加强实验教学 培养学科素养——《相互作用》教学反思

陈　锋

(南京师范大学附属中学,江苏　南京　210003)



加强实验教学培养学科素养——《相互作用》教学反思

陈锋

(南京师范大学附属中学,江苏南京210003)

摘要：科学实验是科学教育的重要组成部分,通过实验可培养学生的实验技能,改善学生的思维方式，使学生明白实验做什么、怎样做、为什么这样做、还能怎么做,以突出学生的学习主体地位.

关键词：相互作用；实验探究;物理学科素养

实验是物理教学的基础,也是物理课堂中实施素质教育的主要渠道和有效手段.在物理教学中运用实验的目的主要在于给学生学习物理创造一个良好的环境,使学生能主动地获取物理知识和发展能力,促进学生科学品质和世界观的形成.著名物理学家杨振宁曾对中、美两国学生进行一番比较后指出:“中国的学生学习非常刻苦,基础知识丰富、扎实,且善于考试.但他们却普遍存在动手能力差,不善于提出问题等缺陷.”“高分低能”正是在应试教育思想的长期熏陶下结出的苦果,物理教学如何从应试教育转向素质教育?加大实验教学力度,加强学生的观察能力和动手能力的培养,是全面提高学生素质必不可少的一个方面.

1计算机模拟实验不能代替实物演示实验

计算机模拟中学阶段不能做的或很难做成功的物理实验,可以使物理现象、物理过程变得直观、形象,能克服人体感官的许多局限,能展现常规教学无法显示的物体内部的运动情形,显示一些抽象的不容易看到的运动形态等,有利于学生形成感性认识.正因为计算机模拟在教学中的方便和优势,使得一些老师将应做的演示实验用录像或视频代替.《弹力》教材从展示弹簧被拉伸和压缩的实例引入,让学生体会弹力产生的原因和条件.但对于桌面对物体的支持力也是弹力，学生却很难相信,学生看不见桌面的形变,所以通过桌面微小形变的演示,使学生确信微小形变的存在,确信任何物体受到外力作用后都会产生形变的事实显得尤为重要.而有些老师利用多媒体课件:演示手的压力能使玻璃瓶发生微小形变、手的压力能使桌面微小形变,或者利用图1模型演示.学生本来就对质地很硬的物体在力的作用下发生形变有疑惑,这样的模拟并不能让学生消除疑惑,也违背了实事求是的科学态度,要培养学生实事求是的科学态度,老师自己要做实事求是的典范.这两个实验不但要做而且还要想方设法把它做好.

图1

手的压力使玻璃瓶发生形变的实验分三步做:(1) 演示前让学生摸一摸瓶子或敲一敲瓶子,感受瓶子的质地;(2) 沿短轴方向施加力,观察到液面是上升的(如图2);(3) 沿长轴方向施加力,观察到的液面是下降的(如图3).液面的升降不是由于热胀冷缩的原因.

关于桌面微小形变的演示,教材建议在一张大桌子上放两个平面镜M和N,让一束光依次被这两面镜子反射,最后射到墙上,形成一个光点.按压两镜之间的桌面,观察墙上光点位置的变化.老师做后会发现光点的位置变化很小,几乎不变,为了使现象明显可在刻度尺处再放一平面镜,让光反射到另一面墙上,光点移动明显.

图4

做这两个实验的目的:一是为了让学生相信坚硬的物体在力的作用下也会发生形变,二是为了让学生了解坚硬物体的微小形变属于弹性形变,三是为了使学生领悟显示微小形变的多种方法.

2加强实验教学有利于学生掌握物理基础知识

物理学的概念、规律及公式等都是从大量的具体事例中抽象出来的、以客观实验为基础建立起来的.在教学中必须重视感性知识,这是形成概念、掌握规律的基础.感性知识可以来源于现实生活,也可以来源于物理实验提供的物理事实.与生活事例相比,实验有以下一些特点:生动趣味性、典型性、可重复性.《摩擦力》一节中静摩擦现象虽然在生产和生活中大量存在,但它总是“静静的产生、默默地消失”,又常被其他现象所掩盖,初学物理的人往往对它视而不见,难于察觉它的存在.要使物体不滑落,口语都说成要“握住”“夹紧”“压住”,从来不用静摩擦力去说明使物体不滑落的现象.以致学生对静摩擦力的理解比对重力和弹力的理解更困难.学生对静摩擦力的感性知识严重不足.其中对“什么是相对运动的趋势?如何判断相对运动趋势的方向?”更是如此,只有在以观察和实验为基础、结合教法的改进上下功夫,才能改变其难教、难学的状况.针对这一难点的突破,笔者设计了如下学生体验性实验.

实验1:把毛刷放在桌面上,用力拉毛刷的把手,使毛刷上部稍稍移动一些,刷毛的下部由于受到桌面的摩擦仍静止,使得刷毛发生了弯曲,显示其相对运动的趋势(如图5).

实验2:手按住桌面向右拉,相对桌面没动,感受手受到桌面的阻碍(如图6).

图7

实验3:手握外面涂上一层油的水杯,感受水杯有向下滑的趋势(如图7).

实验4:在水平伸出的手掌上放一本书,然后逐渐倾斜至书下滑(如图8),感受静止在斜面上的物体有向下滑动的趋势(如图9).

实验5:双手按图10所示叠放,下面手按住桌面向右拉,相对桌面没动,感受在水平力F作用下(如图11),处于静止状态的AB间,以及B与桌面间是否有相对运动的趋势.

通过这些体验,学生明白什么是相对运动的趋势,并且知道如何去判断相对运动趋势的方向.将看似复杂的日常现象提炼为简单的物理模型,从而利用物理知识解决问题,并实现新的创新.通过对实际问题的解答,培养学生的问题意识、条件意识,培养学生分析、解决问题的能力,逐步养成发现问题、主动解决问题的习惯,感受物理的科学性和实用性.

3变演示实验为学生实验，培养动手能力

传统的演示实验是老师动手做实验,学生在老师的引导下观看实验现象.这种做法虽对学生建立物理概念、规律等起着重要作用,但缺少培养学生实践中的创新能力和发散性思维能力.学生只有亲自动手做,在观察、体验、分析、归纳的过程中,才能提升学生学习的兴趣,也更有利于对学生能力的培养.《力的分解》中力作用在物体上产生什么效果？学生对此缺乏必要的感性认识,如何通过实验让学生体验、感受、并能理解力产生的效果,就成了这节课的重点.针对这部分内容,设计时选择了二个事例,并且对每一个事例均设计演示实验和学生分组实验,不仅让学生能观察到，还能亲身体会到力产生的效果.

情景1：倾角为θ的斜面上放一物体(如图9),物体受到的重力能对物体产生哪些效果?怎样分解重力?

学生实验:在水平伸出的手掌上放一本书,然后逐渐倾斜至书下滑(如图8),说说你的感受.

情景2：支架类问题的分解对学生来说是一个难点,如按照力的作用效果将图12、图13的重力或拉力分解.

学生实验:如图12所示,可以让学生用橡皮筋套在中指上,将铁钉与橡皮筋连接,钉尖端卡在手心处,用另一只手向下拉铁钉与橡皮筋的连接处(如图14),体会拉力F产生的效果.

学生实验:图13的分析对于学生来说有一定的难度,他们很难理解重物对AB杆产生拉力,对BC杆产生压力.因而可以利用生活中直观的感知来加深理解,每两个学生一组,在原座位上,一人右手(或左手)叉腰,另一人向下拉他的肘部(如图15),然后交换.体会拉力对手臂产生的两个作用效果.

让学生亲身感受力产生的效果,培养学生动手实验的能力,并能把自己的感受用语言准确地描绘出来,感受实验探究的快乐.在学生实验过程中,学会与人合作,体验实验探究的快乐,同桌的同学一人手叉腰,另一人用劲拉,互相交换做,通过自我感受、合作学习,使课堂气氛热烈、活跃,学生印象深刻,教学效果不言而喻.

4认真思考实验目的,体现实验教学功能

教师对一个具体实验的设计,应结合该课题的教学设计同步进行.设计时应抓住课题的内容特征,发掘实验在某些环节上的教育潜力.《力的合成》对学生来说是全新的知识,学生在探究活动过程中的体验才更加真实而深刻;还因为学生对矢量运算是完全陌生的,放慢教学过程,让学生在探究过程中获得切身体验,也有利于学生更深刻地理解矢量的合成法则.

希望学生观察分力和合力的力的图示,从而认识到求合力的方法,这往往是教师的一厢情愿.通过看到合力与分力,就知道不在同一直线上的两个力的合成遵循平行四边形定则,这是需要理性思维的.如果课堂上不顾学生的认知与思维,将力的合成遵循平行四边形定则轻易端出,则没有充分发挥实验的教学功能.老师可尝试让学生观察分力F1、F2及合力F的大小和方向,去猜想分力F1、F2和合力F之间可能遵循什么规律?学生可能形成如下探究方案:

方案1如图16所示,连接F1和F2的末端,交OF于A点,A为OF的中点,则合力F等于2OA.

方案2如图17所示,连接F2和F的末端,F2F=OF1,则分力F1、F2和合力F构成一个三角形.

方案3如图18所示,连接F1和F的末端,F1F=OF2,则分力F1、F2和合力F构成一个三角形.

图16

方案4如图19所示,过F1和F2的末端分别作OF的垂线分别交OF于A、B两点,则OA+OB等于合力F.

方案5如图20所示,分别连接F1、F2和F的末端,则OF1FF2构成一个平行四边形.

在实验现象观察的基础上进行逻辑分析,得出结论原本是科学学习的正常过程,而在如今应试气息浓郁的大环境下,学生有时会为迎合书本与老师，说出缺乏独立思考的结论.在实验教学中应积极组织学生讨论,交流各自的看法,为了和他人交流自己的想法,学生必须将自己的思路及观点明晰化,并提供足够的证据支持,进行自我解释.这有利于提高理性思维和学习活动的质量,尤其是不同观点的交锋能更好地引发学生积极的思维活动,促进学生对问题的深层理解.这些问题和操作就是一种科学态度和科学方法、科学过程的展示,它远比知道“什么是力的平行四边定则”这一知识点更有教育价值.

心理学家认为“在创造某种新东西的领域内的知识愈广,在这个领域内的经验愈丰富,那么根据现实的要求创造新东西以便加以实现的可能性就愈大”.学生在物理理论的学习中,不善于将已学的概念、原理、规律转化成分析、处理、解决问题的思路和方法,不善于使知识具有方法的意义.教师应在自身对思维方法有深刻理解的基础上,向学生讲清和介绍各种思维方法的本质内涵及其在实验中的应用,给学生理论联系实际的指导.在实验教学中有意识地培养学生主动研究的探索精神和创造性地发现、思考和解决新的实际问题的能力.应让学生明白实验“做什么”、“怎样做”、“为什么这样做”、“还能怎么做”,突出学生的主动参与.要大面积提高物理教学质量,全面提高学生素质,真正实现由应试教育向素质教育的转化,就必须在物理教学中加大实验教学的力度.

参考文献：

[1] 许国梁.中学物理教学法[M].北京：高等教育出版社,1991.

[2] 安忠,刘炳昇.中学物理实验教学研究[M].北京：高等教育出版社,1986.

[3] 苏明义.中学物理教师教学基本功讲座[M].北京：首都师范大学出版社,1995.