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第2章 概说中学物理实验教学(2)

由于我们进行的实验是有目的地控制或模拟自然现象,借助仪器进行的研究活动,对研究的对象和过程都作了一定程度的简化,加之实验总是在一定范围内进行的,实验总会出现误差,所以得到的规律只能近似地反映客观世界。因此我们在总结或验证物理规律时,要同学特别注意规律的适用范围和适用条件。

课外实验

学生在课外按照教师布置的任务、要求和方法,用一些简单的器材或自制仪器独立地进行实验和观察,是物理教学的一种很有效的补充形式。运用物理知识对经常发生而又不能被人们注意的一些自然现象或技术问题进行分析,可以扩大学生的知识领域,培养学生对物理和技术的兴趣,密切理论与实际的联系。特别是有些实验需要进行较长时间的观察(如观察蒸发现象),而不适于演示和分组实验;又有些实验如观察天空现象等,只能在室外进行,正可作为课外实验的内容。课外实验更有利于培养学生自觉的、创造性的劳动和独立工作能力与实验能力。布置的课外实验一般内容有意义,仪器很普遍,方法较简单,操作过程要安全。

思维实验

思维实验又叫“理想实验”。它是以真实实验为依据,进行科学思维得结论的一种物理方法。它是真实实验的延伸,是人类本质地认识客观世界的有效途径之一。伽利略的惯性定律、理想气体状态方程都是通过思维实验提出来的。加强思维实验的教学,有益于学生进一步认识物理实验的目的,学习科学抽象、科学推理的物理方法。

中学物理实验教学还应包括实验习题和习题实验的教学。实验习题的教学可以进一步使学生加深对实验的目的、原理、步骤、操作的理解和掌握,提高他们的应试能力。习题实验有助于学生对深难物理问题的理解。例如,为了学生理解“一个物体运动的加速度逐渐减小而速度却在增加”,可以设计如下的习题实验:将验证牛顿第二定律的实验装置中的沙桶改为沙漏斗,这样小车的运动就是加速度a减小的运动a=F/m车=m沙g/m车,再分析纸带的点,不难发现点的距离是增加的,说明小车的速度在增加,如此就把学生难于理解的问题用实验解决了。

总之,物理学是实验的科学,只有不断地加强中学物理实验的教学和研究,才能进一步提高中学物理教学质量。

实验在物理教学中的作用

物理学是一门以实验为基础的学科,物理实验是搞好物理教学以及教改的基础。因此,努力发挥物理实验在物理教学中的积极作用对于搞好物理教学具有重要意义。呼和浩特市第十九中学王晓军老师总结有:

实验可激发学生学习的兴趣和热爱科学的情感

学生的学习好不好与其有无学习兴趣有直接关系,浓厚的学习兴趣可以产生巨大的学习动力。有了巨大的学习动力,才能取得优良的学习成绩。物理实验直接或间接地与实际相联系,可使学生直接认识和联想到自然界许多物理现象,充分利用实验不断丰富学生的知识,从而激发他们的学习兴趣热爱科学的情感,使学生把学习物理知识变成精神上的享受和需要,是搞好物理教学的一个重要因素。

例如在电学知识中,电路的串、并联接;导体材料的选择,绝缘体在实际中的应用;电磁铁的制作;电动机、发电机的工作原理;电流热效应、磁效应的应用等等,都可以通过有目的的观察实验,使学生掌握原理,激发学习兴趣,使他们自觉地去学习并将知识应用于实际。

在教学中,还可通过介绍一些科学家搞发明创造的生动事迹和某些实验过程激发学生的学习兴趣,并使学生懂得科学不是高不可攀的,要想获得成就,关键是在学习和实践中要勤奋,多观察、勤思考、苦钻研。这方面的实例很多很多。

英国物理学家法拉第,利用在书店当装订工的条件,阅读了大量科学书籍,省吃俭用,自己买材料做实验,发现了电解现象。又在奥斯特的电流的磁效应的启发下,确信电能生磁,磁也应能生电。利用10年多时间做了大量实验,经历了成功、失败的艰苦过程,终于发现了电磁感应现象,把电与磁两种现象紧密地联系起来。为电磁场理论的建立打下了基础。

这些,既可激发学生的学习兴趣,使学生们充分认识实验在学习中的重要作用,同时,认识到学习时只有处于积极主动状态,积极参加实验,认真观察,细心思考,勇于探索,才能使自己学习时有所收获,才能为科学事业的发展贡献力量。

实验是使学生学好物理知识的重要手段

学生在学习物理知识的过程中,重要的是通过观察现象、实验操作等感知过程,经过自己头脑的思考,对物理事实获得具体明确的认识。

例如许多学生总是对R=UI式的物理意义模糊不清,认为此式是由I=UR式导出的。而在公式I=UR中,在一定条件下则有:I与U成正比,I与R成反比的结论,从而得出“R的大小与U成正比,与I成反比”的错误结论。教师可通过具体实验,指导学生有目的的观察、分析,使学生认识该公式的物理意义。实验中,如何改变导体两端电压,从而改变通过导体的电流强度?学生们提出可利用改变电池的节数或用滑动变阻器调节电压两种方法。教学中,我给他们准备好实验仪器,由学生通过实验,观察比较两种方法的优缺点,得出:同一导体的电阻R保持不变,与所加电压,通过的电流无关,大小可由UI的比值测出;并对不同导体的电阻作了比较,得到导体不同,电阻不同,即电阻是导体本身的性质,它的大小由导体的材料,长度、横截面积和温度决定。学生们通过自己动手实验及对现象的观察、分析、归纳,得到了正确结论。

实验对学生智力发展和能力培养具有重要作用

物理教学的另一重要任务是发展学生的智力和培养他们的能力。

电学中,欧姆定律是个很重要的知识,它的引入教师是通过演示实验来完成的。欧姆定律在应用时它的条件是很重要的,定律的叙述中反复强调“这段导体”几个字,表明I、U、R三个物理量都是对于同一段导体而言的,所以在解答串、并联电路习题时,对于多个导体联成电路应用欧姆定律时,必须注意它的对应关系,不可乱用。这里灵活性较大,在反复练习的过程中,还要通过学生实验,动手、动脑,进一步验证各处的电流、电压大小、从而得到串、并联电路的总电阻与各导体电阻之间的关系。

又如,测定小灯泡功率的实验,学生分组连接好电路后,对电路要做全面检查才能合上电键,此时学习好的同学表现出对知识应用有较强的能力,学习差的同学则急于接通电源,观察现象、忽视检查。所以实验前,应重点对差生进行考查,布置由细心的学生帮助他们完成这些任务。在试触及量程的选择上,一些学生很快就知道是否合适,而另一些学生实验则做得不够准确,反映了学生不同的观察能力、动手能力及知识的应用能力。事实证明,敏锐的观察能力是获得成功的重要因素。教师有意识地培养学生的观察力是发展学生智力的一个重要方面。

另外,学生在观察过程中还必须进行积极的思维活动。学生通过仔细观察不同电压下灯泡的发光情况,算出灯的功率,推出实际生活中用电器在不同电压下工作时消耗功率大小、使用寿命如何以及烧坏的原因,这样便将难于理解的额定电压,额定功率,实际电压,实际功率加在了其中,有效地突破了难度较大的教学内容,锻炼了学生的思维能力,促进了学生智力的发展。

物理实验教学的途径

怎样加强物理实验教学呢?江苏海门县江滨中学仇忠平老师介绍了四条途径:

确立各类实验的教学标准

目前,物理实验可分为以下三类:一是老师在课堂上做给学生看的演示实验;二是学生到实验室自己动手做的分组实验;三是学生为完成课文后面或作业习题中的小实验、小制作等而在家里动手做的课外实验。根据教学标准,这三类实验的教学目标及要求可归纳如下:

(1)演示实验,开足开好

当前,有相当一部分教师认为有些演示实验较为简单,不值得一做,或即使做也用不着好好准备,因而造成了演示的开发率低,演示现象不显着,效果差的后果。演示实验不能很好地为学生掌握理论知识提供直观的感性材料,严重影响了教学质量的提高。为此,明确规定好各学期应做的演示内容及每个演示实验所应达到的标准,是确保开足开好演示实验的有力措施。例如,根据教学标准要求,八年级物理必须做的演示实验可定为五十个。每个具体的演示共同要求是:操作简练,现象明显,推理说明合理等。

(2)分组实验,明理保动

实验证明:学生分组实验的数量一般都能保证,但质量很难保证。那么,怎样上好有质量的分组实验课呢?

第一,抓好实验前的预习。教师事先布置好预习提纲,要求从预习中明确实验目的、原理及所采用的方法、步骤,包括要观察到的现象,记录的数据等,是确保学生做好实验预习、明确实验要求、顺利完成实验操作的前提条件。

第二,抓好实验完成过程中的分工协作。在开始动手实验之前,先定好该实验可分几步,然后要求同组学生逐步轮流配合操作,完成实验的全过程。确保学生人人动手,参与操作,避免个别优生做实验,其余学生看实验的现象。

第三,抓好实验后的集体讲评,指明实验注意事项及误差原因。

总之,让学生实验前明确实验原理方法,实验中人人动手操作,实验后会总结分析实验结果,即让学生“明理保动”,对学生掌握实验本身,提高动手动脑能力,具有重要作用,是上好高质量实验课的根本保证。

(3)课外实验,激趣讲效

学生课外实验,对培养学生学习兴趣,巩固书本知识,锻炼动手能力作用极大,因此,教师一定要以极大的热情指导好学生做好课外实验,使学生在课外实验的成功中享受到欢乐;即让学生把做实验当做是一种享受,从而激发学习物理的兴趣。因此,对课本中布置的小制作、小实验等课外实验,教师都必须认真指导学生做好,并次次都要对其作品进行全班的展览评比,给优者以奖品并由校方收藏保存。对此,学生定感兴趣无穷,对实验百做不厌,并乐在其中。

制定、实施实验教学计划

要实现各类实验教学的目标,教师必须在每个学期初制定好明确具体的、按实验时间先后顺序的实验教学的实施计划,及时交学校审定通过。其中包括应做的各个实验的内容,所准备的器材,应达到的目的,要注意的事项及时间进度安排等。在实施过程中要注意定期的对照检查和矫正,其中学校领导对计划的及时审定把关和经常的检查督促,是制定并实施好计划的关键。

认真实行实验操作考核

实验本身作为一种知识和能力,务必要使学生掌握。而加强对实验操作的考核是督促学生认真做好并努力掌握每个实验的有力手段。

仇忠平老师经探索和实践,提出了一种具有“省时、易行、有效”特点的实验操作“抽查考核法”。该法的最大特点是在一课时(45分钟)内,只须投入三至四名教师就能考核完一个班学生实验操作。其主要做法是:每学期末由校或乡实验中心统一抽调三至四位教师,由他们根据标准把教材中的每个学生分组实验分解成一个个能在五、六分钟内完成操作的实验片段作为考核题。然后按原来实验中操作的先后次序公布给学生,以确保对每个实验复习的完整性,同时开放实验室,让学生按题序自由复习,考核时由学生抽签决定一个考题。注意适当制作组合实验考题抽签卡,保证在一次抽签中,每三个学生抽到的考题相同;做到学生“一人一桌考一题”、教师“一人一题监三桌”,这样一个教师一次可同时考核3名学生,四名教师一次可考学生12名,而每批考核的时间最多不会超过八分钟。这样一个班学生可分五批考核完,总时间不会超过一课时(45分钟)。实践证明,此法是行之有效的。

切实加强实验教研

无数事实证明:教研活动搞得好坏,直接关系到教学的成败。搞好了,可收到花小力得大益的效果。那么,怎样搞好实验教研呢?

(1)建立并健全校或乡的物理实验教研组,并订好计划,定期活动,定期检查督促。

(2)定期开展好与实验有关的各种评优活动,这是促进物理实验教学的最为具体的措施之一。例如,每学期组织一次“三个一”的评比,即上好一堂课,写一篇实验小论文,制作一件土教具等。这些活动一定能促进对物理实验教学的研究,有利于实验教法的优化,并达到实验效果的最佳化。

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