时间:2023-03-21 17:17:34
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我决不相信,任何先天的或后天的才能,可以无需坚定的长期苦干的品质而得到成功的。——狄更斯(英国文学家)
有的人能够远远超过其他人,其主要原因与其说是天才,不如说他有专心致志坚持学习和不达目的决不罢休的顽强精神。——道尔顿(英国化学家)
世界上最快而又最慢,最长而又最短,最平凡而又最珍贵,最容易被忽视而最令人后悔的就是时间。——高尔基(苏联文学家)
以上谈到的第一条应当说是学习态度,思想方法问题。第二条就是要了解作为一名学生在学习上存在如下八个环节:制定计划课前预习专心上课及时复习独立作业解决疑难系统总结课外学习。这里最重要的是:专心上课及时复习独立作业解决疑难系统总结,这五个环节。在以上八个环节中,存在着不少的学习方法,下面就针对物理的特点,针对就“如何学好物理”,这一问题提出几点具体的学习方法。
(一)三个基本。
基本概念要清楚,基本规律要熟悉,基本方法要熟练。关于基本概念,举一个例子。比如速度,它是表示物体在单位时间里通过的路程:V=s/t。关于基本规律,比如说平均速度的计算公式也是V=s/t。它适用于任何情况,例如一个百米运动员他在通过一半路程时的速度是10m/s,到达终点时的速度是8m/s,跑完整个100米化的时间是12.5秒,问该运动员在百米赛跑过程中的平均速度是多少?按平均速度的规律平均速度等于V=100/12.5=8m/s。再说一下基本方法,研究初中物理问题有时也要注意选取"对象",例如,在用欧姆定律解题时,就要明确欧姆定律用到整个电路即整体上,还是用到某个电阻即离单独的某一个电阻上。
(二)独立做题。
要独立地(指不依赖他人),保质保量地做一些题。题目要有一定的数量,不能太少,更要有一定的质量,就是说要有一定的难度。任何人学习数理化不经过这一关是学不好的。独立解题,可能有时慢一些,有时要走弯路,有时甚至解不出来,但这些都是正常的,是任何一个初学者走向成功的必由之路。
(三)物理过程。
要对物理过程一清二楚,物理过程弄不清必然存在解题的隐患。题目不论难易都要尽量画图,有的画草图就可以了,有的要画精确图,要动用圆规、三角板、量角器等,以显示几何关系。画图能够变抽象思维为形象思维,更精确地掌握物理过程。有了图就能作状态分析和动态分析,状态分析是固定的、死的、间断的,而动态分析是活的、连续的,特别是在解关于电路方面的题目,不画电路图是较难弄清电阻是串联还是并联的。
(四)上课。
上课要认真听讲,不走思或尽量少走思。不要自以为是,要虚心向老师学习。不要以为老师讲得简单而放弃听讲,如果真出现这种情况可以当成是复习、巩固。尽量与老师保持一致、同步,不能自搞一套,否则就等于是完全自学了。入门以后,有了一定的基础,则允许有自己一定的活动空间,也就是说允许有一些自己的东西,学得越多,自己的东西越多。
(五)笔记本。
上课以听讲为主,还要有一个笔记本,有些东西要记下来。知识结构,好的解题方法,好的例题,听不太懂的地方等等都要记下来。课后还要整理笔记,一方面是为了“消化好”,另一方面还要对笔记作好补充。笔记本不只是记上课老师讲的,还要作一些读书摘记,自己在作业中发现的好题、好的解法也要记在笔记本上,就是同学们常说的“好题本”。辛辛苦苦建立起来的笔记本要进行编号,以后要经学看,要能做到爱不释手,终生保存。
(六)学习资料。
学习资料要保存好,作好分类工作,还要作好记号。学习资料的分类包括练习题、试卷、实验报告等等。作记号是指,比方说对练习题吧,一般题不作记号,好题、有价值的题、易错的题,分别作不同的记号,以备今后阅读,作记号可以节省不少时间。
(七)时间。
时间是宝贵的,没有了时间就什么也来不及做了,所以要注意充分利用时间,而利用时间是一门非常高超的艺术。比方说,可以利用“回忆”的学习方法以节省时间,睡觉前、等车时、走在路上等这些时间,我们可以把当天讲的课一节一节地回忆,这样重复地再学一次,能达到强化的目的。物理题有的比较难,有的题可能是在散步时想到它的解法的。学习物理的人脑子里会经常有几道做不出来的题贮存着,念念不忘,不知何时会有所突破,找到问题的答案。
(八)向别人学习。
要虚心向别人学习,向同学们学习,向周围的人学习,看人家是怎样学习的,经常与他们进行“学术上”的交流,互教互学,共同提高,千万不能自以为是。也不能保守,有了好方法要告诉别人,这样别人有了好方法也会告诉你。在学习方面要有几个好朋友。
(九)知识结构。
要重视知识结构,要系统地掌握好知识结构,这样才能把零散的知识系统起来。大到整个物理的知识结构,小到力学的知识结构,甚至具体到章节。
(十)数学。
物理的计算要依靠数学,对学物理来说数学太重要了。没有数学这个计算工具物理学是步难行的。大学里物理系的数学课与物理课是并重的。要学好数学,利用好数学这个强有力的工具。
很多教师依然采取传统的填鸭式的教学方法,根本不重视实验教学,认为只要学生会动笔做实验课的考题就可以了,不是在实验课上下功夫,而是在研究考题上下功夫.经笔者走访发现,很多苏北的农村物理教师对实验教学认识不够,甚至认为讲实验比带着学生做实验更重要,认为做实验会浪费课堂时间.另外,很多教师在自己的学生时代就没有做过实验,现在也没有做实验的经验,对自己能不能做出书上的实验效果不自信,导致很多农村教师不愿做实验,更不要说是上实验课了.因此,很多农村的物理教学难以达到预期的目标,妨碍了创新能力人才的培养.
2.教学模式陈旧
很多教师对物理实验教学的认识不到位,在教学过程中很难对实验教学下功夫.一些教师在实验课教学上用的精力很少,教学方式单一而且枯燥,导致的结果是教师不想教,学生不想学,上实验课变成了实现完成新课程标准规定的任务,很难引导学生去主动学习,难以发挥学生的积极性和主动性.有些教师在做实验课时担心学生在规定的时间内完不成任务,不给学生想象和理解的空间,甚至剥夺了学生动手和创新的机会,学生的能力当然得不到提高.另外,由于学校的器材不够,做实验时只能分组进行,导致很多学生没有亲自动手有机会,最后只能问问别人得出的数据是多少,然后根据数据伪造实验过程,根本达不到实验教学的效果.
二、对苏北农村物理实验教学的思考
1.加大苏北地区农村物理实验教学投入力度
一方面教育主管部门要高度重视,给农村中学提供相应的实验器材,在种类上要补够,在数量上要补足.另一方面,由于受到经费等各面条件的限制和制约,在短期内农村中学的教学条件很难和城市相提并论,为了弥补这一不足,可以让学生自己动手,制作一些简单的实验工具.如在学习弹力时可以让学生去做弹簧计,学习重力时可以让学生去做不倒翁,通过这种方式可以加深学生对弹力和重力的理解,也可以培养学生的动手和创新能力,激发学生学习物理的热情.
2.对苏北农村地区的物理教师进行系统培训
世界在不断地发生变化,教学模式也应该随着时代的变化而变化,不能跟上时代变革的步伐迟早会被时代所淘汰.初中物理教师也要不断地学习,主动转变教学模式,对实验教学要有钻研和创新精神,要主动对实验教学进行研究和提高.另一方面,上级管部门对此要加强培养,给农村中学教师创造学习和进修的机会,定期对中学教师进行培训,让其接受新的教育理念,拥有新的教育思想.针对农村初中物理实验教学的薄弱环节,要加强引导,对教师实验教学要定期考核.
3.改革实验考核力度
在物理课程考试中,目前重点是关注学生对实验过程理论上的情况,对学生真正的动手能力不从考察,这种考察方式难以考出学生的基本技能.很多学生在教师对实验题研究的基础上,逐渐掌握了解题技巧,但真正动起手来却不知所措,纸上谈兵的现象非常严重.因此,对初中实验课考察要改变传统的考察方式,要重点考察学生的动手能力和创新能力,要把理论考试和实验操作结合起来,这样才能考察出学生的整体素质,才能督促教师重视初中物理的实验教学,才能为学生进一步深造打下坚实的基础.
2新型教学模式的内容
2.1准备阶段指导教师讲授
指导教师讲授中学物理实验教学概论,让学生明确本课程的教学目标和学习任务,了解实验教学对中学教师的基本要求,强调实验教学的基本教学方法(特别是探究式教学法的一般流程).这一阶段是打基础阶段,一方面提高师范生的学习兴趣,一方面为师范生备课提供基本的理论基础保障.学生预习学生预习实验训练内容,初步设计实验教学方案.预习准备工作必须做充分,不仅要了解实验本身的操作注意事项,更要思考实验操作中可能出现的问题,了解该实验在中学物理教材中所处的地位,初步制定实验教学方案,找出有疑惑的地方,为后面的实验操作和集体备课做好准备.
2.2实验训练与集体备课阶段实验训练
指导教师从职前教师的角度设置问题,以任务驱动的方式引导学生自主探究.例如,中学生实验时在哪些步骤中容易产生错误,怎样使中学生避免这些错误,学生可能的提问以及你如何做答.通过设置类似问题,鼓励学生在实验探究过程中,不仅关注实验操作和数据的测量,更关注实验操作过程中出现的问题,思考中学生容易出现的错误和注意事项,同时加深学生对基本概念的理解.集体备课集体备课是指教师按照教学计划有组织、有准备、有目的地对某一实习内容进行讨论、形成共识,并生成一个统一的集体教案的教学活动[3],本研究将其设定为高师物理实验教学模式的一个环节,指参加实验的学生集体备课.学生进行集体备课时,每个学生都带着自己准备好的教学设计和有疑惑的问题,以说课的形式介绍自己的教学设计方案———包括实验教学目标、重难点、教学方法以及具体的教学安排等———然后让全体学生在教师的引导下对其教学设计方案进行积极的讨论,对教学设计思路提出问题和改进的意见,最后由教师进行总结,归纳修改意见,达成共识.
2.3教学训练阶段
教学训练阶段在物理实验室中进行.师范生完成实验操作和集体备课后,重新修正教学方案,在下一个课时进行试讲.学生可以充分利用实验室的器材资源.鼓励师范生扮演爱提问题的中学生,以考验试讲者的应变能力.试讲结束后进行互评,指出学生在试讲过程中出现的不足和改进方法,最后,由教师对这些讨论作出点评和总结.
2.4教学反思阶段
在完成教学训练之后,让学生在课后对教学进行反思,反思教学实践的实施情况和教学方案的设计情况,最终形成教学反思报告.教学反思的内容包括:实验器材准备阶段是否顺利,有什么经验总结;是否达到教学目标及程度;实验操作与示范是否熟练,规范、正确;对学生实验的组织与管理是否井然有序;学生的积极性和参与程度如何,如何改进;学生实验成功率如何,如何提高;学生常见实验故障和实验失败或误差大的原因,如何解决;学生在实验操作中存在什么样的问题,等等.
3新型教学模式的特点
3.1将集体备课融入到教学中
将集体备课作为在职教师专业发展最有效的方法之一,引入学生培养中.集体备课通过学生和教师间相互交流,碰撞出智慧的火花,有利于完善教案,使教学设计更加符合实际需求.将集体备课放在实验操作中,能够及时将实验操作中出现的问题拿出来集体探讨,有助于将实验操作与教学训练融合在一起,加深学生对实验操作规范的理解,针对经常出现的问题有直观的认识.
3.2以职前教师的角度看待学生
将学生当成职前教师来对待而不是单纯的学生.例如实验训练时,探究的主题要与中学课程有所区别,将主题引向一位教师应该研究的问题;集体备课让学生扮演教师角色,充分尊重学生的新想法、新思路,鼓励各抒已见.教学反思是体现学生主体意识的一种方式,让学生为自己的表现负责,保持自省的意识和作为未来教师的责任感和使命感.
3.3培养学生组织探究式教学的能力
探究式教学是中学物理新课程改革的基本教学策略,适用于实验教学,让学生掌握这一教学方法更是高师物理实验教学法课程的目标之一.将实验训练设计成探究性实验,设置探究主题,以任务驱动的方式让学生体验探究性学习的过程,从而了解探究性学习的基本流程,不仅有益于培养学生的探究意识,加深其对物理基本概念的理解,更有益于学生对探究式教学有更加深刻的认识,明白在教学中必须对探究什么、如何进行探究等问题进行交代.从而形成良好的探究式教学的组织能力和开放的教学理念.
物理师范生都会进行教学,和学生接触多,交流多,是学生学习的榜样,是学生发展自己的标杆。因此,教师的思想品德必须高尚。教师承担着创传授知识和学习方式的重任,对学生的学习和发展有着重要的指导作用,教师的思维方式和对世界的看法会在不同程度上影响学生。总的说来,教师职业对思想品德的要求远远高于其他职业。对教师的思想品德提出了明确的要求,比如:乐于指教、为人师表、无私奉献、追求真理等。物理师范生还需要有过硬的心理素质,健康的心理素质对于教师本人来讲可以使其获得更多的成功,取得物理实验成果。教师具备健康的心理素质可以更好的完成教学任务,在教学过程中取得更加良好的效果。物理师范生需要做到在任何意外发生的时候,都可以控制个人情绪,有一个良好的心理状态,积极客观的生活。物理师范生还要不断的进行自我反思,懂得如何在短时间内纠正自己的错误,提供自己的教学能力。
(二)现代教育理念和先进科学知识
现代的教育方式已经转变为主动、自由、平等的教学方式,学生是学习的中心。学生在学习过程中按照个人的需求和追求进行学习。但是,这种自由离不开教师的指导和辅助。教师应从“知识”、“方法”、“思想”三个方面开展教学。教师有责任和义务为学生进行知识层面的讲解,通过利用现代的新技术,对知识本质进行详细叙述;进行教学的过程中,需要采用多种方法,这些方法可以是小组讨论,也可以是合作研究也可以是个人创新等等,在这个阶段中,教师和学生平等,教师要对学生的疑惑进行解答;教师还应培养学生的个人思维力,在学习过程中,给学生留足时间进行思考,对问题的探索可以出现错误,可以存在差异,只有这样才可以激发出学生的创造能力;每个学生的思维和能力是不同的,学生个人可以根据自身的特点和兴趣进行个性化发展,教师需要配合学生的特色,努力扩大外延,丰富课堂的教学内容。物理实验的具体研究过程中是复杂的,学生需要将实验和生活实际联系到一起,从试验中找到乐趣,建立起自己学习模式,形成个人学习方法,将整个物理教学联系在一起,完成物理教学任务。
(三)教育能力和教学科研能力
物理师范生是知识的传播者,因此,物理师范生必须具备一定的传授知识的能力和良好的知识基础。教学不单单是进行知识的传授,在教学过程中,语言表达的方式、教材使用方式以及教学组织能力和实验操作能力都会影响到最终的教学效果。教师应该结合学生的特点,从自身优势出发,将教学过程变得丰富有趣。教师作为一个长者还需要不断进行学习,知识是无穷尽的,尤其是在现代社会中。教师需要不断的提高自身知识储备,追求更高的教学境界,从教学的各个方面进行总结反思,发现其中的教学规律,破解其中的困难,减少学生学习过程中的阻力。
二、物理实验的改革对物理师范生的作用
物理实验改革使得物理实验不再死板枯燥,不必遵循一板一眼的实验步骤,学生可以按照多种简易方式进行操作。这样的改变使得学生更加喜欢物理实验教学,从物理实验中可以收获更多的知识和操作技能。
(一)提高物理师范生心理素质
物理师范生在过去科学家的研究基础上进行试验的创新和改造对其自身素质有着重要的作用。首先,物理实验进行改革需要改变实验过程中使用的工具、器材甚至是进行试验的方案。这些改动都可以促使学生进行积极地思考。修改完成后,学生可以在修改后的装置中得到正确的结论,就会获得成功的喜悦,体会到自身的重要性,对学习和教育事业产生兴趣,对事业的发展充满信心。物理实验的改进是一个枯燥并且难以成功的过程,每一个实验都是经过多少科学家实验过的,进行二次突破肯定难度重重,这就需要设计小组进行共同创作,不断修改设计方案,从多次失败中寻找突破口,冷静的思考,努力进取,形成健康的学习心态,积极面对挫折,热爱生活。
(二)增加物理师范生的教育科学知识
物理实验是以物理科学知识为基础的。进行物理实验的改革需要对物理实验的原理和结构以及实验器材进行改动,这些改动离不开物理科学原理,离不开前人的经验积累,为了更好的完成这些工作,必须进行物理知识的学习。因此,物理师范生应在进行物理实验改进的时候,进行物理知识的再次深造,以便形成良好的知识系统。
(三)提高物理师范生的科研素质
物理实验的改进和设计是对个人思维力和创新力的考验,对学生的动手动脑有着比较高的要求。物理师范生需要提高自身的科研素质,提高动手能力。物理师范生需要亲自进行试验现象的观察、试验改进方案的设计以及试验效果的比对,对这个创新过程有一个深入的了解。物理研究过程辛苦,工作量大、需要收集材料比较多,需要物理师范生可以耐心研究,将实际和理论进行对接,从中找到规律,发现科学奥秘。
2多媒体技术在大学物理实验中的应用
物理实验的计算机应用其一就是利用多媒体技术进行物理实验的教学。随着科学技术的高速发展,传统物理实验的教学已经无法适应现代社会的发展,势必要求改变物理实验的教学方法,而计算机尤其是多媒体技术的应用满足了现在物理实验的要求。
2.1利用多媒体技术进行教学
大学物理学承担着培养新型人才的重任。物理实验涉及面比较广,但是实验课时间有限,所以传统的物理实验往往无法让学生充分的学习和操作,老师的讲解也是“填鸭式”,完全按照课本的操作步骤让学习进修操作,得到的数据往往也是根据课本上的公式得出的。而对媒体技术的引入,能够让教师获得最先进、最前沿的物理实验知识,让学生的视野开阔,动手意愿更强,培养学生的创新意识和创新思维。能够丰富实验教材,方便学生进行学习,客服传统物理实验教学的弊端。利用多媒体技术制作物理实验教学的课件,能够大大提高教学效果。物理实验的操作过程往往不具体,有些抽象描述如果利用传统的教学模式无法直观的表达给学生,而多媒体技术能够利用计算机的模拟技术,将一些抽象的描述具体化为图像、表格等,让学生能够直观了解物理实验的信息。比如大学物理实验当中的“霍尔效应”中平衡态的建立过程,就需要利用多媒体技术,将实验中本来瞬间完成的动作放慢,让学生仔细的进行观察和理解。多媒体技术能够使用计算机技术当中的PowerPoint,Flash等制作物理实验课件,先让学生近距离、科学的接触物理实验,能够掌握模拟实验的基本步骤,这样在进行具体的物理实验过程当中就会得心应手,更好的巩固已经学习的理论知识。教师还可以利用网络将已经制作好的课件上传到网上,方便学生自行学习。
2.2利用多媒体技术进行教学管理
物理实验过程中,由于实验室的设备有限,所以一般上物理实验课都需要老师进行学生的登记,进行学生成绩的考察和记录。这些工作通常比较繁琐,浪费时间和精力。而多媒体技术的应用能够方便老师利用计算机技术进行学生登记。学生还可以利用计算机技术在网上提前进行选课。多媒体技术在教学管理上的应用应该侧重对管理系统软件的开发,按照物理实验的特殊教学管理模式开发相适应的系统软件。
3计算机仿真实验在物理实验中的应用
随着仿真技术的快速发展,计算机仿真实验也随之出现了。所谓的计算机仿真实验就是虚拟实验环境,能够节约实验室资源的利用和消耗,是利用现代科技的典型。
3.1计算机仿真技术在物理实验中的作用
目前计算机仿真技术应用于物理实验当中,大多数高校学生都称仿真物理实验仪器具有较高的仿真度、图像和文字一起能够增强学习的乐趣。其中,调节仿真仪器可以模拟真实的操作仪器,从而减少对真实仪器的损害,而且学生出现错误时候,能够智能的提供帮助。再次,仿真实验系统是利用计算机技术进行的,所以能够在网络上进行传播,实现资源的共享。
3.2仿真实验在物理实验中应用的现状
3.2.1仿真实验在我国的产生和优势
我国对物理实验中的仿真实验起步比西方发达国家晚,但是后来者居上,我国也开发了一些非常好的仿真软件,主要集中于一些技术较先进的单位,比如中国科技大学物理实验中的仿真实验,为物理实验的教学模式提供了新的借鉴,该仿真实验主要是充分发挥了计算机的功效,将教学内容和学习者的操作融为一体,方便了一些没有接触过实验的学生进行仿真模拟,对操作仪器和操作过程有了更加直观的认识。仿真实验在大学物理实验中有很多优势,第一,仿真仪器可以进行拆卸,从而更好地对仪器进行观察,让学生和老师对仪器有更进一步的了解和认识。第二,可以随意产生实验中待定的物理量,从而适应不同的学习阶段要求,满足不同学生的学习需求。第三,能够模拟实验的误差,从而对实验的质量进行综合的评价。第四,将学生所做的物理实验得出的数据进行存储,方便学生进行查阅,方便分析资料。
3.2.2仿真实验的具体案例
某大学的物理实验面临着资源不充足和设备不先进的局限,为了满足更多学生的需求,为了方便教师对物理实验的学生报告进行更准确的核实,该校利用计算机仿真技术开发了新的物理实验网络教学管理系统,这个系统的基础就是利用互联网而产生的。整个系统的设置采用了教学大纲的实验模式,包括实验仪器、实验原理等很多模块,主要分为基本模块和附加模块。
2改进演示实验
演示实验的目的在于使学生对物理现象有清晰的了解,启发思维活动,以便更好地培养学生学习物理的兴趣。
2.1改进演示实验,提高演示实验的可见度、收看率、成功率
只有清楚明显,可见度高的物理现象,才容易触动学生视觉,激发学习兴趣,启发思维活动,同时加强演示前的精心准备,使演示实验既然做了就必须成功,这样也有利于提高收视率,有利于提高课堂效果。磁现象演示实验“同名磁极相排斥,异名磁极相吸引”,课本中实验简单但效果不明显,学生也不易观察,成功率不高。我们可以把它改为将两磁铁分别固定在两小车上,小车置于光滑的水平面上静止,且两车保持一定的距离,撤去外力后,可以看到两车的运动方向,改变磁极重新演示。这样显然提高了实验的可见度、收看率、成功率。
2.2将一些演示实验改进为学生分组实验
这样做能为学生创造多动手实验的机会,还可以提高实验的可见度,活跃课堂气氛。例如在进行“电流磁场”这一课题教学时,把教材中演示奥斯特实验安排给学生分组做,实验器材简单:一节干电池,一根导线,一个小磁针,实验时用导线将电池的正负极联通(要立即断路),而将小磁针置于导线某一段的附近,可看到小磁针偏转,在导线周围的不同位置或改变电流方向时,小磁针的偏转方向也随着改变,这个实验现象明显,学生易于接受。比起由教师演示效果要好的多,通过学生自己动手做实验,对电流周围存在着磁场以及磁场方向和电流方向有关的知识也确信无疑了。
3将验证性实验改为探索性实验
探索性实验有两大特点:一是以探究物理规律并培养实验能力为目标;二是可以充分体现课堂教学以“学生为主体、教师为主导”的原则。对好动脑的学生来说更能引起他们的求知欲,同时可以培养学生观察、探索、研究、独立获取知识的本领。例如在做决定导体电阻大小因素的实验时,可以让学生去探索导体的电阻在温度不变或变化不大时,导体的电阻可能会和哪些因素(比如长度、横截面积、材料等)有关,有什么样的关系呢?学生可以探索去保持其中两个量而改变另外一个量,在探索中最后得出结论,同时也增加了他们的成就感。
二、创设问题情境,培养学生问题意识
接触、综合分析和实际参与是学习的三大要素,其中“接触”是良好学习的基础,所以教师要注重引导学生去发现问题,建立生活与物理的联系。由于“问题”是进行物理实验的起点,所以在实验课中如何培养学生的问题意识也是高中物理教师需要思考的问题。在物理实验教学的实践中,教师可以根据学生的实际认知水平来设置一种启发式的、开放性的问题情境,让学生发现所学的知识已经不够用了,需要学习更多的知识来解决,从而有效调动起学生主动学习的积极性。例如,在“验证力的平行四边形定则”的实验中,由于学生在初中阶段就已经学习了两个力在同一直线上的合成,那么我们就可以直接从二力在同一直线上的合成入手,再引入互成任一角度力的合成,明确学习目标。为了使我们的计算更方便,这里选择特殊情况进行实验。首先用一个弹簧测力计提起一个物体(500g),静止时,让学生记下此时刻度尺的读数F1=5.0N;接着用两个测力计同时向上提起这个物体,再让学生读出这两个测力计的读数F2=2.5N、F3=2.5N,并比较F2、F3与F1的关系,可以得到F2+F3=F1;然后再将两个测力计呈90度夹角向外拉出,调整到适当的位置之后再让学生读出此时两个刻度尺的读数:F4=3N、F5=4N。但我们通过计算发现F4+F5≠F1、∣F4—F5∣≠F1,这时候教师就可以提出问题了:“为什么二力的合成不再符合代数计算的规律了?”“如果角度任意,情况会不一样吗?”然后物理教师再引用学生在数学课中已经学过的勾股定理知识来对学生做一定的启发,使学生在原有知识基础上去思考探究,从二力同一直线到互成角度,从特殊角度到任意角度,实现从特殊到一般性的过渡,最后通过实验找出力的平行四边形规律。又或者教授“功与速度变化的关系”这一实验时,教师可以用“用怎样的方法可以弥补小车在动的过程中受到阻力所减少的速度?“”仔细观察打点的纸带,点距呈现怎样的一种变化趋势?”“各点之间的距离是不是均匀的?”“该选择哪些点距来计算速度呢?“”为什么会产生这种情况?“”如果能够平衡摩擦力,小车移动的方式会不会发生改变?”像这样通过阶梯式问题情景的设置,给学生质疑和思考的机会,引导学生通过实验一步步地去验证自己的猜想,能够切实提高他们的分析能力和解决问题的能力。而也只有使学生对某一物理现象产生强烈的好奇心和求知欲,才会主动去探究其背后的秘密。因此,教师要牢牢抓住学生的这一心理特点,积极创设问题情景,激发学生的问题意识,提高教学质量。
三、引导探究,培养学生的探究能力
在高中物理实验教学的操作中,有很大一部分教师懒于设计,完全就是对照教材来进行实验复制,缺乏特色和创造性,限制了学生自主探究能力的发挥。但对于物理学习来说,探究意识和探究精神是一个至关重要的必备素质。因此,教师设计物理实验时应遵循新课程“实验教学的出发点只能是学生的实际情况”的要求,对教材上的实验过程做合理的改动,灵活地对学生的实验操作进行指导,让学生能积极主动地参与到实验中来,这样才能有效提高实验教学的质量。学生通过自身的实际体验获得了新知,尝到实验所带来的成就感。这对他们来说无疑是一种鼓励,以这种方式来开展实验教学不仅能激发学生的学习兴趣,调动起他们的竞争意识和做实验的积极性,还有助于培养学生的创新精神和实践能力。又或者“,用双缝干涉测光的波长”这个实验,教师可以采用“演示法”来进行教学。任课教师先将实验的具体操作步骤给学生演示一遍,并做好特别需要注意的事项的示范,然后让学生以小组为单位进行实验操作。这样学生一边回忆教师的演示,一边合作讨论完成实验操作,就相当于是做了两次实验,无形中提高了教学效率。接着教师还可以针对测定波长的误差问题向各小组寻求解决方案,这样既能发掘学生的自主探究能力,还有利于合作意识的提高。当前实验教学改革的主要方向就是通过实验探究来提高学生的科学素养,培养学生的创新精神和自主探究的习惯。所以在实验教学中,高中物理教师可以适当放宽在实验课中对学生的限制,增强实验的延伸性和探究性,只在实验前帮助学生分析实验的原理,然后由学生自己设计出实验步骤和方法,并动手操作实施,使学生从枯燥的物理理论学习中解脱出来,体验到物理学习的快乐,进而产生更多的探究热情。
四、发展思维,培养学生的分析能力
一般情况下,对实验数据的归纳和处理都是两个物理量间的关系是否相等(探究恒力做功与动能改变的关系)或者两个物理量之间是不是正比关系(弹簧的伸长量和弹力的关系)。但是在“探究加速度与力、质量之间的关系”的实验过程中,我们通过对数据的观察与分析发现当力相同时,质量越大,加速度却越小。这时候教师就要不失时机地引导学生进行思考:在寻找物理量之间的关系时,除了直接观察实验数据外,还经常采用什么方法呢?在学生经过了一番思考过后,教师便可给他们引进“图像法”来解决问题。在物理中利用图像来处理物理量之间的关系是非常常用的方法,因为物理量之间的关系用图形表示出来会更加直观,也能够有效减小实验误差,确定并排除实验中的一些错误数据。一说到用图像来分析物理关系,学生们首先想到的就是a-m图像,但实际在图像中直线比曲线更容易反映出物理量之间的规律,判断二者关系也会更加轻松,所以由此学生就会想到能不能将曲线转化为直线的问题,而教师在进一步启发———“数学上是如何将双曲线转化成直线的?”多数学生就能够想到可以在直角坐标系中建立a-1/m的图像,通过图像发现a-1/m形成一条过原点的直线,直观体现了a与1/m成正比的关系,从而也就更确切地判断出a与m之间的关系。教师的循循善诱,引导学生对物理问题进行拆解分析,不仅加深了对物理知识的理解,同时也让学生广开思路,为学生主观能动性的发挥提供了空间,对有效提高学生的实验分析能力,拓宽学生的思路,从多角度进行研究活动也大有裨益。
五、重视数据处理,培养学生的科学精神
1.尊重实验数据。
在实际的实验过程中,学生的实验数据往往和预期结果相差很大,这时一些学生懒得寻找出错原因,就抄一抄旁边同学的数据或是自己随意写一个跟预期值差不多的数据,这是对实验极度不负责的表现。这就需要教师及时制止,和学生一起对较大误差进行详细分析,看问题具体出在哪,在确认了测量方法和仪器操作都无误后,若实验数据仍不理想,就可以组织学生成立问题研究小组共同探讨问题产生的原因。但无论如何,改动实验数据的行为都是必须禁止的,要培养其尊重实验数据的习惯,树立尊重科学的意识,养成一丝不苟的科学精神。
2.选择合适的数据处理方法。
以处理实验数据的工具为例,很多教师不是采用了最先进的科技方法———计算机,就是采用最原始的方法———手工计算,走了两个极端,却忽视新课程标准提出的“中学生必须掌握计算器的使用方法”的要求。科学计算器体积小、重量轻,且操作简便、功能强大、价格也适合学生一族,所以在此建议让学生使用计算器来进行物理数据的演算,在减轻学生的计算量的同时也减小实验数据的误差值。
其中水平方向的恒力F作用在B上,而A、B、C三个小木块都以同样的速度v在水平面上做匀速运动.在此过程中下列描述正确的是().A.C作用于B的静摩擦力是2F/3B.C作用于B的静摩擦力是FC.地面对C的滑动摩擦力是F/3D.地面对C的滑动摩擦力是2F对此问题的解决需要学生认真的审题,找准研究对象.
从题干中分析得出,A、B、C在水平面上做的是匀速运动,它们的受力情况可以清晰地分析出来,合力和加速度都是零.在考虑C作用于B的静摩擦力时,将A与B视为一个整体,分析受力的情况,再根据力学中的平衡条件来判定,C作用于B的静摩擦力是:FCB=F,所以B选项的描述是正确的.同样,按照既定的思维来分析地面对C的滑动摩擦力,可以把A、B、C视为一个物理整体作为整个研究对象,然后再根据平衡条件,分析得出FC=F.
二、激发学生的好奇心,学会实验的转化
物理实验开展起来是比较困难的,对于很多疑难的问题直接开展物理实验是不可能的,也找不到解决问题的头绪,要想轻松地开展物理实验,需要教师巧设问题情境,激发学生的好奇心,并且认真地研究教材和教学内容,钻研教学方法,总结教学规律,把抽象的问题转化为具有的数量关系和教学情境,创设针对性的物理实验方案.对于枯燥的物理课堂,面对死板的教学内容,学生看到之后第一感觉应该是没有兴趣,索然无味,对于学习内容也不易掌握和理解.
实验1:在废弃的空饮料瓶侧壁不同高度的地方用钉子钻出上、中、下3个小孔,先用手指堵住小孔,往里面倒满水,然后松开手指,可以观察到水从3个小孔中分别流了出来,其中最下面的小孔流出的水喷得最急、最远,上面小孔流出的水喷得最慢、最近。实验证明,液体的压强随深度的增加而增大。
2.探究液体压强规律。
实验2:把废弃的空饮料瓶(较柔软的)盖子打开,正立着逐步伸入水中,观察到空饮料瓶向内凹陷,饮料瓶发生了形变,伸入水中越深,饮料瓶凹陷越大。实验证明,液体内部在各个方向上都有压强,压强随深度的增加而增大。实验3:把废弃的空饮料瓶侧壁同一深度不同的方向刺好几个小孔,把空瓶插入水中,发现外面的水从各个不同方向的小孔向瓶入。实验证明,液体内部向各个方向都存在压强。把废弃的空饮料瓶侧壁不同深度同一方向扎好几个小孔,发现外面的水从各个小孔向瓶入,上孔射入又近又慢,下孔射入又远又急。实验证明,液体内部存在压强,液体的压强随深度的增加而增大。实验4:在废弃的空饮料瓶不同侧壁上的同一高度扎好几个小孔,先用手指堵住小孔,最后给瓶里充满水,再松开手指,瓶中的水会向外喷向不同的方向,但喷射的距离是相同的。实验证明,同种液体在液体内部的同一深度处液体内部向各个方向的压强是相等的。实验5:用橡皮泥将饮料瓶侧壁扎有的几个小孔堵住,将空饮料瓶装满红色的浓盐水(目的是使效果明显),再把装满红色浓盐水的塑料瓶插入盛水的水槽中,使瓶内外的液面相平,再把橡皮泥同时拔出。结果显示,饮料瓶里红色的浓盐水从各个小孔向瓶外射向水槽中的水里。实验证明,液体内部的压强和液体的密度有关系。
3.探究液体压强特点。
实验6:将一饮料瓶去底,在底部包上橡皮膜并用橡皮筋系紧,向内部灌水,可以看到橡皮膜向外凸起,说明液体对容器底部有压强;不装水,将橡皮膜的一端压入水中,橡皮膜向内凹陷,实验证明,液体内部存在压强,当向饮料瓶内加水到与外面水位等高时,橡皮膜又会变平,这说明液体内部同一深度处的压强相等。
4.演示帕斯卡定律。
实验7:在废弃的空饮料瓶侧壁不同地方用钉子扎4个小孔,打开瓶盖,用手按入水中使其充满水,再拧紧瓶盖,用手挤压饮料瓶,会观察到从4个孔中射出来的水的射程是相等的。实验证明,加在密闭液体上的压强能够按照原来的大小使液体向各个方向进行传递。
二、设计与液体压强有关的实验,进行小制作、小发明实验
8:自动浇花。将盛满水的饮料瓶连接一个打点滴的带开关的细管,悬挂在花盆上面,通过开关控制滴水的大小,在重力及液体压强的作用下,水滴长流,保证主人不在家的几天里水能自动浇花。通过这个小实验能解决生活中的一些小问题,启发学生进行小制作、小发明。实验9:水帘实验。在废弃的空饮料瓶中装满水,并在侧壁扎上几个小洞,打开瓶盖,可观察到有水射出,这说明液体内部在各个方向上都有压强。当饮料瓶盛满水拧紧瓶盖后,在侧壁不同的方向扎几个小洞(直径小于2mm),水并不流出来。当用手拧松瓶盖时,水就从所扎的小孔向外射出来,形成美丽的水帘。
现实情境中的物理问题往往多种因素共同作用,如果能使用控制变量法简化为研究对象与单一因素分别研究,就能简化问题,降低难度。下面以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈控制变量法在“设计实验与制定计划”环节中的具体应用。猜想1:液体内部的压强,可能与液体的深度有关;猜想2:液体内部的压强,可能与液体的密度有关;猜想3:液体内部的压强,可能与方向有关.由于已经猜想液体内部压强与三个因素有关,故而在实验设计时就必须使用控制变量法。第一个阶段由教师直接告知部分实验设计方案,进行隐性教育:在研究与液体深度的关系时,应该保证液体密度、方向相同,比如都在水(同种液体)中且朝同一方向,并多次改变所处深度进行实验,再观察实验现象。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流,进行显性教育。得出在研究液体内部压强与液体密度关系时,则应该使得每次所处深度及方向相同,并多次选择密度不同的液体进行实验,再观察实验现象。第三个阶段:把研究液体内部的压强与方向的关系完全交给学生,让学生主动进入方法应用阶段。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生总结出多因素的问题需要用到控制变量法,要研究的因素必须多次改变,暂时不研究的因素要保持不变,然后观察研究对象。
控制变量的研究方法渗透进去了,但“液体内部压强与哪些因素有关”的实验设计并没有完成。在研究与液体深度的关系时,可以直接观察同种液体、同一方向的不同深度时,并不能直接观察到压强这个量,就更无法判断压强的大小是否有发生变化。所以,还需要重点渗透转换法。转换法主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。仍然以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈转换法如何在“设计实验与制定计划”环节中进行渗透。第一个阶段可由教师直接告知“研究发声体是否在振动”时的实验设计方案,进行隐性教育:将纸屑置于鼓面,观察纸屑是否发生跳动。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流,进行显性教育。探究固体压强的大小与什么因素有关,固体压强大小是否可以直接观测,不能直接观测时是如何解决这个问题的。第三个阶段:把液体压强大小如何观测这个问题直接交给学生。让学生自行得出液体压强无法直接观察,而液体压强的作用效果却是可以直接观察的。引导学生得出液体压强有使得物体发生形变的作用效果,进而引导学生选择体积易于形变的物体放入液体中,如空心气球。并进一步得出气球浸没后,若液体压强变大,则气球体积会变小,容器内的液面高度也会随之降低。即液面降低则液体压强增大,液面升高则液体压强减小,液面不变则液体压强不变。当实验的设计完成后可以提供相应的器材让学生自行完成实验。也可以给出液体压强计让学生通过迁移的方法来说出液体压强计的原理和使用方法,让学生学会使用液体压强计,并用该仪器设计一个较好的实验方案。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生得出,在实验中遇到不可见、不易见的物理现象时可以转换成可见、易见的现象;遇到陌生、复杂的问题时可以转换成熟悉、简单的问题;遇到难以测量或测准的物理量时可以转换成能够测量或测准的物理量。控制变量法和转换法在探究实验的“设计实验与制定计划”要素中有很高的复现率,如果按所述四个阶段反复应用、渗透会有利于形成稳定的心理特征,从而提高学生使用这两种方法的能力。
2“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透
进行实验与收集证据要素在整个科学探究中非常重要。设计的实验与制定的计划必须通过这一要素来实施。关于“进行实验与收集证据”要素,标准中指出:“能通过观察、实验和公共信息资源收集证据”、“会阅读简单仪器的说明书,能按要求进行操作”。可见这个科学探究要素中能检验学生对理论知识和基本技能的掌握与运用,能培养学生的观察能力和信息收集能力。部分教师错误地认为该要素只需要按设计好的方案按部就班即可,不再需要研究方法的渗透。而笔者认为,该要素中不仅需要渗透相关研究方法,而且要求学生对研究方法的理解很深刻。下面笔者通过两个实例来说明。
在“探究液体蒸发快慢与液体表面空气流动速度”时,使得液体表面积、液体温度及液体质量相同,并用电吹风对着左边玻璃板吹风,然后记录两边液体各自蒸发完的时间。可以发现在“设计实验与制定计划”要素中学生很好地应用了控制变量法和转换法。但是在进行实验时,学生对着左边玻璃板吹风,就会出现如图1所示的现象。在这个过程中,可以观察到左边玻璃板上的水滴表面积明显增大。
在“探究弦乐器的音调与松紧的关系”时,选用了三根长度、粗细相同的尼龙线,并使得尼龙线的松紧分别不同。在进行实验时,学生一旦改变尼龙线的松紧,尼龙线的粗细就会随之发生变化。于是该组实验将有弦的粗细、弦的松紧两个因素不同。所以该实验有必要更换成不易被拉伸的钢丝来完成实验。该实验同样要求在进行实验时学生要有控制变量的意识。由以上两个例子可以知道,在进行实验与收集证据环节不仅仅是对知识与技能有要求,同时对研究方法也有高要求。这就说明在“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透。
3“分析与论证”要素中如何进行研究方法的渗透
关于“分析与论证”要素,在《标准》中明确提出:“经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程”、“能对收集的信息进行简单归类及比较”、“能进行简单的因果推理”。可见在“分析与论证”要素中最重要的就是:会使用归纳推理这种研究方法。对初中生进行归纳推理能力的培养,还可以使得学生理解其他研究方法运用的一般规律。因此,归纳推理方法也可看作是许多研究方法的应用基础。中学阶段很多物理概念也是通过物理现象和实验归纳推理得到的,所以说归纳推理能力运用不仅存在于科学探究过程中,它还贯穿于整个初中物理学习过程。
归纳推理(inductiveinference),从个别性或特殊性知识的前提推出一般性知识结论的推理。物理归纳推理:由个别性的物理判断推断出一般性的物理判断。归纳推理又分为完全归纳推理和不完全归纳推理。完全归纳推理的特点是:在前提中考察了一类事物的全部对象,结论没有超出前提所断定的知识范围。因此,其前提和结论之间的联系是必然的,运用完全归纳推理获得正确的结论,必须满足两条要求:(1)在前提中考察了一类事物的全部对象;(2)前提中对该类事物每一对象所作的断定都是真的。例如:通过实验得到固体中可以传播声音,液体中可以传播声音,气体中可以传播声音,实验结论:声音可以在介质中传播。在得完实验结论后,应该引导让学生体会完全归纳推理的逻辑形式:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S类的全部对象所以,所有S都是P。
完全归纳推理通常适用于数量不多的事物,当所要考察的事物数量极多,甚至是无限的时候,完全归纳推理就不适用了,而需要运用另一种归纳推理形式,即不完全归纳推理。这里以“探究液体内部压强与哪些因素有关”为例,就如何通过四个阶段来渗透“不完全归纳”进行示例。在收集到相关数据后,就可以进入“分析与论证”要素。第一个阶段由教师直接告知,进行隐性教育:选取①、②、③三组数据,可以看到液体种类和深度是保持不变的(运用了控制变量法),橡皮膜的方向有三种:朝上、朝下、某一个侧面,但是研究对象液体压强(表中观察的是压强计左右液面高度差,运用了转换法)并没有发生改变。得出实验结论:液体内部压强与方向无关。第二个阶段由教师和学生共同探讨、交流,进行显性教育。选取⑤、⑥、⑦三组数据,可以看到深度保持不变,在密度最大的盐水中液体压强最大,在密度较小的水中液体压强压强较小,在密度最小的酒精中液体压强最小。虽然只研究了三种液体,但是可以根据研究目的合理地扩大研究对象的范围,进一步推理出一般结论。即:在深度相同时,液体压强随液体密度的增大而增大。第三个阶段:把“探究液体压强与深度的关系”完全交给学生,让学生主动的进入方法应用阶段。第四个阶段:方法的内化,让学生一起体会不完全归纳推理的逻辑形式如下:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S类的部分对象,并且其中没有S不是P所以,所有S是(或不是)P。
在分析与论证要素中,要将归纳推理和其他研究方法结合在一起进行渗透,才能达到较好的教学效果。如正确表述实验结论一直是学生的弱项。先来看一个错误的实验结论表述:深度越大,压强计两边液面高度差就越大。该表述的第一个错误就是没有控制变量。修改后的表述应该是:当液体密度相同时,深度越大压强计两边液面高度差就越大。该表述的第二个错误就是没有很好地理解转换法且忘记了实验目的,再次修改后的表述应该是:当液体密度相同时,深度越大液体压强越大。
4“评估”要素中有必要进行研究方法的渗透
二、改演示实验为分组实验
为了在教学中能关注全体学生,老师改变演示实验的操作实施方法。将实验的形式分为小组合作的形式,即在教师的引导下,由教师的操作变为学生的操作,使学生在独立操作的过程中懂得如何获得物理知识。学生在物理实验的操作过程中和其他学生共同参与,锻炼了合作的意识和精神,这是教师在课堂上单独做演示实验所不能达到的效果。例如,在做凸透镜成像这一物理实验时,如果教师单独做演示实验,学生只是从视觉感官上去感知物理现象,不能真正理解物理现象的本质,如果将这种演示实验改成学生分组去做,学生就会真实地观察到物理现象,从而对于物理原理的理解会更加深刻。所以,对于一些学生容易操作的物理实验,教师完全可以让学生分组去操作,让学生在分组实验过程中,既能锻炼自己动手操作的能力,又加深了学生对物理知识的理解,学生之间又可以相互交流、相互讨论、共同探究、共同提高,增强实验教学的效果。
三、重视实验操作,让学生到实验室去做一做
从新课改理念来看,高考物理非常重视学生的动手操作能力,物理实验的分值比例越来越高,实验考试的目的就是将经过实验操作的学生和没有经过实验操作的学生区别开来,进而提高物理实验的重要性。同时,即使高中物理教材中的实验如果学生不去独立操作,也不能真正理解实验背后的物理原理。所以,对于在高中物理阶段所要求的实验目标和任务,学生必须要按照要求亲自去操作和锻炼,只有学生自己亲自操作物理实验,才能准确把握实验背后的物理原理,增强对物理知识的理解和掌握。
四、重视实验的归纳与总结
学生到了高中,学到的知识越来越多,难度也越来越大,所以,学生的思维也就越活跃,到了高三阶段,应该站在更高的角度,对以前的物理知识和物理实验做好总结,把所学到的知识系统起来,比如“电源电动势和内阻的测量”,这样实验可以利用多种方法进行测量。学生通过对实验的总结和归纳,会对旧知识有了更加系统的复习,加深了对知识的理解和掌握,提高了学习效率。
2创新物理实验体系的建设
为进一步突出专业特色并结合就业市场,以提高学生的实践能力和创新意识重新对原有实验体系整合优化,削减验证性实验,增加综合设计性实验,充分与教师的科研项目、研究方向紧密结合。第一类实验是基础验证性实验。这类实验多属于大纲要求范围。考核内容以某些原理定理的验证和基本实验技能或方法的练习为主。这类实验要求学生能够熟练掌握基本实验技能,并规范仪器的使用。第二类实验是应用综合性实验。这类实验涉及的知识不止局限于某一门课程,而是多个物理原理或概念的综合。对学生所使用的实验方法也没有过多的限定,只要能够达到实验目的即可。第三类实验是科学研究性实验。这类实验与科学前沿紧密结合。学生可以在导师的指导下完成大学生创新项目或直接参与教师的科研项目,充分发挥学生的主观能动性。
3创新物理实验体系的实施
创新物理实验体系的实施保障主要从政策制定、硬件改造、师资配备三方面开展。首先,在拔尖人才培养的总体目标指导下,对物理专业的教学计划和实验大纲重新修订,确定三类实验的具体实验内容。在内容选定上将创新能力的培养作为目标,充分体现实验教学和科学前沿的紧密结合。编写与创新物理实验体系相适应的指导教材、制作实验教学多媒体课件、购买或开发实验选课系统以保障体系的顺利实施。其次,充分利用吉林省高等教育专项资金对现有的实验室及仪器进行改造更新。一方面改造实验室的实验环境。针对某些实验对避光、防尘、防潮、排风有较高要求的,单独实施改造。另一方面对实验仪器进行更新。特别是大型仪器如X射线衍射、激光拉曼光谱等的购买要谨慎对待,购买之前要对国内外厂家的参数和价格进行详细对比调研,并进行论证投标。最后,在现有教师队伍的基础上,合理安排学时及课程安排,并对第三类实验实施导师制。教师针对自己的科研项目选定适合的实验题目为学生开设,并将毕业论文设计、大学生创新项目与实验紧密结合,达到科研与教学共同发展的良好局面。