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談如何在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

2021-09-10 11:13王德毅
安家(校外教育) 2021年7期
關(guān)鍵詞:物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

王德毅

摘要:創(chuàng)新是人類進(jìn)步的永恒主題,在科技高速發(fā)展的今天,創(chuàng)新的意義顯得更加突出。在物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,創(chuàng)新一方面是為了符合高考要求,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ嵘龑W(xué)生的科學(xué)素養(yǎng);另一方面為國家、社會(huì)提供具有創(chuàng)新意思和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞:物理;實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新

中圖分類號(hào):TU 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):(2021)-07-339

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為讓學(xué)生在課堂上成了知識(shí)的接受者,實(shí)驗(yàn)要用什么?怎么操作?數(shù)據(jù)怎么處理?有了統(tǒng)一的模板。這樣的物理實(shí)驗(yàn)課限制了學(xué)生的積極性,抑制了學(xué)生的激情,扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,對(duì)常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出改進(jìn),勢(shì)在必行。

1? 變換實(shí)驗(yàn)方式,啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新

物理教學(xué)課堂上,實(shí)驗(yàn)的效果對(duì)理解物理規(guī)律意義重大。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,首先要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂演示實(shí)驗(yàn)通常都以教師為主體,學(xué)生相當(dāng)于課堂的旁觀者,參與度低,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高,不利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力。而在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生變成了課堂的主體,學(xué)生在教師的引導(dǎo)下一邊學(xué)習(xí),一邊實(shí)驗(yàn),在課堂上學(xué)生會(huì)同時(shí)動(dòng)手和動(dòng)腦,收獲兩種學(xué)習(xí)體驗(yàn)。課堂結(jié)構(gòu)由教師的邊教邊演示變成學(xué)生的邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn),學(xué)生會(huì)表現(xiàn)出極大的學(xué)習(xí)興趣,集中注意力,進(jìn)行積極的邏輯思維,有助于加深理解和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。對(duì)于部分演示實(shí)驗(yàn),有條件的情況下可將其轉(zhuǎn)化為探究性實(shí)驗(yàn),例如,驗(yàn)證閉合電路歐姆定律實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生測(cè)出原電池的內(nèi)電壓和外電壓,啟發(fā)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出電源的內(nèi)電壓和外電壓之間的關(guān)系。

在物理實(shí)驗(yàn)室找不到適合的實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí),教師還可以自制實(shí)驗(yàn)器材。自制的實(shí)驗(yàn)器材往往會(huì)引起學(xué)生更大的興趣。器材用到的材料通常來源于我們身邊,學(xué)生對(duì)這些物品都比較熟悉,這讓學(xué)生能更好地把物理知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系到一起,同時(shí)自制器材可以激發(fā)學(xué)生的探索欲望,有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。例如:在講到電風(fēng)扇通過安培力做功,把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí),有一個(gè)學(xué)生問道:“如果用手去轉(zhuǎn)電風(fēng)扇,能把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能嗎?”筆者沒有當(dāng)堂給予回答,回家后找到一個(gè)舊的小風(fēng)扇,拆掉插頭,焊接上一個(gè)LED燈泡。第二天筆者再把電風(fēng)扇帶到班級(jí)進(jìn)行演示,同學(xué)們當(dāng)時(shí)都非常驚喜,也比較輕松地理解了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)中安培力的做功和能量之間的關(guān)系。

2? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案,引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新

教師在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過改變?cè)瓉淼膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì),通過這種教學(xué)方式來發(fā)散學(xué)生思維,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。電學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量中通常會(huì)遇到找不到適用電表的問題,這就要求教師不妨對(duì)實(shí)驗(yàn)的電表進(jìn)行篩選或者改裝,由于電流表和電壓表的工作原理是一樣的,核心部件都是表頭,所以在電表內(nèi)阻已知的情況下兩表是可以互相混用的,在找不到合適電表的情況下,還可以利用已知內(nèi)阻電表和定值電阻進(jìn)行電表的改裝,來滿足實(shí)驗(yàn)需求。

物理實(shí)驗(yàn)經(jīng)常還會(huì)利用某一實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行另外一個(gè)實(shí)驗(yàn),或者用一套實(shí)驗(yàn)裝置同時(shí)進(jìn)行幾種實(shí)驗(yàn)測(cè)量。例如:利用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)裝置,同時(shí)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的電路完全相同,伏安法測(cè)電阻用到的原理是歐姆定律,而測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻用到的原理是閉合電路歐姆定律。一套實(shí)驗(yàn)裝置,兩種實(shí)驗(yàn)原理,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,這種教學(xué)方式打破了學(xué)生的常規(guī)思維模式。這種教學(xué)方式可以改變學(xué)生的慣性思維,培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

3? 重視誤差分析,促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新

物理實(shí)驗(yàn)離不開測(cè)量,精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)的根本。在物理實(shí)驗(yàn)中,由儀器精度所限、人的觀察和操作等因素產(chǎn)生的偶然誤差,以及實(shí)驗(yàn)原理的不完善、實(shí)驗(yàn)器材的缺陷等因素產(chǎn)成的系統(tǒng)誤差,造成了測(cè)量值和真實(shí)值之間存在一定的差異。

產(chǎn)生偶然誤差原因有:讀數(shù)不準(zhǔn)確、操作失誤、作圖偏差等。偶然誤差隨機(jī)出現(xiàn),且無法確定實(shí)驗(yàn)的測(cè)量值相對(duì)真實(shí)值偏大還是偏小,但在重復(fù)測(cè)量時(shí)偏大和偏小的概率比較接近,因此可以通過多次測(cè)量求平均值的方式來減小實(shí)驗(yàn)誤差。減小偶然誤差常用的方法有:累積法(測(cè)單擺的振動(dòng)周期)、平均值法(測(cè)金屬絲的直徑)、逐差法(測(cè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中紙帶的加速度)。

系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因有很多種,大多和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的缺陷有關(guān)。例如:驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中,空氣阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)呈固定規(guī)律,在相同情況下,對(duì)實(shí)驗(yàn)物理量進(jìn)行測(cè)量,其測(cè)量值往往均大于真實(shí)值,或者均小于真實(shí)值,多次測(cè)量也無法減小其實(shí)驗(yàn)誤差。因此,減小系統(tǒng)誤差常用的方法有:修正法(利用零刻度被磨損的刻度尺測(cè)量長度)、交替法(用等臂天平測(cè)量物體質(zhì)量時(shí),把測(cè)量對(duì)象位置交換)、替代法(安阻法測(cè)電阻)、補(bǔ)償法(驗(yàn)證牛頓第二定律中,傾斜木板平衡摩擦力)。

誤差往往是創(chuàng)新的源頭,發(fā)現(xiàn)問題才能想到解決問題的辦法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,應(yīng)該讓學(xué)生掌握一些必要的實(shí)驗(yàn)誤差的基本知識(shí),在分析實(shí)驗(yàn)原理的時(shí)候考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處,在選擇實(shí)驗(yàn)器材的時(shí)候要考慮它的精準(zhǔn)程度,這個(gè)過程就是創(chuàng)新實(shí)踐的過程。要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)比較,提出新的設(shè)計(jì)思想。

4? 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,助力學(xué)生創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù),必須通過科學(xué)的分析和處理,才能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論,才能體現(xiàn)相應(yīng)的物理規(guī)律,因此,優(yōu)化數(shù)據(jù)處理也是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理通常有這么幾種方法:

(1)平均法。如果所求物理量可以直接測(cè)量,我們可以對(duì)待測(cè)物理量進(jìn)行多次測(cè)量,把測(cè)量出來的數(shù)據(jù)相加,再除以測(cè)量次數(shù)。如:測(cè)金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中測(cè)金屬絲的直徑;如果所求物理量不能直接測(cè)量得出,我們要根據(jù)其實(shí)驗(yàn)原理,代入多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),多次計(jì)算待測(cè)物理量,把計(jì)算所得結(jié)果再取平均值。在測(cè)量次數(shù)不是很多的情況下,偶然誤差會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

(2)圖象法。圖象法使用起來簡潔、直觀,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面得到普遍應(yīng)用。將多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表格中,在坐標(biāo)紙上以適當(dāng)物理量為橫軸和縱軸,建立坐標(biāo)系,標(biāo)定好相應(yīng)標(biāo)度,描點(diǎn),作圖。連線過程中應(yīng)保持相應(yīng)原則:讓盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上,其余不在直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線兩側(cè),少數(shù)離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)直接棄掉。再利用數(shù)學(xué)的方法,結(jié)合圖象的斜率和截距求出待測(cè)物理量。這種方法處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)跟平均法有些相似,但由于棄掉了少數(shù)偶然誤差太大的點(diǎn),導(dǎo)致最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比平均值法要更準(zhǔn)確。

綜上所述,在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何以更多更好地教學(xué)模式和教學(xué)方法來培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力——我的探索才剛剛起步。在未來的教育生涯中,我將繼續(xù)努力,以積極大膽,勇于嘗試的心態(tài)去追尋。

參考文獻(xiàn)

[1]李仁喜. 高中設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的研究[J].課程教育研究, 2019(17): 173-174.

[2]姚宇平. 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].中學(xué)教學(xué)參考, 2017(14): 50,59.

云南省保山第九中學(xué)

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