物理新课程标准的基本理念之一是突出科学探究,其过程一般由提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素组成。要突出科学探究,重要的一点是培养物理实验能力,培养实验能力的方法和途径很多,但与习题教学、生活实际相结合,可能会更受学生欢迎,会产生更好的效果。
一、动手能力的培养
动手能力的培养要分散在课堂教学、实验课堂、课外探索各个方面。我们要从多方面培养学生的动手能力,强调动手实践活动,强调从生活中取材的学习方法,就是平时所说的在生活中学习,在实践中学习,在生活实践中提高。这种学习方法的目的在于让学生以动手实验的方法学习知识。
学习的基本过程是:提出问题——动手做实验——观察记录——解释讨论——得出结论——表达陈述。具体地说,在开展这一活动时,有以下几个步骤:
第一,观察一个物体或一种现象,或者操作某些学具。
第二,在研究所观察的物体或现象的过程中进行思考,和同伴进行讨论和交流,以弥补在单纯的观察和操作活动中的不足。
第三,老师按一定的顺序给学生推荐活动内容,学生可从中自主作出选择并实施这些活动。
第四,这一活动可以课内外相结合的形式进行,每周至少用两个小时进行同一个主题的活动,并应保证这些活动在整个学习进程中的持续性和稳定性。
第五,每个人都记录活动过程。通过这一活动,逐渐学会操作,同时加强并巩固口头和书面表达能力,提高解决问题的能力,增进理解力,练习写作并学习制作图表等,用一定形式呈现和报告研究结果。
下面试举科学观察一例加以说明。
【 例1 】 管道煤气和液化气的燃烧器的比较。燃烧器是燃气灶具的核心部件,它的设计必须确保燃气的完全燃烧,同时可以灵活地控制火焰大小。管道煤气和液化气的灶具不能混用,这是什么原因呢?让我们来观察它们的燃烧器的差异。
观察目的:液化气燃烧器上有一个调节空气量的风门(叫调风板),对比管道煤气的燃烧器,并分析设计的原因。
观察内容和记录填人表1。
观察讨论:
( l )为什么液化气燃烧器上有一个风门,而管道煤气燃烧器不一定要有这一风门的设计?
( 2 )使用液化气灶,为什么开始时风门要调小些,使用一段时间(若干天)后,风门要调大些?
这一习题所涉及的内容想必是每个家庭都具备的,也可能是学生每天在做的事情,这里存在着一定的科学知识需要我们去学习究。利用这种生活中常见的事例加以研究。通过这样的动手实践,学生既可以学会这一方法所需要的各个技能和方法,又发现了生活中的问题,并且研究了这一问题,会丰富自己的知识,增加自己的能力,既锻炼了实验能力,又提高了实验意识。
二、实验设计能力的培养
实验设计是一种创新活动,需要打开思路,安排合理步骤,才能设计出较好的实验方案,慢慢养成科学研究中很需要的一种创造性思维。实验设计虽然是在没有模式可照搬的情况下进行的,但也可以模仿做过的实验,甚至从做过的习题中得到启发,通过积极地知识迁移和联想来开展我们的实验设计。下面对从习题中得到启发来进行密度测定的实验设计加以说明。
问题:在没有量筒的条件下,请设计测定物体密度的方法。
在教科书中,只要利用量筒和天平就能很快地测出密度。但本问题中无量筒,我们就从已知的习题中去寻找启示,从知识的迁移中得到联想,从而间接测出物体的密度。
【 例2 】 一只烧杯的质量为10g ,装满水后总质量为20g ;装满某种油后总质量为18 g 。求油的密度。
【 解】 先求烧杯的容积V
油的体积等于杯的容积,所以
实验设计:
要测某种液体的密度,只有器材:天平(附珐码)、烧杯,水可任取。请设计被测液体密度的方法。要求:
( l )写出实验步骤;
( 2 )用字母表示各量,并写出最后的计算式。
上面习题是我们解决实验设计的启发原型,分析一下它的特点及解题方法,就能很快地找出实验方法和步骤:
( l )调节天平;
( 2 )称出空烧杯的质量;
( 3 )称出盛满水后的总质量;
( 4 )将水倒掉,擦干净,再装满被测液体,称出质量 ;
( 5 )测液体的密度为
三、 实验质疑能力的培养
实验是学习知识、应用知识过程中重要的实践活动。但学生由于思维习惯的束缚,在实验过程中总是跟着实验册或老师的思路进行,思考的是“应该怎样做”, “怎么做才不会错”, “怎样做才能得到结果”等。这当然很重要,但如果能在这样的思考过程中,穿插一些反向思维,提出诸如“为什么要这样”, “不这样行不行”, “难道只能这样吗”等问题,可能会更加有益于对实验本身的理解和开展,而且能对牵涉到的理论和知识作个全面的认识。
例如,在研究滑动摩擦力的实验中,我们利用弹簧测力计水平拉动小木块在水平桌面上匀速运动,从而测出滑动摩擦力的大小。方法是:
( l )用弹簧测力计水平地拉物块,使物块做匀速直线运动;
( 2 )弹簧测力计的读数就等于物块和桌面之间的摩擦力。
这个实验相对来说比较简单,实验成功率也比较高,但我们可以作进一步的分析,这样我们会发现更多的问题,比如在实验时我们不妨提出几个为什么:
( l )桌面为什么要水平?
( 2 )拉动时为什么要让弹簧测力计与桌面平行?
( 3 )拉动时为什么要让物块做匀速直线运动?
【 分析】 当桌面水平时,物块所受的重力和桌面对它的支持力是一对平衡力,物块在竖直方向为平衡态;物块在水平方向做匀速直线运动时,水平方向也为平衡态;在物块不太大的情况下,当弹簧测力计与桌面平行时,可认为拉力与摩擦力方向相反并在同一直上。因此,根据二力平衡条件可知,拉力与摩擦力为一对平衡力,具有大小相等的关系,即弹簧测力计的读数等于摩擦力的大小。反过来,如果把弹簧测力计斜上方拉,即使物块做匀速直线运动,弹簧测力计的拉力与摩擦力不是方向相反,就不是一对平衡力,因而读数并不等于摩擦力的大小。上述反思的结果,不但巩固了对实验方法的理解,而且也进一步明确了实验中涉及到的“二力平衡”原理。任何实验都有着值得深人反思的问题,注意去做,坚持去做,不但能培养实验动手、动脑的好习惯,锻炼实验思维的能力,还能从解决这些问题中拓宽认识,受到启发。
四、 实验技巧的培养
在实验操作环节中,有着许多技巧性的问题。实验技巧综合表现为一个人的实验技能。技巧在不同的实验中,不同的环节上会有不同的表现。但技巧是在各种实验中不断寻找和积累起来的,这就要求教师在实验过程中多加以提醒。