在高中物理实验中加强模型教学的尝试

朱一平

物理学是一门以观察、实验为基础的科学,物理实验不仅有助于学生建立物理模型,而且是提高学生分析问题和解决问题能力不可缺少的环节. 新课程标准明确指出:高中物理课程应该促进学生自主学习,让学生积极参与,乐于探究,勇于实验,勤于思考. [1]本文通过对新课程标准带来的高中物理实验教学的重大变化、当前高中物理实验教学中存在问题的分析,在建构主义学习观的理论基础上,提出通过实验教学抓好高中物理模型教学的对策,从实验的角度重新审视高中物理模型教学.

一、高中物理教学中典型的物理模型

物理模型是物理学研究方法的重要体现,高中物理教学中常见的物理模型如下:

(1)研究对象模型化. 物理教学中的某些客观物体,如质点、点电荷、弹簧振子、单摆、理想电流表、理想电压表等. (2)研究对象所处的环境模型化. 物体所处的环境理想化,如力学中的光滑面、热学中的绝热容器、电学中的匀强电场与匀强磁场等等. (3)物理状态和物理过程的模型化. 物理过程和物理状态的模型化,如力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动,电学中的恒定电流,热学中的等温变化等. (4)理想化实验. 在物理实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,把实际过程理想化,找出其规律,如伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础.

二、当前高中物理实验教学中存在的问题

首先与其他市相比,我市高中物理实验室的建设情况普遍不尽人意,实验室数目少、面积小,高中物理实验室建设严重滞后. 其次在应试教育的理念约束下,受高考指挥棒的影响,物理教师的实验观念淡薄. 教师的演示实验替代了学生的实验,教师中普遍存在“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”的做法,学生实验动手能力差,学生重视实验的答题训练. [2]

三、新课程标准带来高中物理实验教学的重大变化

教学目标由“双基论”转变为“三维目标”,高中物理课程标准将“物理实验”的提法变为“物理实验与科学探究”.[3] 物理实验呈现方式的转变:(1)将“物理实验与探究”融入到知识的形成过程中. (2)没有给出具体的实验器材,对学生实验探究能力提出了更高、更新的要求. 教学方式由“单一化”转变为“多元化”,从全国只有一套教材转变为多套教材供教师学生选择. [4]

四、通过实验教学抓好高中物理模型的教学

1. 物理实验教学流程图

2. 在建构主义学习观的基础上,通过实验教学抓好高中物理模型的教学

建构主义学习观认为,学习过程不是由教师向学生传递知识的过程,而是学生自己建构知识的过程. 同时,根据现代教育理论观点,高中物理教学不能无视学生已有经验,要把学生现有的知识经验作为新知识的起点. 教师应该重视学生自己对各种现象的理解,引导学生丰富或调整自己的理解,借助物理实验,有利于学生主动构建物理模型.

“自由落体运动”是高一教材中的物理模型,学生在建立模型时会遇到困难,可以借助实验,设计如下的教学过程,有利于学生建立模型.

(1)创设情境,指导比较

提问:我们平时看到重的物体与轻的物体哪个下落的快?

学生分组实验:①观察1角与1元的硬币同时下落能否同时落地?②观察相同重量的纸片与纸团同时下落能否同时落地?

通过以上两个实验的比较,学生可以得出不同重量的物体落地时间相同,而相同重量的物体落地时间却不相同.

(2)引导概括,形成模型表象

演示实验:牛顿管实验.

现象:①未抽气时:轻的物体比重的物体下落得慢. ②抽出部分空气时:轻的物体下落速度加快,但仍比重的物体下落得慢. ③抽成真空时:轻重不同的物体下落快慢相同.

经过牛顿管的演示实验,引导学生概括出自由落体运动模型的表象:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,帮助学生建立在真空中物体下落快慢与物体重量无关的结论.

(3)建立模型,找寻规律

课件展示:自由落体运动频闪照片.

让学生通过频闪照片看到自由落体运动的轨迹是一条直线,在连续相等的时间内通过的位移越来越大,说明自由落体运动是加速直线运动,但究竟是否匀变速呢?

演示实验:利用打点计时器研究自由落体运动,用光电门自动收集数据.

数据处理:利用计算机描绘出x-t2图象,引导学生分析图象得出自由落体运动x与t、v与t的关系.

结论:自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动. 在此基础上,顺便给出自由落体加速度的概念,指导学生研读教材中世界各地的自由落体运动加速度.

(4)模型拓展,模型应用

拓展:理想的自由落体运动模型是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,而日常生活中静止物体下落往往受到阻力,若是阻力远小于重力,该运动也可以处理成自由落体运动.

应用:探究性实验——人反应时间的测定,该试验可以发挥学生学习的主动性,检测学生能否用自由落体运动模型来解决日常生活中的运动.

附:知识线索和教学活动过程

通过这样一个教学过程,学生对物理模型的建立感觉很自然. 实践表明,经由一定的实验过程孕育、发展而建立的物理模型,学生会感到清晰丰满,收到很好的效果. 但是高中物理课程中并非实验教学对所有的模型教学都适用,因为这要受设备条件等因素的限制,比如质点、点电荷、力学中的光滑面等等. 有很多模型的建立还离不开讲授教学法,但我们要尽力创造条件让学生对物理知识进行实验探究学习.■

参考文献:

[1] 教育部. 普通高中物理课程标准(实验) [S]. 北京:人民教育出版社,2006:5.

[2] 寿千里.高中物理实验教学现状及思考[J].物理通报,2008 (11).

[3] 漆长庆.新课程带来的实验教学的转变[J].物理教学探讨,2006(10).

[4] 梅正锋. 新课改视野下的高中物理实验教学[J]. 科教文汇,2007(11).