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試論物理演示實驗的教學改革

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試論物理演示實驗的教學改革
物理學是一門以觀察和實驗為基礎的科學。課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分,它不僅是建立物理概念和規律、理解和掌握物理知識不可缺少的環節,還能培養學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法。也是變應試教育為素質教育,提高人才科學素質的重要手段之一。那麼,如何改革物理演示實驗教學以適應社會主義市場經濟對人才的需要。本文就此談談自己的膚淺體會和作法,與同行們研討。 

一、為什麼要改革物理演示實驗教學 

物理實驗教學,從18世紀德國、法國建立了學校的演示實驗室,教師經常用昂貴的儀器演示生動的現象,從此便開始了世界上的物理實驗教學,成為物理教學中重要的教學手段和有效的教學形式。 

近年來大學聯考物理試卷對實驗的考查,不僅從學生實驗發展到演示實驗,而且已從簡單的背誦實驗知識轉向考查對實驗的思想、原理、方法的理解上,重在考查學生的實驗能力和綜合分析能力。例如,1993年是用干涉法檢查平面的實驗,1994年是簡諧振動圖象的演示實驗,1995年是光電效應演示實驗,1996年是運用靜電計研究平行行板電容器電容量的決定因素,1998年有關光電效應的演示實驗和LC振盪電路的演示實驗。但是實驗題的得分率都不高,反映了目前在中學物理教學中,實驗教學是一個薄弱的環節。許多物理教師都不同地只重視理論的講授和解題能力的培養,而忽視了對學生動手能力的培養。不少學校教學經費不足,儀器裝置陳舊簡陋,地方陝小擁擠,嚴重製約了實驗教學的正常開展,對於大綱規定的實驗,不僅開出率低,而且演示實驗的作用和地位還在低水平下徘徊,使學生實驗動手能力普遍較低。近幾年我國中學生實驗素質較差。又如1990~1995年期間,國家教委儀器研究所對一萬餘名學生進行實驗能力測試,結果是我國中國小生實驗動手能力幾乎都不及格。說明了我國中國小生實驗動手能力普遍較差。因此,為了培養學生的實驗技能、觀察能力、思維能力和科學的思維方法,提高他們發現問題、分析問題和解決問題的能力,進一步提高學生學習物理的興趣和愛好,調動他們的學習積極性,發揮非智力因素的能動作用,引導他們從小愛科學、學科學,激發他們樹立敢於攀登科學高峰的雄心壯志,縮小與世界先進國家實驗教學的差距,我們應進一步改善實驗條件,改革演示實驗教學,直觀形象地為學生提供感性認識。 

二、怎樣改革物理演示實驗教學 

1、重視演示實驗教學,加強能力培養。 

目前,學生普遍感到物理“難學”,其原因之一就是物理教學中缺乏實驗。而一些經濟發達的國家,他們非常重視物理實驗教學和研究問題的方法,如日本國中物理的課時數只有75課時,但安排的學生實驗卻有20個,演示實驗有130個,並且絕大多數都是研究性實驗,基本形成以實驗為中心的課堂體系。可見,他們的學生在實驗方面得到訓練和能力培養比我國的學生多得多,他們學生的實驗心理素質比我國中學生強。因此,在當前我國中學教育由應試教育向素質教育轉變過程中,我們對物理實驗教學,必須引起高度的重視,為了研究好這些課題,教師必須研究教材中哪些地方學生感到抽象、容易混淆、接受困難,並結合教學實際,研究解決的方法,努力開發一些直觀的演示,同時在教學中引進近代物理學的某些思想方法和現代科學的新成就,例如:用激發演示光的干涉和衍射,用發光二極體演示電磁感應中機械能與電能的相互轉化等。在實驗教學中,可在規定的實驗中,適當增加相關演示專案,使教學內容更加豐富,使學生的眼界更加開闊。例如“分子間作用力”的演示,可在兩隻乒乓球間夾上一段彈簧,球的外側套上橡皮筋,平衡時,引力等於斥力;增大球距時,引力大於斥力;縮小球距時,引力小於斥力。這樣不僅培養學生對物理的學習興趣,更多地拓寬學生視野豐富他們的想象,而且能有效地提高了學生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力。 

2、在演示實驗中增加學生的參與。 

演示實驗是教師利用課堂時間為學生演示,在操作的同時又引導學生對實驗進行觀察、思考和分析的一種物理實驗教學方式。傳統的課堂教學,演示實驗通常教師演示,學生看,但是很多實驗學生根本看不清,特別是後邊的學生。不同程度的限制和阻礙了學生智慧和潛能的發展,直接影響學生實驗心理素質的提高。因此,在演示實驗中,應積極引導學生觀察、猜想、分析、歸納總結,甚至在實驗操作上讓學生積極參與,讓學生充分了解實驗的內容,多次重複,加深印象,鞏固記憶。例如:在“楞次定律”一節的教學中,筆者變原來的課堂演示實驗為邊做邊講實驗,每兩位學生髮一套實驗器材(乾電池、電流表、原線圈、條形磁鐵、導線),實驗中讓學生首先觀察電流方向與電流表指標偏轉方向的關係,再觀察原線圈的電流方向與磁鐵運動方向的`關係,把直觀的材料作為培養學生知覺、觀察力的材料,引導學生仔細、準確地進行觀察,然後引導學生討論、研究、對比、總結出感生電流所引起的磁場方向與磁鐵運動方向的關係,最後訓練學生用科學的語言描述,並解釋所觀察到的現象,從而順理成章地寫出楞次定律。可見,演示實驗在教師指導下讓學生參與,不僅有顯示學生實驗技能的機會,又能得到科學方法的訓練及能力的培養,加深理解和掌握物理概念和規律,同時可領略物理學的思想,培養科學態度和科學方法。 

3、變驗證性實驗為探索性實驗。 

中學物理課堂演示實驗可分為驗證性實驗和探索性實驗,而大部分是驗證性實驗。驗證性實驗是對知識的正確與否加以驗證,鞏固和加深對基本規律和基本原理的認識。但是,對學生在學習物理的科學方法和科學態度方面不能得到鍛鍊,也不利於培養學生主動探索物理規律的能力,而探索性實驗對培養學生思維能力、創造能力、自學能力、觀察實驗能力及解決實際問題的能力有獨到的作用。正如愛因斯坦所說:“對真理的探索比佔有更加寶貴”。 

因此,在教學中可把一些驗證性的實驗變為探索性的實驗。在實驗教學中,要儘量再現實驗的設計過程,多讓學生想想:“為什麼要這樣做?”“換種方法行不行?”以此滲透物理思想,啟迪學生思路。例如在“牛頓第二定律”一節的教學中,筆者將這個驗證性實驗變為探索性實驗。其研究方法:①邊學邊做實驗:首先讓學生按照自己設計好的實驗方案做實驗,使學生從實驗中初步認識物體的加速度a與物體的質量m及它所受外力F有關。然後,筆者再演示課本上的實驗,規範操作,這樣,不僅使學生掌握科學的實驗方法,而且讓學生觀察實驗過程,注意發現研究物件引起變化的原因和條件以及在實驗中出現的現象,使學生對a和F、m的關係獲得感知。②探索知識:指導學生對問題進行具體研究,處理實驗資料、列表、畫出a-F、a-1/m的圖象。③歸納總結:師生共同分析、歸納、總結出牛頓第二定律。這樣,讓學生用實驗探索和理論探研兩種方法自我進行推證,在推證過程中學生就自然而然地對核定的研究物件、成立條件、使用範圍、注意事項搞得一清二楚。讓學生由學知識變為主動探索自然規律,對知識學得更紮實更牢固,同時使學生受到科學方法的薰陶。 

4、合理運用多媒體,優化演示實驗教學。 

利用常用儀器、教具進行演示是一種最基本的手段,而利用多媒體教學,是教學現代化的重要標誌,是教學改革的重要組成部分。因為多媒體教學是指在教學過程中運用系統科學的觀察和方法,組織多媒體資訊,形成合理的教學結構,以實現教學優化,使學生真正體會到物理學科的學習方法,提高學生觀察及分析問題的能力。如應用多媒體展示課堂實驗無法演示的巨集觀的、微觀的、極快的、極慢的物理過程,從而突破時間以及空間的束縛,進行逼真的模擬,靈活地放大或縮小物理場景,將物理過程生動形象地展現於學生眼前,使學生認識加強,理解透徹。例如,對於“LC電磁振盪電路”的振盪過程分析,筆者應用電子計算機的動畫功能,展現了隨著電容充放電的進行,LC迴路中的電場能和磁場能之間的週期性變化,振盪電路的大小和方向變化的全過程,安全逼真,激發學生學習興趣,使學生在學習過程中保持精力高度集中,思維高度活躍,求知慾高度旺盛的狀態。對於可見度小,不易觀察,且只能水平演示、觀察的內容,例如水波的干涉、衍射現象,用發波水槽藉助投影儀演示,既起放大作用,又使其有動感,使學生看到清晰的干涉條紋,對學生腦子裡形成正確概念有極大的幫助。但是還有部分同學對波的疊加原理難以理解,又缺乏想象力,為此筆者又用計算機模擬製作了一條直線上兩傳播方向相反的兩列波的疊加,可十分形象直觀地表現波的疊加,學生也容易理解,並取得了良好的效果。 

利用多媒體進行物理實驗教學,不但為教和學增添了資訊的傳輸和接收通道,而且為教學創設了良好的情境,師生們置身於“情”、“景”中,以“物”思“理”,又以“理”認“物”,這對物理的各種題型的實驗教學有著積極的意義,對提高物理課的素質教育教學有著廣泛的前景。 

總之物理課堂演示實驗要與學生的分組實驗有機地結合起來,努力培養學生的下面幾個方面的基本實驗要素:一是儀器使用的一般知識;二是測量誤差與資料處理的知識,其中特別是圖線處理資料中,區分已知規律與未知規律的不同方法;三是間接測量的基本知識,要從測量出發理解實驗裝置、原理、方法、條件保證、操作步驟以及資料的記錄與處理;四是驗證性實驗的驗證思想,特別是要懂得將理論結論與實驗結論比較的思想。同時加強學生對基本實驗方法的遷移和靈活運用能力的訓練,多角度、全方面地讓中學物理實驗教學提高到一個新的水平。
 

作者:不詳