階梯式教學模式對高中物理實驗的優化與創新

顏德平

(福建省福州市平潭第一中學,福建 福州 350400)

新一輪的課程改革持續推進,在高中物理教學中,新課標把對學生實驗探究能力的培養放在了十分重要的位置上,并對其具體內涵進行了清楚的闡明與詳盡的規定.在實際的教學過程中,如果只采用講授法,那么課堂就會呈現出枯燥、晦澀、難以理解的現象,給學生的知識理解帶來了很大的困難.但如果物理教師能夠在階梯式教學的背景下,設計出多個等級較高的實驗,激發學生在觀察、體驗的基礎上,進行更深層次的探索,讓學生經歷由感性的認知到理性的學習再到綜合的探索過程,其結果肯定要比傳統的授課方式好許多.本文以階梯式教學模式為基礎,對高中物理實驗教學進行了優化與創新,以實現高中物理實驗教學的可持續發展.

1 搭建平行階梯,常規化處理問題

高中物理能夠應用于課堂教學的實驗有很多,種類也十分繁雜,教師不應該局限于教材,而應在教學中依據自身的教學方式和個性特征,為自己和學生的發展選擇合適的實驗形式.但是現階段的高中物理實驗,仍然有很多的難點.這不僅需要學生在課堂上和課堂下的積極響應,更需要老師們從學生的視角出發,加強對物理實驗的關注,提高自身的教學水平以及專業能力,設計出符合規范并且能夠激發學生學習興趣的物理實驗.階梯式的實驗教學中,當面對某些難以理解的特定問題的時候,通常會對這些問題展開一種簡單的例行化,把它轉化為多個簡單的物理問題,再用常規求解問題的方式對其進行求解,最終經過類比,總結出具體問題的解決方法和思路,此種指導方法被稱作是平行階梯法[1].平行階梯方法的目標是把困難問題轉化為一般性的簡單問題,再用常規的方法將這些問題解決,然后再上升到較難的高度,逐級求解.訓練學生解決問題的能力,拓寬學生的知識面[2].例如,在魯教版選修二第2章《電磁感應及其應用》的相關實驗中,水平方向上有一勻強電場,其場強大小為E,方向水平向右.將絕緣且光滑、半徑為R的圓形軌道置于垂直方向,這時,在軌道的最低點有一個小球,小球的質量為m,電量為q(小球半徑可以忽略不計),應該給予小球多大的初速度才能使其在圓形軌道上做圓周運動?經分析可知,當小球在軌道上運動時,小球在無外加電場的情況下屬于常規情況,如果有外加電場則屬于特殊情況.許多學生對常規情況已經很熟悉了,可以運用相應的方法來計算,但是有了外加的電場,教師便可以指導其運用類比的方式進行進一步的計算.重力和電場力都是恒定不變的,把它們組合起來,就像小球受到一個新的場力一樣.在這種力的作用下,加速度的方向就是重力和電場力合力的方向,從而可以對其進行準確計算.用建立平行階梯的方式,學生可以在對比中對知識點進行清晰的梳理,然后就可以使用動能定理來解決這類特殊情況的問題.

2 降低階梯等級,增強感性化認知

降低階梯等級的目的就是為了更好地解決問題.要達到降低等級的效果,首先要降低設問的難度,即使問題的難度梯度比較平緩,要盡可能達到降低一級的效果.例如教師在“反沖現象——火箭”的實驗教學過程中,可以利用創設的教學情境,引導學生對反沖現象展開實驗,以此來提升學生對反沖現象的學習興趣,并深化他們對相應知識點的理解.比方說,教師可以設計一種叫“可樂瓶飛上天空”的實驗.在制造實驗器材的過程中,需要用到裝有可樂的瓶子、橡膠塞、膠帶以及薄荷糖.教師首先要準備好一個裝了適量可樂的瓶子.接下來,老師指導學生用膠帶將薄荷糖一行行地粘在一起,并留下約5 cm的膠帶空隙.接著,把可樂瓶垂直放置,并把薄荷糖掛在瓶口,與可樂相隔一段距離.最后,教師把可樂的瓶口塞上橡皮塞.在具體的實驗過程中,教師要把已經做好的實驗器械放在講臺上,然后抓住瓶子的口部與橡皮塞的銜接部位,快速地將瓶口朝下,讓可樂和薄荷糖充分接觸,從而生成氣體,當瓶子里的氣體積聚到了一個臨界點時,教師把瓶口的橡皮塞拔出來,然后松開可樂瓶.當教師松開瓶子時,瓶子內的可樂就會以極快的速度噴射出來,同時瓶子也會向上移動一段距離.在該實驗中,對反沖現象進行了研究.通過這樣的實驗方式,能夠深化學生對反沖現象的理解,還能夠讓學生感受到物理現象在生活中是無所不在的,增強他們的探索欲望.在降低學習物理知識的階梯式教學下,相對于傳統的實驗方式,這種新型的實驗同樣能夠對學生的思維進行發展,讓學生在物理學習過程中能夠打破慣性思維,去嘗試新的方法和技巧,這對于學生未來的發展是十分重要的[3].

3 構建上升階梯,發揮教師主導

一個課堂的完整建立在師生的配合上,而教學的完成度也取決于兩者之間的配合程度.當學生的思維變得積極時,老師也就更愿意與他們分享知識.教師在開展課堂教學前,既要反復驗證自己的講課內容,也要預判課堂上可能出現的各種情況.課堂上往往會出現與課前預設不符,甚至是相互矛盾的意外狀況,若教師能夠抓住這些“意外”,并將其巧妙地應用到教學活動中,就有可能產生新的火花.學生的思維在課堂上變得更加活躍,教師可讓其發揮自己的想象力,創造出活躍的課堂氣氛,把刻板的學科、枯燥的知識變得更容易接受[4].教師可以在課堂上增加創新性的實驗.在運用階梯式教學方法進行教學時,首先要引導學生從情感上認識知識,然后強化其理性認知,最終引導學生深入地探索知識,從而使學生的能力和水平得到全面的提升.例如,教師可以在課堂上進行“氣球動力小車”實驗,指導學生在理解“反沖現象”的原理后去探索新的知識,培養學生的科學思維與邏輯思維.在制作教學設備時,教師需要使用氣球、吸管、紙箱、瓶蓋、竹簽等.在制作設備時,老師要把紙箱的蓋子切下來,把它翻過來當車體,用竹簽當車軸,用瓶蓋當輪胎,把吸管一端用熱熔膠粘在車體上,將氣球裝在吸管另一端.在實驗過程中,老師要給氣球充好氣,然后把手按在氣球上,過一段時間再把它松開.在這個時候,可以看見氣球里的氣體在不停地向外“噴射”.同時,小汽車也在向另一個方向移動.在傳統的實驗中,一般都是先給氣球充入空氣,再把空氣放出來,然后讓學生們看著氣球移動.但這樣的實驗方式對于學生的觀察是不利的,一方面,由于氣球的移動速度太快,學生很難仔細地觀察到它的運動情況;另一方面,因為氣球內的氣體在噴射時的方向是不固定的,所以也就不能確定氣球的運動軌跡.而在這個創新性的小實驗中,教師不僅能夠引導學生去觀察實驗現象,從而激發他們的學習興趣,還能夠引導學生去探索垃圾利用的方法和節能減排等方面的知識[5].

4 分段搭建階梯,引導發散性思維

學生的思維存在一定的差異.高中生已經擁有了自己比較獨立的意識,在學習的過程中,對于不同的問題,每個人都會有自己的看法,也有自己的出發點.學生們通常都會對單一的、刻板的教學抱有一種抗拒的態度,如果要讓學生們的學習熱情被調動起來,那么就需要采取多種科學的教學方法[6].階梯教學模式可以說是在教學上的革新,它可以調動學生的學習積極性,使他們有逐步理解各類問題的過程感知,并通過靈活的方式,從多個角度展開分析,讓不同的意見相互碰撞,這種方式不僅可以擴大學生對習題的認識,還可以以此來提高學生分析問題的能力,最終促進綜合素質的提高[7].在高中物理教學中,存在著各種各樣的難點內容,它們不僅可以通過新知識來體現,而且在原有認知結構中,還存在著脫節的現象和一些新概念過于集中的情況.這時,教師就需要搭建階梯,對難點內容進行分散處理,從而引導學生逐步地解決這些問題.例如,在進行魯教版必修一第3章《相互作用》的教學中,教師可以設置“木塊運動”實驗,將一塊木塊放于水平的傳送帶上,使傳送帶保持2 m/s的速度運動,當運動結束后,在傳送帶上留下長度為5 m的痕跡,然后再將傳送帶以1 m/s2的加速度做勻減速運動,直至傳送帶徹底停止,求木塊在傳送帶上留下的痕跡(g取10 m/s2).這一題目主要考查學生對于相對運動的認識.教師便可以用分階段的方法來解釋這樣的問題:首先,對木塊在傳送帶上保持相對靜止之前的狀況進行分析.其次,在傳送帶減速的同時,木塊也會跟著減速,但由于加速度的差異,木塊和傳送帶之間的距離并不一致,因此會出現一定的相對運動.許多學生對運動距離大小的處理不清楚,這時教師要提醒學生,痕跡不變和變長是在什么情況下可以發生的,這也能進一步說明二者之間的關系.最后經過計算,得到由傳送帶與木塊在輸送過程中所引起的滑移距離.使用分段搭建階梯的方法展開教學,可以讓學生更容易地掌握和理解物理知識,當他們遇到相關問題的時候,也可以靈活地解答,從而提高學生的高中物理問題解答能力[8].

5 結束語

隨著現代化教育技術的進步,在高中物理的課堂上,教師可以有各種各樣的教學模式,但階梯型教學模式以其特有的優點,可以較好地解決物理課程抽象性、理論性強以及難度大的難題.通過階梯式教學模式,指導學生在物理實驗中進行優化和創新,這對提升學生的綜合學習能力有很大幫助,同時對提升教學效率具有積極意義.