改进高中物理演示实验教学 培养学生探究创新能力

PAGEPAGE6改进高中物理演示实验教学培养学生探究创新能力花都区第一中学谢金华内容摘要：物理学是一门以观察和实验为基础的科学。课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分，物理演示实验具有形象真实、生动有趣的特点，能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景，是物理教学的主要手段之一，是培养学生观察能力、创新能力和科学探究精神的重要途径。本文主要论述如何在现有的条件下充分发挥演示实验在物理教学中的作用，培养学生的探究创新能力。关键词：演示实验探究创新能力物理学是一门以观察和实验为基础的科学。课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分，物理演示实验具有形象真实、生动有趣的特点，能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景，是物理教学的主要手段之一，是培养学生观察能力、创新能力和科学探究精神的重要途径。如何在现有的条件下充分发挥演示实验在物理教学中的作用，培养学生的探究创新能力呢？这是时代对物理教师提出的一个非常迫切的问题。一、当前高中物理演示实验教学现状分析由于受传统的教育方式的影响，我们的教育多以抓分数的应试教育为主，过于强调课堂教学，而忽视了实验教学。又由于现阶段正在推行“理科综合”考试，物理、化学和生物三科共卷，与原来的x科有较大差别，这就造成了学校和教师对物理演示实验教学的观念更加淡薄。1.教师方面学校和教师受传统教育的影响，普遍存在着“重理论轻实验”的思想。把物理实验仅仅当作为理论教学服务的工具和手段，没有认识到物理实验本身是充满理论的认识过程，是物理教育必有的内容。由于认识上的不足，教师不愿在实验教学方案的设计上下工夫、花时间，导致实验教学方法形式单一、陈旧，单纯为了完成教学任务而安排实验。在演示实验教学中表现为只强调直观观察，而忽视了对每个实验在教学中的目标等质的方面的深入探讨和精心设计。2.学生方面由于现在的学生实践少、动手少，对实验缺少直接的体会，缺乏对实验的热情和探究的欲望。在演示中，有些教师是自己做，自己读，学生们仅仅是观察、观看，有些老师虽然也让学生参与实验，注重了边讲边实验，但是由于老师是“主唱”，往往影响了学生们学习的主动性，而且易给学生造成这样的印象：数据是老师凑出来的。以上这些情况严重挫伤了学生的积极性和主动性，严重影响了学生对演示实验的态度。二、怎样改进高中物理演示实验教学分析当前演示实验教学现状，我认为在高中物理演示实验教学中，应在以下几方面加以考虑，提高学生学习物理的兴趣，培养他们的探究创新能力。(一)、加强课本演示实验教学，培养学生的探究创新能力新课程的核心理念是一切为了学生的发展，新课程的终极目标是为了培养学生的创新精神和实践能力。因此，在物理演示实验教学中，适当对课本的某些演示实验加以改进和创新，力求优化实验过程，力争提高实验效果，从而充分发挥演示实验在物理教学中的作用，最大限度地激发学生的求知欲，培养学生的探究创新能力。实例1、完善经典实验，提高演示实验的严谨性在必修1第三章第一节“探究形变与弹力的关系”中，有一个经典的实验就是观察玻璃瓶的形变。如图所示，在椭圆的大墨水瓶瓶塞中插上一根内径约1-1.5mm的毛细管，瓶内装满染色水，管后衬白色纸屏。演示时，在瓶的截面短轴方向【图（a）所示方向】施加压力，水柱上升，说明瓶体微小形变使容积减小；撤去压力，水柱下降到原位。在瓶的长轴方向【图（b）所示方向】施加压力，水柱下降，说明瓶的容积变大；撤去压力，水柱升到原处。教师应注意演示在长轴方向施力时水柱会下降，这一演示现象可纠正学生错误认为这是瓶内水柱受热膨胀所致。另外，教师还可以告诉学生：细管中增加或减少的水的体积，等于玻璃瓶中被挤出或下降的水的体积，即=，设大小液面的面积分别为S1和S2，则放大倍数K=。通过实验拓宽、深化，让学生充分体会科学研究的态度是严谨的，使学生的探究能力得到进一步发展。实例2、优化实验步骤，增强演示实验的效果演示实验的效果，主要看它是否能在学生大脑中建立起基础物理现象的鲜明表象，要做到这一点，首先要使物理实验操作成功，而且现象明显、富有感染力。因此，教师在做实验前应当作好充分准备，根据实际情况适当优化实验步骤，从而增强演示实验的效果。例如，在“探究自由落体运动”一节教学中，“玻璃管”实验准备要充分，确保一次成功，不能让学生产生疑问。做“玻璃管”对比实验要注意：（1）抽气达到一定的真空度时，应先关闭毛细管阀门，然后再停止泵的运转。（2）先让学生观察羽毛、软木塞或金属片在已抽真空的玻璃管中同时下落，它们几乎同时落到管底。（3）打开进气阀，让学生注意听进气的声音，看羽毛被气流吹起的现象，让学生感到玻璃管中的状态从真空变成了有空气存在，再让学生观察羽毛、软木塞或金属片在有空气的玻璃管中同时下落，它们下落的快慢差别很大。优化后的实验步骤，营造出生动形象、对比鲜明的实验现象，使学生产生强烈的认知冲突，大大地激发了学生的求知欲。实例3、改进实验装置，加强演示实验的操作便利性物理中许多实验都可以重新进行设计或创意。在教学中引导学生根据实验目的、原理改进实验装置，可使学生的整体思维能力、知识运用能力、实验操作能力、以及探究创新能力得到全面提高。例如，在粤教版必修1第三章第二节《研究摩擦力》探究滑动摩擦力大小的教学中：只有当木块做匀速直线运动时弹簧测力计的读数才等于滑动摩擦力，而教材【如图(c)所示】实验的设计很难控制木块匀速运动，于是测力计的读数不断变化，很难感性地形成正确的概念。在教学过程中我引导学生对实验装置加以改进：【如图(d)所示】,将测力计固定，拉动木块下面的木板，这样木板不需匀速拉出，测力计的读数大小也会等于木块受到的滑动摩擦力，而且测力计在静止中读数，误差较小。图(c)

图(d)经过对该实验设计理论的改进，实验效果比以前有了明显的提高，实验的可操作性也大大加强，更让学生深刻体会到成功的喜悦，探究的乐趣。让学生在观察、思考、改进中加深对知识的理解并真正体验科学研究过程，敢于致疑，勇于创新，提高学生科学探究的能力。实例4、更换实验材料，保证演示实验的成功率在高中物理演示实验中，某些材料受外来因素（如天气、温度、湿度）的影响比较大，实验演示时很难保证一定能成功。为了使实验达到预期的效果，帮助学生更深入的理解实验目的，我们可以对实验材料进行巧妙更换，变不能为可能。例如，在学习“摩擦起电”时，大多数教师都有过这样的体会，这部分内容的学习时间如果是在干燥的秋冬季节还好，实验成功率高，但如果是春夏季节，空气湿度稍大一点，实验就很难成功。原因主要是丝绸和毛皮的干净度和干燥度要求高，而实验室常用的材料又不可能达到这一要求，若改用平常到处都有的朔料薄膜或保护电器用的包装泡沫代替丝绸和毛皮与玻璃棒、橡胶棒摩擦，实验效果会很好，而且一定能使实验成功。教师根据这一实验还可拓展，告知学生一切物体摩擦都能起电，在以后的生活中和工作中要根据实际需要选择材料。可见，根据实际情况巧做实验，不仅可以拓宽学生的视野，同时使学生受到科学方法的熏陶，进而在探究创新学习中寻找物理规律。（二）、丰富物理演示实验教学方式，培养学生的探究创新能力在物理实验活动中，教学方式应该多样化。单一、被动的演示实验会使学生感到枯燥、乏味，应探索有效的、多样化的演示实验教学方式，让学生成为实验活动的主人，教师成为学生实验的组织者和合作者，而不是权威的讲授者和示范者。1、重视“参与式”演示实验教学，激发学生的探究欲望心理学研究表明：人的动作记忆效率比语言文字记忆效率要高好几倍。“百闻不如一见，百看不如一做”说的就是这个道理。所以教师在演示的同时要注意重视学生的积极参与，最大程度地激发学生的探究欲望。例如，在“机械能守恒定律”教学中，设计一个“铁球碰鼻”的实验：【如图(e)所示】，用绳子将一个小铁球悬挂在铁架台上，请一名学生上台协助老师一起做演示。实验时教师将小铁球拉离平衡位置，让小铁球刚好碰到这名学生的鼻子，然后释放小铁球。小铁球摆过去，又摆回来向学生“打”来时，台下的学生一齐惊喊起来，被“打”的学生被教师图(e)固定在原位置，无处可逃，吓得叫起来，但小铁球却在“千钧一发”之际“荡”回去了，学生顺利“脱险”。这一实验把自然界的秘密（机械能守恒定律）生动形象地展现在学生面前，使学生留下深刻的印象，同时也启发着学生去思考和探索客观世界。又如,在介绍牛顿第一定律时，设计一个让学生参与的实验：请一名学生用气吹悬挂的乒乓球，乒乓球随气而动，摆出一个很大的角度。然后让这个学生用气吹悬挂的钢球，只见这名学生，用足力气吹气，结果钢球“丝毫不动”，全班同学情趣盎然。这个实验使学生对惯性与质量的关系获得直接经验，同时激发了学生的探究欲望。2、采用“合作式”演示实验教学，创设学生探究的空间“合作式”演示实验教学就是以教师为主导，学生为主体，在教师启发引导下师生共同进行实验验证的一种实验教学方式。这种教学方式可以为学生创造良好的物理环境，扩大师生在课堂内的信息交流，让学生自我探索、自我发现、真正参与学习、主动探求知识。例如，在选修3-2第一章第二节《产生感应电流的条件》教学中，我是这样进行“合作式”演示实验教学的：师：第三章磁场中，我们已经知道导线有电流就会产生磁场。那么，能不能反过来，利用磁场使导线产生电流呢？学生会毫不犹豫地回答：能。师：你怎样使导体中产生电流呢？生：让导体去切割磁感线。（学生回忆初中知识）另一个学生马上补充：如果导体不在闭合回路中不会产生电流。学生们纷纷点头同意。师：怎样才能显示电流的大小和方向？生：用灵敏电流计。师：好，我们今天就来验证是不是只有切割磁感线才能产生电流呢？（教师有意识地引导学生根据课本提供的三种不同情况进行实验探究、实验过程师生共同分析、归纳总结）。这堂课从开始到结束，气氛十分热烈，同学们积极主动参与到实验设计及实施过程中来，教学效果很好。由此可见，我们学生做实验的目的不仅在于实验的结论，更在于实验本身。事实证明，“合作式”演示实验教学，为学生创设了探究的空间，有效地促进了学生科学探究能力的发展。3、更新实验思路，激励学生乐于探究，勇于创新使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种物理实验，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系，让学生更乐于探究。例如，学生的许多学习用品往往可以用来模拟物理过程，创设物理情景：书、文具盒等可用来模拟物体的运动，分析物体的受力；铅笔、钢笔等可用来模拟通电直导线，笔尖指向表示为电流方向，用于分析磁场及安培力；橡皮、鞋带等可用来分析单摆，圆锥摆，及竖直平面内的圆周运动等等。教师应该因地制宜地设计出这种类型的简单实验，不同的文具随堂就可以做许多不同的实验，同一文具也可以做许多实验，如可用直尺做以下的实验：（1）、用直尺做有关声学实验：如：声音的产生、音调与频率的关系、响度与振幅的关系等。（2）、用直尺做有关电学实验：(a)带电体的性质：将塑料尺在头发上摩擦几下，再将塑料尺靠近纸屑，发现它能吸引纸屑，说明带电体能够吸引轻小物体。(b)导体和绝缘体：教师用钢皮尺和塑料尺做演示实验时，发现钢皮尺容易导电，而塑料尺不容易导电。(3)、用直尺做有关力学实验：(a)力的作用效果：用手握住直尺的一端，用力拉直尺的另一端，发现直尺变弯了，说明力能使物体发生形变。(b)密度的知识：用手拈一拈长短、形状相似的钢皮尺和塑料尺，发现钢皮尺较重，说明钢的密度比塑料的大。(c)在讲完《自由落体运动》这一节的内容后，要求学生利用直尺去测反应时间。这些器材学生更熟悉，更有利于使学生明白物理就在身边，物理与生活联系非常紧密。通过这些课本上没有出现的器材和方法能很好地启发学生的创新意识，提升学生的实验探究能力，体验探究的乐趣。英国科学家阿姆斯特朗说：“实验总是以发现、以探索作为追求目标的，实验在学校里是教授学生去发现的方法。”因此，在物理演示实验教学中，教师应当为学生提供良好的素材，多角度地创造条件，改进教学方法，给学生留下时间、空间和机会，“授之以渔