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物理實驗教學中學生探究能力的培養(yǎng)

2014-07-22 23:51:36朱宗奎
理科考試研究·高中 2014年7期
關(guān)鍵詞:單擺斜面科學

朱宗奎

物理學是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的科學,實驗是物理教學的基礎(chǔ).探究性學習作為與接受性學習相對應的一種學習方式,是進行創(chuàng)新教育的載體,是學習科學的核心方法.探究教學實質(zhì)是將科學領(lǐng)域的探究模式引入課堂,使學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學探究的本質(zhì),并培養(yǎng)科學探究能力的一種特殊的教學方法.利用物理實驗開展探究教學有助于學生加深對知識的理解,有利于提高學生探索問題和解決問題的能力,發(fā)展學生的創(chuàng)造能力.

一、發(fā)掘演示實驗的有效因素,培養(yǎng)質(zhì)疑能力

質(zhì)疑是經(jīng)過較充分分析后提出的問題.質(zhì)疑是思維的開始,也是有所發(fā)現(xiàn)的前提.在具有創(chuàng)見性的質(zhì)疑的過程中,學生提出的問題有一定的深度和廣度,往往擊中關(guān)鍵,具有“揭示規(guī)律”、“獨創(chuàng)”、“發(fā)現(xiàn)”之特征.質(zhì)疑能力和其他能力一樣,可通過學習、培養(yǎng)和訓練不斷提高的.實驗是物理學的基礎(chǔ),物理實驗探究教學是發(fā)展學生質(zhì)疑能力的有效途徑.教學“物體內(nèi)能的變化、熱和功”時有個演示實驗:壓縮厚玻璃筒中的空氣,使空氣內(nèi)能增加,溫度升高,從而使筒內(nèi)易燃物著火.實驗中明亮的火花給學生以深刻的印象,然而實驗過后,不少學生提出:實驗的研究對象是什么?如何判斷它是否變化?實驗的目的是什么?如果改變教材一舉成功的做法,而是實驗時在厚玻璃筒內(nèi)先不放易燃物,壓縮筒內(nèi)的空氣,要求學生仔細觀察筒內(nèi)空氣的內(nèi)能有無增加.學生感到困惑:空氣內(nèi)能增加與否怎能看得見?此時自然引出一個實驗設計的問題情境;如何判斷筒內(nèi)空氣內(nèi)能是否變化?順著這個思路組織實驗教學,由于實驗是學生主動參與設計的,設計目的明確,實驗后學生無論對實驗所揭示的結(jié)論還是實驗的設計思想均留下深刻認識和理解,甚至終身難忘.可見,沒有質(zhì)疑,就沒有新問題的提出,探究也就沒有開始的根據(jù).

二、運用物理實驗圖景,培養(yǎng)猜想能力

原子物理部分知識,涉及到較多“科學猜想”,我們要充分發(fā)掘科學猜想這一因素進行教學.如“原子核的人工轉(zhuǎn)變” 粒子轟擊氮核的教學中, 粒子轟擊氮核產(chǎn)生的新粒子是質(zhì)子.教學中不是馬上給出結(jié)論,而是根據(jù)實驗圖景,首先提出兩種設想方案:一是質(zhì)子是 粒子直接從氮核中打出的;二是 粒子被氮核俘獲后形成一個新核,又分裂出質(zhì)子來.介紹這兩種方案,然后要求每位學生作出自己的猜想,判斷哪一種設想正確.由于現(xiàn)教材沒有介紹這個問題,大部分同學都按習慣的思路猜想,質(zhì)子是從氮核中打出來的,對此,再介紹布拉凱特從云室拍攝的照片,強調(diào)照片中看到的是 粒子撞擊氮核的過程中得到三條徑跡的事實,然后進一步鼓勵學生論證自己的猜想的正確性.

三、分析學生實驗中發(fā)現(xiàn)的異?,F(xiàn)象,培養(yǎng)分析和解決問題的能力

對學生實驗中出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象的捕捉和分析的處理是培養(yǎng)學生的獨立性和創(chuàng)造性的有效途徑.例如“用單擺測定重力加速度”的實驗中,學生自以為測量L和T都較準確,但實驗測出的g偏大.針對這一實驗問題,教師檢查學生測L和T的方法及數(shù)據(jù)確定正確無誤,發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在沒有保證單擺在一豎直平面內(nèi)振動,而是形成了一個圓錐擺.教師可指導學生推出圓錐擺的周期公式為T=2πl(wèi)cosθg(l為擺長, θ為偏角),它小于同樣擺長的單擺周期,用它代入單擺周期公式求g=4π2lT2,g值偏大,這樣即解釋了實驗誤差來源,又得出了圓錐擺的周期公式.又如用斜面法驗證“機械能守恒定律”的實驗中,學生設計用小車拖動紙帶在斜面上由靜止滑下的實驗,發(fā)現(xiàn)在各個對應的位置時12v2與glsinθ(l為斜面長,θ為傾角)相差較大.接著指導學生根據(jù)所收集的數(shù)據(jù),用a=v22l與glsinθ進行比較,測出摩擦阻力,繼而計算出阻力的功fL,發(fā)現(xiàn)在誤差允許的范圍內(nèi),阻力的功fL正是mgsinθ與12mv2的差值.這樣不但加深了對定律的理解,而且從猜想、分析到利用實驗驗證,已經(jīng)很接近科學家研究物理問題時“提出假設并驗證假設”的科學方法,培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力.

四、利用設計性實驗,培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力

所謂設計性實驗,要求學生自己設計實驗方案的實驗.這涉及到實驗方案的確定、步驟的安排、表格的設計和誤差的分析等,具體地:(1)教師指明實驗目的.從弄清實驗原理、方案設計到器材選擇、裝備操作、收集及處理信息和數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等都是由學生自主完成,教師適當指導.(2)組織學生討論各人(組)的設計方案,選出數(shù)組認為可行的方案分別實驗,并從中找出最佳方案.(3)實驗后再組織學生討論各方案的成功或失敗原因、誤差來源及如何減少誤差等.如要求學生設計測重力加速度g的實驗,顯然這是一個靈活性較強的開放性問題,它可以引起學生從不同的角度思考,得出不同的實驗方案.(1)利用重力和質(zhì)量的關(guān)系G=mg測g;(2)用落球法測g:讓小球自由下落,測出球下落的高度h和時間t,由g=2ht2得g;(3)用紙帶法測g:利用“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置及重物自由下落中打出的紙帶測g;(4)利用單擺測g;(5)用物體在光滑的斜面上從靜止開始下滑的運動,由s=12gt2sinθ得g(s、t、θ分別是物體運動的位移、時間和斜面的傾角);(6)利用跨過定滑輪懸掛的兩物體的運動,由h=12M-mM+mgt2得g.在實驗前,學生還要把實驗方案具體化,學生還要面臨很多問題要解決.實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組測出的g值相差較大,這時引導學生對每個方案以及實驗過程進行分析,找出原因,通過比較得出較理想的方案.通過這些自由度大、自主能力強的實驗,學生能學到許多知識,又能培養(yǎng)學生的觀察力、動手能力和思維能力,更以其趣味性和探索性在培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神方面發(fā)揮其獨特的功能和作用.學生在實驗過程中有時不可能一步到位,需要反復修正,這些過程本身能從多方面鍛煉學生的實驗能力,使他們的發(fā)散思維得到充分發(fā)展.

總之,為適應時代和學生發(fā)展的需要,每位物理教師應當努力提高自身素質(zhì),轉(zhuǎn)變教育教學觀念,改進教學方法,營造良好的育人環(huán)境,培養(yǎng)出富有科學精神和實踐能力的開拓型人才

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