物理實(shí)驗教學(xué)與學(xué)生能力的培養論文
【摘要】 實(shí)驗教學(xué)是物理教學(xué)的一個(gè)重要的組成部分,我們在強化實(shí)驗課教學(xué)的同時(shí),既要注重實(shí)驗設計能力、實(shí)驗觀(guān)察能力、實(shí)驗操作能力、歸納總結能力以及升華遷移能力的培養,還要注重在實(shí)驗中進(jìn)行養成教育,加強競爭意識等的培養,力求在實(shí)驗課堂中落實(shí)新課標理念,在使學(xué)生體驗知識與技能、過(guò)程和方法的同時(shí),還努力加強對學(xué)生的情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)的教育,力求培養全面發(fā)展的創(chuàng )新型人才。
【關(guān)鍵詞】 物理課堂 實(shí)驗教學(xué) 新課標理念 實(shí)驗能力
物理是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的自然科學(xué),物理學(xué)實(shí)驗是人類(lèi)認識世界的一種重要活動(dòng),是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎,根據新的課程標準,物理實(shí)驗既是物理教學(xué)內容的一個(gè)重要的組成部分,又是物理研究的一種重要方法。新課程標準明確指出要體現生活物理,結合生活,貼近生活學(xué)習物理,讓學(xué)生從身邊的事物學(xué)起,利用身邊的事物進(jìn)行實(shí)驗探究,以培養新時(shí)代的創(chuàng )新型人才。
實(shí)驗課分為教師的演示實(shí)驗和學(xué)生的分組實(shí)驗,兩者都不能隨意,更不能紙上談兵,敷衍了事,草草收兵,強加、硬塞給學(xué)生現象和結論。要注重科學(xué)性、實(shí)在性和探究性,還要加強實(shí)驗裝置的改進(jìn)、轉換,以便達到最佳效果,做到師生同樂(lè )。教者要做好充分準備,設想各種可能出現的現象,并想好解決的辦法,精心組織和引導,抓住學(xué)生提出的各種問(wèn)題,加以答疑和激勵,最后教者要注意進(jìn)行課堂反饋和自我反思,以便自我提高和自我完善。如果遇到異常情況不要害怕緊張,而是要頭腦清醒地引導學(xué)生并幫助學(xué)生分析實(shí)驗失敗的原因,曉之以理,讓學(xué)生充分接受,再次實(shí)驗,體會(huì )成功的喜悅,并讓學(xué)生懂得科學(xué)的探索是艱辛和持續性的工作。下面談?wù)勎以趯?shí)驗教學(xué)中對學(xué)生能力培養的點(diǎn)滴做法和體會(huì )。
一、注重實(shí)驗設計能力的培養
實(shí)驗設計能力是指在理解與掌握了實(shí)驗目的、實(shí)驗原理、實(shí)驗方法等的基礎上,擬定實(shí)驗方案、選擇儀器和設備、進(jìn)行實(shí)驗探究的能力。一般來(lái)說(shuō),在設計實(shí)驗之前,都要先形成實(shí)驗的假設,實(shí)驗的假設應該是以提問(wèn)的形式出現,“當問(wèn)題本身屬于質(zhì)疑性的問(wèn)題時(shí),它還可以有效地配合教學(xué),并使學(xué)生學(xué)習到物理學(xué)的研究方法!雹 這樣,便能在實(shí)驗設計時(shí)培養物理研究的能力。
1.每次實(shí)驗都要讓學(xué)生明確設計實(shí)驗的目的,掌握正確的實(shí)驗設計原理。我每次實(shí)驗課教學(xué)開(kāi)始,首先讓學(xué)生弄清為什么做實(shí)驗的問(wèn)題,有明確的做實(shí)驗的目的,才能進(jìn)—步去理解實(shí)驗原理。
2.要求學(xué)生掌握實(shí)驗的基本方法。我在實(shí)驗課教學(xué)中著(zhù)重訓練學(xué)生掌握三種基本方法,一是實(shí)驗歸納法,這是通過(guò)實(shí)驗事實(shí)歸納出物理概念和規律的認識方法;二是實(shí)驗驗證方法,這是指根據已有的經(jīng)驗和知識經(jīng)過(guò)推理,提出假設和預見(jiàn),然后再通過(guò)實(shí)驗來(lái)證實(shí)的方法,這是一種結論在前,實(shí)驗在后的科學(xué)方法;三是理想實(shí)驗的方法,這是根據科學(xué)抽象的理想純化作用,有意識地突出研究的主要因素,排除次要因素和無(wú)關(guān)因素的干擾,在頭腦中構思成理想化實(shí)驗,用以代替難以實(shí)現的實(shí)驗來(lái)進(jìn)行研究的方法。
3.教給學(xué)生實(shí)驗設計的基本思想方法。要設計一個(gè)物理實(shí)驗,就要首先對這個(gè)實(shí)驗進(jìn)行構思。我在實(shí)驗課教學(xué)中,訓練學(xué)生掌握的實(shí)驗設計與構思大致有以下幾種:一是轉換法,就是借助于力、熱、電、光、機械等方法之間的相互轉換,依據等效的思想,把一些不易觀(guān)察不易測量的量轉換為可觀(guān)察、可測量的量,如伏安法測電阻就是把測電阻轉換為測電壓和電流;二是比較法,就是利用異中求同或同中求異,對物理現象或物理量進(jìn)行比較,在進(jìn)行對比時(shí)常要采用控制變量法,如水和沙石的比較;三是再現法,就是利用實(shí)驗,模擬自然現象,如利用內能做功的教學(xué)時(shí)當場(chǎng)燒開(kāi)水,學(xué)生觀(guān)察現象真切,分析問(wèn)題就簡(jiǎn)單多了。
二、注重實(shí)驗操作能力的培養
觀(guān)察能力的培養
“觀(guān)察物理現象的能力,是指在實(shí)驗中正確選擇觀(guān)察對象,從觀(guān)察對象中發(fā)現物理現象及現象間的本質(zhì)聯(lián)系的能力!雹谖锢碛^(guān)察能力的培養,對于學(xué)生掌握知識,增強對知識探究過(guò)程的體驗,起著(zhù)非常重要的作用。具體來(lái)說(shuō),接著(zhù)學(xué)生的觀(guān)察能力要從以下幾個(gè)方面著(zhù)手:
1.要培養學(xué)生的觀(guān)察興趣和持之以恒的觀(guān)察習慣。
為了培養學(xué)生的觀(guān)察興趣,我沒(méi)有放過(guò)一切有利的時(shí)機。生動(dòng)的演示實(shí)驗可以象磁體吸鐵般地吸引學(xué)生的注意。只對生動(dòng)形象的事物產(chǎn)生觀(guān)察的興趣是不夠的,還必須培養他們對似乎平淡的現象進(jìn)行搜索觀(guān)察的興趣,我經(jīng)常地介紹—些科學(xué)家們從通常人們視而不見(jiàn)的現象中發(fā)現真理的故事,以及通過(guò)堅持不懈的長(cháng)期觀(guān)察而發(fā)現真理的故事,像伽單略、牛頓、哥白尼、居里夫人的故事,常會(huì )在學(xué)生們的心靈中刻下座右銘,以使學(xué)生形成良好的觀(guān)察習慣!皯斦J識到,對增強觀(guān)察能力來(lái)說(shuō),觀(guān)察習慣比掌握某一種具體的觀(guān)察方法更重要,更困難!雹
2.要引導學(xué)生掌握基本的觀(guān)察方法。
一般來(lái)說(shuō),對某一個(gè)現象進(jìn)行觀(guān)察時(shí),應首先從整體來(lái)觀(guān)察,以獲得一個(gè)大體的輪廓印象;然后再從各個(gè)方面和各部細節進(jìn)行細致的觀(guān)察,運用分析的方法找出現象各局部的主要特征;進(jìn)而再注意各方面、各局部的聯(lián)系,最后獲得一個(gè)較全面、較深刻的認識。
3.要注意培養學(xué)生透過(guò)表面現象揭發(fā)事物本質(zhì)特征的能力。
通常反映事物本質(zhì)的東西并不顯見(jiàn),而非本質(zhì)的現象卻常常布下迷霧,不具備透過(guò)現象看本質(zhì)的能力就會(huì )上當受騙,發(fā)現不了規律。例如,讓學(xué)生觀(guān)察紅棕色二氧化氮與空氣,藍色硫酸銅溶液與水之間的擴散現象,表明分子不停地作無(wú)規則運動(dòng),又觀(guān)察陽(yáng)光下飛舞的灰塵,這時(shí),會(huì )有許多學(xué)生誤以為這也是分子的無(wú)規則運動(dòng),學(xué)生都忽視了分子的數量級10-10m是肉眼看不見(jiàn)的。這個(gè)實(shí)驗教育學(xué)生,為了不造成錯覺(jué),在觀(guān)察事物各部分時(shí),必須細致入微,明察秋毫;在觀(guān)察整體時(shí),又必須把各部分聯(lián)系起來(lái),切忌粗枝大葉和坐井觀(guān)天,這樣才能在錯綜復雜的現象中排除表面次要的因素,將本質(zhì)的特征顯露出來(lái)。
4、要引導學(xué)生特別留神在事物發(fā)展過(guò)程中稍縱即逝的現象、偶然出現的現象以及在由量變轉到質(zhì)變的關(guān)節顯示出來(lái)的現象。
為培養學(xué)生善于發(fā)現問(wèn)題,我經(jīng)常引導學(xué)生不要放過(guò)那些稍縱即逝和不引人注目的現象。例如,在浮沉子的實(shí)驗中,應注意浮沉子中氣體體積的變化;在研究動(dòng)能大小的決定因素時(shí),應注意速度的方向是否對其有影響,可以把斜面做成各個(gè)方向的軌道,比較物體滑行的遠近。事物的發(fā)展在質(zhì)變階段表現的現象是不同于往常的,這是培養學(xué)生觀(guān)察能力的好時(shí)機,我們不應輕易放過(guò)。例如沸騰是學(xué)生幾乎每天都要接觸的現象,但絕大多數的學(xué)生從沒(méi)有有意識地去觀(guān)察過(guò)這些現象,他們只能很粗略地描述沸騰現象。因此,有必要讓學(xué)生仔細觀(guān)察沸騰開(kāi)始的后的整個(gè)過(guò)程,打開(kāi)瓶蓋和關(guān)上瓶蓋進(jìn)行觀(guān)察。首先不必給學(xué)生提出什么要求,讓學(xué)生自己去觀(guān)察和發(fā)現沸騰的主要特征,然后教師再進(jìn)行引導,這樣讓學(xué)生經(jīng)歷一次小小的發(fā)現物理規律的過(guò)程,比教師一一地指示他們被動(dòng)地觀(guān)察收獲要大得多。經(jīng)常教育學(xué)生到家里,從自己的身邊學(xué)習物理,物理就在你的身邊,你的身邊無(wú)處不存在物理,這些話(huà)語(yǔ)也能激勵學(xué)生去探索力的、熱的、光的、電的知識,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣,提高了學(xué)習效率和效果。
5.把觀(guān)察和思維緊密結合起來(lái)。
觀(guān)察和思維是不能截然分開(kāi)的。觀(guān)察是正確思維的基礎,而深入地觀(guān)察需要思維指導,因此,培養觀(guān)察能力應注意把觀(guān)察和思維緊密結合起來(lái)。例如,研究串聯(lián)電路和并聯(lián)電路時(shí),不僅觀(guān)察同一電路中兩燈的發(fā)光程度,還要觀(guān)察不同電路中兩燈的發(fā)光程度的比較,思考為什么,為以后的學(xué)習設下伏筆。
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實(shí)驗操作能力是指對實(shí)驗儀器、工具、實(shí)驗過(guò)程等的動(dòng)手操作能力,它是實(shí)驗得以順利進(jìn)行的一種動(dòng)手能力。實(shí)驗操作能力主要是在實(shí)驗操作過(guò)程中逐漸培養起來(lái)的。
1.裝配儀器,合理排布。有一些較為復雜的儀器需要首先把儀器的各個(gè)零部件裝配起來(lái),要求裝配得正確、合理、充善,每種部件“對號入座”。如安裝電動(dòng)機模型。對于運用多種儀器、儀表的實(shí)驗要合理排布,其排布的原則為便于接線(xiàn)、便于檢查、便于操作和便于觀(guān)測,正確地把各種儀器儀表連接起來(lái)。
2.掌握儀器調節的方法。在裝配連接好各種儀器后,要對儀器儀表進(jìn)行預備性調節,要求學(xué)生掌據各類(lèi)儀器的調節方法。
3.要按實(shí)驗規則進(jìn)行實(shí)驗操作。要根據實(shí)驗的要求和各種儀器的使用規則進(jìn)行正確操作,要逐步訓練學(xué)生操作動(dòng)作規范、正確、熟練快捷、動(dòng)作干脆利落。
4.及時(shí)排除實(shí)驗故障,順利進(jìn)行實(shí)驗。當實(shí)驗做不下去,數據很不合理,說(shuō)明實(shí)驗過(guò)程出現了故障。出現故障要首先進(jìn)行故障分析,一般情況下,力學(xué)實(shí)驗與摩擦有關(guān),要檢查實(shí)驗器材是否光滑,水平等;熱學(xué)實(shí)驗與散熱有關(guān);電學(xué)實(shí)驗與電表量程、正負接線(xiàn)柱的連接,電路的連接等有關(guān)。分析實(shí)驗故障一般可用以下三種方法來(lái)尋找故障原因:一是從分析現象入手,推測產(chǎn)生現象的原因;二是從假設某一部分出現故障入手,分析它可能產(chǎn)生的現象;三是邊探索邊分析,縮小探尋的范圍。
5.結束實(shí)驗,整理儀器。實(shí)驗結束,要按照一定的順序拆除儀器儀表和整理儀器儀表,各類(lèi)儀器儀表要調到初接入時(shí)的狀態(tài)。如托盤(pán)天平的托盤(pán)下方應用橡皮管支起,以防刀口磨損。對于部分學(xué)生還可培養其具有一定的儀器維修能力,儀器發(fā)生故障時(shí),對損壞的零部件進(jìn)行修理或調節。另外為培養動(dòng)手能力,在平時(shí)也可多讓學(xué)生動(dòng)手拆裝一些儀器,如拆裝一個(gè)常見(jiàn)的機械鐘等。
三、注重實(shí)驗分析能力的培養
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實(shí)驗數據處理能力是指對通過(guò)實(shí)驗測得的眾多數據進(jìn)行分析處理,以獲得某些量的變化規律或量與量之間的函數關(guān)系。
1.對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗數據的圖線(xiàn)化訓練。對于從實(shí)驗觀(guān)測中獲得的數據,一些簡(jiǎn)單的情況,可以通過(guò)列表分析就獲得某些量的變化規律或物理量之間的函數關(guān)系,但大多數情況下還需進(jìn)一步對數據進(jìn)行圖線(xiàn)化。圖線(xiàn)化中最簡(jiǎn)單的圖線(xiàn)是直角坐標系中直線(xiàn)圖,所以對于各種數據間的關(guān)系要盡量使其圖線(xiàn)直線(xiàn)化。對于—些不能直接直線(xiàn)化的數據,可以通過(guò)適當變換使之直線(xiàn)化,如熔化、凝固、沸騰、伏安法測電阻等,分別作x軸、y軸,描出相應的點(diǎn),最后作出直線(xiàn)圖。一些圖線(xiàn)的外延與坐標軸的截距、曲線(xiàn)的斜率、曲線(xiàn)下的面積等都具有特定的物理意義。
2.進(jìn)行誤差分析,修正數據。對于實(shí)驗數據一般地都要進(jìn)行誤差分析。誤差的來(lái)源有兩類(lèi):一類(lèi)是系統誤差,是由于儀器的難確性,如零點(diǎn)不準,或實(shí)驗理論的近似性,或實(shí)驗條件不能達到理論公式的規定要求,或測量方法本身有缺陷,或者測量者個(gè)人的生理、心理影響等產(chǎn)生,系統誤差在找到了原因后就可消除或修正。另一類(lèi)是偶然誤差,它的來(lái)源主要是感官靈敏度、儀器精密程度、環(huán)境干擾和—些不可預測因素。偶然誤差服從統計規律,可通過(guò)增加測量次數和一些處理偶然誤差的理論和方法來(lái)進(jìn)行。在實(shí)驗操作中減小誤差還可以通過(guò)提高測量精度,采用較為精密的測量工具,改用更好的測量方法,實(shí)驗中測準關(guān)鍵量,減少實(shí)驗干擾因素等來(lái)實(shí)現減小誤差的目的。誤差來(lái)源找到后,就要對實(shí)驗數據作出修正。
3.從數據或圖線(xiàn)上確定某種物理量的變化規律或某些物理量之間的函數關(guān)系,并通過(guò)物理分析,總結出物理公式和物理規律,達到實(shí)驗的目的。實(shí)驗的結果要在實(shí)驗報告上表達出來(lái)。
。ǘw納總結能力的培養
物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的科學(xué),它的很多規律來(lái)自于實(shí)驗。我們在教學(xué)中應加強學(xué)生通過(guò)實(shí)驗觀(guān)察和數據處理,進(jìn)行歸納分析,進(jìn)而發(fā)現物理規律的能力。如上“機械效率”—節時(shí),我設計如下一組實(shí)驗,由學(xué)生操作:
。1)按教材圖示實(shí)驗,測出彈簧秤讀數、重物重力、繩頭移動(dòng)的距離和重物移動(dòng)的距離。算出拉力做的功和重物提高h米而真正需要做的功。 (2)用一只較大的動(dòng)滑輪和—根較前粗糙得多的繩子重做上述文驗(重物不變,提升高度不變),算出拉力功和重物直接提升功。(3)用第一次實(shí)驗中的器材,將動(dòng)滑輪改為定滑輪使用,使重物提高同樣高度。算出拉力做的功和重物直接提離h米需要做的功。
實(shí)驗結束后,我引導學(xué)生對這三組數據進(jìn)行比較分析,自然地引出總功、有用功和額外功以及機械效率等概念,同時(shí)學(xué)生也找出了省力與機械效率高低不是—碼事的規律。在此基礎上,同學(xué)們認識到總功與動(dòng)力功、有用功與阻力功是一個(gè)概念,“功的原理”只是“機械效率”的一個(gè)特例,它是一種理想狀態(tài)。
當然,教師在進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)的同時(shí)還要注意情境的設計,以便盡快激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣,結合以上做法達到最佳實(shí)驗效果。
。ㄈ┥A與遷移思維能力的培養
創(chuàng )設情境,設置疑問(wèn);設計方案,探索研究;觀(guān)察現象,分析數據;得出結論,完成報告。以上是常規的實(shí)驗步驟。在我們實(shí)施分層教學(xué)的學(xué)校,對實(shí)驗班可以同時(shí)進(jìn)行升華與遷移,把學(xué)生難懂的,難理解的知識貫穿在實(shí)驗中,讓學(xué)生通過(guò)先實(shí)踐,眼見(jiàn)為實(shí),從表象上認識、承認現象的存在,即講求實(shí)在性,然后引導學(xué)生運用已學(xué)的知識進(jìn)行分析、討論,達到升華與遷移的目的,從而完成理解層次的知識點(diǎn)。實(shí)踐證明,這樣能幫助學(xué)生突破難點(diǎn),又不覺(jué)得畏難,激發(fā)了學(xué)生迎難而上的攀登科學(xué)高峰的精神,從而激發(fā)學(xué)生更多的創(chuàng )造欲望和潛能,適合當今新形勢下的教學(xué)模式。
四、注重實(shí)驗品質(zhì)的培養
沒(méi)有規矩,無(wú)以成方圓。養成教育不僅適用于平時(shí)的行為習慣,也適用于學(xué)生的學(xué)習習慣的養成。那些在班級中有良好的學(xué)習和行為習慣的學(xué)生,往往是學(xué)習的佼佼者,加上自身的資質(zhì)和強烈的競爭意識,大多數學(xué)生都是出類(lèi)拔萃的。
在每次新帶一個(gè)班級進(jìn)行分組實(shí)驗前,我都會(huì )做好下列準備工作。第一,按照學(xué)生的成績(jì)、表現、操作能力、男女比例協(xié)調搭配分組并打印成表格,讓學(xué)生迅速找到自己的座位,開(kāi)始初次的合作,從心里認識實(shí)驗課不能隨意,進(jìn)行科學(xué)研究工作更不能麻痹大意;第二,在黑板上寫(xiě)好實(shí)驗名稱(chēng)、目的、原理、器材、抄驟、注意事項、研究討論的問(wèn)題等等,學(xué)生整體了解實(shí)驗報告的格式,并能創(chuàng )造性、高效地完成探究活動(dòng);第三,教師進(jìn)行創(chuàng )造性工作,在黑板上寫(xiě)好組次,對學(xué)生的紀律和實(shí)驗情況,在巡視中發(fā)現的優(yōu)點(diǎn)、不足,以及學(xué)生的實(shí)驗報告,及時(shí)在組次上做標記,評出第一、二、三名及優(yōu)秀報告獎,激發(fā)學(xué)生的競爭意識和奮發(fā)向上、你追我趕的進(jìn)取心,這樣有助于良好習慣的養成,也提高了實(shí)驗效率和達到人人動(dòng)手操作、思考問(wèn)題的效果,更激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng )造潛能,我發(fā)現學(xué)生有時(shí)會(huì )有挖掘教材高難度的能力,部分學(xué)生的思維能力和反應速度已超過(guò)我們的授課速度,他們中存在吃不飽的現象,因此,在我所教班級中我主張學(xué)生擁有參考書(shū)進(jìn)行自學(xué),以便攝取更多的課外知識,以滿(mǎn)足他們的求知欲。這些都符合新課程、新教材的理念,即強調面向全體學(xué)生,而不僅僅是少數尖子生,這樣我們就要關(guān)照個(gè)別差異,讓每個(gè)學(xué)生獲得成功的同時(shí),給吃不飽的學(xué)生另外提供補充性挑戰。
新課程改革要求我們每個(gè)教育工作者改變過(guò)去那種過(guò)于注重知識傳授的傾向,轉向注重學(xué)生的能力培養,引導學(xué)生形成積極主動(dòng)的學(xué)習態(tài)度,使學(xué)生在獲得知識與技能、過(guò)程和方法的同時(shí),學(xué)會(huì )學(xué)習和形成正確的價(jià)值觀(guān),即從單純過(guò)重傳授知識轉變?yōu)橐龑W(xué)生學(xué)會(huì )學(xué)習、學(xué)會(huì )合作、學(xué)會(huì )生存、學(xué)會(huì )做人,關(guān)注學(xué)生“全面”的發(fā)展。我們知道,過(guò)去的教育體制忽略了對學(xué)生能力的培養,而側重于知識結果的傳授,學(xué)生缺乏應有的社會(huì )責任感、健全的人格、創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力,因此以關(guān)注學(xué)生“全面發(fā)展”為目的的新課程改革,成為歷史的必然。我們要牢牢把握新課標的尺度在實(shí)驗課中大膽實(shí)施開(kāi)放性的課堂教學(xué)模式,大力培養學(xué)生各方面的能力,使每個(gè)學(xué)生都能成為有用之材。
【注釋】
、佟段锢砟芰y量研究》續佩君著(zhù) 廣西教育出版社1999年版第41頁(yè)
、凇段锢韺W(xué)習論》梁樹(shù)森著(zhù) 廣西教育出版社 1998年版第209頁(yè)
、邸段锢砟芰y量研究》續佩君著(zhù) 廣西教育出版社1999年版第28頁(yè)
【參考文獻】
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