是由电能直接转化来的.
(2)发电机在发电过程中,消耗的机械能并不是全部直接转化为电能,机械能除了转化为电能外,有一部分转化为系统的内能,这就是系统的摩擦生热,因为线圈相对于磁场转动的过程中不可避免要克服摩擦阻力和空气阻力做功.
二、评价后的收获和反思
1. 评价后的收获
通过对物理实验的“创新设计”的评价,实验的目的性显著增强,调动了实验设计者的积极性;实验的态度更为端正,通过改进和修补,实验方案更加优化,实验者有一定成就感;实验设计更为科学,实验者分析数据、收集处理信息的能力得到了很大的提高;实验设计中的合作意识、安全意识明显增强,突出了设计者的主体地位.
2. 评价后的反思
新课程改革是一场“学习方式的革命”,开发优秀的课程资源是改革成败的关键. 在物理实验教学中,亲历“创新设计”的过程,亲自动手完成实验,不仅可以体验探究成功的喜悦和乐趣,还是开发实验资源的重要组成部分. 在实验教学中,应重视典型案例的科学发现过程和实验设计思路,以培养学生的实验思想和方法,对设计好的实验方案进行习惯性的评价和反思,使之成为完善设计和优化设计的延续. 总之,对物理实验中“创新设计” 的评价,可在丰富物理实验课程资源内容的同时,提升实验课程资源质量,改变实验教学中浮躁现象,进一步促进师生对物理实验从感性认识上升到理性的思考,从而将物理实验中“知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观”内化为自己的精神财富.
参考文献:
[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准(实验)[S]. 北京:人民教育出版社,2003.
[2] 马乃夫. 初中物理实验教材中一处表述欠妥[J]. 物理教学,2006(8).