利用創(chuàng)新實驗進行理解教學(xué)

黃建林

(杭州市文海實驗學(xué)校，浙江 杭州 310038)

1 物理教學(xué)中碰到的問題

1.1 無臺階,難攀登

物理教學(xué)中好多知識點比較抽象,空間想象能力要求很高,但往往因為沒有提供一定的臺階,學(xué)生束手無策,無從下手,更加談不上理解概念和規(guī)律．

1.2 “低”現(xiàn)象,“疑”結(jié)論

有些實驗現(xiàn)象不明顯,如氣體對外做功和外界對氣體做功實驗,實驗現(xiàn)象不明顯,學(xué)生無法得出正確的結(jié)論;甚至有的實驗根本無法得出正確的結(jié)論,如音調(diào)跟頻率關(guān)系的實驗,教師往往通過敲擊裝有不同水的幾個瓶子,直接得出結(jié)論,學(xué)生根本無法理解．

1.3 知淺層,難深層

有些實驗沒有設(shè)置對比實驗,如小孔成像中像跟小孔形狀的關(guān)系研究實驗,還有像凸透鏡成像,學(xué)生知道成上下左右都顛倒的實像,但本質(zhì)原因不懂,學(xué)生只知淺層的結(jié)論但對于為什么會這樣理解不透,只知其然卻不知其所以然．

2 利用創(chuàng)新實驗進行理解教學(xué)的策略

2.1 模擬實驗，幫助理解

物理教學(xué)中的好多知識比較抽象,抽象思維要求太高,如7年級的學(xué)生,因為理性思維發(fā)展不成熟,碰到有關(guān)空間想象能力題目時,根本無從下手．這時,模擬實驗無疑是一個很好的解決方式,能夠提供一定的感性條件和環(huán)境,給學(xué)生一個理解的平臺和抓手．通過模擬實驗的操作,一方面可以有效幫助學(xué)生理解知識,另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)其對物理學(xué)習(xí)的興趣和熱情．

案例1:飛機如何飛行.

圖1

圖1所示,戰(zhàn)斗機水平飛行時,飛行員從右側(cè)舷窗看到甲所示的“天地分界線”,變成如圖乙所示時,判斷飛機的運動情況．教師首先要分析學(xué)生的難點在哪里,主要有二個方面:一是空間想象能力不足,無法想象從甲圖怎么到乙圖．二是沒有生活經(jīng)驗,也沒能找到哪個東西來解決這個問題．

這時,教師可以用手機液晶面來模擬飛機的航窗,具體操作如下:第1步:打開手機相機(用手機來模擬右機艙),把書邊按水平放置,如圖2所示．第2步:把手機斜向下旋轉(zhuǎn)(假設(shè)飛機頭是斜向下飛行的),如圖3所示,按下拍照鍵．

圖2

圖3

圖4

第3步:把剛拍下的照片顯示出來,并把手機放平(為什么要放平,是因為以飛行員為參照物,飛機是不動的),如圖4所示,即可以看到此圖就是乙圖中的情景,跟題目中的要求符合,所以是斜向下運動的,如果剛好相反,則是斜向上運動的．

以上的模擬實驗,給學(xué)生提供想象的臺階,降低了題目的思維難度．通過化抽象為形象,用手機來模擬飛機從而提供學(xué)生感性認識,突破學(xué)生思維難點,幫助學(xué)生理解,在理解過程中,潛意識地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的另一種方法——應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)幫助突破難點,使學(xué)習(xí)更方便、更易理解,提升學(xué)生對物理的興趣．

2.2 “可見實驗”，促進理解

可見性學(xué)習(xí)是由約翰·哈蒂(JohnHat-tie)于2008年提出的.它認為在可見性教和可見性學(xué)之間應(yīng)該建立一個教學(xué)模式參照物.對于物理教學(xué)來說,這個參照物最好就是實驗.通過實驗的“高可見度”現(xiàn)象,用實驗特有的可見性來促進可見性學(xué)習(xí)的一種方式——理解性學(xué)習(xí)．通過可見性實驗刺激學(xué)生的視覺、聽覺等,促進學(xué)生理解的同時,也不斷改善他們的學(xué)習(xí)方式與策略,并促進學(xué)生的不斷進步．

案例2:氣體對外做功和外界對氣體做功.

圖5

教材實驗如圖5所示,用于說明氣體對外做功和外界對氣體做功的情況,但學(xué)生理解的難點在以下幾方面:一是第一個實驗很難做成功且實驗器材很容易破損,而第二個實驗用打氣筒往瓶里打氣,過一段時間,瓶塞向外跳,此時學(xué)生的注意力在瓶塞,又因為白霧不是很明顯,所以學(xué)生無法理解氣體對外做功時,自身內(nèi)能的變化情況．[1]

可以用如圖所示的“可見實驗”來促進學(xué)生對氣體對外做功和外界對氣體做功內(nèi)能變化的總體情況．具體制作和操作如下.

第1步:把傳感器溫控一端鉆入礦泉水瓶蓋里并用502膠水封住,在礦泉水瓶里倒入4 mL左右的酒精,蓋住礦泉水瓶蓋并擰緊,以防漏氣．

第2步:打開傳感器開關(guān),讀出此時的溫度為19.2 ℃,如圖6所示．

第3步:用兩只手握住礦泉水瓶一端并向相反方向擰緊,可以看到隨著氣體的壓縮,傳感器上的溫度顯示為30.9 ℃,如圖7所示．

圖6

圖7

第4步:突然松開其中一只手,可聽見嘭的一聲,氣體對外做功,如圖8所示,可看到礦泉水瓶里有很多的白霧,同時看到傳感器上的示數(shù)大幅度下降,變成了21.9 ℃．再擰緊,又可以看到白霧消失,溫度迅速上升．

圖8

通過白霧產(chǎn)生和傳感器溫度下降雙重可見現(xiàn)象,讓學(xué)生不但獲得感性認識——白霧產(chǎn)生,同時也獲得理性認識——溫度下降,隨后,再次擰緊后,又讓學(xué)生看到了白霧消失,同時傳感器上的溫度又上升．這樣的可見化實驗,是能真正讓學(xué)生通過表象的現(xiàn)象,促進對規(guī)律的理解．

2.3 對比實驗，加強理解

對比是物理學(xué)科中一種常用的科學(xué)方法,在物理教學(xué)中起著舉足輕重的作用．通過對比,不但能使物理概念淺顯易懂,原理簡單明了,也能使一些單一實驗“隱性問題”顯性化．通過異種求同和同種求異的對比,能加強學(xué)生對知識本質(zhì)的理解,同時在物理學(xué)教學(xué)過程中,用好對比實驗還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力及嚴謹、實證、理性的科學(xué)態(tài)度．

圖9

案例3:小孔成像與孔形狀的關(guān)系.

小孔成像是7年級物理很重要的一個實驗,好多教師也在改進這個實驗,如圖9所示,用幾顆圓的LED燈做光源,小孔為三角形時在光屏上的像,好多教師都會跟學(xué)生得出:小孔成像跟孔形狀無關(guān)這一結(jié)論．但真的去問學(xué)生時,學(xué)生真理解了嗎?不理解,有學(xué)生會問,LED是圓的,這里出現(xiàn)了三角形的LED燈像,怎么會是小孔成像呢?如果是小孔成像,成的應(yīng)該是圓的LED燈像．

圖10

教師可以針對此圖進行對比實驗的論證,先問學(xué)生此像是否是小孔成像嗎并說出理由．學(xué)生會說不是,因為它的像是三角形的,不是圓的LED燈像．教師在肯定學(xué)生的基礎(chǔ)上,問學(xué)生,整個上字成的像是小孔成像嗎并說明理由,學(xué)生說是,因為本來整個上字是倒立的LED燈,現(xiàn)在變成正立,出現(xiàn)上下左右都顛倒的實像．追問:通過整個上字的像與每個LED燈的像的對比,你能得出什么結(jié)論?學(xué)生:說明小孔是相對而言的．按照小孔成像原理,要使每個LED燈也成的是圓的,有什么辦法?生:把孔做成足夠小．教師把很小的孔放上后,光屏上卻什么也看不到,這時學(xué)生會分析得出,主要是進的光太少,還有一種辦法就是把光源換大,此時,教師拿出一個白熾燈,可以看到剛才的三角形,還是圓形等不同形狀的小孔,都成的是白熾燈燈絲的上下左右都顛倒的像,如圖10所示．

通過所有LED燈所組成的一個大光源的像與每一個LED燈成的三角形的像的強烈對比,[2]讓學(xué)生充分理解,小孔的大小是相對而言的,即小孔是針對光源大小而言的．這比單一只改變小孔形狀的實驗對學(xué)生理解要深刻得多,而且通過對比,一方面讓學(xué)生質(zhì)疑,到底是不是小孔成像,另一方面通過二種方法的改變,即孔足夠小和白熾燈光源的利用,前面雙重對比,更加強了學(xué)生對小孔成像和孔形狀對像的影響的理解．

2.4 數(shù)字化實驗,加深理解

隨著科技的進步,互聯(lián)網(wǎng)+教育的發(fā)展,數(shù)字產(chǎn)品給人們帶來了便捷的生活方式和享受外,越來越多的數(shù)字產(chǎn)品也應(yīng)用在物理教學(xué)上,使得物理教學(xué)的教學(xué)模式也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化,最直接的變化是物理探究實驗從傳統(tǒng)的探究方式變成了數(shù)字化探究.通過數(shù)字化探究,可以化隱性為顯性,化間接為直接,從而使得現(xiàn)象更清晰,結(jié)論更明了,學(xué)生的理解更深入．

圖11

案例4:物體振動與頻率的關(guān)系.

這個實驗大多數(shù)教師叫學(xué)生敲擊如圖11所示的瓶,從而得出水越多音調(diào)越低的結(jié)論,學(xué)生不理解．這時可以借助數(shù)字化實驗來加深學(xué)生的理解．具體做法如下.

第1步:在葡萄酒杯中裝入適量的水,打開電腦測音頻的軟件,用手磨杯口,通過電腦觀察此時的頻率為1459.3 Hz

第2步:繼續(xù)加水,讓學(xué)生猜測,頻率會變高還是變低?磨一下后,讀出此時的頻率為993.9 Hz:追問:你覺得磨杯的頻率跟什么有關(guān)?學(xué)生會有二種說法:一是跟水的重量有關(guān),另一種是跟水的高度有關(guān)．

第3步:換一個大的葡萄酒杯,把剛才的水倒入,然后讓學(xué)生猜,頻率會變高還是變低?教師一磨杯后,發(fā)現(xiàn)頻率變低了,從中否定了頻率跟水高度的關(guān)系,肯定了跟水重量的關(guān)系,即水越重,頻率越低．

第4步:教師改用鳥哨探究頻率跟空氣柱長短的關(guān)系,學(xué)生通過剛才的猜測和計算機軟件的測定,得出:空氣柱越長,頻率越低,空氣柱越短,頻率越高的結(jié)論．與前面的輕重聯(lián)系起來,即是空氣越重,頻率越低．

第5步:再次按此結(jié)論,討論和分析尺子的長短、琴弦的粗細、長短,小蜜蜂出去采蜜和回來時的頻率高低,教師適時用數(shù)字實驗驗證學(xué)生的答案,同時通過尺子長短的振動快慢和數(shù)字軟件把學(xué)生的回答再次回歸到物理本質(zhì)問題上,因為重,所以振動慢,因為振動慢,所以頻率低．

利用計算機軟件——測頻率的軟件和實驗結(jié)合,通過水加入的多少,空氣柱的長短變化,從而得出物體振動時頻率的高低與振動快慢有關(guān),而快慢主要跟物體的輕重有關(guān),這樣的物理學(xué)本質(zhì)問題都探究的一清二楚,加深了學(xué)生的理解．

2.5 分步實驗,自主理解

好多物理問題,學(xué)生聽了教師的講解后,只知其然,不知其所以然.例如凸透鏡為什么成的像是上下左右都顛倒的本質(zhì)問題,學(xué)生是無法詳細的敘述的．遇到此種現(xiàn)象時,教師要充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和探究欲.利用分步實驗充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,用分步實驗,在實驗過程中通過觀察思考、分析問題,利用先前學(xué)習(xí)的知識和現(xiàn)有碰到的問題,通過一定的建構(gòu)過程,最后得出自己想要的結(jié)論．

案例5:凸透鏡成上下左右顛倒的像的本質(zhì)問題.

在上課時,問學(xué)生為什么凸透鏡成的是上下左右都顛倒的實像時,幾乎沒有學(xué)生能回答,甚至連好多老師都回答不了這個問題,此時,可以用分步實驗使學(xué)生自主理解．具體做法如下.

第1步:提供給學(xué)生一個能區(qū)別左右的圖像,以及一個上下都一樣大小的圓柱體玻璃杯,如圖13所示．(為了方便描述,這里直接用手機圖像)

圖13

圖14

第2步:先讓學(xué)生猜測往里面倒水后,這圖像會有什么變化?然后往里面倒水,看到左右顛倒且上下不顛倒的圖像,如圖14所示的圖像,讓學(xué)生自主思考、自主分析原因．

第3步:教師適時的提出一個問題,如果要出現(xiàn)左右不顛倒且上下顛倒的圖像,應(yīng)該怎么操作?如果要出現(xiàn)上下左右都顛倒的圖像,又應(yīng)該如何?

教師通過適時的引導(dǎo),學(xué)生利用分步實驗,明白了上下不顛倒而左右顛倒的真正原因是因為上下圓柱體大小一樣,杯子從左向右的截面不一樣大小,即中間大,兩邊小．再通過實驗和思考,學(xué)生明白了要出現(xiàn)左右不顛倒而上下顛倒像的操作是只要把玻璃橫放就成,即讓左右大小一樣而上下出現(xiàn)中間大,兩邊小．再通過回答要出現(xiàn)上下左右都顛倒的像,就要做成像球一樣,即中間厚邊緣薄的球鏡,也就是凸透鏡．這樣的分步實驗,真正的通過學(xué)生自主建構(gòu)知識,達到了前后知識和本質(zhì)問題的融會貫通,真正做到了知其然更知其所以然．

3 反思提高

真正的理解是建立在高階思維基礎(chǔ)上的,其體現(xiàn)是學(xué)生能用所學(xué)知識進行遷移,真正做到學(xué)以致用．物理的學(xué)習(xí)也不是一蹴而就的,特別是碰到思維要求高的且無任何臺階能供學(xué)生爬升時,作為物理教師的我們,應(yīng)該想方設(shè)法地創(chuàng)新一些實驗來提供學(xué)生學(xué)習(xí)的支架,并用創(chuàng)新實驗特有的魅力幫助、促進、加強和加深學(xué)生的理解．為了使學(xué)習(xí)更高效、更可視化,在創(chuàng)新實驗教學(xué)的過程中,建議老師們最好在上課過程中做一些表現(xiàn)性評價,如PTA量表的使用等,通過學(xué)生自評、互評和師生互評等手段促使學(xué)習(xí)可見化,真正做到學(xué)教評一致性的高效課堂．