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怎样设计好物理实验教学
  发布者:学科专家  发布时间:2014-04-11

 一、认识物理实验教学的重要意义
  实验是人们根据研究的具体目的,利用一定的仪器设备,人为地制造、控制或模拟自然现象,使某些现象反复再现以便让人们反复进行观察研究的一种方法。实验直观具体、形象生动;实验教学从感性到理性,从具体到抽象,适合学生的身心特点,符合学生的认识规律。在物理教学中运用实验能给学生学习物理创造一个良好的环境,使学生能主动获取物理知识,掌握实验基本方法和实验技能,发展各种能力,促进学生科学品质和世界观的形成。中学物理教学必须以实验为基础,这是由实验在物理教学中具有的独特作用决定的。
  (一)物理实验有利于培养学生的兴趣和激发学生的求知欲
  实验对培养学生学习物理的兴趣很重要,这主要有两方面原因:
  一是实验具有真实、直观、形象和生动的特点,易引起学生的注意。
  从学生学习物理的心理反应来看,学生天生好奇、好动。实验教学向学生提供了生动、直观、形象的感性材料,对于初中学生,物理实验有很强的吸引力,极易唤起他们的直接兴趣。让他们观察生动有趣的实验,他们的注意力会高度集中,新奇的实验现象常常出乎他们的意料之外,使他们兴趣盎然;而对于内容枯燥、抽象的东西他们则兴趣索然,难入角色。离开了实验的物理教学只能是“空中楼阁”,照本宣读、在黑板上做实验,不过是“纸上谈兵”,会把本来生动的、丰富的物理知识变成一堆枯燥难懂的材料,不利于激发学生的学习兴趣,调动学生学习的积极性。
  二是实验是一种具有目的性的操作行为,易引起学生亲身尝试的需要。
  实验能给学生提供主动参与学习的机会,因此学生的学习兴趣浓厚,积极性很高,学生接触实验时,自然也会产生自己动手的欲望。设法让学生多动手做实验(边学边实验、分组实验、课外实验),不仅可以满足学生操作的欲望,更重要的是可以让学生不断体会和尝到发现和克服困难解决问题获得成功的喜悦,从而提高兴趣,增强信心,激发求知欲望,进而使他们转化为一种热爱科学的素质和志向。
  “兴趣是最好的老师”,只有有了学习的兴趣,才谈得上学习的积极性、主动性和创造性。
  正因为上述两个原因,所以教师不仅要自己多做实验,而且要设法让学生多做实验;不仅要注意选择能说明问题的实验,而且要尽可能使所选的实验能激发学生的兴趣。
  (二)物理实验教学有利于学生对知识的理解和掌握
  心理学研究表明,人的思维活动是在感性材料的基础上产生的,感性材料是思维活动的源泉和根据。各种类型的物理实验具体形象地展示了物理知识的形成和发展过程,为学生提供了丰富的感性材料,强化了学生的感知并纠正了学生经验感知中所形成的错觉。
  实验能将复杂的条件进行简化和纯化:借助仪器设备突出研究对象的主要因素,排除次要的非本质因素。实验能够创造最好的物理环境,使需要认识的某种性质或关系以比较纯粹的形态表现出来,以便人们能比较容易比较精确地发现规律。
  许多物理概念和规律都是从大量的具体事例中抽象出来的。在教学中,必须使学生通过对物理现象、过程获得必要的感性认识,它是形成概念、掌握规律的基础。这种感性认识可以来源于学生的生活,也可以来源于实验提供的物理事实。从生活中得到的感性材料通常来自复杂的运动形态,本质的、非本质的因素通常交融在一起,仅仅通过这种途径使学生建立概念、认识规律有时会遇到很大的困难。
  而实验则可以提供精心选择的、经过简化和纯化了的感性材料,使学生对物理事实获得明确、具体的认识。在实验教学中,通过观察、操作、讨论、分析,最后学生会归纳出物理概念和规律,实现从感性认识层面到理性认识层面的进步。实验教学过程符合学生的认知规律,有利于学生对知识的理解和掌握,能够达到发展学生智力、培养学生能力的目的。
  (三)培养学生科学研究的方法和能力
  实验创设了理论密切联系实际的学习过程,不仅活化学生学到的物理知识,而且能引导学生像科学家那样去观察周围的事物,用实验手段去验证事物的属性,发现事物的变化、联系和规律。在这个过程中蕴藏着极其活泼的因素,学生可以从中学习科学的研究方法,掌握科学的学习方法。
  通过实验教学,可以使学生学到实验基本技能和方法;可以培养学生的观察能力,使学生学会观察物理现象的方法,有目的、有计划地进行观察,学会抓住观察现象的主要特征,明确观察对象的变化条件,同时引导学生在观察中积极思维,做到眼到心到;可以指导学生明确实验原理,学会正确使用物理仪器,掌握计数、读数和处理实验结果的技巧,通过分析、推理得出正确结论。
  通过实验教学,不仅有效地帮助学生领会物理知识,更重要的是可以使学生通过观察实验现象,分析和解决实验中的问题,做到手脑并用。同时在实验教学中启发学生对有关实验进行设计和改进,都能够培养学生的创造性思维能力。
  实验能力不能仅仅依靠教师的讲解来传授,必须在相应的实践活动中才能得到发展,只有通过实验才能培养实验能力。例如,在进行观察与实验中,需要用精细敏锐的感知和观察力去及时捕获一些重要现象,从而培养观察能力;通过设计实验、分析结果等锻炼和培养想象能力和分析能力;在研究原因、结果和形成概念的过程中,通过分析、比较、判断、推理等培养逻辑思维能力(归纳能力、分析能力等);通过想象、假设锻炼和发展想象能力、创造能力;在实际操作和汇报实验结果的过程中培养动手能力、组织能力、表达能力等。
  (四)培养学生良好的科学素质
  有人认为,素质主要由三个方面的因素构成:知识因素、智能因素和非智力因素。实验除了对知识的掌握、智能的提高有明显的作用外,对非智力因素的培养也有显著的作用。
  在物理实验教学过程中,对每个步骤的操作,每个现象的观察,每个数据的读取都必须使学生认识到对待科学要有实事求是的态度,要尊重实验事实和实验数据,养成客观分析的科学习惯,反对为了得到预结果而编造数据。学生在实验中发现,没有正确的数据不会得出正确地结论,而正确的结论必须建立在科学的实验方法和正确的实验操作基础之上。通过物理实验教学培养学生具备正确的观察习惯、规范的操作习惯及客观记录数据的习惯,有利于培养学生实事求是的科学态度。
  此外,在促进学生形成严谨细致的工作作风、坚忍不拔的意志品质、敢于实践创新的意识等方面都有很好的教育功能。
  二、了解目前实验教学的状况和问题
  (一)实验教学的现状
  目前初中物理教学中,实验教学的类型主要有演示实验、学生实验、随堂实验和课外小实验等。
  演示实验是教师在课堂上结合教学内容进行操作表演的实验。通过演示实验,让学生亲眼目睹或感受物理现象产生的效果,使课堂教学过程生动有趣,学生注意力集中,对物理现象获得深刻的印象;通过演示实验,指导学生观察和分析物理概念和规律,获得生动的感性认识,使学生更好地理解和掌握物理概念和规律;通过演示实验,培养学生的观察、分析和综合、逻辑思维等能力;通过演示实验,培养学生的实验操作能力起一定的示范作用等。演示实验教学突出激发兴趣、操作示范和确保成功等要求。
  学生实验是在教师的指导下,学生在实验室分组进行实验的教学方式。通过学生实验,让学生更仔细地观察物理现象,更深入地了解仪器和装置的结构和性能,更深入地认识和理解相关物理概念和规律。学生分组实验突出培养学生操作技能,使学生理解和进行规范的实验操作,使学生受到物理学研究的实验方法的初步训练。教学大纲中有明确的课时要求,初中阶段学生实验为19课时,目前物理教学中对此有比较规范的管理。
  随堂实验通常称为“边教边实验”或“边学边实验”,是介于演示实验和学生分组实验的一种教学方式。它把教师的讲解和学生的操作观察有机地结合起来,把知识的学习和实验探索能力的培养有机结合起来。目前,部分业务能力比较强的教师经常自觉地采用这种教学方式。
  课外小实验是课堂实验教学的补充,通过课外实验,进一步培养学生的动手能力和观察能力,促进其对学习内容的理解,扩大其知识面,发展他们的爱好和特长,使他们把所学的理论知识与课外实践有机地结合起来。在当前的升学竞争压力下,课外小实验开展很少。
  (二)传统实验教学存在的问题
  1. 对实验在教学中的地位缺乏正确认识
  教师认识上有三种错误倾向:第一,认为实验并不重要,仅仅是促进学生学习知识的教学辅助手段,从实验得出的结论是重要的,而实验的本身并不重要。第二,认为实验虽然重要,但当前的评价机制过多重视知识,忽视能力,所以紧抓实验教学不会收到良好的教学质量。这里存在着错误的教学质量观和对评价机制中问题的片面夸大,以及对教学更重要的是为了学生的发展、而不是评价选拔这一本质意义认识的严重不足。第三,认为实验确实重要,但实验教学费时费力,课堂组织教学难度也较大,学生活动不易把握,用讲实验步骤、讲实验结论等方法也可达到相同的效果。
 2. 实验教学的准备工作不充分
  处理学生的作业和对学生的管理花去了初中教师相当多的时间和精力,学校领导、教师、学生及其家长特别关注分数,这使教师平时更多考虑的是如何在课上把学生要掌握的知识教好,不太重视实验教学的课前准备,上课前不能认真把实验尝试一下,上课铃声一响,往往拎着实验器材急急忙忙到课堂,很难保证实验的高成功率。课堂上器材缺少一两件,急忙派学生到办公室或其他班级的课堂上去拿的现象时有发生,有时实验器材少或者实验总是失败,只能讲授实验知识。
  3. 实验要求过于划一,忽视实验的探究性
  实验往往是用专门的、规范的仪器来完成,不重视用身边的器材进行实验,使用哪些器材、怎样操作也是书上规定的。
  实验往往是重验证,轻探究。实验的原理、方案和步骤等都是预设的,学生是在被牵制着进行操作;得出的实验结论也强调高度一致,学生被动地按照同一思路对实验加以分析论证;甚至实验过程的设计、实验结果的得出都由教师包办,学生没有机会进行必要的交流,实验中没有时间操作,改数据、记结论的现象比比皆是。这些严重束缚了学生的创新思维与实践,制约了实事求是等科学态度的培养。
  4. 实验册基本没有发挥好作用
  由于课堂上教师更多关心的是知识讲授得怎样,课外教师更多关心的是学生对知识学习巩固得怎样,忽视过程与方法的教学,物理实验册在课堂和课后都很少使用,对实验器材的选择、实验方案的设计、实验数据的记录与分析、书写实验报告、实验后的进一步思考等环节,都不能得到很好的锻炼,也起不到对实验的交流与评估反馈作用。当然,实验册的编制也要进一步探索,并加以改进和完善。
  5. 课外实验得不到重视
  中考的压力、大量的、高要求的书面作业使教师、学生不重视课外实验,家长也认为做课外实验没多大意义。学生回家的实验器材难准备,教师没有课外实验教学及管理经验,都使课外实验很少得到落实。
  三、新课程实验教学的目标要求与突出特点
  (一)认识新课程实验教学的目标要求
  教学大纲在教学目的中提到:培养学生的观察实验能力……培养学生实事求是的科学态度。在教学中应该注意的问题中提到:加强演示和学生实验,规定的演示实验和学生实验都应该做好,条件好的学校还应多做一些,适当增加少量探索性和设计性实验,鼓励和指导学生在课外做一些观察和小实验也是十分有益的。……要培养的观察能力主要是:能有目的地观察,辨明观察对象的主要特征及其变化的条件。应培养的实验能力主要是:了解实验的目的,会正确使用仪器,会作必要的记录,会根据实验结果得出结论,会写简单的实验报告。在关于教学要求的说明中提到:对技能的要求用“会”来表示,就是要求能正确地操作,并得出结论。
  可以看出,教学大纲对实验教学的目标要求都是比较原则性的,而且着重于技能目标和对知识教学的辅助功能。新课标对实验教学的目标在三维目标中都有体现,而且有比较具体的操作性要求,主要以科学探究能力目标的形式体现出来,在内容标准的三级主题中,也有明确的规定,同时,在实施建议中也给出了具体的操作指导意见。
  1. 三维目标对实验教学的要求
  在知识与技能目标中提到:具有初步的实验操作技能,会使用简单的实验仪器和测量工具,能测量一些基本的物理量;会记录实验数据,知道简单的数据处理方法;会写简单的实验报告,会用科学术语、简单图表等描述实验结果。
  在过程与方法目标中提到:经历观察物理现象的过程;能在观察物理现象或物理学习过程中发现一些问题;通过参与科学探究活动,学习拟订简单的科学探究计划和实验方案;通过参与科学探究活动,学习信息处理方法;学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律。
  在情感态度与价值观目标中提到:勇于探究日常用品或新器件中的物理学原理,乐于参与观察、实验、制作、调查等科学实践活动,养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。
  2. 科学探究能力目标对实验教学的要求
  提出问题环节:能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题。
  猜想与假设环节:对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。
  制定计划与设计环节:明确探究目的和已有条件,经历制定计划与设计实验的过程;尝试选择科学探究的方法及所需要的器材;尝试考虑影响问题的主要因素,有控制变量的初步意识。
  进行实验与收集证据环节:能通过观察和实验收集数据;会阅读简单仪器的说明书,能按书面说明操作;会使用简单的实验仪器,能正确记录实验数据;具有安全操作的意识。
  分析与论证环节:能初步描述实验数据或有关信息;能对收集的信息进行简单的比较和简单的因果推理;经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程。
  ……
  3. 内容标准三级主题中对实验教学的具体要求
  例:声和光
  (1)内容标准
  ① 通过实验探究,初步认识声产生和传播的条件;了解乐音的特性;了解现代技术中与声有关的应用;知道防治噪声的途径。
  例1:在鼓面上放一些碎纸屑,敲击鼓面,使其发声,观察纸屑的运动;敲击音叉,观察与其轻触的乒乓球的运动。
  例2:将闹钟放到玻璃罩中,抽去空气,这时几乎听不到声音。慢慢放入空气,声音从无到有,从小到大。
  ……
  ② 通过实验,探究光在同种均匀介质中的传播特点,探究并了解光的反射和折射的规律。
  例5:演示激光束(或太阳光束)在平面镜上的反射(用玩具激光器产生激光,用烟雾显示激光,注意不能直射眼睛),入射光束与平面镜的夹角增大时,反射光束与平面镜的夹角也增大。
  例6:演示激光束(或太阳光束)从空气射入水中时发生偏折。
  ③ 通过实验,探究平面镜成像时像与物的关系;认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用;探究并知道凸透镜成像的规律;了解凸透镜成像的应用。
  ……
  (2)活动建议
  ……
  阅读投影仪或照相机的说明书,通过说明书学习使用投影仪或照相机。
  用两个不同焦距的凸透镜制作望远镜。
  ……
  (二)把握新课程实验教学的突出特点
  1. 提倡使用身边的物品进行物理实验
  使用身边随手可得的物品进行探究活动和物理实验可以拉近物理学与生活的距离,使学生对科学更有亲近感,增进学生对物理的学习兴趣,让学生深切地感受到科学的真实性,感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。另一方面,由于这些物品本来的用途不是进行物理实验,所以这种做法本身就是一种创新。
  例如,硬币“跳高比赛”实验、电磁波的传播实验等都用到了日常生活中的器材,拉近了物理知识与日常生活的距离,增强了学生学习物理的兴趣。
2. 注重实验过程的自主探究
  一是学生动手实验操作和探究的机会大大增加了。
  由于课程标准和新教材对知识的记忆、严密、深入和演练的要求明显降低,保证了学生课堂上具有充足的时间经历实验操作和探究过程。课程标准的三维目标、课程内容的科学探究以及科学内容的各级主题中,很多地方提出“通过实验探究……”、“经历……过程”等,明确了和实验相关的教学要求。
  二是实验方法、途径和结果更具有开放性。
  不着重要求学生严格按照预设的实验步骤进行操作,以确保实验的“成功”,并把关键的具体的操作步骤作为知识记忆;而是重视学生按照各自的思路设计各种实验方案,进行对比分析,理解设计思想。这样可以鼓励学生大胆尝试,积极主动地思考和探索,体验和领会研究物理问题的思路、方法,促进科学创新精神的培养,同时也体现了尊重学生差异,以学生发展为本的教学理念。
  例1:探究影响电磁铁磁性强弱的因素
  提出问题:电磁铁的磁性强弱与什么因素有关?
  假设和猜想:电磁铁的磁性可能与电磁铁的线圈匝数和通过电磁铁线圈的电流大小有关。
  设计实验:设计的实验需要解决三个问题:
  (1)怎样测量电磁铁磁性的强弱?
  学生A:看它能吸起多少根大头针或小铁钉。
  学生B:看它能吸引多少铁屑(用天平称)。
  学生C:看它对某一铁块的吸引力(用弹簧测力计把被电磁铁吸住的铁块拉开时弹簧测力计的读数)有多大。
  (2)怎样改变和测量通过电磁铁线圈的电流?
  学生D:用滑动变阻器改变线圈中的电流,用电流表测量电流的大小。
  学生E:用增减电池的方法来改变线圈中的电流,用串联小灯泡的亮度来比较电流的大小。
  (3)怎样改变电磁铁线圈的匝数?
  学生F:用中间有抽头、能改变线圈匝数的电磁铁。
  学生G:临时制作电磁铁线圈,边实验,边绕制。实验操作:指导学生选择合理的步骤进行操作,尽可能让他们独立完成。
  点评:新课程不着重要求学生背诵具体的实验操作步骤,更重视学生对实验设计思想的理解。
  电磁铁的探究主要不是验证学生的猜想是否正确,而是让学生理解怎样设计实验,为什么要这样设计。实验操作步骤可以通过学生交流得出,不须要死记硬背。
  例2:探究凸透镜成像的规律
  大纲要求:
  (1)先测出凸透镜的焦距。
  (2)把物体放在距凸透镜中心2倍焦距以外,移动光屏,使物体在光屏上成一个清晰的像,观察像的特征和像到透镜的距离。
  (3)把物体放在距凸透镜中心1倍焦距和2倍焦距之间,移动光屏,使物体在光屏上成一个清晰的像,观察像的特征和像到透镜的距离。
  (4)把物体放在距凸透镜中心1倍焦距以内,移动光屏,使物体在光屏上成一个清晰的像。如果不能观察到像,请从光屏一侧通过透镜观察物体成像的特征。
  (5)分析凸透镜成像的规律。
  新课标要求:
  (1)在学生知道照相机和投影仪成像的特点的基础上教师提出问题:像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系?
  (2)鼓励学生大胆的猜想和假设。
  (3)请同学们设计实验验证自己的猜想(或推翻)。
  (4)按自己的设计进行实验,并记录数据。
  (5)分析数据,按照探究开始时提出的问题总结凸透镜成像规律。点评:新标准重视实验的过程和方法,而学生实验的结果可以有所不同。
  对凸透镜成像规律的探究不要求学生按预定的实验步骤统一完成,而是大胆放手让学生按照自己的猜想设计方案进行探究。探究过程也不按焦距的划分来进行。实验要求有所降低,但注重了实验的过程,这更接近实验探究的本来面貌。
  例3:测小灯泡的电阻
  第一次测量时灯泡两端的电压等于额定电压,以后几次测量时电压逐次降低,直到看不到灯泡发光。然后计算灯泡的电阻。
  让学生一起交流、分析实验过程中发现了什么,造成这一结果的原因究竟是什么。
  点评:新课程重视对实验结果的评估与交流。
  教学大纲过分强调实验的结果,把实验的正确结论看成实验目标是否达到的依据。有些学生为了达到所谓的目标,任意修改实验数据,为实验而实验,走走过场,缺少学生之间和师生之间的交流。
  新标准下的物理实验并不注重实验结果是否一定相同、正确,而更注重分析造成实验结果不同的原因,鼓励学生发表自己的看法和观点,老师要对学生的发言作出肯定性的评价,使实验真正成为学生探究物理规律、学习物理知识的最有效的手段。
  上述实验除第一次灯泡两端电压相同外,后几次实验完全由学生自由完成,故学生的实验结果肯定不同,改变了过去实验数据一样的弊端,使实验结果更具有交流、分析的价值,调动了学生学习兴趣和积极性。
  三是重视学生分析论证、得出实验结果的过程。
  《标准》中明确提出了对实验数据、信息的描述能力、比较能力以及因果推理能力和归纳能力等;新标准、新教材中,科学内容的好多地方对用图像进行描述、分析的能力提出了要求。
  3. 更重视非学科的通用实践能力
  实践能力两种类型。一种是按照规范进行物理学的科学实验的能力。例如仪器的规范化使用,用减小实验误差的方法和作图法找出实验数据中的关系,按照规范的操作步骤进行实验……这种类型的能力具有很强的学科特征。另一种是用科学知识和科学方法处理生活、生产中与物理相关问题的能力。例如通过阅读说明书和尝试性操作,学习使用电器和仪器的能力,利用科学知识沿着正确的思路发现和排除自行车或家庭上下水系统故障的能力……这种类型的能力具有较强的应用特征。
  义务教育的任务是培养具有较高科学文化素质的公民。多数学生将来并不从事科学技术方面的专业工作,因此新课程在重视前一种实践能力的同时,更加强调后一种实践能力,体现了突破学科本位的教学理念。
    4. 把课外实验放到了十分重要的位置
  新教材的课外作业是以“动手动脑学物理”的形式给出的,每两节课下来,一定会有动手制作、操作和探究的实践活动题目。八年级物理教材中共有课外实验约28个,这有效避免了学生在课外沉溺于繁重、枯燥的书面作业中,有利于培养学生的学习兴趣和动手实践能力。
  四、新课程理念下物理实验教学的基本类型与实施策略
  物理学是以实验为基础的一门学科,重视实验、加强实验教学、提高学生的实验技能是当前初中物理教学改革的一个显著特点。课本中的实验大致可分为演示实验、学生操作实验、师生探究实验和课外实验四种类型。
  (一)演示实验
  演示实验的过程应有较强的直观性。实验的关键过程和实验的结果一定要在学生的共同参与下完成和总结。这样就要注意演示实验应直观简单,要有一定的可视度,现象要明晰易见,能充分说明问题。为便于全班每个学生的观察,特别是最后排的学生,做演示实验时尽可能采用大型的仪器,有条件的最好利用投影仪放大。
  例1:磁铁的磁场分布演示
  第一步:打开实物投影仪,把一根条形磁铁放在投影仪上。
  第二步:把一块玻璃平放在条形磁铁上面。
  第三步:在玻璃上面均匀地撒上一些铁屑。
  第四步:用手指轻敲玻璃,让学生仔细观察铁屑的分布。
  做演示实验的过程中必须注意实验操作的规范性和示范作用。这是因为教师的操作具有示范性,教师如何操作学生就怎么跟着学,教师在演示实验操作中的一举一动都将成为学生独立操作的依据。因此教师在演示实验的操作过程中,使用的仪器要整洁,放的位置要妥当,既要使学生看得清楚,也要便于自己的操作;在仪器的使用、连接中,要做到准确、敏捷、协调。例如在串、并联电路的连接中,一定要按顺序连接。为了便于学生观察,电源正极与电流表、电压表正接线柱的连线可用红色,另一边用黄色或绿色。教师对实验器材的掌握、应用、处理的熟练程度及对实验过程的认真态度、操作的规范等,都对学生起到潜移默化的作用。
  做演示实验时要注意科学性、目的性。演示实验能否顺利地达到演示的预期目的和效果,首先在于教师是否时刻注意演示实验的目的性、科学性以及实验操作的有序性。
  例2:物体的冷热程度靠人的感觉不可靠的演示
  第一步:取三盆温度不同的水放在讲台上。
  第二步:请一名同学先把两只手分别放入热水和冷水中。
  第三步:先把左手放入温水中,再把右手放入温水中,比较两手对温水的感觉是否相同。
  上述实验的顺序不能倒过来,否则将达不到实验的目的。
  (二)学生操作实验
  学生操作实验不同于演示实验,它强调学生的操作过程,也不象探究实验那样,把主要目的放在经历与体验通过实验探索知识技能的过程。学生操作实验有的是为了让学生对实验现象观察得更仔细,培养学生的观察能力;有的是为了增强学生的感官刺激,激发其浓厚的兴趣;有的是为了使学生更深入地了解仪器的结构和性能,提高学生的操作技能;等等。
  新课程对学生操作实验比较重视,八年级的学生操作实验就有28个之多,而《大纲》规定的学生操作实验初中阶段总共有19个。学生操作实验不再像以往教学大纲下的学生实验那样严肃和规范,而是更注重趣味,更贴近生活,更简单易行,更突出某一方面的教学功能。像钢笔“错位”、照相机模型制作、凭感觉判断温度、小纸锅烧水、用铅笔心控制小灯的亮度、观察各种电阻器、电磁继电器的使用等实验都有以上的一些特点,教学中要加以分析理解和把握。
  (三)师生探究实验
  初中的科学探究教学主要是以学生实验为主的探索物理现象和物理规律的过程。学生在实验探究活动中,通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程,学习物理知识和技能,体验科学探究的乐趣,学习科学家的科学探究方法,领悟科学的思想和精神。我们无论是引导学生探索物理规律,还是引导学生学习物理概念,学生的自主探究实验都具有无可替代的作用。
  实验探究的要素有:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等。各要素(或者说各环节)的教学对培养学生的学习、探索能力都有其独特作用。
  学生科学探究能力的发展不是只要记住有关探究的知识就能解决的,必须在探究实践中不断积累。为此,学生要先经历一些简单的探究活动,在具体的某一实验探究教学中,其探究过程可以涉及所有的要素,也可以只涉及部分要素。随着能力的逐步提高,逐步加大探究的难度,使探究活动的水平循序渐进。在物理课中,科学探究的难度和探究的内容是有一定关系的,有些物理知识的探究会难一些,而另外有一些则较容易。
  要努力实现全面的科学探究能力目标。由于物理课堂教学中的科学探究活动多数都只涉及部分要素,因此很可能有些要素在很多探究活动中经常涉及,而另一些却涉及很少,造成学生在科学探究方面的能力发展不够平衡。
  例如发现问题和提出问题这一环节,以往的课堂教学中,问题往往是由教材的内容决定的,或者是由教师提出来的,学生在这方面很少有锻炼的机会。新课程的教学实施中,教师应该突出这一方面的教学,在课堂上多创设一些条件让学生发现和提出问题,同时,还可以引导学生在课外自己的生活中发现和提出有意义的物理问题。除发现问题和提出问题之外,制定计划也是以往教学中的薄弱环节。
  因此,分析和统计学生在课堂教学中关于科学探究的各种能力要求的情况,了解学生在科学探究中的薄弱环节,对学生实现全面的科学探究能力目标进行合理规划,并提出行之有效的方法,这是物理新课程实施中需要关注的问题。
  教师在教学活动中要注意分析教材中各个科学探究活动对学生的能力要求,特别是每一次探究过程重点涉及的部分要素,把握好其对学生探究的指导价值。
  例1:实验探究“压力的作用效果”
  实验模拟两个女士在海边沙滩上散步,胖的穿高跟鞋,瘦的穿平跟鞋,她们留在沙地上的脚印深浅有明显的差异。高跟鞋后跟的印痕窄而深,平跟鞋的则宽而浅。请同学们观察这一现象,把想到的问题提出来交流。
  这是一个日常生活中常见的现象,通过这个例子启发学生发现问题,并使学生把自己的发现通过思考,采用问题化的方式进行陈述:为什么两者在沙地上留下深浅不一的脚印?为什么高跟鞋的鞋跟在湿地上的压印会比平跟鞋深?进而演变为一个具体、明确的物理问题:压力的作用效果与什么因素有关?压力与作用面积的关系如何?
  对于每一个探究实验,应该充分考虑学生对看到的现象可能会产生哪些疑问,如果这些疑问有价值,就应该用来对学生进行善于质疑、求学好问的习惯和能力的培养。
  例2:实验探究“串联电路中的电流”
  实验给出已在工作状态的串联电路,请学生猜想串联电路中各处的电流关系。学生有的从电流路径的角度去考虑,有的从不同电灯亮暗的角度去考虑,都能作出电流相等或不相等的结论和相应的认识经验依据,对培养学生大胆想象、积极思维的精神和能力有独到的作用。
  例3:实验探究“影响滑动摩擦力大小的因素”
  学生猜想在水平面上滑动的物体受到的摩擦力大小,可能与接触面的粗糙程度、物体重力的大小和接触面的大小有关。之后,安排学生思考、交流和讨论实验探究方案,逐步理解和形成依据二力平衡原理、用弹簧秤匀速拉动物体测量摩擦力的方法,以及学习和体验控制变量的研究方法等。
  在实验探究的教学中,方案设计要充分考虑如何通过实验显现和测量所涉及的量,实验器材的选用要求依据怎样的科学原理,以及控制变量、等效替代等科学方法的应用。当然,决不要把科学研究的方法狭隘地理解为已经冠以某个名词的几种典型科学方法,研究中要用到的方法是多种多样的,要靠我们去摸索、发掘和总结。
  例4:实验探究“凸透镜成像规律”
  用同一规格的凸透镜进行实验,当将各组实验数据收集在一起填入表格后,教师引导学生进行充分分析讨论,从像的性质、物距、像距以及焦距的关系上来探寻成像规律,然后为学生提供充分交流的机会。
  学生得出的结论各有差异:有的学生得出的结论仅仅是“在光屏上只能成倒立的像”,有的学生得出“当物距大于像距,能成缩小的像,物距小于像距时,成放大的像;当物距小于焦距时,不能成像在光屏上,当物距大于焦距时,能成像在光屏上”的结论,也有的学生发现“物体在两倍焦距以外,在光屏上成倒立缩小的像”,等等。
  在分析与论证的过程中,逐步把学生零碎的结论加以归纳总结,形成较完整的规律,能使学生相互启发,相互学习,体验逐步认识规律的过程,促进他们对规律的深入理解。
  例5:实验探究“测量固体和液体的密度”
  通过阅读说明书、尝试测量操作和交流讨论等学习探索活动,学习量筒的基本使用方法。在制定出实验方案和步骤后,大部分的时间是学生操作,测量固体和液体的密度,进一步熟悉天平的使用。为了使学生学习各种天平的操作要求,可以在有的小组摆放托盘天平,有的小组摆放学生天平,或者每一小组实验桌上既有托盘天平,又有学生天平等,规格也可以有所不同。实验中让学生先尝试操作,测量橡皮泥和同一盆盐水的密度,交流所遇到的困难和初步的测量经验,然后再进行充分的实验测量,交流测量结果、实验中的认识等,加深对密度是物质固有属性的认识,提高学生对各种天平和量筒的的操作技能等。
  (四)课外实验
  课外实验是学生对物理知识由认识到理解的一种桥梁,是初中物理教学的重要组成部分。它能激发学生学习的兴趣,培养学生的实验技能、科学态度和良好的学习习惯,也是培养创新精神、实践能力的一个重要途径,是课堂教学的延伸,是创造发明的基础。新标准对课外实验十分重视,课后作业改为“动手动脑学物理”,把课外实验作为学生的一项作业。怎样才能指导学生做好课外实验呢?
  (1)做到实验与教学内容的有机结合。每一个实验都反映了相关的物理现象或规律,因此,教师要紧密结合教学内容,适时组织相应的课外实验。例如在学过 “弹簧测力计”的内容后,指导学生“制作橡皮筋测力计”的课外实验;在学过“电磁铁”后,指导学生做“用电流使铁钉磁化”、“自制电铃”的课外实验;在学习了声音的性质以后,指导学生自制小乐器;在学习了凸透镜成像特点后,指导学生自制照相机等,以深化和巩固知识,同时锻炼学生的动手实践能力。
  (2)做到课外实验类型与目的的统一。不同的课外实验所要达到的目的是不相同的,应根据课外实验类型和不同要求有所区别,进行指导。对制作型的课外实验,教师主要指导制作,以培养学生的动手能力和创造能力。如直流电动机模型的制作、水果电池的制作。对于研究测量型的课外实验,教师要指导学生如何观察、记录数据和进行处理,如凸透镜焦距的测量。对于思考型的课外实验,教师主要指导学生如何根据实验现象和数据分析、归纳和总结,以揭示物理现象的规律,如探究凸面镜、凹面镜的成像规律等。
  (3)课外实验一般利用课外时间由学生个人或小组进行,因此为了保证质量和效果,一般要重视做好以下一些工作:一是指导学生作好实验准备;二是指导学生作好实验记录和分析,写出实验报告并检查落实;三是要及时进行交流与评估反馈。只有这样才能收到好的效果,达到实验的目的。
 

 
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