阮再金
宜昌市人文艺术高中（宜昌市二中）443000
摘 要: 根据物理实验特点和科学探究的特征,探讨了在高中物理实验教学中培养学生探究能力的途径。
关键词: 高中物理实验；探究教学；能力
物理学是一门以观察、实验为基础的科学,实验是物理教学的基础。在我国,随着新一轮基础教育课程改革的全面推进,新课程提倡在课程实施中引导学生质疑、探究,促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。探究性学习作为与接受性学习相对应的一种学习方式,是进行创新教育的载体,是学习科学的核心方法。探究教学实质是将科学领域的探究模式引入课堂,使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学探究的本质,并培养科学探究能力的一种特殊的教学方法。利用物理实验开展探究教学有助于学生加深对知识的理解,有利于提高学生探索问题和解决问题的能力,发展学生的创造能力。
1 发掘演示实验的有效因素,培养学生的质疑能力
质疑是经过较充分分析后提出的问题。质疑是思维的开始,也是有所发现的前提。在具有创见性的质疑的过程中,学生提出的问题有一定的深度和广度,往往击中关键,具有“揭示规律”、“独创”、“发现”之特征。能否质疑是检验学生学习能力的重要标志。质疑能力和其他能力一样,可通过学习、培养和训练不断提高的。实验是物理学的基础,物理实验探究教学是发展学生质疑能力的有效途径。
教学“物体内能的变化、热和功”时有个演示实验:压缩厚玻璃筒中的空气,使空气内能增加,温度升高,从而使筒内易燃物着火。实验中明亮的火花给学生以深刻的印象,然而实验过后,不少学生提出:实验的研究对象是什么?压缩时筒内空气的温度是否变化?如何判断它是否变化?实验的目的是什么?特别是在没有判断出筒内空气的温度是否变化而事先就放入易燃物来显示气温的升高,显然不符合科学的探究过程。如果改变教材一举成功的做法,而是实验时在厚玻璃筒内先不放易燃物,压缩筒内的空气,要求学生仔细观察筒内空气的内能有无增加。学生感到困惑:空气内能增加与否怎能看得见?此时自然引出一个实验设计的问题情境;如何判断筒内空气内能是否变化?顺着这个思路展开过程组织实验教学,由于实验是学生主动参与设计的,设计目的明确,实验后学生无论是对实验所揭示的结论还是实验的设计思想均留下深刻认识和理解,甚至终身难忘。
可见,没有质疑,就没有新问题的提出,探究也就没有开始的根据。质疑是创新的心理动力,是思维独立性、自主性的体现。
2 运用典型的物理实验图景,培养学生的猜想能力
原子物理这部分知识,都涉及到较多“科学猜想”的问题,我们要充分发掘科学猜想这一方法因素进行教学。如在“原子核的人工转变”α粒子轰击氮核的教学中,α粒子轰击氮核产生的新的粒子是质子。教学中不是马上给出结论,而是根据实验图景,首先提出两种设想方案:一是质子是α粒子直接从氮核中打出的;二是α粒子被氮核俘获后形成一个新核,又分裂出质子来。介绍这两种方案,然后要求每位学生作出自己的猜想,判断哪一种设想是正确的?由于现教材没有介绍这个问题,大部分同学都按习惯的思路猜想,质子是从氮核中打出来的,对此,再介绍布拉凯特从云室拍摄的照片,强调照片中看到的是α粒子撞击氮核的过程中得到三条径迹的事实,然后进一步鼓励学生论证自己的猜想的正确性。
3 分析学生实验中发现的异常现象,培养学生分析解决问题的能力
对学生实验中出现的异常现象的捕捉和分析处理是培养学生的独立性和创造性的有效途径。例如“用单摆测定重力加速度”的实验中,学生自以为测量Ｌ和Ｔ都较准确,但实验测出的ｇ偏大。针对这一实验问题,教师检查学生测Ｌ和Ｔ的方法及数据确定正确无误,发现问题出现在没有保证单摆在一竖直平面内振动,而是形成了一个圆锥摆。教师可指导学生推出圆锥摆的周期公式为Ｔ=2πlcosθg (ｌ为摆长,θ为偏角),它小于同样摆长的单摆周期,用它代入单摆周期公式求 使ｇ值偏大,这样即解释了实验误差来源,又得出了圆锥摆的周期公式。又如用斜面法验证“机械能守恒定律”的实验中,同学们设计了用小车拖动纸带在斜面上由静止滑下的实验,发现在各个对应的位置时,ｖ2/2与glsinθ(ｌ为斜面长,θ为倾角)相差较大。
接着指导学生根据所收集的数据,用ａ=ｖ2/2l与gsinθ进行比较,测出摩擦阻力,继而计算出阻力的功fL,发现在误差允许的范围内,阻力的功fL正是mgｌsinθ与mｖ2/2的差值。这样不但加深了对定律的理解,而且从猜想、分析到利用实验加以验证,已经很接近科学家在研究物理问题时“提出假设并验证假设”的科学方法,培养了学生分析和解决问题的能力。
4 变演示实验为探索性实验,培养学生的想象能力
探索性实验作为物理实验的一种形式,它有别于测定性实验,又有别于一般的验证性实验。探索性实验的目的在于使学生获得物理实验研究方法的训练,让学生接触探索、发明、发现的过程和方法,在探索发现的过程中激发和满足不同层次学生的探索与创造欲望,发展学生理性的、批判的思想方法。如在“牛顿第二定律”的教学中,先给出器材:课桌上放四根同一型号的试管,二根同一型号的条形磁铁,两支同一型号的弹簧秤。不给学生讲解仪器的使用、实验步骤以及如何观察实验得出结论,而是仅告诉学生利用桌面上的器材(可选用)用你所做的实验回答:(1)力的作用是否是相互的?(2)相互作用力存在什么样的关系?让学生充分发挥想象力,多角度多途径地再现定律的形成过程:有的学生将两根磁棒握在手中,同名极相对或异名极相对;或将两根磁棒都放在试管上或者一根放在桌面上另一极放在两试管上;弹簧秤对拉或手拉弹簧秤等多种实验得出了“力的作用是相互的”是一个普遍的规律。
定量的实验比较困难,只要稍微点拨就可以了。如有的学生用两弹簧秤对拉发现两弹簧秤的读数不相等,原因是实验前没有调零或对拉的方式不对引起的。有的学生提出了较好的实验方法,将两根条形磁铁分别放在两根试管上同名极相对看后退的距离是否相等。
可见学生在自己“探索”物理规律的实验过程中既动手又动脑,加深了对知识的理解和运用,培养了自己的创新能力。
5 利用设计性实验,培养学生的创新思维能力
所谓设计性实验,就是要求学生自己设计实验方案的实验。这涉及到实验方案的确定、步骤的安排、表格的设计和误差的分析等,具体地:
(一)、教师指明实验目的。从弄清实验原理、方案设计到器材选择、装备操作、收集及处理信息和数据、得出结论等都是由学生自主完成,教师适当指导。
(二)、组织学生讨论各人(组)的设计方案,选出数组认为可行的方案分别实验,并从中找出最佳方案。
(三)、实验后再组织学生讨论各方案的成功或失败原因、误差来源及如何减少误差等。如要求学生设计测重力加速度ｇ的实验,显然这是一个灵活性较强的开放性问题,它可以引起学生从不同的角度思考,得出不同的实验方案:
(1)、是重力和质量的关系Ｇ=ｍｇ测ｇ;
(2)、用落球法测ｇ:让小球自由下落,测出球下落的高度ｈ和时间ｔ,由ｇ=2h/t2得ｇ;
(3)、用纸带法测ｇ:利用“验证机械能守恒定律”的实验装置及重物自由下落中打出的纸带测ｇ;
(4)、利用单摆测ｇ;
(5)、用物体在光滑的斜面上从静止开始下滑的运动由Ｓ=gt2sinθ/2得ｇ(Ｓ、ｔ、θ分别是物体运动的位移、时间和斜面的倾角);
在实验前,学生还要把实验方案具体化,学生还要面临很多问题要解决。实验结果发现各组测出的ｇ值相差较大,这时引导学生对每个方案以及实验过程进行分析,找出原因,通过比较得出较理想的方案。通过这些自由度大、自主力强的实验,学生能学到许多知识,又能培养学生的观察力、动手能力和思维能力,更以其趣味性和探索性在培养学生创新精神方面发挥其独特的功能和作用。学生在实验过程中有时不可能一步到位,需要反复修正,这些过程本身能很好地多种锻炼学生的实验能力,使他们的发散思维得到充分发展。
总之,为适应时代和学生发展的需要,我们每位物理教师应当努力提高自身素质,转变教育教学观念,改进教学方法,营造良好的育人环境,培养出富有科学精神和实践能力的开拓型人才。
参考文献
[1]钟启泉编译 现代教学论的发展[Ｍ] 上海教育出版社,1998
[2](美)国家研究理事会著 美国国家科学教育标准[Ｍ] 北京:科学技术文献出版社,1999
[3]朱?雄编著 物理教育展望[Ｍ] 华东师范大学出版社,2002
[4]阎金铎主编 物理能力测量研究[Ｍ] 广西教育出版社,1999