細化物理實驗教學 提升學生核心素養

吳 靜

(江蘇省淮陰中學,江蘇 淮安 223002)

一堂成功的物理實驗課,不僅可以提高學生學習物理的興趣,同時,也是理論聯系實際的一道橋梁.如何基于實驗教學發展學生的核心素養,成為我們必須思考的問題.

1 開發生活實驗,深化應用意識

高中物理知識,只靠教材上的文字與圖片,學生很難理解相關概念與物理規律.但是如果利用學生所熟悉的生活中的一些小常識或者小實驗,便可以直觀明了地闡釋物理知識與規律,不僅通俗易懂,還培養了學生善于發現和動手探索物理原理的能力,激發其學習興趣.

1.1 抓住生活現象,發現問題

生活處處是物理,比如我們乘坐電梯時的超重和失重、汽車剎車時會涉及摩擦力的問題、出現彩虹的原理——光的色散等.

例如,在教學“牛頓第一定律”這一節內容時,提問:“當我們乘坐一輛勻速行駛的汽車時,如果司機師傅突然剎車,我們的身體會怎么運動?那么當靜止的汽車突然起步時,身體又會怎樣運動呢?”我們大家在生活中都會乘車,也都會碰到上述的場景,那么我們有沒有思考過,我們的身體為什么會出現這些變化呢?其中又蘊含了哪些物理規律呢?首先,我會讓學生獨立思考,培養學生獨立思考問題的意識;然后,再讓學生把自己思考的結果講出來,進行小組討論,實現一次彼此思想碰撞的過程;最后,進行全班討論,教師進行查漏補缺,讓學生充分了解這一物理現象,并且將書本上的理論知識與生活實際相結合.通過一系列的提出問題、討論與解決問題,學生能夠將這一物理規律爛熟于心,做到舉一反三,設計出符合這一物理規律的實驗,并將實驗付諸行動,利用小車和木塊做演示實驗.在實驗中,通過演示與解說,解釋牛頓第一定律為什么又叫作慣性定律?讓學生充分理解牛頓第一定律的定義[1].

通過一些生活中隨處可見的現象,折射出一些物理知識與規律,將理論與實際緊密結合起來.只要能夠抓住生活中的一些熟悉的現象,與物理實驗教學緊密聯系,就能夠讓學生在學習中體會到物理實驗獨特的魅力,進而提高學生學習物理的興趣.

1.2 擷取生活材料,動手操作

在生活中,我們可以很容易找到做物理實驗所需要的材料.我們要學會引導學生去擷取生活材料,讓學生自己動手,積極參與到物理實驗教學中去.

例如,在實驗“游標卡尺和螺旋測微器的使用”實驗教學課堂前,我會詢問學生:在生活中大家是否遇到過需要測量一些物體的長度、直徑,卻因為工具或者物體本身的原因而測量不精確的情況出現?并且讓大家多準備這樣的物品,在實驗課上,我們自己動手去測量.實驗教學中,首先我會帶領學生認識游標卡尺和螺旋測微器,介紹它們的用途、適用范圍和注意事項,并且親自演示如何使用;接下來,將實驗器材分組分發給學生,讓學生自己測量事先準備好的生活材料,有的同學想測量日常使用的中性筆的直徑,有的同學拿出來的是一根數據線,還有的同學想測量玻璃珠、乒乓球等.通過多人測同一物體,發現使用過程中的問題,討論與總結;最后,老師進行實驗的點評與總結,提出共性問題,讓學生了解并改正.通過這一節實驗課的學習,讓學生熟悉使用游標卡尺和螺旋測微器的方法,為后續的實驗教學奠定基礎.

生活中,一些常見的材料都可以作為物理實驗的道具,以幫助學生完成實驗.我們在日常學習中,一定要多去引導學生善于發現生活中的材料,并自己動手完成實驗.

2 設計探究性實驗,發展深度思維

俗話說:“一百個人眼中有一百個哈姆雷特.”學生也是一樣的,對于同一個問題,每個人的看法都不盡相同,這就需要我們在實驗探究中得到結論.物理實驗同樣是這樣的,我們要不斷設計探究性實驗,開拓創新,挖掘學生深度思維.而設計探究性實驗的過程,建立信任機制和聯動科技設備不可或缺[2].

2.1 建立信任機制,適度容錯

良好的師生關系,是課堂教學有效生成的基礎.建立信任機制、培養良好融洽的師生關系在物理實驗教學中至關重要,尤其是設計探究性實驗的過程,教師是學生的引導者,應在精神上鼓勵學生,而學生信任教師,便可以更有激情地投入學習中去,全身心地開展實驗探究活動.

例如,在實驗“練習使用多用電表”中,設計探究性實驗.如何把電流表改裝成電壓表?如何把電流表改裝成量程更大的電流表?那么能否把電流表改裝成直接測電阻的歐姆表呢?三個問題,逐步推進、逐一解決,讓學生在試錯過程中不斷探索.教師在這個環節中,對于學生的探索應給予肯定,這是精神上的支持與鼓勵,對于難題還要給予一定的提示與幫助,逐步建立起信任機制.把這三個問題解決以后,又有一個新的問題:電流表、電壓表和歐姆表都有一個表頭,那么能不能讓它們共用一個表頭,制作一個多用電表呢?經過一系列的探索,我們終于設計出一個多用電表.通過設計多用電表,讓學生對于多用電表有了一個系統的認識,還有助于學生靈活使用多用電表.

通過教師的鼓勵,學生大膽地做出猜測,及時開展實驗驗證,鼓勵學生從全新的角度去看待問題、思考問題并解決問題.

2.2 聯動科技設備,拓展時空

當今社會,科技日新月異,如何將物理實驗教學與現代科技緊密聯系,這是教師必須思考的問題.王亞平太空中的兩次實驗授課活動,極大地激發了學生對于物理學習的興趣,那么如何發揮現代科技對物理實驗教學的正向引導作用呢?下面分享一則案例.

例如,在物理實驗教學中,利用多媒體技術,將王亞平在太空中所做的實驗視頻播放給學生看,讓學生親眼看、親身做,領略因為重力加速度的不同而導致的天地差異,感悟物理世界的奇妙.當屏幕中出現宇航員在“天宮”中演示太空“冰雪”實驗、太空拋物實驗時,學生也同時做著相同的實驗.我們所做的實驗,與太空中的實驗有很多不同點,學生發現這一問題大為驚奇,我乘機引導學生思考其中的原因,學生積極討論,并且分享了自己的觀點,最后教師進行點撥和糾錯.在太空里,一切與重力相關的現象都消失了,而在地球上則不然.兩種情況對比,實驗效果完全不一樣,因此對于學生來說,這樣的對比實驗一定會加深學生對此現象的認識,極大地激發了其對物理知識學習的興趣.同樣的,在教學“靜電現象的應用”一節時,我們可以讓學生到科技館體驗靜電球,并且聽工作人員對于靜電球原理的講解.

將現代科技與高中物理實驗教學相結合,不僅可以使實驗教學更加便捷,而且還可以激發學生學習物理的興趣,讓學生在體驗科技設備的同時,學習到物理知識.然而,如果沒有科技的介入,教師講解物理概念的內容就會比較枯燥,難以理解.所以,科技的應用,在物理實驗教學中至關重要.

3 推進綜合實驗,培養科學態度

實驗教學對于物理知識學習非常重要,實驗是基礎.在新課程改革的當下,我們要逐步推進綜合實驗,借助一些科學技術的優勢,實現物理實驗現象的最優化.而推進綜合實驗,不僅有助于物理實驗教學的展開,還可以將相關學科的優勢融入其中,提高學生的學習效率,培養科學態度,達到舉一反三的效果.

3.1 學科整合,實現融會貫通

我們在物理實驗教學中,難免會碰到一些學科交融問題,會用到其他相關學科的知識.將學科整合,讓學生在物理實驗學習中得心應手,更加輕松地獲取物理知識與技能,實現融會貫通.

例如,在實驗“力的合成與分解”的教學中,涉及力的定義.力是有方向有大小的,這時,我引導性地提問:“我們在數學中,是否也有一個有大小有方向的概念,是什么呢?”學生思考,在數學中,有“向量”這一概念,向量也是有方向有大小的,那么二者是否可以通過類比來學習?在向量中,我們有三角形法則和平行四邊形定則,那么力的合成與分解是否也有這樣的性質呢?進而,通過實驗驗證共點力的合成規律是否符合力的平行四邊形定則.通過數學、物理兩學科的交融與整合,將知識點類比推理,很多問題就會迎刃而解.從一個熟悉的概念到一個陌生的概念,逐步推進解決問題,會讓學生不再吃力地去猜想抽象的概念,而有一個落腳點,有利于學生理解物理概念.接下來,對于實驗的設計與探究,就會從驗證猜想開始,提高了學習效率.

在高中知識的學習過程中,有很多學科都可以進行整合交融,而物理學科更是與數學、生物、化學等學科相關.有些概念可以通過類比進行學習,這樣既解決了問題,又可以提高學生學習的效率,實現融會貫通,培養了學生的科學態度.

3.2 調整程序,尋求深度認知

在高中物理實驗教學中,我們經常需要“猜想—驗證”反復進行,在這個過程中,提出問題、發現問題、討論優化解決方案就顯得尤為重要.而優化解決方案這一環節,就是在調整程序,尋求深度認知的一個過程,在這個過程中,教師需要積極引導學生進行討論探究[3].

例如,在實驗“電流表和電壓表的改裝”一節中,如何把電流表改裝成電壓表?首先,需要學生進行實驗的猜想與探究,到底需要電阻與電流表串聯,還是需要電阻與電流表并聯才能實現呢?在探究過程中,以改裝電壓表為例,教師引導學生先通過數據計算設計實驗,已知電流表G的參數如下:內電阻Rg,滿偏電流Ig,滿偏電壓Ug,如果改裝后電流表量程為U,則所用分壓電阻R=(U/Ig)-Rg,這樣就不用一次又一次地試驗.該用多大電阻才能改裝出我們想要的固定量程的電壓表了.調整程序時,先通過電路圖設計和公式計算,了解這次實驗的改裝原理,再動手按照電路圖連接好實物圖,進行實驗.這樣做,優化了實驗程序,節約了時間,提高效率,而且還可以培養學生善于思考、發現問題的能力,同時尋求深度認知,培養學生科學研究的態度.

在物理實驗教學中,通過調整程序,尋求深度認知,在讓學生自己動手實驗時,不至于面對凌亂的導線和實物而束手無策.在這節實驗課上,同學們收獲頗豐,課后總結得失,在下次物理實驗教學中可以找到更優的方法去完成實驗.

4 結束語

高中物理實驗在物理知識與規律的學習中,具有至關重要的作用.我們教師在開展物理實驗教學時,要將課本中的理論知識與實際聯系起來,以發展學生的核心素養為引領,不斷推進實驗教學改革,在優化物理實驗教學結構的同時,切實提升學生的物理學科核心素養,發展學生解決物理實際問題的能力.