物理演示實驗創新設計的具體做法

物理演示實驗創新設計的具體做法

物理演示實驗的創新設計

高中學生普遍反映物理難學。究其原因,主要是物理對抽象思維和形象思維要求都比較高,而傳統的教學方式又側重抽象的邏輯思維的培養。那麼如何將抽象的物理知識變得形象、直觀呢?大概我們首先想到的是實驗,尤其是演示實驗。但傳統的演示實驗主要由教師操作,不利於學生主體地位的體現,更談不上思維能力的培養。筆者在十幾年的教學實踐中深深地體會到:對演示實驗進行創新設計,不僅能激發學生學習物理的興趣,加深對重要概念和規律的理解,化解學習中的難點,而且能促使學生更好地領會實驗思想的精髓,對拓展其思路,培養其創新思維能力大有裨益,同時又是對新課改理念的貫徹和實施。具體做法有以下幾點:

1設計演示實驗應結合實際,使學生廣泛參與激發其學習物理的興趣

俗話說“,興趣是最好的老師”。新課教學中教師應儘可能設計聯絡實際的演示實驗,讓學生有親切感,並自覺地參與其中。這樣才能激起他們學習物理的濃厚興趣,促使其留心觀察生活,活學活用,養成勤于思考的好習慣。如在講“力的分解”一節時,教師可先提出以下問題:要提起桌上質量較大的砝碼,用一根線易斷還是兩根線易斷?學生肯定回答:一根線易斷。但演示的結果卻恰恰相反(因兩線夾角較大)。此結果一出,學生的學習興趣和積極性被調動起來,一定會認真聽課、主動去學。然後教師可結合實際讓學生思考:兩人合提一桶水,手臂間夾角大些省力還是小些省力?教室裡的日光燈管為什麼用兩根繩直著吊起,而不是斜著吊?在講三角形支架的受力分解問題時,可讓同桌的兩個同學為一組,一個同學單手叉腰,另一個同學用力向下拉其叉腰的手,然後交換來做。透過親身體驗,他們定能輕鬆作答。

其實能這樣設計的新課很多,僅以高中第一冊前三章為例就有:自由落體運動、牛頓第一定律、牛頓第三定律、超重和失重等。

2設計演示實驗,應著重加深學生對物理概念和規律的理解,化解學習難點

物理中的很多概念和規律比較抽象,學生不易理解。如果教師在教學過程中設計一些演示實驗,使學生由形象思維過渡到抽象思維,就會化解難點,收到“四兩撥千斤”的效果。如在講“電磁場”一節時,學生對“變化的磁場產生電場”還能理解(前邊電磁感應現象的一些演示實驗已證實),但對於“變化的電場產生磁場”,因無法看到直觀的演示現象,普遍反映難以理解。

為此在教學中我設計了以下實驗來演示。如圖1:接通感應圈的電源,適當調整斷續器,則放在電容器兩極板中間的磁針即發生偏轉。實驗結果一出,再結合課本的理論分析,學生自然心領神會。可進行類似演示實驗設計的實驗,還有“電功和電熱”、“電容器的電容”“、日光燈原理”等。

3設計演示實驗,應凸顯物理思想的內涵,注重提高學生的科學素養

如果說演示實驗只是讓學生觀察現象、分析結論,幫助其理解物理概念和規律,那只是對演示實驗作用的淺層次理解。對於每一個演示實驗,尤其是物理思想突出的實驗,不僅要注意其實際操作技巧、現象的觀察和結果的分析,還應當特別注意分析該實驗巧妙的設計思想。只有這樣,才能不斷提高學生的科學素養,培養他們的創新思維能力。突出物理思想的`代表性實驗有:突出比較思想的伽俐略落球實驗;突出控制變數法的牛頓第二定律演示實驗(庫侖定律推導、向心力公式推導等);突出放大思想的卡文迪許實驗;突出間接思想的布朗運動、電力線形狀等實驗;突出複製思想的楊氏雙縫干涉實驗。此外,還有光速測定實驗、泊松亮斑實驗、α粒子散射實驗、密立根油滴實驗等。如果想方設法將這些實驗予以演示,將是提高學生科學素養的極好素材。同時也要引導學生,使他們認識到任何創新都必須用科學理論作指導。

4設計演示實驗,應以促使學生進行探究性學習為目的,培養其創新思維能力

5設計演示實驗,應有意識地將驗證性實驗變為探究性實驗,提高學生的創新實踐能力

中學物理的演示實驗大部分為驗證性實驗,學生對這些實驗的結果心知肚明,往往觀察現象會變成看熱鬧,演示實驗根本起不到啟思、激疑的作用。而探究性實驗對培養學生的思維能力、創新能力、自行分析和解決實際問題的能力都有獨到之處。因此教學中應有意識地將一些驗證性實驗變為探究性實驗。

如“電磁感應現象”一節,將課本上的三個演示實驗改為探究性實驗可分為如下三步:①溫故納新,首先提出問題:怎樣才能使磁生電(即產生電磁感應現象)?用給出的器材連線電路。學生肯定會按初中學過的電路來連線。然後讓其總結規律。最後引導其思考:若導體不動,反過來讓磁體運動,會不會在電路中產生電流?②實驗探索:指導學生按自己設計的實驗去做。肯定有學生將前面實驗反過來做,部分預習過的學生可能會將螺線管代替直導線來做實驗。這時應引導學生分析實驗現象:若從磁通量發生變化的角度怎樣分析以上兩個實驗呢?待學生得出“兩種情況都是使穿過閉合迴路的磁通量發生變化,才在迴路中產生感應電流”的結論時,可進一步引導學生探索:若導體和磁體不發生相對運動,能否使穿過閉合迴路的磁通量發生變化?若能,自行設計實驗去探索。③歸納總結:引導學生由三個實驗的表面現象總結出產生感應電流的根本原因。

將驗證性實驗改為探究性實驗不僅使學生學習熱情高漲,而且讓他們親歷了科學家的探究過程,培養了他們在實踐中分析和解決問題的能力,對知識的理解也更深刻和牢固了。能如此進行教學設計的課還有很多,如牛頓第二定律、動量守恆定律、電阻定律、閉合電路歐姆定律、伏安法測電阻、光的色散、光的干涉和衍射等。

總之,對演示實驗進行創新設計,既要考慮學生的認知和情感需要,又不能脫離教學實際。成功的演示實驗能化枯燥為生動,化抽象為具體,化淺顯為深刻。只要我們掌握好演示實驗的設計技巧,不僅不會影響教學進度和效果,相反會促使教與學相得益彰,收到事半功倍的效果。