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第16章 在物理实验中的能力培养(4)

器材:“38V、03A”的小灯泡一只,低压电源,安培表,伏特表,电键,滑动变阻器,导线,电路如图2。静观察点(1),滑片位于O点,闭合电键,伏特表示数为38V,安培表示数为03A。电灯正常发光,实际功率等于额定功率。静观察点(2),把滑片位于B点,伏特表示数为45伏,安培表示数为034A,电灯发出强光。静观察点(3),把滑片P位于A点,伏特表示数为038V,安培表示数为01A,电灯不发光。

动态观察:把滑片P从A级缓慢地向C滑动,把观察所得的情况填入下表:

滑键PAA→000→BB→C实际电压(V)038增加3838→4545→8实际电流(A)01增加0303→034034→042实际功率(W)0038增加114增加增加实际功率与额定功率比较P实<P额P实→P额P实=P额P实>P额P实>P额发光情况不发光由暗变亮正常发光正常发光→发出强光继续变亮,突然熄灭(灯泡损坏)由实验可知:电灯两端的实际电压、电灯的实际功率由实际情况决定,受外界条件影响、制约,电灯亮、暗由实际的功率决定。额定电压、额定功率是由用电器的本身构造决定,是反映用电器特征的物理量,它为人们合理使用电器提供科学的依据。在工作中,当电路电压不变时,应选用额定电压等于或接近于实际电压的电灯,当电路电压可变时,应使实际电压趋向于用电器的额定电压,这样才能做到“物”尽其用。

特殊观察和一般观察相结合有些物理实验中的物理现象只有在某些方位上才能观察到,如果用一般方法观察是较难发现的,但应该让学生去寻找,然后用特殊方法使“隐蔽”的物理现象明朗化,加深学生对物理规律的理解。在演示凸透镜成像规律的实验中,把光具座按实验室纵向放置,并依次放置蜡烛和凸透镜,使两者相距15f左右,点燃蜡烛,不放光屏,问学生有没有看到像。回答有两种:有,没有。然后叫看到像的同学举手,举手者刚好形成一个扇形。我打手势沿扇形两边界一划,两边界相交于一点,并指出像大概在这一位置左右。把光屏置于此位置,然后作少量移动,一清晰倒立放大像立即出现在全班同学眼前,然后分析这一原因,指出光屏这一器材的作用及物距、焦距、像的性质三者关系,再向烛焰吹气,使其向右偏,而光屏上像则向左偏,使学生明确凸透镜成实像是上下颠倒,左右对调。

局部观察和全方位观察相结合物理现象的出现受一定条件制约,也只能在某一区域内出现。在此区域中物理现象在各个方位的表现也不尽相同。所以在引导学生观察时,要局部观察和全方位观察相结合。在上述凸透镜成像实验中,使凸透镜离烛焰尽量远,不放光屏,让学生正对凸透镜观察倒立缩小的实像,然后又要求学生沿图3所示的AOB路线和COD路线观察,粗略地确定看到像和看不到像的临界点PA、PB、PC、PD,再用光屏接收像,定下像的位置,由此诱导学生讨论能看到像的区域,并辅之以作图法说明这一范围,从而建立起形象的物理模式,使学生思之有物。

有目的地指导学生观察能使学生在学习物理的过程中养成一种良好而严谨的观察习惯,同时在学生认识物理规律的过程中起了直观、形象而又非常具体的导向作用,提高了教学的效果。

物理实验观察能力培养的五个环节

做好演示实验的关键是正确处理教与学的关系,这就是发挥教师的主导作用,有计划有目的地把学生的注意力有效地集中到所演示的物理现象和在物理过程中所反映的主要属性上去,并对学生的观察提供有效的引导。发挥学生的主体作用,让他们在适量的外部感觉刺激下,主动地进行感知、观察、思维,逐步培养观察力。为此,泉州教师进修学校陈永权、泉州北峰中学苏振坤老师指出执教教师应以教材要求和学生素质为依据,掌握以下五个环节。

根据感知规律,做好心理准备

在演示实验中,教师展示的物理现象是事物的客体,其作用是对学生的感觉器官产生刺激信号。学生是感知的主体,他们会根据这些信号,形成什么样的概念,则完全依赖于个体的观察力。演示实验是否能够达到教材规定的要求和目的,决定于两个方面的因素:一是教师能否正确使用实验器材或教学模型,明确而突出地展示有效的物理现象和物理过程,并对观察程序进行指导。二是能否在课堂上营造一个良好的感知氛围,使学生能够有目的地注意刺激信号的主要属性,在观察过程中获得有效的引导。第一个因素主要是器材和形体动作的表现,第二个因素是心理环境,两个因素相互依存,相辅相成,不言而喻,心理准备是演示实验的环节之一。

根据知觉的整体性、选择性、理解性和恒常性四个基本特征,我们认为演示实验的心理准备主要是:①在实验器材、教学模型及其形体动作的计划上,要充分考虑到物理现象主要属性的刺激量是否突出,有效。②提出观察的任务和目的时,要充分考虑到大多数学生原有的知识水平和现在的心理状态;知识水平有缺陷的,要计划补救的措施。③安排观察的程序时,对教师的语言表达、留给学生观察思考的时间进行周密计划,特别要预见到学生可能会被哪种强烈刺激所吸引而忽视本质现象,计划好排除这种心理干扰的有效措施。④计划引导学生总结观察结果时,要充分注意思维的逻辑性和语词文字表达的科学性,尤其要把学生的独立思考跟教师的启发引导有机结合。⑤对于同一实验器材在不同实验项目的运用、不同实验项目的相似实验原理、相似的思维逻辑要注意分析、综合、比较,以培养学生正确的心理定势,使他们养成良好的观察力。

实验器材、教学模型和形体动作的准备,要以学生的感受性为基础

做演示实验时,器材、模型通过光的反射、折射、声波的传播,气体分子的扩散等方式,对学生的外部感觉器官发生刺激信号,学生对这些信号的感觉,是由学生个体的感受性来决定,只有当信号的刺激量达到能引起器官感觉的最小限度时,器官才有感觉的效应;若同一个刺激信号随时间发生变化时,只有当刺激量的差别值达到能引起器官的差别感觉的最小限度时,器官才能有差别感觉,而且,某一器官对某种刺激的感受性还会因为其他感觉器官受到刺激而发生变化,一般的规律是:弱刺激可提高另一种感觉的感受性,强刺激则使这种感受性降低。因此,在进行器材、模型和形体动作准备时,要以大多数学生的感受性为基准,才能保证把学生的注意力集中到物理现象和物理过程的主要属性上去。

例如,演示用的液体温度计用红色煤油作为工作液体,便是为了使液柱折射出的光线跟玻璃管反射出的光线的颜色、强度形成差别对比,让学生对液柱和玻璃管产生差别感受,并对液柱有更加鲜明的感觉。倘若使用水银作为工作液体,显然就没有这种感觉效果。

总之,实验器材、教学模型和形体动作是学生感知的对象,要根据感知规律,对光线、颜色、位移等进行精心准备,使学生能够造成明确的时间知觉、空间知觉和运动知觉。这是演示实验的基础环节。

以学生的认知基础为依据,对学生的观察进行启发性引导

观察是知觉的高级形式。人在观察事物时,总是用已有的知识和自身的经验来理解知觉对象的;其中,既有知识、经验的作用,也有语词的作用。例如,出示一杯0℃的水和一杯冰水混和物,向学生提问:哪个杯里的水温度比较高?由于知觉的选择性和理解性规律,对这一组知觉对象观察的结果,认知基础不同的学生答案会是不相同的。有的学生联想到“温度是物体的冷热程度”,理解当前的物体是指两个杯里的水,又联想到摄氏温标的规定,他们的结论是:两个杯里的水温度相等。另一些同学从亲身经历,体验到插入0℃水里的手跟握着冰块的手,两只手冷热感觉的差异,他们的结论是:0℃水的温度比较高。可见观察力是具有明显的个别差异性的。

因为观察是有目的、有计划的一种思维着的知觉,所以,教师对每一项演示实验都应制定观察的程序和方法,特别要依据学生的认识基础,预见到学生原有知识、经验的缺陷,精心策划启发性的引导措施,以培养学生的观察力。例如,用教学模型演示离心式水泵的工作原理时,通常是先做好抽水实验,接着分析工作原理,这种做法对于学生来说,前者是感官刺激,生动而有趣;后者是理性灌输,枯燥而乏味,而且对比强烈,学生的心理很难适应。前者的强刺激往往抑制了后面的弱刺激,教学效果常不理想。设想让一位学生撑开一把伞转动,用水壶向伞的中央注水,让学生直观知觉转动的伞能把中央的水向四周甩出。然后介绍教学模型的结构和部件名称后摇动把手,转动叶轮;学生马上会联想转叶轮犹如一把转动的雨伞。接着向泵壳内注满红水,注水口不加封闭,拉起出水的透明塑料管,转动叶轮,指导学生观察塑料管内红水在涌动,用手电筒照射叶轮,让学生看清叶轮中央被红水包围的一个大空气泡,然后让学生议论:塑料管内的水为什么会涌动?叶轮中央的空气泡是怎样形成的?留出时间让学生讨论,不要急于做结论。接着重新向泵壳内灌满水,封闭注水口,进行抽水,待学生的兴奋情绪比较平息后,用手电筒照射叶轮中央,学生会看到空气泡已经消失,让学生讨论空气泡消失的原因。大部分学生都很难得出结论;此时让学生阅读课文,然后再讨论探求答案,这样做效果比较好。

我们认为,演示实验的结论应该是学生主动观察的结果,而不应该是教师讲演的结果。教师的责任是设法对学生的知识、经验进行补充,对观察的对象和程序进行有效的引导。因此,以学生的认知基础为依据,对学生的观察进行启发性的引导,是培养学生观察力的主要教学环节。

指导学生整理和总结观察结果时,要抓住独立思考和语言文字表达两个要件

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