有效利用自制儀器 回歸物理教學本源

魏小亮

(無錫市輔仁高級中學,江蘇 無錫 214123)

有效利用自制儀器回歸物理教學本源

魏小亮

(無錫市輔仁高級中學,江蘇 無錫 214123)

筆者近期觀摩了一節實驗探究課,課堂上物理教師們展示了他們扎實的課堂教學功底和實驗演示、操作能力,課堂上亮點頻出,讓人欣喜不斷．在觀摩學習的同時,筆者也對同行們的各種實驗手段進行了深刻的反思:伴隨著傳感器等現代實驗儀器的問世,物理實驗變得越來越精準快捷,科技產品和物理實驗的有效結合,大大地節約了課堂時間,提高了物理教學的效率,因此,這些科技產品受到越來越多的物理教師的青睞,似乎“瓶瓶罐罐做實驗”已明顯不再符合當前的潮流．“瓶瓶罐罐做實驗”真的過時了嗎?筆者認為并非如此,下面筆者就結合教學實際來談談利用自制儀器做物理實驗的一些深層次價值．

1 循序漸進,提升學生的物理學習興趣

俗話說“成功的真正秘訣是興趣”.自制實驗儀器在物理課堂中的應用可以系統而有步驟地培養學生學習物理的興趣.

1.1 營造氛圍,讓學生的心“跳”起來

學生容易被新奇的物理現象所吸引,希望在課堂實驗中看到不平常的物理現象,這就是學習的直覺興趣,它是最淺層次的興趣,但也是學生物理學習的良好開端．例如,在尖端放電現象中,將兩根尖端相互靠近的鋼針加上高壓,鋼針尖端間的空氣中就會產生強大的電流.出其不意的實驗結果讓學生驚奇,震撼的現象也令其感到十分新鮮.但學生的直覺興趣只停留在現象本身,并未產生探索這些物理現象深層原因的欲望.

1.2 預設問題,讓學生的手“動”起來

著名的心理學家皮亞杰說:“思維是從動作開始的,切斷動作和思維的關系,思維就不能得到發展．”學生有了學習的直覺興趣,為了避免學生遇到問題就等教師報答案的現狀,教師可以利用容易獲得和操作的學習材料,讓學生親自動手制作儀器進行實驗,主動獲取知識,進而快速地融入到學習中來．

實驗:神奇的電風車.

實驗器材:可樂罐、大頭針、橡皮、剪刀、直尺、手搖起電機、帶鱷魚夾的導線．

圖1

實驗操作:用剪刀將可樂罐剪開后壓平,將壓平后的鋁片剪成風車的葉片,在葉片的中央插入大頭針,針的另一端插在橡皮上,一個電風車就做好了(見圖1)．用帶鱷魚夾的導線將針和手搖起電機連起來,搖動起電機使風車帶電,讓學生仔細觀察實驗現象．

“咦,說好的電風車,怎么通了電還是不轉呢?”正當學生們議論紛紛,毫無頭緒時,教師開始“指點迷津”了．教師將學生的思緒拉回到先前做的“尖端放電”實驗中,鋼針尖端間的電流是如何產生的?電荷從尖端溢出的方向如何?由學校操場草坪上的自動灌溉裝置你得到了什么啟發?一連串的問題讓學生恍然大悟,紛紛改進了自己的電風車,如圖2所示．這一次再讓風車帶電,由于尖端放電,在反沖的作用下,部分學生的風車旋轉了起來．筆者引導學生改進了實驗裝置,讓風車葉片在水平面內旋轉(見圖3),這一次,所有的風車都轉了起來．

圖2

圖3

精彩的動手實驗猶如一味良藥的“引子”,能夠掃除學生的困惑和迷茫,調動學生的情緒,讓他們的學習漸入佳境,逐步加深對物理現象的認識．只要能讓學生不斷地體驗到實驗成功所帶來的快樂,他們遇到問題就能自主地思考,養成動手主動探究和解決問題的興趣,也就是學生的動手興趣．

1.3 解決問題,讓學生的腦子“活”起來

操作過程只是學生對所學的新知識的初步感知過程,要想讓學生知其然并知其所以然,教師還應引導學生對所觀察到的現象用物理語言進行歸納總結,將外在的表象內化為深層的物理知識,并能運用這些知識去解決生活中的實際問題．在“神奇的電風車”實驗中,學生通過自己動手制作的過程認識到了導體的尖端容易產生放電現象,筆者順勢引導學生分組討論電荷在導體中的分布特點及其原因,“尖端放電”的原理及其在生活中的應用和防止等．讓學生先在小組中各自闡述了自己的觀點,小組統一后再進行全班交流．從事物的表面現象和發展過程的觀察入手,適時地轉向物理學內部規律的研究,以鞏固、深化學習興趣,以“動”促“思”,讓形象思維逐步地轉化為抽象的邏輯思維．

2 立足生活,刺激學生的物理學習需求

美國著名教師哈里德·顏森經常說:“講給我聽,我將忘記;演示給我看,我將記得;與我有關,我將要學;……”自制儀器是學生由身邊一些隨手可得的物品制作而成,這種來源于生活的“器材”比較簡陋,但卻更加貼近學生的生活實際,因此也更容易被學生接受．通過對身邊的“瓶瓶罐罐”開發和設計并用之來進行實驗拓展,學生會忽然發現物理學的源頭和終點就是現實世界,從而刺激他們物理學習的需求．

2.1 創設生活化的問題情景,引發對問題本源的思考

習題教學是物理教學的一個重要環節,它不僅起到了鞏固和深化物理知識和規律的作用,還能培養學生應用理論知識解決實際問題的能力．物理習題本應由生產和生活中的科學現象和事實為背景抽象設置而來,但日益功利的習題教學重視的是規律公式的記憶和解題技巧的培養,切斷了問題與生活的聯系,使物理習題失去了原有的味道,學生的物理學習也變得毫無生氣．而來源于生產生活、原汁原味的原始問題,能更好地激發學生的好奇心和求知欲望,從而能認真主動地去觀察這些生產、生活片段,然后積極地通過實驗等手段去揭示事物的本質,最終體會成功的喜悅,培養了學生學習物理的興趣.

“三角支架”模型是高中力學的一個重點和難點,學生對其普遍存在著畏難情緒,利用學生熟悉的生活情景來呈現物理現象,探究物理規律,學生會感到十分親切,拉近了學生與問題的距離．

原始問題:如圖4所示,壁柱式吊車在起吊貨物時,貨物的重力是如何分擔在旋臂和吊索上的?

圖4

原始問題讓學生處于一個完全開放的環境中,學生無法直接套用公式解決問題,他們只能依據客觀事實和已掌握的理論知識展開想像,沿著不同的思維路徑、不同的思維角度,不同的層面和不同的關系出發來思考,在腦海中構建一幅越來越清晰的物理圖景．學生通過對原始物理問題進行加工和處理,抽取出問題中的有用信息,發掘出問題的深層隱含條件,根據與問題相關的知識與規律設置相應的參數,原始問題就被抽象為物理習題．

圖5

習題:如圖5所示,直角三角形輕三角支架的C點通過細繩懸掛一個的重物,輕繩與水平輕桿之間的夾角為θ,求輕繩AC和輕桿BC各受多大的力?

2.2 基于體驗式的問題情境,激發學生對問題認識的提升

俗話說:“百聞不如一見,百見不如做一遍．”教育心理學也認為,“體驗”是由身體活動和直接經驗而產生的感情與意識,它是學生學好知識的一條重要途徑．

圖6

本題考查的知識點是力按作用效果分解,其中學生對起重機吊起的重物重力產生了哪些實際效果缺少必要感性認識,很難判斷出分力方向．為了讓學生直接感受力的實際效果,進而建構物理模型分析和解決問題,可以利用下面的實驗進行模擬驗證．如圖6所示,用米尺來代替壁柱式吊車的旋臂BC,用手握住米尺的一端,另一端抵在腰上,胳膊就起到了吊索AC的作用,在米尺用手握住的一端掛上書包,并不斷地往書包里添加書本,從而獲得對力產生的實際效果的親身體驗．

偉大的物理學家麥克斯韋曾說過:一項實驗,使用的材料越簡單,越生活化,學生就越想透徹地獲得實驗中所隱藏的奧秘．利用學生身邊日常用品設計出的新奇實驗,更具可見性、真實性和趣味性,有效地提高了實驗效果．

3 發散思維,培養學生的科學創新精神

物理學科作為一門基礎的自然學科,不僅推動了人類社會的快速進步,還促進了人類思維的不斷發展.物理科學的發展需要科學創新意識,這就要求學生對周圍環境有好奇心和求知欲望,對新事物要具有高度的敏感性.傳統的物理教學,注重的是死板的書本知識的灌輸,學生只能被動地接受,沒有選擇、質疑和擯棄的權利,這樣的教學模式不僅“束縛”學生發散思維能力的發展,還阻礙了科學知識的不斷更新．現代教育理論主張“讓學生動手去做科學,而不是用耳朵聽科學.”只有讓學生自己動腦、動手,運用自制儀器開展多種多樣的科學探究活動,才能拓展學生的知識視野,激發他們的創作興趣,培養其動手能力.這正如蘇聯教育家蘇霍姆林斯基的一句話:“在活動的實踐中,學生能感到自己是一個發現者、研究者和探索者,體驗到智慧的力量和創造的歡樂.”

實驗心理學家赤瑞特拉通過大量的實驗證實:人類獲取的信息83%來自視覺,11%來自聽覺．自制儀器實驗既能引導學生細心地聆聽,又需要學生仔細地觀察,把抽象的物理知識用學生熟悉的器材進行直觀、生動的演示,更能引起學生的共鳴和提高他們的物理學習興趣,讓我們的物理課堂洗盡鉛華、返璞歸真,散發出真正的物理魅力．

2017-02-20)