利用创新实验进行理解教学

黄建林

(杭州市文海实验学校，浙江 杭州 310038)

1 物理教学中碰到的问题

1.1 无台阶,难攀登

物理教学中好多知识点比较抽象,空间想象能力要求很高,但往往因为没有提供一定的台阶,学生束手无策,无从下手,更加谈不上理解概念和规律．

1.2 “低”现象,“疑”结论

有些实验现象不明显,如气体对外做功和外界对气体做功实验,实验现象不明显,学生无法得出正确的结论;甚至有的实验根本无法得出正确的结论,如音调跟频率关系的实验,教师往往通过敲击装有不同水的几个瓶子,直接得出结论,学生根本无法理解．

1.3 知浅层,难深层

有些实验没有设置对比实验,如小孔成像中像跟小孔形状的关系研究实验,还有像凸透镜成像,学生知道成上下左右都颠倒的实像,但本质原因不懂,学生只知浅层的结论但对于为什么会这样理解不透,只知其然却不知其所以然．

2 利用创新实验进行理解教学的策略

2.1 模拟实验，帮助理解

物理教学中的好多知识比较抽象,抽象思维要求太高,如7年级的学生,因为理性思维发展不成熟,碰到有关空间想象能力题目时,根本无从下手．这时,模拟实验无疑是一个很好的解决方式,能够提供一定的感性条件和环境,给学生一个理解的平台和抓手．通过模拟实验的操作,一方面可以有效帮助学生理解知识,另一方面可以培养学生分析问题、解决问题的能力,培养其对物理学习的兴趣和热情．

案例1:飞机如何飞行.

图1

图1所示,战斗机水平飞行时,飞行员从右侧舷窗看到甲所示的“天地分界线”,变成如图乙所示时,判断飞机的运动情况．教师首先要分析学生的难点在哪里,主要有二个方面:一是空间想象能力不足,无法想象从甲图怎么到乙图．二是没有生活经验,也没能找到哪个东西来解决这个问题．

这时,教师可以用手机液晶面来模拟飞机的航窗,具体操作如下:第1步:打开手机相机(用手机来模拟右机舱),把书边按水平放置,如图2所示．第2步:把手机斜向下旋转(假设飞机头是斜向下飞行的),如图3所示,按下拍照键．

图2

图3

图4

第3步:把刚拍下的照片显示出来,并把手机放平(为什么要放平,是因为以飞行员为参照物,飞机是不动的),如图4所示,即可以看到此图就是乙图中的情景,跟题目中的要求符合,所以是斜向下运动的,如果刚好相反,则是斜向上运动的．

以上的模拟实验,给学生提供想象的台阶,降低了题目的思维难度．通过化抽象为形象,用手机来模拟飞机从而提供学生感性认识,突破学生思维难点,帮助学生理解,在理解过程中,潜意识地培养学生学习科学的另一种方法——应用现代教育技术帮助突破难点,使学习更方便、更易理解,提升学生对物理的兴趣．

2.2 “可见实验”，促进理解

可见性学习是由约翰·哈蒂(JohnHat-tie)于2008年提出的.它认为在可见性教和可见性学之间应该建立一个教学模式参照物.对于物理教学来说,这个参照物最好就是实验.通过实验的“高可见度”现象,用实验特有的可见性来促进可见性学习的一种方式——理解性学习．通过可见性实验刺激学生的视觉、听觉等,促进学生理解的同时,也不断改善他们的学习方式与策略,并促进学生的不断进步．

案例2:气体对外做功和外界对气体做功.

图5

教材实验如图5所示,用于说明气体对外做功和外界对气体做功的情况,但学生理解的难点在以下几方面:一是第一个实验很难做成功且实验器材很容易破损,而第二个实验用打气筒往瓶里打气,过一段时间,瓶塞向外跳,此时学生的注意力在瓶塞,又因为白雾不是很明显,所以学生无法理解气体对外做功时,自身内能的变化情况．[1]

可以用如图所示的“可见实验”来促进学生对气体对外做功和外界对气体做功内能变化的总体情况．具体制作和操作如下.

第1步:把传感器温控一端钻入矿泉水瓶盖里并用502胶水封住,在矿泉水瓶里倒入4 mL左右的酒精,盖住矿泉水瓶盖并拧紧,以防漏气．

第2步:打开传感器开关,读出此时的温度为19.2 ℃,如图6所示．

第3步:用两只手握住矿泉水瓶一端并向相反方向拧紧,可以看到随着气体的压缩,传感器上的温度显示为30.9 ℃,如图7所示．

图6

图7

第4步:突然松开其中一只手,可听见嘭的一声,气体对外做功,如图8所示,可看到矿泉水瓶里有很多的白雾,同时看到传感器上的示数大幅度下降,变成了21.9 ℃．再拧紧,又可以看到白雾消失,温度迅速上升．

图8

通过白雾产生和传感器温度下降双重可见现象,让学生不但获得感性认识——白雾产生,同时也获得理性认识——温度下降,随后,再次拧紧后,又让学生看到了白雾消失,同时传感器上的温度又上升．这样的可见化实验,是能真正让学生通过表象的现象,促进对规律的理解．

2.3 对比实验，加强理解

对比是物理学科中一种常用的科学方法,在物理教学中起着举足轻重的作用．通过对比,不但能使物理概念浅显易懂,原理简单明了,也能使一些单一实验“隐性问题”显性化．通过异种求同和同种求异的对比,能加强学生对知识本质的理解,同时在物理学教学过程中,用好对比实验还可以培养学生的创新思维能力及严谨、实证、理性的科学态度．

图9

案例3:小孔成像与孔形状的关系.

小孔成像是7年级物理很重要的一个实验,好多教师也在改进这个实验,如图9所示,用几颗圆的LED灯做光源,小孔为三角形时在光屏上的像,好多教师都会跟学生得出:小孔成像跟孔形状无关这一结论．但真的去问学生时,学生真理解了吗?不理解,有学生会问,LED是圆的,这里出现了三角形的LED灯像,怎么会是小孔成像呢?如果是小孔成像,成的应该是圆的LED灯像．

图10

教师可以针对此图进行对比实验的论证,先问学生此像是否是小孔成像吗并说出理由．学生会说不是,因为它的像是三角形的,不是圆的LED灯像．教师在肯定学生的基础上,问学生,整个上字成的像是小孔成像吗并说明理由,学生说是,因为本来整个上字是倒立的LED灯,现在变成正立,出现上下左右都颠倒的实像．追问:通过整个上字的像与每个LED灯的像的对比,你能得出什么结论?学生:说明小孔是相对而言的．按照小孔成像原理,要使每个LED灯也成的是圆的,有什么办法?生:把孔做成足够小．教师把很小的孔放上后,光屏上却什么也看不到,这时学生会分析得出,主要是进的光太少,还有一种办法就是把光源换大,此时,教师拿出一个白炽灯,可以看到刚才的三角形,还是圆形等不同形状的小孔,都成的是白炽灯灯丝的上下左右都颠倒的像,如图10所示．

通过所有LED灯所组成的一个大光源的像与每一个LED灯成的三角形的像的强烈对比,[2]让学生充分理解,小孔的大小是相对而言的,即小孔是针对光源大小而言的．这比单一只改变小孔形状的实验对学生理解要深刻得多,而且通过对比,一方面让学生质疑,到底是不是小孔成像,另一方面通过二种方法的改变,即孔足够小和白炽灯光源的利用,前面双重对比,更加强了学生对小孔成像和孔形状对像的影响的理解．

2.4 数字化实验,加深理解

随着科技的进步,互联网+教育的发展,数字产品给人们带来了便捷的生活方式和享受外,越来越多的数字产品也应用在物理教学上,使得物理教学的教学模式也随之发生了翻天覆地的变化,最直接的变化是物理探究实验从传统的探究方式变成了数字化探究.通过数字化探究,可以化隐性为显性,化间接为直接,从而使得现象更清晰,结论更明了,学生的理解更深入．

图11

案例4:物体振动与频率的关系.

这个实验大多数教师叫学生敲击如图11所示的瓶,从而得出水越多音调越低的结论,学生不理解．这时可以借助数字化实验来加深学生的理解．具体做法如下.

第1步:在葡萄酒杯中装入适量的水,打开电脑测音频的软件,用手磨杯口,通过电脑观察此时的频率为1459.3 Hz

第2步:继续加水,让学生猜测,频率会变高还是变低?磨一下后,读出此时的频率为993.9 Hz:追问:你觉得磨杯的频率跟什么有关?学生会有二种说法:一是跟水的重量有关,另一种是跟水的高度有关．

第3步:换一个大的葡萄酒杯,把刚才的水倒入,然后让学生猜,频率会变高还是变低?教师一磨杯后,发现频率变低了,从中否定了频率跟水高度的关系,肯定了跟水重量的关系,即水越重,频率越低．

第4步:教师改用鸟哨探究频率跟空气柱长短的关系,学生通过刚才的猜测和计算机软件的测定,得出:空气柱越长,频率越低,空气柱越短,频率越高的结论．与前面的轻重联系起来,即是空气越重,频率越低．

第5步:再次按此结论,讨论和分析尺子的长短、琴弦的粗细、长短,小蜜蜂出去采蜜和回来时的频率高低,教师适时用数字实验验证学生的答案,同时通过尺子长短的振动快慢和数字软件把学生的回答再次回归到物理本质问题上,因为重,所以振动慢,因为振动慢,所以频率低．

利用计算机软件——测频率的软件和实验结合,通过水加入的多少,空气柱的长短变化,从而得出物体振动时频率的高低与振动快慢有关,而快慢主要跟物体的轻重有关,这样的物理学本质问题都探究的一清二楚,加深了学生的理解．

2.5 分步实验,自主理解

好多物理问题,学生听了教师的讲解后,只知其然,不知其所以然.例如凸透镜为什么成的像是上下左右都颠倒的本质问题,学生是无法详细的叙述的．遇到此种现象时,教师要充分调动学生的学习积极性,激发他们的学习热情和探究欲.利用分步实验充分发挥学生的主观能动性,用分步实验,在实验过程中通过观察思考、分析问题,利用先前学习的知识和现有碰到的问题,通过一定的建构过程,最后得出自己想要的结论．

案例5:凸透镜成上下左右颠倒的像的本质问题.

在上课时,问学生为什么凸透镜成的是上下左右都颠倒的实像时,几乎没有学生能回答,甚至连好多老师都回答不了这个问题,此时,可以用分步实验使学生自主理解．具体做法如下.

第1步:提供给学生一个能区别左右的图像,以及一个上下都一样大小的圆柱体玻璃杯,如图13所示．(为了方便描述,这里直接用手机图像)

图13

图14

第2步:先让学生猜测往里面倒水后,这图像会有什么变化?然后往里面倒水,看到左右颠倒且上下不颠倒的图像,如图14所示的图像,让学生自主思考、自主分析原因．

第3步:教师适时的提出一个问题,如果要出现左右不颠倒且上下颠倒的图像,应该怎么操作?如果要出现上下左右都颠倒的图像,又应该如何?

教师通过适时的引导,学生利用分步实验,明白了上下不颠倒而左右颠倒的真正原因是因为上下圆柱体大小一样,杯子从左向右的截面不一样大小,即中间大,两边小．再通过实验和思考,学生明白了要出现左右不颠倒而上下颠倒像的操作是只要把玻璃横放就成,即让左右大小一样而上下出现中间大,两边小．再通过回答要出现上下左右都颠倒的像,就要做成像球一样,即中间厚边缘薄的球镜,也就是凸透镜．这样的分步实验,真正的通过学生自主建构知识,达到了前后知识和本质问题的融会贯通,真正做到了知其然更知其所以然．

3 反思提高

真正的理解是建立在高阶思维基础上的,其体现是学生能用所学知识进行迁移,真正做到学以致用．物理的学习也不是一蹴而就的,特别是碰到思维要求高的且无任何台阶能供学生爬升时,作为物理教师的我们,应该想方设法地创新一些实验来提供学生学习的支架,并用创新实验特有的魅力帮助、促进、加强和加深学生的理解．为了使学习更高效、更可视化,在创新实验教学的过程中,建议老师们最好在上课过程中做一些表现性评价,如PTA量表的使用等,通过学生自评、互评和师生互评等手段促使学习可见化,真正做到学教评一致性的高效课堂．