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一、控制變量法
影響物理研究對象的因素往往是多方面、相互交錯、共同起作用的,所以要想把握研究對象的特性,掌握事物變化的原因和規(guī)律,必須人為的制造一些條件,便于問題的研究.控制變量法就是控制其他因素不變,只讓其中一個因素變化,來研究此因素的影響,是物理實驗教學(xué)中常用的探究問題的方法.學(xué)生在初中物理教材就接觸過,例如,導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)?導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系,電熱的大小與哪些因素有關(guān)等,都用到了控制變量法.物理中的許多實驗,往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個因素的影響.
物理學(xué)是一門以實驗為主的學(xué)科,控制變量法是一種常用的、有效的探索物理規(guī)律的科學(xué)方法,通過控制變量法,我們可以研究出某個物理量與多個因素之間的定性、定量關(guān)系,從而得出普遍的規(guī)律.
二、圖像法
物理學(xué)習(xí)離不開物理實驗,在物理實驗中應(yīng)用圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,不僅具有簡明、直觀的特點,而且還可以分析誤差的成因,減小誤差.
在探究速度隨時間的變化規(guī)律中,運用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗特點,通過做圖,分析圖像,尋找規(guī)律.
在研究電流與電壓、電阻關(guān)系的實驗,畫完圖像就很直觀反應(yīng)出正比反比的關(guān)系;重力與質(zhì)量的關(guān)系也用到圖像;還有水沸騰的圖像,很直觀地反映出水沸騰時溫度不變;晶體、非晶體熔化和凝固圖像都增添了直觀效果.
三、轉(zhuǎn)換法
轉(zhuǎn)換法就是在保證效果相同的前提下,將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題;將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象;將難以測量或難以測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或能夠測準(zhǔn)的物理量的方法.轉(zhuǎn)換法可以通過轉(zhuǎn)換研究對象、空間角度、思維角度、物理過程、物理狀態(tài)、時間角度等間接地解決問題.這對于學(xué)生的想象設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維品質(zhì)的培養(yǎng)是大有益處的.
如,測量摩擦力的大小,就是用彈簧測力計測出木塊做勻速直線運動時的拉力,因為是勻速直線運動,根據(jù)二力平衡的知識,拉力的大小等于摩擦力的大??;研究聲音的產(chǎn)生從紙片的跳動顯示桌面或鼓面的振動;研究響度與振幅的關(guān)系的實驗也用到了轉(zhuǎn)換法從乒乓球被彈起的高度反映音叉振動的幅度等.
四、等效替代法
“等效替代法”是指在效果相同的前提下,把抽象、復(fù)雜的物理過程或現(xiàn)象變換成理想、簡單的過程或現(xiàn)象來研究處理的方法. 當(dāng)測量器材無法直接測量某個物理量時,就要設(shè)法用可以直接測量的物理量來取代不能直接測量的物理量,但要注意的是直接測量的與不能直接測量的物理量之間要有內(nèi)在的聯(lián)系.如做平面鏡成像的實驗,用兩根等大的蠟燭,把沒有點燃的蠟燭放在玻璃板后面,與前面點燃的蠟燭的像重合,用這個沒點燃的蠟燭代替虛像,就可以把看不見的虛像位置確定下來,把抽象的問題直觀化.其實這種方法自古有之——“曹沖稱象”中曹沖就是運用了等效替代的方法,巧妙地測出了大象的質(zhì)量.測量不規(guī)則容器的容積時,只需要把該容器裝滿水,測量水的體積即為該容器的容積等.
等效替代是物理實驗成功重要的方法,物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、原理都是以替代思維為出發(fā)點的.
五、理想化法
影響物理現(xiàn)象的因素往往很多;實驗中應(yīng)采用忽略次要因素或假設(shè)理想條件的方法,以突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得合理的近似結(jié)果.
一、觀察――分析――總結(jié)法。觀察物理現(xiàn)象的實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生了解現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,觀察現(xiàn)象發(fā)生的過程,從而加深對現(xiàn)象的理解。
1.學(xué)生的觀察。在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生通過對物理現(xiàn)象的觀察,深入了解物理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展、變化的全過程。
2.師生的分析。在學(xué)生對物理現(xiàn)象進(jìn)行全面、系統(tǒng)、具體觀察的基礎(chǔ)上,在教師的引導(dǎo)下,對物理現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和條件進(jìn)行理論分析,找出物理現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,解釋現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。
3.師生的總結(jié)。在學(xué)生對物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察和分析的基礎(chǔ)上,教師和學(xué)生一起,對觀察實驗的方法與技巧、物理現(xiàn)象的本質(zhì)以及如何利用這個物理現(xiàn)象解釋有關(guān)物理問題進(jìn)行歸納和總結(jié),有利于提高學(xué)生觀察實驗的能力。
二、示范――練習(xí)――總結(jié)法。練習(xí)使用物理儀器的實驗?zāi)康氖且髮W(xué)生掌握物理儀器的使用方法或讀數(shù)方法。
1.教師的示范。在學(xué)生練習(xí)使用某種物理儀器之前,教師要對這種儀器的操作方法、讀數(shù)及使用時應(yīng)注意的問題等講清、講明、講透并做好示范。如在練習(xí)使用天平測物體質(zhì)量時,可采用實物投影儀,教師將天平的使用方法及讀數(shù)方法投影到大屏幕上,使全班學(xué)生都了解天平的使用方法及讀數(shù)方法。
2.學(xué)生的練習(xí)。在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生自己練習(xí)物理儀器的使用方法或讀數(shù)方法。只有通過學(xué)生自己的實際練習(xí),才能更好地掌握物理儀器的使用方法或讀數(shù)方法。
3.師生的總結(jié)。在學(xué)生實驗練習(xí)了某種物理儀器以后,教師要引導(dǎo)學(xué)生及時總結(jié)使用方法及讀數(shù)方法,找出其難點問題,師生共同分析,得出解決方法。
三、引導(dǎo)――實驗――分析法。測物理量的實驗?zāi)康氖峭ㄟ^物理實驗測出某些物理量的數(shù)值,有利于學(xué)生加深對這些物理量的理解。
1.教師的引導(dǎo)。在學(xué)生做實驗之前,教師要引導(dǎo)學(xué)生分析被測物理量與哪些因素有關(guān),采用什么方法測量最方便、準(zhǔn)確,如何去測量等等。
2.學(xué)生的實驗。在確定實驗方法之后,要指導(dǎo)學(xué)生按照實驗步驟進(jìn)行具體實驗操作,按要求測出有關(guān)數(shù)據(jù)。此時,教師要加強(qiáng)個別指導(dǎo),對學(xué)生中有創(chuàng)造性的好方法及時予以肯定和表揚,對學(xué)生中錯誤的操作方法予以及時糾正。只有讓學(xué)生進(jìn)行實驗訓(xùn)練,才能提高實驗?zāi)芰Α?/p>
關(guān)鍵詞:實驗教學(xué);科學(xué)方法;滲透;策略
2011年,教育部在對初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂時,提出了通過物理課程的實施注重提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及應(yīng)對未來社會挑戰(zhàn)能力的指導(dǎo)思想。物理學(xué)實驗是人類認(rèn)識世界的一種重要活動,是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ),而實驗教學(xué)是塑造學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要過程。隨著課程改革的不斷深入,科學(xué)方法的教育越來越受到人們的重視,如何在實驗中通過科學(xué)方法的滲透讓學(xué)生建立起清晰的科學(xué)探究模型、豐富的解決問題方法、具備一定的科學(xué)素養(yǎng)是廣大物理教師應(yīng)該注重研究的方向和課題。
一、實驗教學(xué)中滲透科學(xué)方法存在的普遍性問題
1.思想重視不足
在現(xiàn)行的初中升學(xué)選拔的機(jī)制下,物理教學(xué)的評價仍然以紙筆測驗來反應(yīng),這一方式是以“知識與技能”這一維度目標(biāo)的考查占大部分。這樣一來物理教師為了保證教學(xué)成績,不得不圍繞歷年紙筆測驗的經(jīng)驗來指導(dǎo)課堂教學(xué),而對繁瑣又耗時的分組實驗多采用演示、視頻實驗、課件實驗來搪塞,有的甚至以講授來代替實驗,在思想上不重視實驗教學(xué),更談不上在實驗教學(xué)中對學(xué)生科學(xué)方法的傳授和培養(yǎng)。
2.科學(xué)思路不明
物理學(xué)史的發(fā)展,除了積累了豐富的物理理論知識外,還在科學(xué)探索中形成了有效的科學(xué)方法,這些方法為世界科技的進(jìn)步和未來科技的發(fā)展奠定了寶貴的實踐基礎(chǔ)。而目前卻有相當(dāng)部分物理教師在實驗教學(xué)中未能掌握正確的科學(xué)方法,實驗時出現(xiàn)實驗?zāi)康牟幻鞔_、實驗方案不合理、科學(xué)方法不明顯等問題。
3.方法滲透不準(zhǔn)
物理實驗中可以滲透使用的科學(xué)方法很多,比如,控制變量法、物理模型法、等效替代法、理想實驗法、歸納分析、對比法、轉(zhuǎn)換法、放大法、平衡法、積累法等。在實驗教學(xué)中,有些實驗的方法比較明確單一,有些實驗中卻包含著多種方法的綜合運用,有些注重在設(shè)計方案環(huán)節(jié)突出科學(xué)方法,有些是在操作過程或是數(shù)據(jù)分析中運用了科學(xué)方法,而教師在實踐中往往會過多地突出某一方法的運用,或者一些方法在實驗的不同階段中相互混淆把握
不準(zhǔn)。
二、實驗教學(xué)中滲透科學(xué)方法應(yīng)遵循的原則
“實驗不僅是學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的重要方法,還是運用物理學(xué)解決其他問題的重要手段?!笨茖W(xué)方法不是教出來的,而要遵循一定的原則讓學(xué)生在實驗活動中體驗、感悟和內(nèi)化。
1.漸進(jìn)性原則
學(xué)生剛開始接觸物理實驗時應(yīng)以建立興趣為主,在實驗的設(shè)計中以滲透單一的科學(xué)方法為宜,把重點放在儀器的使用和物理現(xiàn)象的觀察上,嘗試讓學(xué)生進(jìn)行簡單的歸納與分析。隨著實驗活動的不斷深入,學(xué)生思維水平的提高,學(xué)生積累了一定的實踐經(jīng)驗,這時應(yīng)逐步提高對實驗的過程性管理和要求,讓學(xué)生從實驗中學(xué)會運用科學(xué)方法的思維,使學(xué)生對科學(xué)方法的認(rèn)識從感性漸進(jìn)到理性、從經(jīng)驗漸進(jìn)到理論的層級上來。
2.整體性原則
物理實驗絕不是單個科學(xué)方法的體現(xiàn),多數(shù)初中物理實驗綜合應(yīng)用了各種科學(xué)方法,“不同的科學(xué)方法共同作用、相互支撐,這就要求教師權(quán)衡一個知識點突出了哪種方法,有選擇地突出一些科學(xué)方法的同時兼顧其他?!币虼瞬还苁墙處煹难菔緦嶒炦€是學(xué)生的分組實驗,我們都應(yīng)該從這整體上考慮,把握教材所關(guān)注的重點方法進(jìn)行滲透。
3.教與學(xué)統(tǒng)一的原則
科學(xué)方法絕不是“教”出來的,皮亞杰的建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和主動建構(gòu),而不是把知識從教師頭腦中傳送到學(xué)生的筆記本上,學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高主要在于他在實驗中獲得知識和能力的方式?!敖獭笔且环N直接而比較系統(tǒng)的方式,但它容易導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械地記憶而不能正確理解和運用;學(xué)生主動實驗的過程就是“學(xué)”方法的過程,在實驗探究中主動發(fā)現(xiàn)問題、主動學(xué)習(xí)科學(xué)方法、主動思考解決問題的辦法更容易把所體驗和學(xué)習(xí)到的科學(xué)方法轉(zhuǎn)化為終身的素養(yǎng),所以,應(yīng)該把“教”實驗與“學(xué)”實驗統(tǒng)一起來,取長補(bǔ)短。
三、實驗教學(xué)中滲透科學(xué)方法的教學(xué)策略
1.利用問題設(shè)計滲透科學(xué)方法
初中生的思維正處在一個從直觀感性思維漸進(jìn)到抽象理性思維的初級階段,這就要求物理教師要善于利用引導(dǎo)式的講授方法來開啟學(xué)生的智慧,切忌使用填鴨式的灌輸,特別是科學(xué)方法的傳授。筆者所在地區(qū)的教研部門這幾年以科學(xué)探究中的問題設(shè)計開展了豐富的研究,達(dá)成了利用問題設(shè)計來滲透科學(xué)方法是行之有效的策略之一。學(xué)生在問題引領(lǐng)下很容易發(fā)現(xiàn)實驗中所需要解決的問題以及如何解決這些問題,而在解決問題過程中自然形成了要用科學(xué)方法的意識,此時教師再將應(yīng)用到的科學(xué)方法進(jìn)行歸納,讓學(xué)生在解決問題的過程中將這些方法內(nèi)化為科學(xué)方法。
例如,在進(jìn)行《牛頓第一定律》實驗時進(jìn)行了這樣的問題設(shè)計:
演示:用手推動小車在桌面上運動一段距離后停下來。
師問:“小車為什么會停下來?”
生答:“受到桌面對它的摩擦阻力。”
師問:“如何讓小車在桌面上運動得更遠(yuǎn)呢?”
生答:“用更大的力推小車”“用更輕的小車”“減小桌面的摩擦力”等。
老師引導(dǎo)學(xué)生分析得出影響小車運動距離的因素有:小車的初速度、小車的質(zhì)量和小車受到的摩擦力等。
師追問:“我們要怎樣證明小車運動距離與受摩擦阻力的關(guān)系呢?”
生討論后回答:“改變桌面的粗糙程度”“要用同一輛小車”、“要用相同的力推小車”…
通過這三個問題,引導(dǎo)學(xué)生意識到:小車運動距離受多個因素的影響,而為了探究運動距離與受摩擦阻力的關(guān)系必須控制其他的因素保持不變,進(jìn)而就要解決如何控制小車質(zhì)量和初始運動速度等這些變量的問題,在解決這些問題過程中教師引出控制變量的概念,滲透控制變量這一科學(xué)方法。
2.利用演示實驗滲透科學(xué)方法
演示實驗除了具有引出物理現(xiàn)象、證明物理規(guī)律或作為課題導(dǎo)入部分的功能外,筆者認(rèn)為,有些實驗有必要由老師先進(jìn)行演示,并在演示過程中直接引出科學(xué)方法,讓學(xué)生在老師的示范下理解這些科學(xué)方法的運用。比如,在探究影響電流做功的因素這個實驗中,學(xué)生已經(jīng)熟練掌握了控制變量的方法,但這個實驗的難點之一卻是如何應(yīng)用轉(zhuǎn)換法讓學(xué)生直觀地比較電流做功的多少,為此教師可進(jìn)行不同電熱絲給等質(zhì)量的兩杯煤油加熱的演示實驗,讓學(xué)生觀察兩支溫度計的示數(shù)來比較電流做功的多少,而在演示過程中通過對溫度計作用的分析引出轉(zhuǎn)換法,讓學(xué)生明白有些實驗的現(xiàn)象不容易觀察,需要借助一定的材料或現(xiàn)象把它轉(zhuǎn)換成明顯能觀察到的現(xiàn)象也是物理研究常用的科學(xué)方法。
3.利用數(shù)據(jù)分析滲透科學(xué)方法
實驗后要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出結(jié)論,而對實驗數(shù)據(jù)的處理也要滲透適合的科學(xué)方法,比如,算術(shù)平均法、比值歸納法、圖像分析法等。對實驗要分析的數(shù)據(jù)可以是預(yù)期的數(shù)據(jù)也可以是實驗得到的數(shù)據(jù),我們可以利用記錄數(shù)據(jù)的表格設(shè)計巧妙地滲透科學(xué)
方法。
例如,為了探究滑動摩擦力與壓力大小關(guān)系,我們可以事先設(shè)計這樣一張空表(如下),表中空白部分的“接觸面”和“壓力”兩列是這個實驗中預(yù)期的數(shù)據(jù),在實驗前可以填寫。當(dāng)我們把這樣的空表展示給學(xué)生并要求學(xué)生討論思考后填寫前兩列可能的數(shù)據(jù)或內(nèi)容時,學(xué)生會推測:“老師究竟要我在這兩列中填寫什么呢?”在這樣的好奇心的驅(qū)動下學(xué)生自然會思考實驗的過程,而表格中的“接觸面”一列就已經(jīng)體現(xiàn)了控制變量的科學(xué)思想。
綜上所述,雖然初中物理教材中針對科學(xué)方法的表達(dá)相對比較隱蔽,但卻又貫穿著整個初中物理的學(xué)習(xí)過程;雖然教材中沒有明確的科學(xué)方法的定義,但教師在教學(xué)過程中還是有責(zé)任將科學(xué)方法的教育滲透到每個實驗中,讓學(xué)生通過實驗不僅掌握了物理知識、探索了物理規(guī)律,更重要的是培養(yǎng)了他們科學(xué)思維的習(xí)慣和方法,為下一階段的學(xué)習(xí)奠定終身受用的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:初中 物理 實驗 教學(xué)
如何來加大實驗教學(xué)力度,改進(jìn)實驗教學(xué)、提高教學(xué)效果以推進(jìn)物理素質(zhì)教育,我認(rèn)為可以從以下幾點入手:
一、切實重視演示實驗,提高課堂教學(xué)質(zhì)量
物理演示實驗具有形象真實、生動有趣的特點,能為學(xué)生在形成物理概念、得出物理規(guī)律前營造出活生生的物理情景,使學(xué)生感受倍深。心理學(xué)研究表明:人的動作記憶效率比語言文字記憶效率要高好幾倍?!鞍俾劜蝗缫灰?,百看不如一做”說的就是這個道理。經(jīng)驗告訴我們:一個成績優(yōu)秀的物理尖子對物理現(xiàn)象和物理過程具有很強(qiáng)的“悟性”,這種“悟性”源于對日常生活豐富的感性認(rèn)識。對物理學(xué)習(xí)有障礙的人,其最大的障礙不在于智力因素,而在于缺少對日常生活的用心觀察,頭腦中缺乏感性經(jīng)驗,而這些感性經(jīng)驗恰恰是物理思維的基礎(chǔ)。因此,作為一名物理教師,首要任務(wù)就是:盡一切可能,在課堂上為學(xué)生展現(xiàn)出豐富多采的物理現(xiàn)象和活生生的物理情景。教師不僅要用好課程標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的演示實驗,甚至教材上的一段話、一幅插圖、一道習(xí)題也可以將它搬上“講臺”,進(jìn)行演示。演示的形式不能僅僅是“教師演,學(xué)生看”,還可以是“教師導(dǎo),學(xué)生演” ? 即邊學(xué)邊實驗。
例如:利用雞蛋做實驗。雞蛋很容易找到,若引導(dǎo)學(xué)生利用雞蛋做實驗,既可說明物理道理,又可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
1.做壓強(qiáng)的實驗
雞蛋握在手中,使勁握也難以破碎,但手拿雞蛋在碗邊輕輕一敲即破。說明:雞蛋緊握在手中時,受力面積大,壓強(qiáng)小;而在碗邊輕敲時,受力面積小,壓強(qiáng)大??梢姡瑝毫Φ淖饔眯Ч粌H跟壓力大小有關(guān),還跟受力面積有關(guān)。
2.做大氣壓實驗
將浸濕酒精的棉花放在廣口瓶內(nèi),點燃棉花,并讓它燃燒一會兒,然后將一只剝殼的熟雞蛋(稍大于瓶口)置于瓶口上,熟雞蛋在瓶內(nèi)、外壓強(qiáng)差作用下,被壓入了瓶里。
3.做物體的浮沉實驗
將一只雞蛋放入濃鹽水中,然后緩緩倒入清水稀釋、攪拌,隨著鹽水的不斷稀釋,雞蛋排開液體的體積隨著增大,由漂浮狀態(tài)慢慢變成懸浮狀態(tài),最終沉入杯底。這說明:浸在液體中物體的上浮和下沉,決定于它所受浮力和重力的合力。
世界上許多發(fā)達(dá)國家重視演示實驗的經(jīng)驗值得我們借鑒。德國物理教育界流傳著這樣一種說法:“沒有演示實驗的課,不算是一堂成功的課”德國的物理教師除了極少數(shù)純理論課沒有演示實驗外,一般每堂課要做2~3個實驗。美國物理教師普遍都很重視演示實驗。在他們上的每一節(jié)課中至少要做一個演示實驗。而且這些實驗都是他們自己設(shè)計,所用器材都是他們自己動手制作的。日本的物理教學(xué)也非?;钴S,學(xué)生課堂上動手活動量較大,有半數(shù)以上的課是在實驗室渡過的。大量的信息資料顯示:國際物理教育界正在流行這樣一種趨勢,即衡量一堂物理課的好壞,很大程度上取決于這堂課中演示實驗的數(shù)量和質(zhì)量。
二、認(rèn)真上好學(xué)生分組實驗課,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和實驗操作技能
分組實驗多以測量性、驗證性和實用性實驗為主。要提高學(xué)生分組實驗的教學(xué)效果,就必須使學(xué)生真正進(jìn)入角色,手、眼、腦并用地進(jìn)行有目的的探索活動。根據(jù)教育心理學(xué)的觀點,課堂教學(xué)的目的不在于教師完成某種過程,而在于通過某種活動促使學(xué)生在行為上發(fā)生某些重要的變化,如在學(xué)生身上引起的認(rèn)識上、理解上、技能上、態(tài)度上的變化。如果學(xué)生通過主動參與教學(xué),在教師的積極指導(dǎo)下獲得物理知識,則會印象更加深刻,并增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動機(jī)。
根據(jù)這一思想,我進(jìn)行了一些探索,將初中物理第一冊中電學(xué)的一節(jié)課《電路的連接方法》由原來的驗證性實驗改為學(xué)生的探索性實驗,教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)和有控開放。
引入時通過演示窗簾被自動拉開、合攏的現(xiàn)象,讓學(xué)生觀察并思考:“為什么閉合一個電鍵,只有一個窗戶的窗簾被拉動,而其它窗戶的窗簾不受影響?”
通過學(xué)習(xí),學(xué)生們基本能較好的達(dá)到教學(xué)所預(yù)期的目標(biāo),但是,要取得這樣的效果,就要求教師在每次實驗前必須做好大量的準(zhǔn)備工作(包括知識和實驗方面的準(zhǔn)備)。對于實驗中學(xué)生初次接觸的儀器、實驗操作中的難點和關(guān)鍵之處,實驗開始前教師必須給予適當(dāng)?shù)闹更c。在學(xué)生實驗的過程中,必須注意培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣,如正確使用儀器,謹(jǐn)慎操作;尊重客觀事實,不拼湊數(shù)據(jù);實驗完畢后自覺整理并愛護(hù)儀器等等。實驗后,還必須及時反饋,發(fā)現(xiàn)問題及時補(bǔ)救。
三、充分發(fā)揮教材中“小實驗”的作用,訓(xùn)練學(xué)生動手制作的能力
當(dāng)前在物理教學(xué)過程中,有不少教師認(rèn)為教材中的“小實驗”是課外知識,與考試無關(guān),因此常被視為可有可無,或被棄之不理。然而這些小實驗卻往往具有取材容易、貼近生活、直觀明了、便于操作的特點,不僅能加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解,而且能極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,鍛煉學(xué)生的動手制作能力和獨立操作能力,發(fā)展智力。
四、不定期地開放實驗室,給學(xué)生創(chuàng)造更多的動手機(jī)會
《標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出:“設(shè)計實驗與制定計劃”環(huán)節(jié),要嘗試考慮影響問題的主要因素,有控制變量的意識。由此可見,在該環(huán)節(jié)中首先有必要滲透的就是控制變量法。物理學(xué)中對于多因素(多變量)的問題,常常采用控制因素(變量)的方法,把多因素的問題變成多個單因素的問題,而只改變其中的某一個因素,從而研究這個因素對事物的影響,分別加以研究,最后再綜合解決,這種方法叫控制變量法。
現(xiàn)實情境中的物理問題往往多種因素共同作用,如果能使用控制變量法簡化為研究對象與單一因素分別研究,就能簡化問題,降低難度。下面以“液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”為例來談控制變量法在“設(shè)計實驗與制定計劃”環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用。猜想1:液體內(nèi)部的壓強(qiáng),可能與液體的深度有關(guān);猜想2:液體內(nèi)部的壓強(qiáng),可能與液體的密度有關(guān);猜想3:液體內(nèi)部的壓強(qiáng),可能與方向有關(guān).由于已經(jīng)猜想液體內(nèi)部壓強(qiáng)與三個因素有關(guān),故而在實驗設(shè)計時就必須使用控制變量法。第一個階段由教師直接告知部分實驗設(shè)計方案,進(jìn)行隱性教育:在研究與液體深度的關(guān)系時,應(yīng)該保證液體密度、方向相同,比如都在水(同種液體)中且朝同一方向,并多次改變所處深度進(jìn)行實驗,再觀察實驗現(xiàn)象。第二個階段由教師和同學(xué)共同探討、交流,進(jìn)行顯性教育。得出在研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度關(guān)系時,則應(yīng)該使得每次所處深度及方向相同,并多次選擇密度不同的液體進(jìn)行實驗,再觀察實驗現(xiàn)象。第三個階段:把研究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與方向的關(guān)系完全交給學(xué)生,讓學(xué)生主動進(jìn)入方法應(yīng)用階段。第四個階段:研究方法的內(nèi)化。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出多因素的問題需要用到控制變量法,要研究的因素必須多次改變,暫時不研究的因素要保持不變,然后觀察研究對象。
控制變量的研究方法滲透進(jìn)去了,但“液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”的實驗設(shè)計并沒有完成。在研究與液體深度的關(guān)系時,可以直接觀察同種液體、同一方向的不同深度時,并不能直接觀察到壓強(qiáng)這個量,就更無法判斷壓強(qiáng)的大小是否有發(fā)生變化。所以,還需要重點滲透轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。仍然以“液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”為例來談轉(zhuǎn)換法如何在“設(shè)計實驗與制定計劃”環(huán)節(jié)中進(jìn)行滲透。第一個階段可由教師直接告知“研究發(fā)聲體是否在振動”時的實驗設(shè)計方案,進(jìn)行隱性教育:將紙屑置于鼓面,觀察紙屑是否發(fā)生跳動。第二個階段由教師和同學(xué)共同探討、交流,進(jìn)行顯性教育。探究固體壓強(qiáng)的大小與什么因素有關(guān),固體壓強(qiáng)大小是否可以直接觀測,不能直接觀測時是如何解決這個問題的。第三個階段:把液體壓強(qiáng)大小如何觀測這個問題直接交給學(xué)生。讓學(xué)生自行得出液體壓強(qiáng)無法直接觀察,而液體壓強(qiáng)的作用效果卻是可以直接觀察的。引導(dǎo)學(xué)生得出液體壓強(qiáng)有使得物體發(fā)生形變的作用效果,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生選擇體積易于形變的物體放入液體中,如空心氣球。并進(jìn)一步得出氣球浸沒后,若液體壓強(qiáng)變大,則氣球體積會變小,容器內(nèi)的液面高度也會隨之降低。即液面降低則液體壓強(qiáng)增大,液面升高則液體壓強(qiáng)減小,液面不變則液體壓強(qiáng)不變。當(dāng)實驗的設(shè)計完成后可以提供相應(yīng)的器材讓學(xué)生自行完成實驗。也可以給出液體壓強(qiáng)計讓學(xué)生通過遷移的方法來說出液體壓強(qiáng)計的原理和使用方法,讓學(xué)生學(xué)會使用液體壓強(qiáng)計,并用該儀器設(shè)計一個較好的實驗方案。第四個階段:研究方法的內(nèi)化。引導(dǎo)學(xué)生得出,在實驗中遇到不可見、不易見的物理現(xiàn)象時可以轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象;遇到陌生、復(fù)雜的問題時可以轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題;遇到難以測量或測準(zhǔn)的物理量時可以轉(zhuǎn)換成能夠測量或測準(zhǔn)的物理量。控制變量法和轉(zhuǎn)換法在探究實驗的“設(shè)計實驗與制定計劃”要素中有很高的復(fù)現(xiàn)率,如果按所述四個階段反復(fù)應(yīng)用、滲透會有利于形成穩(wěn)定的心理特征,從而提高學(xué)生使用這兩種方法的能力。
2“進(jìn)行實驗與收集證據(jù)”要素中有必要進(jìn)行研究方法的滲透
進(jìn)行實驗與收集證據(jù)要素在整個科學(xué)探究中非常重要。設(shè)計的實驗與制定的計劃必須通過這一要素來實施。關(guān)于“進(jìn)行實驗與收集證據(jù)”要素,標(biāo)準(zhǔn)中指出:“能通過觀察、實驗和公共信息資源收集證據(jù)”、“會閱讀簡單儀器的說明書,能按要求進(jìn)行操作”。可見這個科學(xué)探究要素中能檢驗學(xué)生對理論知識和基本技能的掌握與運用,能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和信息收集能力。部分教師錯誤地認(rèn)為該要素只需要按設(shè)計好的方案按部就班即可,不再需要研究方法的滲透。而筆者認(rèn)為,該要素中不僅需要滲透相關(guān)研究方法,而且要求學(xué)生對研究方法的理解很深刻。下面筆者通過兩個實例來說明。
在“探究液體蒸發(fā)快慢與液體表面空氣流動速度”時,使得液體表面積、液體溫度及液體質(zhì)量相同,并用電吹風(fēng)對著左邊玻璃板吹風(fēng),然后記錄兩邊液體各自蒸發(fā)完的時間??梢园l(fā)現(xiàn)在“設(shè)計實驗與制定計劃”要素中學(xué)生很好地應(yīng)用了控制變量法和轉(zhuǎn)換法。但是在進(jìn)行實驗時,學(xué)生對著左邊玻璃板吹風(fēng),就會出現(xiàn)如圖1所示的現(xiàn)象。在這個過程中,可以觀察到左邊玻璃板上的水滴表面積明顯增大。
在“探究弦樂器的音調(diào)與松緊的關(guān)系”時,選用了三根長度、粗細(xì)相同的尼龍線,并使得尼龍線的松緊分別不同。在進(jìn)行實驗時,學(xué)生一旦改變尼龍線的松緊,尼龍線的粗細(xì)就會隨之發(fā)生變化。于是該組實驗將有弦的粗細(xì)、弦的松緊兩個因素不同。所以該實驗有必要更換成不易被拉伸的鋼絲來完成實驗。該實驗同樣要求在進(jìn)行實驗時學(xué)生要有控制變量的意識。由以上兩個例子可以知道,在進(jìn)行實驗與收集證據(jù)環(huán)節(jié)不僅僅是對知識與技能有要求,同時對研究方法也有高要求。這就說明在“進(jìn)行實驗與收集證據(jù)”要素中有必要進(jìn)行研究方法的滲透。
3“分析與論證”要素中如何進(jìn)行研究方法的滲透
關(guān)于“分析與論證”要素,在《標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出:“經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實驗中歸納科學(xué)規(guī)律的過程”、“能對收集的信息進(jìn)行簡單歸類及比較”、“能進(jìn)行簡單的因果推理”。可見在“分析與論證”要素中最重要的就是:會使用歸納推理這種研究方法。對初中生進(jìn)行歸納推理能力的培養(yǎng),還可以使得學(xué)生理解其他研究方法運用的一般規(guī)律。因此,歸納推理方法也可看作是許多研究方法的應(yīng)用基礎(chǔ)。中學(xué)階段很多物理概念也是通過物理現(xiàn)象和實驗歸納推理得到的,所以說歸納推理能力運用不僅存在于科學(xué)探究過程中,它還貫穿于整個初中物理學(xué)習(xí)過程。
歸納推理(inductiveinference),從個別性或特殊性知識的前提推出一般性知識結(jié)論的推理。物理歸納推理:由個別性的物理判斷推斷出一般性的物理判斷。歸納推理又分為完全歸納推理和不完全歸納推理。完全歸納推理的特點是:在前提中考察了一類事物的全部對象,結(jié)論沒有超出前提所斷定的知識范圍。因此,其前提和結(jié)論之間的聯(lián)系是必然的,運用完全歸納推理獲得正確的結(jié)論,必須滿足兩條要求:(1)在前提中考察了一類事物的全部對象;(2)前提中對該類事物每一對象所作的斷定都是真的。例如:通過實驗得到固體中可以傳播聲音,液體中可以傳播聲音,氣體中可以傳播聲音,實驗結(jié)論:聲音可以在介質(zhì)中傳播。在得完實驗結(jié)論后,應(yīng)該引導(dǎo)讓學(xué)生體會完全歸納推理的邏輯形式:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S類的全部對象所以,所有S都是P。
完全歸納推理通常適用于數(shù)量不多的事物,當(dāng)所要考察的事物數(shù)量極多,甚至是無限的時候,完全歸納推理就不適用了,而需要運用另一種歸納推理形式,即不完全歸納推理。這里以“探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”為例,就如何通過四個階段來滲透“不完全歸納”進(jìn)行示例。在收集到相關(guān)數(shù)據(jù)后,就可以進(jìn)入“分析與論證”要素。第一個階段由教師直接告知,進(jìn)行隱性教育:選?、?、②、③三組數(shù)據(jù),可以看到液體種類和深度是保持不變的(運用了控制變量法),橡皮膜的方向有三種:朝上、朝下、某一個側(cè)面,但是研究對象液體壓強(qiáng)(表中觀察的是壓強(qiáng)計左右液面高度差,運用了轉(zhuǎn)換法)并沒有發(fā)生改變。得出實驗結(jié)論:液體內(nèi)部壓強(qiáng)與方向無關(guān)。第二個階段由教師和學(xué)生共同探討、交流,進(jìn)行顯性教育。選?、荨ⅱ?、⑦三組數(shù)據(jù),可以看到深度保持不變,在密度最大的鹽水中液體壓強(qiáng)最大,在密度較小的水中液體壓強(qiáng)壓強(qiáng)較小,在密度最小的酒精中液體壓強(qiáng)最小。雖然只研究了三種液體,但是可以根據(jù)研究目的合理地擴(kuò)大研究對象的范圍,進(jìn)一步推理出一般結(jié)論。即:在深度相同時,液體壓強(qiáng)隨液體密度的增大而增大。第三個階段:把“探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系”完全交給學(xué)生,讓學(xué)生主動的進(jìn)入方法應(yīng)用階段。第四個階段:方法的內(nèi)化,讓學(xué)生一起體會不完全歸納推理的邏輯形式如下:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S類的部分對象,并且其中沒有S不是P所以,所有S是(或不是)P。
在分析與論證要素中,要將歸納推理和其他研究方法結(jié)合在一起進(jìn)行滲透,才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。如正確表述實驗結(jié)論一直是學(xué)生的弱項。先來看一個錯誤的實驗結(jié)論表述:深度越大,壓強(qiáng)計兩邊液面高度差就越大。該表述的第一個錯誤就是沒有控制變量。修改后的表述應(yīng)該是:當(dāng)液體密度相同時,深度越大壓強(qiáng)計兩邊液面高度差就越大。該表述的第二個錯誤就是沒有很好地理解轉(zhuǎn)換法且忘記了實驗?zāi)康?,再次修改后的表述?yīng)該是:當(dāng)液體密度相同時,深度越大液體壓強(qiáng)越大。
4“評估”要素中有必要進(jìn)行研究方法的滲透
《標(biāo)準(zhǔn)》明確指出:“有評估探究過程和結(jié)果的意識”、“能關(guān)注探究活動中出現(xiàn)的新問題”、“有從評估中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)的意識”、“嘗試改進(jìn)探究方案”、“了解評估在科學(xué)探究中的意義?!庇纱丝梢?,評估是對整個探究過程的科學(xué)性、合理性的反思,可以及時發(fā)現(xiàn)各探究環(huán)節(jié)存在的不足,進(jìn)而改進(jìn)探究方案。評估可以從很多角度出發(fā),比如實驗的合理性、安全性、節(jié)能環(huán)保等等。多因素影響的實驗是否合理,其中一個非常重要的角度就是:是否準(zhǔn)確地應(yīng)用了控制變量法。由此可見,評估環(huán)節(jié)也需要研究方法的滲透。從控制變量的角度評估,主要有以下三個方面的內(nèi)容:一是實驗器材的選擇是否合理。如“研究電阻大小與長度的關(guān)系”時,是否選擇了粗細(xì)、材料相同而長度不同的電阻絲。二是探究過程中,是否按要求控制了其它因素保持不變,并使得研究的因素發(fā)生改變。如:“探究物體的動能與質(zhì)量的關(guān)系”時,是否在多次改變小車質(zhì)量的同時,有做到將小車放在同一斜面、同一高度自由滑下。三是實驗結(jié)論的表述是否有注意到控制變量。如當(dāng)壓力相同時,接觸面越粗糙物體所受滑動摩擦力越大。