浅谈物理实验的作用
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作者: 方志国
全日制义务教育物理课程标准总目标提出:要使学生保持对自然界的好奇,发展对科学的探索兴趣,在了解和认识自然的过程中有满足感及兴奋感;学习一定的物理基础知识,养成良好的思维习惯,在解决问题或做决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法,经历基本的科学探究过程,具有初步的科学探究能力,在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识;并具有可持续发展的意识,树立正确的科学观,振兴中华,将科学服务于人类的使命感与责任感。
要达到这样一个培养人才的目标,我认为在物理教学中,实验应发挥重要的作用。物理是一门以实验为基础的自然科学,物理实验自始至终都占有极其重要的地位。可以说,所有的物理知识都是在实验的基础上建立起来的。而物理实验作为物理教学的基本手段之一,也有着其特殊的教学功能。
一、通过实验可以使物理教学理论联系实际,引起学生学习兴趣,引导学生发掘问题,激发其求知欲望,从而调动他们学习物理的主动性和积极性。例如,在《闭合电路欧姆定律》的教学中,重点和难点之一是要引入新概念“电源电动势”及“内电路”和“外电路”。其实学生在初中时对于电源已经有了一定的了解,但是“电动势”的概念在初中时是用“电源电压”代替的。“电源”在学生头脑中被普遍理解为“一个能够输出恒定电压的装置”。针对这个情况,在教学中我设计了这样一个简单的实验:首先演示用一个小灯泡接在一节约1.5V的旧干电池两端,结果小灯泡被点亮。接下来提问:“如果把两节干电池串联在一起,再把刚才的小灯泡接在两节干电池两端,预测一下将会看到的现象?”学生马上异口同声回答说小灯泡将会变得更亮,还有学生说小灯泡甚至有可能被烧坏。于是问学生:“依据是什么?”学生给出的理由是,接一节干电池时,灯泡获得的电压是1.5V,而接两节干电池时,灯泡获得的电压是3V。接下来我就做实验来验证,而实验的结果让学生很意外。接两节干电池后灯泡竟然变暗了,有学生提出,干电池可能“有问题”,于是用电压表进行测量,测量显示,一节干电池两端电压约为1.5V,而两节干电池串联时,两端电压约为3V。这说明干电池没有任何问题。这时候学生已经是惊讶不已,实验现象和他们的已有认知发生了冲突,他们不知道问题出在哪儿,很想知道原因。接下来教师的任务就是要不失时机地把问题的原因引到“内电路”和“外电路”,进而引出“电动势”的概念。由于这个实验的铺垫,激发了学生的认知冲突,也激发了学生的兴趣和求知的欲望,因而教学效果良好。值得一提的是,这个实验是一个激发智慧的实验,实验要做成功,必须选用内阻较大的旧电池。
又如,在《动量定理》的教学中,做鸡蛋掉在海绵上不易碎,而掉到地上容易碎的对比实验,既能够起到调节课堂气氛的作用,同时也是理论联系实际,用所学理论来解释生活中的现象。该实验类似的例子,生活中还可以举出很多,比如跳高运动员要落在软垫上,跳远运动员跳到沙坑里等等,从而让学生感觉到物理与生活是密切联系的。
二、通过实验能使一些抽象的物理现象变得更形象、更直观、更容易理解。例如“毛刷显示静摩擦力方向”的实验,能够把抽象的相对运动趋势巧妙地显示出来。又如“分子力”的教学中,如何让学生感受到这种看不见摸不着的力的存在呢?通过实验:从水面提取下玻璃片,学生感觉到比较吃力,从而感受到了分子力的存在。再比如,在“运动的合成和分解”的教学中,合运动与分运动是比较抽象难理解的概念,通过实验“蜡块一边在玻璃管中上浮,一边随玻璃管水平移动”学生能够明显看到蜡块同时参与了两个分运动,同时也能够清楚地看到合运动。
三、通过加强实验,不仅可以使学生具备一定的感性认识,更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的,从而有效地帮助学生形成概念,导出规律,掌握理论,正确而深刻地领会物理知识。例如,在牛顿第一定律的教学中,可以通过做伽利略的理想斜面实验来说明。不断改变斜面倾角,小球每次都要滚到同样的高度,经过的路程越来越长,所用的时间也越来越长。最后再推到斜面倾角为零时,变成光滑水平面的情况,得出物体不受外力时物体将保持匀速一直运动下去。又如,在牛顿第二定律的教学中,只有通过做实验来探究物体的加速度与合外力以及加速度与质量之间的关系,学生才会知道牛顿第二定律是怎么得出来的,为什么是正确的,学生才能深刻地理解牛顿第二定律,同时学生也掌握了一种科学探究的方法。在实验探究的过程中还会感觉到乐趣,如果不做实验,而是仅仅告诉学生牛顿第二定律的表达式,学生获得的知识也只能是死的,是没有灵魂的,学生不能够真正理解牛顿第二定律。我们完全可以想象,这堂课是多么的枯燥乏味!
四、通过实验可以培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度、科学的思维方法、严谨的科学作风,逐步学会物理研究中基本的科学方法。比如,在牛顿第二定律的探究实验和影响滑动摩擦力的因素的探究实验中,学生学会了控制变量的方法。在弹力的教学中,书上有显示微小形变的演示实验,这体现了一种巧妙的放大思想。包括卡文迪许的扭秤实验,也体现了这种思想。伽利略的理想斜面实验也是科学研究中的一种重要方法,它把可靠的事实和理论思维结合起来,可以深刻地提示自然规律。
五、通过实验可以培养学生的观察能力、思维能力、发现问题及解决问题的能力;培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力,并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。
鉴于实验教学的地位和作用,我们不仅应该重视实验,而且应该在理论教学中认真贯彻以实验为基础的原则。随着素质教育的进一步深化,我们对中学物理实验的重要性的认识和感受逐步加深,物理实验教学改革也在紧锣密鼓地进行着。新课程改革形势下对实验的要求也更高了,但是应该看到,到现在为止物理实验教学的现状在我们国家还是不容乐观的。
1.部分老师实验意识淡薄。不做实验也能够解决问题的,尽量不做实验。尤其是一些难度较大,操作较麻烦的实验,比如探究牛顿第二定律的实验,探究影响滑动摩擦力的因素的实验,研究向心力的相关因素的实验等等,直接把结论告诉学生了事。这样导致课堂枯燥乏味,学生的学习兴趣得不到有效激发。
2.教师对“引导学生积极、主动地学习,培养学生独立思考的能力和习惯”的指导思想不够明确,教师在实验教学中一手包办现象严重,学生多数只是机械模仿,缺少动手和动脑的机会,能力得不到相应地提高。
3.实验教学模式僵化,物理实验教学的基本原则没有得到充分地体现,教学方式呆板。从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间,现阶段往往是一个班的学生同一时间做同一个实验,用同一种方法相同的仪器,都要在规定时间内做完,得出同一结论,这样就有可能导致部分学生看别人怎么做,自己就怎么做,特别是两人合做时,有少数学生只看不动手,也不留心观察实验,不记录有关数据,更谈不上去思考。这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力,不利于引导学生突破思维定势这个思维障碍,不利于学生创新思维方法的形成,不利于学生智能的发展。
新课程要求超越学科本位的理念,以全面提高学生的科学素养为目标,着眼于学生的发展。教师要相信所有学生经过努力都能达到课程标准规定应达到的要求,用终身教育的理念和可持续发展的意识,去理解物理实验在新课程教学中的功能与作用,将有助于学生学习能力的发展和实践活动的开展,以促进全体学生的全面发展和素质的整体提高。
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