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一、運用問題演示實驗,激發學生探究興趣
相關調查研究結果顯示,多數學生認為沒必要做實驗,甚至有部分學生不喜歡實驗課。而有的學生雖然喜歡物理實驗,但不愿動手操作。造成上述現象有多種原因,首先中考成績和實驗測試無關聯,以至于學生對實驗教學持放任心理。再加上物理教師在實驗教學中都采用單一的教學模式,將學生分為若干小組,按照教師講解的實驗過程和步驟模仿操作,而教師在一旁指導。這種實驗方式影響學生發揮主觀能動性,更不利于培養學生的探究精神、動作實踐能力及創新意識。對此,教師可以在講解物理規律時和學生一起探討物理方案,根據學生的已學知識設計與學生經驗相抵觸的實驗現象,進一步激發學生的探究興趣。例如,在講解“大氣壓阻止水外流”一課時,就設計了以下教學案例:教師:“同學們看,老師手里拿的是一個空瓶子,在瓶子上扎幾個小孔,那么這個瓶子還能裝水且保證不漏嗎?”學生:“不能!”教師:“瓶蓋蓋好,瓶內的水就停止往外流了,相同瓶子為什么會出現不同結果呢?”學生:“可能與大氣有關。”通過上述實驗學生能更好地接受并理解新知識。
二、引導學生動手操作,增強學生能力
演示實驗需要觀察實驗現象、分析實驗過程、得出實驗結論,不僅要發揮教師引導作用,而且還應體現學生主體地位,嚴禁出現教師自導自演的狀況。針對那些易于操作的實驗,教師應讓學生獨立演示;針對那些有一定難度的實驗,應在教師的適當指導下由學生完成操作。在學習電路的“短路試驗”時,雖然該實驗有一定的危險性,但是在做好充分的安全準備下,教師還是決定讓學生來完成這個實驗。通常情況下,教師會邀請物理基礎一般但膽子很大的男生來完成。在實際操作中,電路短路后發出“砰”的一聲,實驗區硝煙彌漫、火花四濺,一些膽小的女生嚇得蹲在地上,但是實驗完成后,很多學生都興致很高、說不過癮,希望自己也能參與一次。正是因為產生了興趣,學生便會細致觀察與思考,從而不斷產生疑問,帶著問題都能認真聽講,并且在學習中學生還對安全用電知識有了更全面與深刻的了解。教學實踐表明,讓學生參與操作的演示實驗,與傳統的教師自導自演的演示實驗教學模式相比,學生參與實驗教學活動的興趣明顯提升,并且有利于學生操作能力、動手積極性的培養,有助于實驗教學效率的顯著提升。
三、構建嚴謹思維體系,指導學生觀察
一、理想化法
影響物理現象的因素往往復雜多變,實驗中常可采用忽略某些次要因素或假設一些理想條件的辦法,以突出現象的本質因素,便于深入研究,從而取得實際情況下合理的近似結果(通俗他說就是抓大放小)。例如在“用單擺測定重力加速度”的實驗中,假設懸線不可伸長,懸點的摩擦和小球在擺動過程的空氣阻力不計;在電學實驗中把電壓表變成內阻是無窮大的理想電壓表,電流表變成內阻等于0的理想電流表等等實際都采用了理想化法。
二、直接比較法
高中物理的某些實驗,只需定性地確定物理量間的關系,或將實驗結果與標準值相比較,就可得出實驗結論的,這即是直接比較法。如在“研究電磁感應現象”的實驗中,可在觀察記錄的基礎上,經過比較和推理,得出產生感應電流的條件和判定感應電流的方向的方法。
三、平衡法
物理學中常常利用一個量的作用與另一個(或幾個)量的作用相同、相當或相反來設計實驗,制作儀器,進行測量。例如測量中的基本工具彈簧秤的設計是利用了力的平衡,天平的設計是根據力矩的平衡;溫度計是利用了熱的平衡。
四、放大法
在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。根據實驗的性質和放大對象的不同,放大所使用的物理方法也各異。如游標卡尺、放大鏡、顯微鏡、示波器等儀器都是按放大原理制成的。在“測定金屬電阻率”實驗中所便用的螺旋測微器:主尺上前進(或后退)0.5毫米,對應副尺上有5n個等分,實際上是對長度的機械放大。許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長的指針把通電后線圈的偏轉角顯示出來。又比如在《卡文迪許扭秤實驗》,其測定引力常量的思路最后轉移到光點的移動,跟庫侖靜電力扭秤實驗一樣,都是將微小形變放大的具體應用。
五、模擬法
有時受客觀條件的限制,不能對某些物理現象進行直接實驗和測量,于是就人為地創造一定的模擬條件,在這樣模擬的條件下進行實驗。模擬法是一種間接實驗的方法,它是通過與原型相似的模型,來說明原型的規律性。模擬法在中學物理實驗中的典型應用是“電場中等勢線的描繪”這一實驗。由于直接描繪靜電場的等勢線很困難,而恒定電流的電場與靜電場相似,所以用恒定電流的電場模擬靜電場中等勢線的分布情況。
六、累積法
將微小量累積后測量求平均的方法,能減小相對誤差。實驗中也經常涉及這一方法。例如,在“用單擺測定重力加速度”實驗中,需要測定單擺周期,用秒表測一次全振動的時間誤差很大,于是采用測量30-50次全振動的時間t,從而求出單擺的周期t=t/n(n為全振動次數)。又如在“測定金屬電阻率”的實驗中,若沒有螺旋測微器時,也可把金屬在鉛筆上密繞若干圈,由線圈總長度來測出金屬絲的直徑。
七、控制變量法
在高中物理中的許多實驗,往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關系可以先控制一些量不變,依次研究某一個因素的影響。最典型的例子是“驗證牛頓第二運動定律”的實驗,我們研究的方法是:先保持物體的質量一定,研究加速度與力的關系,再保持力不變研究加速度與質量的關系,最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質量之間的關系。在研究歐姆定律的實驗中,先控制電阻一定,研究電流與電壓的關系,再控制電壓一定,研究電流和電阻的關系。
八、轉換法
轉換法是物理實驗中常用的方法。例如,以卡文迪許“利用扭秤裝置測定萬有引力恒量實驗”為例。其基本的思維方法便是等效轉換。卡文迪許扭秤發生扭轉后,引力對t形架的扭轉力矩與石英絲由于彈性形變產主的扭轉力矩這就是等效轉換,間接地達到了無法達到的目的。本實驗中轉換法還應用于石英絲扭轉角度的測量上,這個角度不是直接測出的,而是利用平面鏡反射光在刻度尺上移動的距離間接測出的。又如測力計是把力的大小轉化為彈簧的伸長量;打點計時器是把流逝的時間轉換成振針的周期性振動;電流表是利用電流在磁場中受力,把電流轉換成指針的偏轉角。轉換法是一種較高層次的思維方法。是對事物本質深刻認識的基礎上才產生的一種飛躍。如變曲為直實際上就是該方法的應用。
九、等效替代法
【關鍵詞】初中物理 研究方法 有效教學
物理學習,不但要獲得物理知識,還要掌握技能、技巧,掌握物理問題的研究方法。初中物理所涉及到的研究方法主要有觀察法、實驗法、猜想法、等效法、建立模型法、轉換法、替代法、控制變量法等。
1.觀察法,指通過對實驗過程的認真觀察,再歸納總結出規律等。如通過對水沸騰實驗的觀察得到水沸騰的特點,從而推出液體沸騰時吸收熱量但溫度不變的特點。
2.實驗法,人們使用儀器,通過人工控制條件,使自然現象、過程再現出來。它是物理研究的一種非常重要的方法。通過實驗可發現定律、規律,如歐姆通過實驗發現歐姆定律;通過實驗驗證假說,如布朗通過“布朗運動”的實驗驗證分子動理論假說;通過實驗測定物理量,如托里拆利通過實驗測定出大氣壓值。
3.猜想法,是探索物理的一種廣泛應用的方法,它是用已知的物理規律對未知的自然現象及規律做出的科學預見。猜想法和實驗法律相結合使用,先猜想然后設計實驗驗證,是目前探索物理經常使用的方法。如初三物理(滬科版)中研究“通電導體放出熱量跟哪些因素有關?”先要求大家猜想,然后設計實驗驗證猜想,就是采用“猜想+實驗”的方法。
4.等效法,狹義等效法是根據同一性質的幾個量與一個量之間效果相同而建立的方法。如研究物體受幾個力作用時引入合力。廣義等效法指自然界中不同物質之間存在著的聯系而建立的原理或方法,如改變物體內能的方法有做功和熱傳遞,它們的作用效果是等效的。
5.建立模型法,從自然界中抽取更為本質的、概括了的類似物的方法,如連通器、光線。
6.轉換法,是指將那些看不見、摸不著的現象或者不容易直接去測量的物理量,用一些直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量的方法。如用電流的效應去判斷電流的存在,用擴散現象去說明分子是運動的。
7.類比法,指兩個或兩類對象有某些共有的相同或者相似的屬性,推出一個對象可能具有另一個或另一類現象已經具有的屬性。如研究電流概念時用水流作類比。
8.替代法,在研究物體的某一物理量時,由于這一物理量難于測量,可用便于測量的其他物體的相同物理量來測定代替。如曹沖稱象用的就是替代法。
9.控制變量法,在研究某一物理量與其他幾個物理量關系時,可先研究這一物理量與幾個中的一個量的關系,然后逐一研究這一物理量與其他物理量關系,研究時,每次都要保證除研究的那兩個物理量外,其他物理量保持不變,最后將這些單一關系綜合起來,如研究力的作用效果與哪些因素有關,研究電流與電壓、電阻之間關系,用的就是控制變量法。
例1:說出下列研究物理問題的方法
1.根據磁鐵產生的作用來認識磁場(轉換法);
2.通過觀察冰熔化、松香熔化實驗得出晶體與非晶體區別(觀察法);
3.通過實驗來研究杠桿平衡條件(實驗法);
4.研究兩個及兩個以上電阻組成的電路時,引入總電阻(等效法);
5.研究磁場時引入磁感線(建立模型法);
6.講授電壓時,用水壓作類化(類比法);
7.用量筒、水測不規則小石塊的體積(替代法);
8.探究影響滑動摩擦力的影響因素(控制變量法)。
例2:滑動摩擦力在研究相關物體運動情況時起著非常重要作用。通過實驗探究已經知道滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關,也與接觸面之間的壓力有關。有些同學又猜想滑動摩擦力可能還與接觸面的大小有關。請你從以下器材中選出部分器材,設計一個實驗對以上猜想進行驗證。
器材:a、斜面;b、帶鉤的正方體木塊;c、帶鉤的長方體木塊;d、表面平整的長木板;e、幾條毛巾;f、直尺;g、彈簧測力計;h、硬紙板。
(1)寫出你需要的器材(用器材前面字母表示)
(2)簡述主要實驗步驟(安徽省中考題)
解題點撥:本題所提出問題的方法叫猜想假設,設計實驗的思路是控制變量。因此設計實驗時,要從便于控制變量的角度確定器材。
解:(1)c、d、g。
實驗步驟:(1)將長方體木塊放在長木板上,用彈簧測力拉著它勻速前進,觀察記錄這時彈簧測力計的示數;(2)將長方體木塊側放在長木板上,用彈簧測力計拉著勻速前進,觀察、記錄這時彈簧測力計示數;(3)比較兩次彈簧測力計示數,即可初步檢驗上述猜想。
例3(無錫市中考題):現有各種規格的不銹鋼絲和銅絲,請你設計實驗研究方案,比較不銹鋼絲和銅絲這兩種材料的導電性能。
(1)實驗研究中對不銹鋼和銅絲的選取有什么要求?
(2)你用什么方法顯示材料的導電性能?(可畫出相應電路圖加以說明)
說明:本題涉及到物理方法有控制變量法、轉換法,選擇材料時要控制它的長度、橫截面積,材料的導電性能則從其他物體的特征上反映出來。
解:(1)選取的不銹鋼絲和銅絲長度要相等,粗細要相同。
【關鍵詞】中職物理;教學方法;改革研究
【中圖分類號】G648.6 【文章標識碼】C 【文章編號】1326-3587(2014)01-0052-02
當前從事中職教育的教師都知道,中職學生的基礎較差,使中職各科課程教學難度增大,對物理教學而言,帶來更大的難度。學生對物理基礎知識的掌握更是良莠不齊,他們普遍對物理課的學習存在種種困難,因此中職學校物理教學工作應從改進教學方法,努力提高學生的學習興趣等多方面多角度提高教學質量。如何讓基礎知識較差的中職學生在物理學科的學習中產生興趣,掌握和運用物理知識,培養理論和實踐相結合的能力,以確保教育質量,這是我們中職物理教師面臨的新課題。因此要尋找適應中職專業需要的物理教學策略,教學理念上,由帶著知識走向學生,轉變為帶著學生走向知識;教學形式上,由“滿堂灌”,轉變為“做中學”; 教學評價上,由單純的、書面化考核轉變為綜合的、多元化考核。并在此策略指導下進行教學設計。筆者在中職從教多年,對《中職物理實驗》教學進行了一些改革嘗試——物理綜合實訓,取得較好效果。
一、物理綜合實訓的含意
綜合實訓既不同于單個的物理實驗,也不同于簡單的教學實訓,它是以多個物理基礎知識點為指導、在物理實驗的基礎上,以某一物理知識為重點,運用多個相關物理知識點,參與一項物理綜合實踐能力鍛煉,完成一項實際的工作項目,從而達到學生理論運用于實踐,培養學生獨立思考、綜合運用知識的能力。
二、物理綜合實訓的嘗試
首先,任課教師從接到教學任務通知書后,要認識到中職物理教學要達到什么樣的目標,確定綜合實訓教學指導思想,強化物理教學目標在中等職業學校基礎課中的地位。在物理教學過程中根據專業學科實際需要,從實際出發激發學生學習的興趣,發揮學生參與教學的主動性和積極性,提高和培養學生理論水平和創造能力。使學生既掌握理論,又參與實踐,通過理論指導實踐,參與實踐來鞏固理論,全面進行綜合訓練以培養學生能力為目的。
其次,要統籌考慮,合理安排課時。教師接到授課通知書后,要通盤考慮,合理安排課時,在總課時的基礎上節省一周課時,用一周時間用于學生綜合實訓。
第三,認真備課,做好實驗。教師在備課時,要考慮將物理知識傳授給學生,讓學生接受,同時要注重考慮學生綜合實訓時運用到的知識,并進行強化。物理教學離不開實驗,實驗在物理教學中具有舉足輕重的作用,每一個物理實驗不僅是對所學章節知識的驗證和鞏固,同時也為學生進行綜合實訓打好基礎,是學生綜合實訓的階段性體現,這一環節非常重要。教師在安排實驗時要有目的和意識對學生進行理論和動手能力的訓練。
第四,組織實施綜合實訓。在任課結束前三周,做好學生綜合實訓的前期準備工作。教師將學生綜合實訓要達到的目的、計劃安排、器材、經費、指導教師、分組及實訓任務項目書面報教務處審批。批準后用兩周的時間進行前期準備,并作出實訓計劃,并告之學生課程結束后將要進行一次綜合實訓,作好思想準備。一切準備就緒,組織實施。
筆者進行物理綜合實訓嘗試的內容是“安裝一個具有六臺控制電動機正反轉的全新的實訓室”。從圖紙設計到指導安裝,從外線的登桿接線到內線布線、電流表安裝、總空開安裝、熔斷器安裝,控制柜安裝(交流接觸器、繼電器、按扭、過流保護、過壓保護等電動機正反轉點動控制、自鎖、互鎖控制安裝),達到能完成六臺控制電動機正反轉的全新的實訓室建設的目的。
實訓前,教師編制實訓指導書,讓學生認真閱讀指導書,熟悉綜合實訓的全過程,并現場了解外線布線走向,根據實際情況畫出圖紙,經教師檢查合格后按要求和步驟逐步組織實施。學生在實訓中,經歷了內外線安裝、電動機正反轉控制電路安裝的全過程,包括線路圖、布線、登桿、剝線、接線、繞線、線路分支接線等的操作,掌握了變壓器、總空開、電表、表箱、熔斷器、電鉆打孔等電器安裝及電工多種工具的使用,掌握了電動機的名牌、接線、控制電路的安裝及交流接觸器、過壓保護器、過流保護器、簡單按鈕、復合按鈕、刀開關等常用低壓電器的原理、安裝和使用。加深和鞏固了電流、電壓、變壓器的原理、三相三相制、三相四線制、電動機工作原理、電動機正反轉工作原理等電學理論知識。全面掌握了內外線電工工藝,更加明白了實驗室管理制度、電工操作規程、安全防護,提高了實訓安全意識。
通過一周的學生綜合實訓,學生運用所學過的知識,在教師的指導下進行獨立自主的完成了項目。既感到學習知識的必要性,又感到知識用于指導實踐的重要性,在實訓中既感到工作的艱苦,又享受到完成任務的滿足和喜悅。通過對這次的綜合實訓,使學生全面掌握了物理學中電學的基礎知識,并掌握了內外線安裝及電動機控制線路安裝的基本技能,在實訓中遇到的困難和問題在同學間進行商量和討論得以解決,并對操作過程中的不規范行為進行了糾正,真正理解了用電操作規范和實驗室管理規定的含義,也使學生提高了用電安全意識,并完成了實訓報告,使實訓報告內容豐富而全面。分析問題更加徹底,真正達到了提高中職學生運用知識解決實際問題的能力,為今后學好專業課打下良好的理論和實踐基礎,培養了學生團結協作精神,這一教學嘗試取得了很大成功。
三、綜合實訓值得注意的問題
這是一項系統工程,既要求任課教師要有目的從第一節課開始就要作好充分的準備,又要取得教學管理部門的支持和認可,同時最好選擇實訓項目對學校有一定的現實用途,減少耗材和浪費,還要有一定的經費保障。任課教師要付出很多的精力和時間進行設計指導,還要承擔實訓過程中學生的安全風險,這不僅是一項物理教學綜合實訓的嘗試,更是一項中職學校教學改革的試驗,需要學校領導、各部門的支持和配合,需要任課教師為職校教學改革付出心血。
四、物理綜合實訓的目的
一、邊學邊實驗教學的特點
所謂邊學邊實驗,是指學生在教師指導下,一邊學習一邊進行實驗的教學組織形式,通過自己動眼、動腦、動手、動口(以下簡稱“四動”)去獲取知識、培養用實驗方法探索物理知識的能力。
(一)邊學邊實驗教學是一種低容量、高密度思維的教學組織形式
這樣可以因材施教,切合初中學生的實際。課的容量是指一節課內運用新概念、基本規律、技能、科學方法的多少。高密度思維是指學生在一堂課上有較長的有意注意時間,并能充分地開展思維活動。
(二)邊學邊實驗能夠起到演示實驗與學生分組實驗的綜合作用
在演示實驗的基礎上,認真做好學生分組實驗是激發學生學習物理興趣的較好手段,是初中物理教學中大面積提高教學質量很重要的一環。但在實驗教學中,演示實驗和學生分組實驗都存在一定的弊端。課堂中的演示實驗是教師為學生提供感性認識材料的過程,它無法代替學生自己的活動,教學中如果把教師的演示實驗改為學生的邊學邊實驗,既能使學生對實驗獲得更加清晰的印象,學到物理知識;又能培養學生的實驗能力,提高學生的學習興趣和主動性。
(三)邊學邊實驗是一種“效率高、負擔輕”的中學物理教學活動
進行邊學邊實驗教學的形式可以根據教材、學生以及器材的實際情況,采用多種方式進行。它可以安排在新課的開始,作為設疑引學,起到激發學習興趣的作用;也可以安排在教學過程中,用來建立物理概念、得出物理規律,作為學生辨疑解難的一種手段,起到啟發、幫助學生理解概念、解決疑難問題的作用;還可以安排在下課前的幾分鐘,作為復習鞏固之用。在教學時間上,可以用一整節課時,也可以用半節課或幾分鐘。總之,根據教學的需要和可能靈活掌握,以達到最佳教學效果。
二、邊學邊實驗的教學功能
(一)有利于調動學生的學習興趣和積極性
《九年義務教育全日制初級中學物理教學大綱(試用)》明確提出,培養和提高學生學習興趣是當前物理教學改革研究中的重要課題之一。邊學邊實驗不僅可以提高學生的學習興趣,而且能夠極大地調動學生的學習積極性。
(二)有利于學生理解和掌握知識
心理學研究表明,學生對學習內容的鞏固程度,與學習方式的關系很大。一般來說,學生通過聽教師講授,能夠記住10%~20%;學生如能看到實物或現象,能夠記住30%;如果學生既能聽教師講,又能看到實物或現象,能記住50%;如果學生看到實物或現象,自己又描述過,便能記往70%;如果學生既動手做過,又描述過,則能記住90%。而邊學邊實驗,既讓學生動手做實驗,又讓學生在實驗的基礎上討論、分析,最后自己歸納出物理概念和規律。顯然,這樣的學習過程屬于上面所說的最后一種情況。可見,邊學邊實驗有利于學生理解和掌握知識。
(三)有利于培養學生的實驗能力
教育家陶行知提倡手腦并用的學習方式。他在《手腦相長歌》中寫道:“人生兩個寶,雙手與大腦。用腦不用手,快要被打倒!用手不用腦,飯也吃不飽。手腦都會用,才算是開天辟地的大好老。”我們在初中物理教學中提出邊學邊實驗,提出“四動”,正是遵循陶行知先生的教育理論去實踐的。我國中學物理實驗教學的現狀是學生動手的機會太少,開展邊學邊實驗,極大地增加了學生實驗操作的機會,十分有利于培養學生的實驗能力。
三、實施邊學邊實驗教學的策略
(一)恰當地選擇學生邊學邊實驗教學的內容
教改實踐表明,凡是與教學過程緊密結合,便于隨堂進行并利于學生動眼、動腦、動手、動口,利于培養學生科學的實驗方法和良好的實驗習慣,利于發展他們智能的內容,都可選為學生邊學邊實驗教學的內容。
(二)千方百計地準備學生邊學邊實驗教學的儀器
邊學邊實驗是一種上課形式的學生實驗,一般要求兩個學生用一套實驗儀器。對學生邊學邊實驗儀器的準備要做到“五不一保證”,即儀器不宜復雜,操作技能要求不宜過高,實驗規模不宜過大,一次實驗所用儀器數量不宜過多,實驗時間不宜過長,實驗安全要有保證。
(三)認真上好邊學邊實驗課