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物理是一门以实验为基础的自然学科,其以物质的结构、物质之间的相互作用和运动变化规律为研究对象,具有科学性、实用性、趣味性等特点——这是对物理实验的最基本的认识。而一旦实验认识固化、实验模式化之后,实验所带来的效果就会大打折扣,这不利于物理教学的深入开展。从这个角度讲,对初中物理实验教学进行创新,就成为了物理教师的一个重要使命,因此将创新视作初中物理实验教学的生命力也不为过。实验探究是物理学科核心素养的四个要素之一,要培养学生的实验探究素养,教师如果没有实验创新意识,显然是不行的。基于这样的认识,笔者下面从实验创新的价值、实现途径与教学反思三个方面进行阐述。
一、初中物理实验教学中创新的价值
实验创新的基础是实验,过程在于创新,目标在于促进学生的全面发展,实现核心素养落地。具体地说,实验创新的价值体现在以下两个方面:第一,从学生能力培养的角度来看,实验本身就能够培养学生的动手能力;第二,教师在实验创新活动中体现的创造思想和行为对学生创造力的培养产生的潜移默化的作用也是不可估量的,这也是实验创新的独特教育功能。事实也证明,在实验教学中如果合理展现实验演变与创新的过程,那么学生的思维就会随着实验创新而向新的知识领域延伸,这样就为学生的创新意识与能力培养奠定了重要的基础。
“探究冰的熔化特点”是初中物理热学知识中的一个重要实验,这个实验的目的在于帮助学生认识到晶体熔化时温度是不变的,这个不变的熔化温度就是该晶体的熔点。冰是最常见的晶体,也是熔化现象比较明显的、学生生活经验比较丰富的常见物质。由于学生在生活中大都知道冰的熔点是0℃,而实验当中如果冰的熔点不是0℃,那么实验的效果就要大打折扣。事实上,关于冰的熔化实验,好多年来实验改进的重点之一就是如何控制冰的熔点。在实验改进的过程中,思路不同,改进的效果也不同,譬如有人提出提高水的纯度来制冰等。但总体而言,改进效果并不明显,这说明只从物质本身尝试改进,效果是不佳的,要改进实验的效果,需要创新实验教学的思路。
实际上,采用“双重水浴法”(具体的创新过程在下一论述中阐述)完成这个实验,学生所观察到的现象更加符合预期,这样就有利于学生构建起“冰的熔点是0℃”的认识,进而上升为晶体熔化时温度保持在熔点不变的认识。
概括地说,实验创新教学的价值在于可以通过实验促进学生更好地建构物理知识,帮助学生形成良好的知识体系,培养学生的科学态度与责任。尤其值得一提的是,实验创新必须保证创新后的实验过程与结果有明显的进步,这来不得半点虚假。
二、初中物理实验教学中创新的途径
实验创新的途径是认识到实验创新价值后最需要思考的一点。笔者在实践中发现,实验创新过程中不能只有教师一个主体存在,引导学生共同参与实验创新是发挥创新实验教学价值的最重要的选择。
以“探究冰的熔化特点”实验为例,对冰的熔化实验进行创新的重点应放在加热的方式上。最初出现的用酒精灯直接加热的方式已经被摒弃了,取而代之的是用“水浴法”加热,并且强调用搅拌器进行搅拌,以确保受热均匀。事实上,受热均匀对于本实验而言是非常重要的,冰的熔化需要吸热,冰熔化过程中虽然理论上是冰水混合物,但这个冰水混合物并非一个温度分布均匀的整体,而是存在温度梯度变化的,与试管接触的地方因直接通过试管吸收外面水的热量而温度较高,温度计所插的地方因热传递需要一个过程而温度相对较低;同时,试管外的水也存在温度梯度,与试管接触的地方的水温较低,距离试管较远的地方的水温较高,而水作为热的不良导体,在热传递的过程中也不能迅速达到冰熔化所需要的温度平衡。此时尽管用了搅拌器,仍然会出现相同的现象。
进一步分析其原因,本质上还是因为试管内外温差较大,那么降低水浴法的水温行不行呢?实践表明效果并不明显,因为如果温差太小,热传递效果就不明显,那么实验现象也不明显。在这样的背景下,一个新的实验思路逐步浮出水面——双重水浴法。
双重水浴法是指用容器套容器的方式进行实验,最外层提供开水,两个容器之间加热水。这样的装置有三个特点:一是最里面的容器(可以用金属容器代替试管,这样导热性能更好)中放碎冰,因为碎冰非常细,所以便于搅拌,这样就可以保证试管内的冰在熔化的过程中受热均匀;二是最外面的容器中装开水,保证充足的热量,从而不至于因为热源不稳定而影响实验效果;三是要控制两个容器中间的热水的温度,这是最关键的一点,而要解决两个容器间的水温较高且温差梯度较小,在创新的过程中曾经出现过两种方案,首先想到的是攪拌,结果发现这不仅使得热量更快地散失到空气中,而且不能保证温度均匀,后来有学生突发奇想,提出了另一种方案,他说既然金属容易导热,那么可以在两个容器中间的水中转上一圈金属清洁球——这是一个非常了不起的创意,因为清洁球由金属制成,其围住里面的金属容器的时候,通过自身的良好导热性能,既保证了两个容器之间的水温温差梯度较小,也保证了能够对里面金属容器中的冰提供稳定的热量,这样就保证了冰在熔化的时候,吸热是稳定的。事实也证明,通过这样的双重水浴法,冰在熔化过程中温度计的示数确实能够在0℃附近,误差极小,实验效果极好。
三、初中物理实验教学中创新的反思
反思初中物理教学中的实验创新,还有很多可以挖掘的地方。
从实验地位的角度来看,实验创新是对传统实验思路与步骤的超越,这种超越更多体现在对实验盲点的探究上。比如上述“探究冰的熔化特点”这一实验中,双重水浴法是好多人想不到的,那怎么就会有一些人想到了这个方法呢?这是因为他们在对实验原理进行充分分析的基础上,发现了装冰的容器周围的温度梯度是影响温度计测量结果的一个重要原因,才有了创新思路。
从物理教学的角度来看,物理实验作为物理教学中的重要组成部分,同时也是物理科学探究的重要思想和方法,对培养学生的科学素养具有重要的意义。新的课程要求更加重视物理实验,还要求加强物理实验的创新。显然,实验创新有助于优化教学方法,有助于提高初中物理课堂的教学效率。
从学生思维的角度来看,创新实验可以很好地将学生的注意力集中在实验本身,进而集中在物理知识的学习与运用中,有助于学生理解实验的原理,这对于初中物理实验教学来说,是一个非常重要的补充。传统实验只强调看到现象,得出结论,至于为什么这么做实验,很少有教师带领学生去研究。而在实验创新的过程中,学生无法回避实验的原理,无法回避实验创新过程中的每一个细节,因而物理教学中的实验创新,实际上能够更好地吸引学生的思维参与,从而达成知识的高效建构与运用,并促进物理学科核心素养的落地。
总之,创新是初中物理实验教学的生命力,教师在教学过程中要本着实事求是的原则,积极引导学生共同参与实验创新过程,高效完成实验教学目标。
参考文献:
[1]彭保社,李金凤.浅谈初中物理实验教学创新[J].中小学实验与装备,2015(25).
[2]黄国雄.中学物理实验创新研究[J].物理教师,1996(12).
[3]戴国成.基于核心素养的物理实验创新性探讨[J].物理教师,2016(12).
[4]刘炳升,陈杰.继承传统开拓创新——新课程理念下物理实验创新的问题(一)[J].教学仪器与实验,2006(1).
[5]刘炳升,陈杰.新课程理念下物理实验创新的问题(二)——实验技术的创新及其与传统实验手段的关系[J].教学仪器与实验,2006(2).
一、初中物理实验教学中创新的价值
实验创新的基础是实验,过程在于创新,目标在于促进学生的全面发展,实现核心素养落地。具体地说,实验创新的价值体现在以下两个方面:第一,从学生能力培养的角度来看,实验本身就能够培养学生的动手能力;第二,教师在实验创新活动中体现的创造思想和行为对学生创造力的培养产生的潜移默化的作用也是不可估量的,这也是实验创新的独特教育功能。事实也证明,在实验教学中如果合理展现实验演变与创新的过程,那么学生的思维就会随着实验创新而向新的知识领域延伸,这样就为学生的创新意识与能力培养奠定了重要的基础。
“探究冰的熔化特点”是初中物理热学知识中的一个重要实验,这个实验的目的在于帮助学生认识到晶体熔化时温度是不变的,这个不变的熔化温度就是该晶体的熔点。冰是最常见的晶体,也是熔化现象比较明显的、学生生活经验比较丰富的常见物质。由于学生在生活中大都知道冰的熔点是0℃,而实验当中如果冰的熔点不是0℃,那么实验的效果就要大打折扣。事实上,关于冰的熔化实验,好多年来实验改进的重点之一就是如何控制冰的熔点。在实验改进的过程中,思路不同,改进的效果也不同,譬如有人提出提高水的纯度来制冰等。但总体而言,改进效果并不明显,这说明只从物质本身尝试改进,效果是不佳的,要改进实验的效果,需要创新实验教学的思路。
实际上,采用“双重水浴法”(具体的创新过程在下一论述中阐述)完成这个实验,学生所观察到的现象更加符合预期,这样就有利于学生构建起“冰的熔点是0℃”的认识,进而上升为晶体熔化时温度保持在熔点不变的认识。
概括地说,实验创新教学的价值在于可以通过实验促进学生更好地建构物理知识,帮助学生形成良好的知识体系,培养学生的科学态度与责任。尤其值得一提的是,实验创新必须保证创新后的实验过程与结果有明显的进步,这来不得半点虚假。
二、初中物理实验教学中创新的途径
实验创新的途径是认识到实验创新价值后最需要思考的一点。笔者在实践中发现,实验创新过程中不能只有教师一个主体存在,引导学生共同参与实验创新是发挥创新实验教学价值的最重要的选择。
以“探究冰的熔化特点”实验为例,对冰的熔化实验进行创新的重点应放在加热的方式上。最初出现的用酒精灯直接加热的方式已经被摒弃了,取而代之的是用“水浴法”加热,并且强调用搅拌器进行搅拌,以确保受热均匀。事实上,受热均匀对于本实验而言是非常重要的,冰的熔化需要吸热,冰熔化过程中虽然理论上是冰水混合物,但这个冰水混合物并非一个温度分布均匀的整体,而是存在温度梯度变化的,与试管接触的地方因直接通过试管吸收外面水的热量而温度较高,温度计所插的地方因热传递需要一个过程而温度相对较低;同时,试管外的水也存在温度梯度,与试管接触的地方的水温较低,距离试管较远的地方的水温较高,而水作为热的不良导体,在热传递的过程中也不能迅速达到冰熔化所需要的温度平衡。此时尽管用了搅拌器,仍然会出现相同的现象。
进一步分析其原因,本质上还是因为试管内外温差较大,那么降低水浴法的水温行不行呢?实践表明效果并不明显,因为如果温差太小,热传递效果就不明显,那么实验现象也不明显。在这样的背景下,一个新的实验思路逐步浮出水面——双重水浴法。
双重水浴法是指用容器套容器的方式进行实验,最外层提供开水,两个容器之间加热水。这样的装置有三个特点:一是最里面的容器(可以用金属容器代替试管,这样导热性能更好)中放碎冰,因为碎冰非常细,所以便于搅拌,这样就可以保证试管内的冰在熔化的过程中受热均匀;二是最外面的容器中装开水,保证充足的热量,从而不至于因为热源不稳定而影响实验效果;三是要控制两个容器中间的热水的温度,这是最关键的一点,而要解决两个容器间的水温较高且温差梯度较小,在创新的过程中曾经出现过两种方案,首先想到的是攪拌,结果发现这不仅使得热量更快地散失到空气中,而且不能保证温度均匀,后来有学生突发奇想,提出了另一种方案,他说既然金属容易导热,那么可以在两个容器中间的水中转上一圈金属清洁球——这是一个非常了不起的创意,因为清洁球由金属制成,其围住里面的金属容器的时候,通过自身的良好导热性能,既保证了两个容器之间的水温温差梯度较小,也保证了能够对里面金属容器中的冰提供稳定的热量,这样就保证了冰在熔化的时候,吸热是稳定的。事实也证明,通过这样的双重水浴法,冰在熔化过程中温度计的示数确实能够在0℃附近,误差极小,实验效果极好。
三、初中物理实验教学中创新的反思
反思初中物理教学中的实验创新,还有很多可以挖掘的地方。
从实验地位的角度来看,实验创新是对传统实验思路与步骤的超越,这种超越更多体现在对实验盲点的探究上。比如上述“探究冰的熔化特点”这一实验中,双重水浴法是好多人想不到的,那怎么就会有一些人想到了这个方法呢?这是因为他们在对实验原理进行充分分析的基础上,发现了装冰的容器周围的温度梯度是影响温度计测量结果的一个重要原因,才有了创新思路。
从物理教学的角度来看,物理实验作为物理教学中的重要组成部分,同时也是物理科学探究的重要思想和方法,对培养学生的科学素养具有重要的意义。新的课程要求更加重视物理实验,还要求加强物理实验的创新。显然,实验创新有助于优化教学方法,有助于提高初中物理课堂的教学效率。
从学生思维的角度来看,创新实验可以很好地将学生的注意力集中在实验本身,进而集中在物理知识的学习与运用中,有助于学生理解实验的原理,这对于初中物理实验教学来说,是一个非常重要的补充。传统实验只强调看到现象,得出结论,至于为什么这么做实验,很少有教师带领学生去研究。而在实验创新的过程中,学生无法回避实验的原理,无法回避实验创新过程中的每一个细节,因而物理教学中的实验创新,实际上能够更好地吸引学生的思维参与,从而达成知识的高效建构与运用,并促进物理学科核心素养的落地。
总之,创新是初中物理实验教学的生命力,教师在教学过程中要本着实事求是的原则,积极引导学生共同参与实验创新过程,高效完成实验教学目标。
参考文献:
[1]彭保社,李金凤.浅谈初中物理实验教学创新[J].中小学实验与装备,2015(25).
[2]黄国雄.中学物理实验创新研究[J].物理教师,1996(12).
[3]戴国成.基于核心素养的物理实验创新性探讨[J].物理教师,2016(12).
[4]刘炳升,陈杰.继承传统开拓创新——新课程理念下物理实验创新的问题(一)[J].教学仪器与实验,2006(1).
[5]刘炳升,陈杰.新课程理念下物理实验创新的问题(二)——实验技术的创新及其与传统实验手段的关系[J].教学仪器与实验,2006(2).