加強實驗教學(xué)　培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)——《相互作用》教學(xué)反思

陳　鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué),江蘇　南京　210003)

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加強實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)——《相互作用》教學(xué)反思

陳鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué),江蘇南京210003)

摘要：科學(xué)實驗是科學(xué)教育的重要組成部分,通過實驗可培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能,改善學(xué)生的思維方式，使學(xué)生明白實驗做什么、怎樣做、為什么這樣做、還能怎么做,以突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位.

關(guān)鍵詞：相互作用；實驗探究;物理學(xué)科素養(yǎng)

實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ),也是物理課堂中實施素質(zhì)教育的主要渠道和有效手段.在物理教學(xué)中運用實驗的目的主要在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)造一個良好的環(huán)境,使學(xué)生能主動地獲取物理知識和發(fā)展能力,促進學(xué)生科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成.著名物理學(xué)家楊振寧曾對中、美兩國學(xué)生進行一番比較后指出:“中國的學(xué)生學(xué)習(xí)非常刻苦,基礎(chǔ)知識豐富、扎實,且善于考試.但他們卻普遍存在動手能力差,不善于提出問題等缺陷.”“高分低能”正是在應(yīng)試教育思想的長期熏陶下結(jié)出的苦果,物理教學(xué)如何從應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育?加大實驗教學(xué)力度,加強學(xué)生的觀察能力和動手能力的培養(yǎng),是全面提高學(xué)生素質(zhì)必不可少的一個方面.

1計算機模擬實驗不能代替實物演示實驗

計算機模擬中學(xué)階段不能做的或很難做成功的物理實驗,可以使物理現(xiàn)象、物理過程變得直觀、形象,能克服人體感官的許多局限,能展現(xiàn)常規(guī)教學(xué)無法顯示的物體內(nèi)部的運動情形,顯示一些抽象的不容易看到的運動形態(tài)等,有利于學(xué)生形成感性認(rèn)識.正因為計算機模擬在教學(xué)中的方便和優(yōu)勢,使得一些老師將應(yīng)做的演示實驗用錄像或視頻代替.《彈力》教材從展示彈簧被拉伸和壓縮的實例引入,讓學(xué)生體會彈力產(chǎn)生的原因和條件.但對于桌面對物體的支持力也是彈力，學(xué)生卻很難相信,學(xué)生看不見桌面的形變,所以通過桌面微小形變的演示,使學(xué)生確信微小形變的存在,確信任何物體受到外力作用后都會產(chǎn)生形變的事實顯得尤為重要.而有些老師利用多媒體課件:演示手的壓力能使玻璃瓶發(fā)生微小形變、手的壓力能使桌面微小形變,或者利用圖1模型演示.學(xué)生本來就對質(zhì)地很硬的物體在力的作用下發(fā)生形變有疑惑,這樣的模擬并不能讓學(xué)生消除疑惑,也違背了實事求是的科學(xué)態(tài)度,要培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度,老師自己要做實事求是的典范.這兩個實驗不但要做而且還要想方設(shè)法把它做好.

圖1

手的壓力使玻璃瓶發(fā)生形變的實驗分三步做:(1) 演示前讓學(xué)生摸一摸瓶子或敲一敲瓶子,感受瓶子的質(zhì)地;(2) 沿短軸方向施加力,觀察到液面是上升的(如圖2);(3) 沿長軸方向施加力,觀察到的液面是下降的(如圖3).液面的升降不是由于熱脹冷縮的原因.

關(guān)于桌面微小形變的演示,教材建議在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N,讓一束光依次被這兩面鏡子反射,最后射到墻上,形成一個光點.按壓兩鏡之間的桌面,觀察墻上光點位置的變化.老師做后會發(fā)現(xiàn)光點的位置變化很小,幾乎不變,為了使現(xiàn)象明顯可在刻度尺處再放一平面鏡,讓光反射到另一面墻上,光點移動明顯.

圖4

做這兩個實驗的目的:一是為了讓學(xué)生相信堅硬的物體在力的作用下也會發(fā)生形變,二是為了讓學(xué)生了解堅硬物體的微小形變屬于彈性形變,三是為了使學(xué)生領(lǐng)悟顯示微小形變的多種方法.

2加強實驗教學(xué)有利于學(xué)生掌握物理基礎(chǔ)知識

物理學(xué)的概念、規(guī)律及公式等都是從大量的具體事例中抽象出來的、以客觀實驗為基礎(chǔ)建立起來的.在教學(xué)中必須重視感性知識,這是形成概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ).感性知識可以來源于現(xiàn)實生活,也可以來源于物理實驗提供的物理事實.與生活事例相比,實驗有以下一些特點:生動趣味性、典型性、可重復(fù)性.《摩擦力》一節(jié)中靜摩擦現(xiàn)象雖然在生產(chǎn)和生活中大量存在,但它總是“靜靜的產(chǎn)生、默默地消失”,又常被其他現(xiàn)象所掩蓋,初學(xué)物理的人往往對它視而不見,難于察覺它的存在.要使物體不滑落,口語都說成要“握住”“夾緊”“壓住”,從來不用靜摩擦力去說明使物體不滑落的現(xiàn)象.以致學(xué)生對靜摩擦力的理解比對重力和彈力的理解更困難.學(xué)生對靜摩擦力的感性知識嚴(yán)重不足.其中對“什么是相對運動的趨勢?如何判斷相對運動趨勢的方向?”更是如此,只有在以觀察和實驗為基礎(chǔ)、結(jié)合教法的改進上下功夫,才能改變其難教、難學(xué)的狀況.針對這一難點的突破,筆者設(shè)計了如下學(xué)生體驗性實驗.

實驗1:把毛刷放在桌面上,用力拉毛刷的把手,使毛刷上部稍稍移動一些,刷毛的下部由于受到桌面的摩擦仍靜止,使得刷毛發(fā)生了彎曲,顯示其相對運動的趨勢(如圖5).

實驗2:手按住桌面向右拉,相對桌面沒動,感受手受到桌面的阻礙(如圖6).

圖7

實驗3:手握外面涂上一層油的水杯,感受水杯有向下滑的趨勢(如圖7).

實驗4:在水平伸出的手掌上放一本書,然后逐漸傾斜至?xí)禄?如圖8),感受靜止在斜面上的物體有向下滑動的趨勢(如圖9).

實驗5:雙手按圖10所示疊放,下面手按住桌面向右拉,相對桌面沒動,感受在水平力F作用下(如圖11),處于靜止?fàn)顟B(tài)的AB間,以及B與桌面間是否有相對運動的趨勢.

通過這些體驗,學(xué)生明白什么是相對運動的趨勢,并且知道如何去判斷相對運動趨勢的方向.將看似復(fù)雜的日常現(xiàn)象提煉為簡單的物理模型,從而利用物理知識解決問題,并實現(xiàn)新的創(chuàng)新.通過對實際問題的解答,培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、條件意識,培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力,逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、主動解決問題的習(xí)慣,感受物理的科學(xué)性和實用性.

3變演示實驗為學(xué)生實驗，培養(yǎng)動手能力

傳統(tǒng)的演示實驗是老師動手做實驗,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下觀看實驗現(xiàn)象.這種做法雖對學(xué)生建立物理概念、規(guī)律等起著重要作用,但缺少培養(yǎng)學(xué)生實踐中的創(chuàng)新能力和發(fā)散性思維能力.學(xué)生只有親自動手做,在觀察、體驗、分析、歸納的過程中,才能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,也更有利于對學(xué)生能力的培養(yǎng).《力的分解》中力作用在物體上產(chǎn)生什么效果？學(xué)生對此缺乏必要的感性認(rèn)識,如何通過實驗讓學(xué)生體驗、感受、并能理解力產(chǎn)生的效果,就成了這節(jié)課的重點.針對這部分內(nèi)容,設(shè)計時選擇了二個事例,并且對每一個事例均設(shè)計演示實驗和學(xué)生分組實驗,不僅讓學(xué)生能觀察到，還能親身體會到力產(chǎn)生的效果.

情景1：傾角為θ的斜面上放一物體(如圖9),物體受到的重力能對物體產(chǎn)生哪些效果?怎樣分解重力?

學(xué)生實驗:在水平伸出的手掌上放一本書,然后逐漸傾斜至?xí)禄?如圖8),說說你的感受.

情景2：支架類問題的分解對學(xué)生來說是一個難點,如按照力的作用效果將圖12、圖13的重力或拉力分解.

學(xué)生實驗:如圖12所示,可以讓學(xué)生用橡皮筋套在中指上,將鐵釘與橡皮筋連接,釘尖端卡在手心處,用另一只手向下拉鐵釘與橡皮筋的連接處(如圖14),體會拉力F產(chǎn)生的效果.

學(xué)生實驗:圖13的分析對于學(xué)生來說有一定的難度,他們很難理解重物對AB桿產(chǎn)生拉力,對BC桿產(chǎn)生壓力.因而可以利用生活中直觀的感知來加深理解,每兩個學(xué)生一組,在原座位上,一人右手(或左手)叉腰,另一人向下拉他的肘部(如圖15),然后交換.體會拉力對手臂產(chǎn)生的兩個作用效果.

讓學(xué)生親身感受力產(chǎn)生的效果,培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力,并能把自己的感受用語言準(zhǔn)確地描繪出來,感受實驗探究的快樂.在學(xué)生實驗過程中,學(xué)會與人合作,體驗實驗探究的快樂,同桌的同學(xué)一人手叉腰,另一人用勁拉,互相交換做,通過自我感受、合作學(xué)習(xí),使課堂氣氛熱烈、活躍,學(xué)生印象深刻,教學(xué)效果不言而喻.

4認(rèn)真思考實驗?zāi)康?體現(xiàn)實驗教學(xué)功能

教師對一個具體實驗的設(shè)計,應(yīng)結(jié)合該課題的教學(xué)設(shè)計同步進行.設(shè)計時應(yīng)抓住課題的內(nèi)容特征,發(fā)掘?qū)嶒炘谀承┉h(huán)節(jié)上的教育潛力.《力的合成》對學(xué)生來說是全新的知識,學(xué)生在探究活動過程中的體驗才更加真實而深刻;還因為學(xué)生對矢量運算是完全陌生的,放慢教學(xué)過程,讓學(xué)生在探究過程中獲得切身體驗,也有利于學(xué)生更深刻地理解矢量的合成法則.

希望學(xué)生觀察分力和合力的力的圖示,從而認(rèn)識到求合力的方法,這往往是教師的一廂情愿.通過看到合力與分力,就知道不在同一直線上的兩個力的合成遵循平行四邊形定則,這是需要理性思維的.如果課堂上不顧學(xué)生的認(rèn)知與思維,將力的合成遵循平行四邊形定則輕易端出,則沒有充分發(fā)揮實驗的教學(xué)功能.老師可嘗試讓學(xué)生觀察分力F1、F2及合力F的大小和方向,去猜想分力F1、F2和合力F之間可能遵循什么規(guī)律?學(xué)生可能形成如下探究方案:

方案1如圖16所示,連接F1和F2的末端,交OF于A點,A為OF的中點,則合力F等于2OA.

方案2如圖17所示,連接F2和F的末端,F2F=OF1,則分力F1、F2和合力F構(gòu)成一個三角形.

方案3如圖18所示,連接F1和F的末端,F1F=OF2,則分力F1、F2和合力F構(gòu)成一個三角形.

圖16

方案4如圖19所示,過F1和F2的末端分別作OF的垂線分別交OF于A、B兩點,則OA+OB等于合力F.

方案5如圖20所示,分別連接F1、F2和F的末端,則OF1FF2構(gòu)成一個平行四邊形.

在實驗現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上進行邏輯分析,得出結(jié)論原本是科學(xué)學(xué)習(xí)的正常過程,而在如今應(yīng)試氣息濃郁的大環(huán)境下,學(xué)生有時會為迎合書本與老師，說出缺乏獨立思考的結(jié)論.在實驗教學(xué)中應(yīng)積極組織學(xué)生討論,交流各自的看法,為了和他人交流自己的想法,學(xué)生必須將自己的思路及觀點明晰化,并提供足夠的證據(jù)支持,進行自我解釋.這有利于提高理性思維和學(xué)習(xí)活動的質(zhì)量,尤其是不同觀點的交鋒能更好地引發(fā)學(xué)生積極的思維活動,促進學(xué)生對問題的深層理解.這些問題和操作就是一種科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法、科學(xué)過程的展示,它遠比知道“什么是力的平行四邊定則”這一知識點更有教育價值.

心理學(xué)家認(rèn)為“在創(chuàng)造某種新東西的領(lǐng)域內(nèi)的知識愈廣,在這個領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)驗愈豐富,那么根據(jù)現(xiàn)實的要求創(chuàng)造新東西以便加以實現(xiàn)的可能性就愈大”.學(xué)生在物理理論的學(xué)習(xí)中,不善于將已學(xué)的概念、原理、規(guī)律轉(zhuǎn)化成分析、處理、解決問題的思路和方法,不善于使知識具有方法的意義.教師應(yīng)在自身對思維方法有深刻理解的基礎(chǔ)上,向?qū)W生講清和介紹各種思維方法的本質(zhì)內(nèi)涵及其在實驗中的應(yīng)用,給學(xué)生理論聯(lián)系實際的指導(dǎo).在實驗教學(xué)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生主動研究的探索精神和創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)、思考和解決新的實際問題的能力.應(yīng)讓學(xué)生明白實驗“做什么”、“怎樣做”、“為什么這樣做”、“還能怎么做”,突出學(xué)生的主動參與.要大面積提高物理教學(xué)質(zhì)量,全面提高學(xué)生素質(zhì),真正實現(xiàn)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)化,就必須在物理教學(xué)中加大實驗教學(xué)的力度.

參考文獻：

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