创设问题情境优化实验教学过程

1、创设问题情境 ,优化实验教学过程实验作为物理教学的重要根底、重要内容。重要方法和重要手段 ,在教学中具有举足轻重的地位和作用。但是 ,在如今的实验教学中 ,仍存在着一些明显的缺乏 ,至使实验的教学功能得不到充分的发挥 ,主要表现有：“只注重实验的数量 ,不注重实验过程的教学质量；“学生实验只注意动手能力的训练 ,不重视思维能力的培养；“测量、验证性实验较多 ,探索、设计性实验较少；“只重视获得实验结论 ,不重视展示实验过程；“只注重实验的操作或演示 ,无视实验过程的问题设置；“实验操作内容单层次、单侧面 ,没有形成结构；“实验演示过程只重视教师主导作用 ,不重视发挥学生的主体作用；“实验教学过

2、程收敛有余 ,发散缺乏等。教学调查说明 ,这样的实验教学使多数学生产生“实验只是看看有味 ,做做有趣、实际并没有多大意思或作用的反响。在教学中我们只是凭着物理实验本身具有的形象鲜明的特点 ,自然地激发和满足了学生的知觉好奇 ,而无视了思维由形象向抽象的提升 ,以及更高层次的思维动机的激发和强化。例如教学“物体内能的变化、热和功时有个演示实验：压缩厚玻璃筒中的空气 ,使空气内能增加温度升高 ,从而使筒内易燃物着火。实验中明亮的火花给学生以鲜明深刻的印象。然而 ,实验的研究对象是什么空气？为什么要放入易燃物显示气温的升高？实验要说明什么？对这一系列重要的问题 ,在火花闪过之后学生常常仍不清晰、不明

3、确 ,强烈的视觉感受反而抑制了对重要问题的关注与思考。但假设改变教材上一举成功的做法 ,而是实验时厚玻璃简内先不放易燃物 ,压缩筒内空气。要求学生仔细观察空气的内能有无增加。学生就会感到困惑：空气内能增加与否怎能看得见？！此时自然地引出一个实验设计的问题情境：怎样变“不可见为“可见？顺着这样的思路展开过程组织实验教学 ,由于实验是学生主动参与设计的 ,设计目的明确 ,实验后学生无论是对实验所揭示的结论还是实验的设计思想均留下了深刻的认识和理解 ,甚至终生难忘。可见 ,重视问题情境的创设和思维动机的激发是优化实验教学过程的一条有效途径。物理实验教学应以实验为载体展开过程 ,以问题为线索 ,力求实

4、验与思维有机结合 ,层层递进 ,使学生始终处于积极参与的状态之中 ,这样既优化了实验教学的过程 ,展现了物理学自身的勉力 ,又符合素质教育对物理教学的要求。一、创设问题情境 ,展现实验的设计思想设计思想是为了解决问题而思维的结果 ,对于课本上大量的演示实验和学生实验 ,我们不能采取简单的“拿来主义 ,照方抓药 ,机械操作 ,而应该通过创设问题情境 ,如：“应该进行怎样的设计？“为什么要这样做？“换一种方法能不能做？等等 ,有意识地创造一种探索的气氛 ,尽量展现实验的设计过程 ,使之成为师生共同参与的“亚研究过程。以此来渗透物理思想 ,启迪学生思路。例如“验证动量守恒定律实验 ,我先给学生提供实

5、验器材 ,让学生体验如何根据实验目的去确定研究对象。接着提出如下问题 ,引导学生自己得出结论。问题1：利用什么器材能使小球获得稳定的速度？结论：利用斜槽 ,并让小球从等高处静止释放。问题2：设计怎样的碰撞过程可使实验简单又合理？结论：一球静止 ,对心正碰。问题3：根据提供器材能否直接测量小球碰撞前后的速度？利用学过的运动知识 ,是否可以进行物理量的转化测量？还应该设计怎样的运动过程？结论：等高平抛 ,将较难测量的速度巧妙转化为较易测量的位移 ,等等。问题4：请同学们自己设计其它实验方案验证动量守恒定律。结论：两摆球的摆动碰撞；斜面上的小车碰在利用打点计时器；冲击摆装置；气垫导轨。滑块和数字计数

6、器等。对于物理学中的经典实验 ,我们也应积极创设问题情境 ,引导学生去追溯物理学家思考研究的源头 ,他们那精巧的设计 ,独到的方法、深刻的分析 ,都是值得我们继承和发扬的瑰宝。例如伽利略研究物体机械运动的规律 ,曾无数次进行斜面实验 ,为什么选用斜面？冲淡重力 ,放大时间：卡文迪许利用扭秤实验 ,第一次测得了万有引力恒量 ,它是如何放大微小引力的作用效果的？实验原理设计中进行了哪三次转化和三次放大？等等 ,从中吸取物理思想的营养。二、创设问题情境 ,拓展实验内容物理规律的表现形式是多层次、多侧面的 ,各种物理现象也是饱满、立体的 ,但教材为我们提供的实验方案却往往着眼于单层次、单侧面的实验内容

7、 ,因而有着较大的局限性或单调性。为此 ,我们有必要对原有的实验内容方案进行适当的拓展和补充 ,积极创设问题情境 ,尽量让学生能从多层次、全方位地去认识物理规律的全貌。例如 ,教学“变压器课题时 ,教材仅利用几个定量实验近似地得出了理想变压器的电压关系、电流关系或功率关系。由于实验内容单调 ,学生对变压器难以留下深刻的印象；为充分展示变压器的工作原理和工作特性 ,我们可以在上述实验根底上 ,尽量丰富实验内容 ,变静态实验为动态实验 ,继续创设问题情境如下。问题1：当变压器原副线圈的匝数之比发生变化变大或变小时 ,副线圈的输出电压将随之怎样变化？演示实验如图1a ,将导线绕上铁芯或逐渐拉出 ,观

8、察灯泡亮度变化而得出结论。问题2：假设铁芯没有闭合 ,原副线圈有无发生电磁感应？那么闭合铁芯起何作用？演示实验如图1b ,将铁芯逐渐闭合 ,观察灯泡亮度变化而得出结论。问题3：当变压器的负载或负载电阻发生变化时 ,原副线圈中的电流 ,输入、输出功率将会如何改变？演示实验如图1C ,将电键逐个闭合 ,使灯泡依次都接入电路 ,观察电流表示数的变化 ,分析得出实验结论。教学实践说明 ,只有建立在如此丰厚的实验根底上的物理概念、规律或模型 ,才能使学生建构起良好的认识结构。三、创设问题情境 ,优化实验的演示过程传统的演示实验教学常只让学生看看表演 ,先是“教师做、学生看 ,后是“教师讲 ,学生听 ,而

9、无视了学生主体的思维动机的激发 ,这样实验得出的物理规律教师认为是“显然 ,可是对于学生来说 ,有时候却是“漠然。因此 ,有的演示实验之所以未能起到很好的作用 ,往往不是演示实验本身失败了 ,而是教师不能为演示过程创设良好的问题情境所造成。教学“变压器课题时 ,我们常通过实验演示来说明直流电不能利用变压器改变电压 ,一位老师在实验前事先作了结论性的说明：“直流电不能用变压器变压 ,仅管原线圈通电 ,但副线圈的输出是零 ,现在老师用如图2电路来验证。当闭合原线圈电路时 ,副线圈电压表有明显摆动 ,此后再缓慢回归零点。这一现象与事先的说明存在反差而导致“干扰虽小却影响很深 ,虽然他对通电持续断开过

10、程再作一番分析解释 ,但仍留下一种缺憾。假设先提出问题：“直流电可以通过变压器改变电压吗？如果将如图2电路中电镀闭合 ,电压表的示数增况怎样？请大家观察实验。当出现同样的现象时 ,就可沉着地用电磁感应知识作出解释 ,得出“恒定电流不能通过变压器变压的结论 ,较好地到达了实验的目的。实验中创设的问题情境 ,应尽量做到“以疑激思、“以疑诱思 ,不断为实验创设悬念、正疑 ,激发主体思维最大限度地参与实验的演示过程中 ,基于这一思想 ,上述演示实验还可以创设如下的情境组织教学。情境1：如图2所示 ,原副线自匝数分别为n1800匝 ,n2160匝 ,蓄电池的输出电压为12V ,那么伏特表的示数多大？学生

11、通过计算所得结果皆为24V。情境2：现已完全按照图2接好电路 ,请大家仔细观出实验结果。演示时先将电压表用“头盖这起来 ,先合上S ,并实问学生“你们猜猜 ,它到底几伏？当揭去“头盖时 ,电压表指针稳科地指在本位置上 ,给了学生一个出乎意料的结果。许多学生马上晃然大悟 ,对实验结果作出了正确的解释。情境3：接着将S翻开时 ,指针却发生了们转 ,为什么会出现这一现象？再次激起了学生的思考 ,学生思维高度集中 ,讨论后皆能作出正确解答。情境4：然后再把通电持续断开完整地展示一次 ,观察到伏特表指针出现右偏不偏左偏的现象 ,让学生清晰理解这一过程并得出结论。整个演示过程跌宕有致而又极为流畅 ,充分唤

12、起了学生的思维 ,大大提高了实验演示的档次和品味 ,演示实验的教学功能得到了充分的发挥。四、创设问题的情境 ,加大实验的分析力度物理实验的演示不但要演示操作、演示观察 ,更要演示对实验现象的分析。许多教师急于开始和完成操作 ,急于用实验现象、物理事实建立概念与归纳规律 ,而无视了对实验现象和观察结论的分析 ,没有充分拓展实验现象的本质属性和现象之间的因果关系 ,导致物理规律得出较为生硬 ,牵强而不自然 ,实验教学效果不理想。因此 ,演示实验完毕后 ,我们要以实验现象为依据 ,创设问题情境 ,启发学生运用逻辑推理及归纳法对现象进行分析、综合、抽象和概括 ,透过物理现象寻找物理本质 ,帮助学生形成

13、正确的物理概念或发现物理规律。例如在“楞次定律实验演示后 ,我们把四种操作过程中感应电流的磁场B的方向与原磁场B的方向及原磁场磁通量的变化三者关系记录如图3。对上述的实验现象和结论 ,我们应通过精心设计问题 ,尽可能为学生创设一种探索、研究的情境 ,引导他们主动去分析现象 ,发现规律。问题1：比拟第二、第四行的记录内容 ,可以看出 ,感应电流的磁场B的方向并非仅由原磁场B的方向决定 ,它还与什么因素有关？磁通量的变化同理 ,比拟第三、第四行的记录 ,可以看出 ,感应电流的磁场B的方向也并不仅由磁通量的变化决定 ,它还与什么因素有关？原磁场B的方向可见感应电流的方向或感应电流的磁场方向是一个多因

14、素决定的问题 ,比拟复杂 ,但我们坚信 ,这种复杂现象的背后 ,一定存在着一个简单的关系 ,为了寻求这一关系 ,我们试将B与B的方向并在一起填人表中第五行 ,换一个角度进行比拟分析。问题2：比照第三行和第五行：在两种情形下 ,表现出的现象有哪些共同性？都增加 ,B与B的方向都相反 ,据此我们可以得出怎样的结论？当增加时 ,B与B的方向相反。同样 ,在两种情形中 ,表现出的现象又有哪些共同性？可以得出怎样的结论？从以上分析我们概括出了两条简单的结论 ,但还没有深刻揭示出结果B与B方向的关系与原因的变化的关系。为此 ,还须继续寻找两条结论的共同性 ,并作进一步的概括。问题3：当增加时 ,B与B的方

15、向相反 ,B对的增加起什么作用？阻碍当减少时 ,B与B的方向相同 ,B对的减少起什么作用？阻碍至此可以作怎样的概括？感应电流的磁场总是要阻碍原磁场磁通量的变化这样就自然地引导学生发现了电磁感应中的一条重要规律楞次定律。五、创设问题情境 ,扩大实验成果实验完成之后 ,不但要引导学生对实验进行分析、总结 ,并且要对实验进行恰当的延伸 ,尽可能扩展实验的成果 ,通过创设问题情境来借题发挥 ,“一题多解、“一题多变、“一物多联等 ,从不同角度 ,用不同方法进行变式实验 ,这对深化理解物理知识 ,克服思维定势 ,促进知识的迁移和运用都十分有益。例如 ,教学“电场中的导体课题时 ,教材中用法拉第圆筒实验来

16、验证“处于静电平衡状态下的带电导体 ,净电荷只分布在导体的外外表 ,导体内部没有净电荷。分别通过如图4甲、乙所示的两次操作 ,有力地证明了上述结论的正确性。演示到此我们并不作罢 ,而是继续创设问题情境 ,进行变式实验。问题1：如图5所示的两个验电器A与B的顶端各安装了一个金属圆筒 ,验电器B带有电荷。现假设用带有绝缘柄的金属小球e把B上的电荷尽量多的搬移至A ,应把e分别与B及A的外壁接触还是内壁接触？为什么？重复屡次后A的箱片张角能否比B的箔片张角大？问题2：在如图4实验中 ,如果我们不用e ,而是用绝缘的导线将A的金属球与C的外部连接 ,这时A、B的箔片张角将如何变化？为什么？假设导线连接的是C的内部 ,情况又怎样？问题3：如图5实验中 ,如果我们也不用e ,而用绝缘的导线连接A和B ,那么应如何连接才能使A带上较多的电荷？为什么？这些新的问题激发了学生新的热情和思维 ,这时我并没有急于实验 ,而是让学生展开讨论 ,对问题进行分析解释 ,充分发表见解 ,之后才用