运用物理实验激励学习心理

张 森

(上海市市北中学,上海 200071)

物理实验是科学合理组织物理教学的重要手段,是揭示和传递物理知识的载体.它不受时空和形式限制．无论演示实验、分组实验、课外实验,无不为学生打开了认知窗口．实验的组织、实施、总结的整个过程,引发学生提问、探究、共研、互动等都能展开思维的翅膀．实验步骤的环环相扣,能有效抓住学习心理,引领学生感悟其中赋予的物理知识,创造了心理活动的舞台和可供学习的情境．对形成积极主动的学习心理具有不可多得的助推功能．

每位学生都怀有求知、求真、求实、求新的学习心理.它是自身固有的潜意识,是学习行为形成的内动力,各自的学习心理强弱优劣程度是不同的．学习心理有脆弱的一面,具有可塑性和随应性,往往受外界因素干扰而发生波动.物理实验具有直观性,可参与性显著特点.不同形式的物理实验在教学环境中总能点穴贯通学习心理,刺激学习心理剧烈变化,沿着设计的教学思路顺应发展．基于物理实验对学习心理健康发展有激励作用,促使我们认真研究,努力实践,协调外因对内因的驱动,发挥最佳教学效能．

1 用即时性实验,助推渴望增长知识的求知心理

即时性实验亦称即兴实验,是随机性的实验．一般新授课针对学生对物理概念认识有困难,理解物理规律模糊不清时,便随机改进或设计实验给予辅助引导．

例如，在用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验时,学生发现用V-1/p图像处理实验数据,得到的V-1/p图线不过原点,提出了疑问.这时教师因势利导,让学生批判性地去观察实验装置,分析对所测物理量可能产生影响的各种因素,对其中的最有可能因素作出猜想:V-1/p图线不过原点可能是测量气体体积时未计入注射器与压强传感器连接部位的气体体积,随即改进了实验——在注射器内放入与连接部位的气体体积相当的小物体(如围棋棋子),进行新的实验探究证实自己猜想．

又如，在对“安培力方向——左手定则”的探究性实验探究过程中,一般都按教材用如图1装置让学生进行实验探究,将导体棒的运动方向就认为安培力的方向．实验中学生提出了“导体棒水平方向运动,并不能说明安培力方向也是水平的”.笔者肯定了学生提出的这个问题,随即从力与运动的关系引导学生如何把实验装置适当的调整,即时设计了如图2实验方案:将蹄形磁铁竖立起来,开口朝下,其他条件不变进行研究.从导体棒通电以后是否发生运动,比较容易得出安培力与磁感线垂直的结论．这样的即时实验过程比起原来既定实验拓展实验视野,能让学生真正经历了探究的过程．当学生体会学到了知识的乐趣而露出满意的微笑时,正是我们教育价值的体现．

图1

学生的求知学习心理是千差万别的,他们随时都会提出不同的质疑,因此要求教师应对灵活,并且要备好力学、热学、电磁学、光学等多个实验盒,准备丰富的实验素材随时打开应对,指引学生科学探究,拓展学生思维的广度和深度,助推学生渴望增长知识的求知心理．

2 用体验性实验,激发亟待辨析良莠的求真心理

体验性实验是指学生直接参与,并能形成互动的一类实验．能让学生身临其境,通过亲身体验或演绎探究过程建构物理知识.在物理教学中充分利用体验性实验提供丰富的感性材料,创设真实的物理情景,形成真实的物理问题,进行真实的物理研究,使学生在物理实验中求真,激发亟待辨析良莠的求真心理,培养实事求是的科学态度．

图3 圆周运动实验

例如，在圆周运动的向心力教学时,首先设计了一个活动,让一个学生往前走时,教师突然侧向拉学生的手臂,学生运动方向改变,类似于圆周运动的一部分．随后教师拿出了如图3所示的小实验:一个细管,一根绳子,上面一个小球,下面可以挂钩码,通过用力甩,上面小球做圆周运动,下面的钩码可以在空中一位置平衡.改变甩绳子的力,钩码还会上升和下降．随后,学生一人一个这样的装置,开始自己体验,激发学生的欲望,让学生带着“物体受到怎样的力才能做圆周运动”的问题主动参与探究学习活动．接着学生用实验桌上的细绳连接的小球,用手拉住细绳的一端,让小球在桌面上做圆周运动,感受绳牵小球做圆周运动时的受力情况,形成向心力概念．然后趁热打铁提出 “物体做匀速圆周运动所需的向心力大小跟哪些因素有关呢”,生成新的问题,组织学生以实验小组为单位相互讨论,合理猜想影响向心力大小的因素,仍用实验桌上的细绳连接的钢球、木球,让小球在桌面上尽量做匀速圆周运动,并在改变实验条件后多次尝试,从而探究向心力的大小与这些因素的定性关系．然后让学生应用DIS向心力实验器同时测得运动物体每个瞬时的向心力以及相应的角速度,进行自主探究、数据采集,并通过图像分析,得出向心力与质量、角速度、运动半径的定量关系．使学生在实实在在地体验过程中了解向心力与哪些因素有关,获得向心力的计算公式,加深对向心力概念的理解,最后让学生课后用一个空的小金属食品罐自制一个水流星,体验怎样使水流星中的水不流出来,并分析自己做法的理论依据,实现书本知识与生活知识的融通,让学生深刻感悟所学知识的生活意义和价值,产生科学追求的内在动力,以达成培养学生具有主动、负责、开拓、创新的个性特征和科学的思维方式,培养学生终身的探索兴趣和科学的学习态度的教学目标．

又如，物理习题在高中物理教学中扮演着重要角色,可以将习题描述的情境设计成可操作的、让学生亲身经历的体验性实验,挖掘实验价值,优化学生求真心理．

现有如下器材:电源E(6 V,内阻不计),灯泡L1(6 V,1.5 W)、L2(6 V,10 W),L3(6 V,10 W),单刀双掷开关S．在图4中设计一个机动车转向灯的控制电路:当单刀双掷开关S与1相接时,信号灯L1亮,右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮;当单刀双掷开关S与2相接时,信号灯L1亮,左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮．

图4

这是道机动车转向灯的控制电路问题,本身就是用物理知识解决实际问题．学生对“灯泡中有电流灯就会亮吗?”的认识不清晰,为此进行反哺,让学生到实验室用如图5所示实验探究,营造探究氛围,激发探究意识,使学生切身感受到“物理的真实“存在”,觉得学有所值,从而从内心深处萌发出学习物理的需求和渴望．

3 用生活化实验,诱导尝试应用有效的求实心理

生活化实验通俗讲就是取材容易、设计简易的小实验,课内课外都能进行．以教学知识为载体从学生求实的心理出发,加强课程内容与学生生活、个人认知、直接经验以及现代社会和科技发展的联系．利用日常生活中的资源,设计有目的的观察与探索物理规律的生活化实验活动,为学生实践能力和创新精神的形成拓展学习的空间,诱导尝试应用有效的求实心理．

例如，在“简谐运动的图像”教学时,让同桌两个学生配合,其中一学生手持铅笔在纸面上原地往返划线来模拟简谐运动,另一学生沿垂直于划线方向匀速拉动笔尖下的纸条,即可绘得一振动图线,于是简谐运动图像的物理意义也就跃然纸上.

又如:让学生在自己的智能手机上感受用手指可以滑动屏幕,而用指甲尖端、钥匙尖端或笔尖等却不能滑动屏幕的小实验．学生感到奇怪,在分析其中奥妙的同时,因势利导引入电容器的电容.

再如:在讲光的偏振时,利用两副偏光墨镜,让学生感受一下光的偏振现象,同时引导学生如何去选择偏振镜及分析它的有益之处．

还有:机械波的干涉教学中,让学生先后佩戴一般耳机和主动式抗噪耳机进行对比体验,然后引导学生通过物理原理对此进行解释;利用手机上安装的“phyphox中文版app”这款功能强大的传感器软件,对课外物理实验中实验数据进行测量和分析,例如利用其加速度传感器,在升降电梯中进行超重和失重现象的实验探究．

诸如此类,这些简单易行的、富有生活情趣的小实验,增加了学生的求实体验,让学生更好的探索新知识和接受新知识,使学生对学习物理的兴趣得到了延续．

4 用自创性实验,催成追求创新立异的求新心理

结合教学实际,自己创造设计的实验,往往因实验新颖能勾起学生的思考．“求新”是学生的普遍心理,教学中抓住学生“求新”心理特点,从引发学生认知冲突、激发学生探究欲望人手,自行设计一些能呈现和体验知识的产生、发展、结果的自创性实验活动,催成追求创新立异的求新心理,来实现教与学的目标.

图6

例如，在揭示电源内阻的教学时,利用初高中的认知冲突设计图6所示的实验,暗盒内连接一个滑动变阻器,按图7所示的思路进行探究,让学生通过对实际电路的分析以及逻辑推理,揭示电源内阻的存在,培养科学思维．

图7

图8 “门框回路”实验

又如，在进行“电磁感应现象”教学时,自制了如图8所示的“门框回路”教具,上课伊始,当教师穿过自制的门框时,学生们惊奇地发现微电流计传感器指针发生了较大角度的偏转,然后让学生穿过门框时微电流计传感器指针就是不偏转,在学生感到突兀时,教师从身上掏出了磁铁,再次快步穿过门框时灵敏电流计指针不偏转了．教师引导性表述 “原来利用磁产生了电,那么如何利用磁产生电呢”,诱发了学生主动探究的心理渴求．在学生知识应用环节中再次利用此教具让学生分析“门框回路”中总有微弱电流的原因和设计在不提供任何器材情况下让 “门框回路”中产生较大的感应电流的方案．努力使学生的思维在开放、发散中涨落,在求异、探索中趋于有序,同时使学生享受成功的乐趣．

对于学生而言,接受新鲜事物,学习更新知识,掌握分析方法,渴望表现自我,这是构成学习心理的诸多因素．教育的职责就是要创造条件,采取手段满足这样的学习心理的需求,使之学有所成,获得成功感．实践已经证明,物理实验能担当起这份责任,有发挥激励学习心理发展的功能．为之,愿与同行继续探究,为提高物理教学质量作出我们应有的贡献．