意識(shí) 功能 方法—物理實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生智慧中的作用

王超良

(浙江省義烏中學(xué),浙江義烏 322000)

物理課對學(xué)生的抽象思維能力和形象思維能力的要求都比較高,學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍感到比較困難.而人教版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材中,教學(xué)內(nèi)容多、對學(xué)生思維的要求高,學(xué)生在學(xué)習(xí)中的困難就更大了.因此,如何通過合理的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、隨堂小實(shí)驗(yàn)和師生互動(dòng)性實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)物理教學(xué)的趣味性和直觀性,降低學(xué)生思維的坡度,是擺在我們面前的重要課題,也是進(jìn)行有效教學(xué)、減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的有效途徑.

筆者在近幾年的高中物理課程改革實(shí)踐中,在有意識(shí)地進(jìn)行探索與實(shí)踐的基礎(chǔ)上,體會(huì)到采用以下策略可以有效地增強(qiáng)物理教學(xué)的直觀性和課堂教學(xué)的有效性,切實(shí)提高學(xué)生的思維能力.

1 努力挖掘?qū)嶒?yàn)的趣味性功能,適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思維的方向

中學(xué)生的形象思維比較成熟,而抽象思維能力較弱.美國著名教師哈里德?顏森有句經(jīng)常引用的格言:“講給我聽,我將忘記……;演示給我看,我將記得;與我有關(guān),我將要學(xué);…….”這是對學(xué)生學(xué)習(xí)心理狀態(tài)的描述.盡管物理學(xué)與日常生活密切相關(guān),但仍有許多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí),總感到枯燥無味,其根本原因就在于教師在授課中往往偏重于演繹推理,而輕視直觀教學(xué)的緣故.當(dāng)然,在社會(huì)、學(xué)校強(qiáng)大的升學(xué)與就業(yè)雙重壓力下的教師,也不得不壓縮正常的教學(xué)進(jìn)程,以勻出足夠的教學(xué)時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行大量的、高難度的解題訓(xùn)練,從而使得學(xué)生幾乎無法體會(huì)到物理學(xué)在日常生活中的用途,也感受不到物理學(xué)對其綜合素質(zhì)的提高甚至可能對其今后的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響,因而對常見的物理現(xiàn)象熟視無睹,并逐漸失卻了學(xué)習(xí)物理的熱情,黯淡了學(xué)習(xí)的智慧.

教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)科本身并不能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,讓學(xué)生積極地參與到學(xué)習(xí)的過程中來,教師的想象力以及教師所傳授的內(nèi)容和方法必須生動(dòng)活潑,富有情趣.

圖1

例如,在進(jìn)行“磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”內(nèi)容的教學(xué)時(shí),通常的做法是用磁鐵靠近陰極射線管,讓學(xué)生看到陰極射線管中的電子流在磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情景中引出“洛倫茲力”的概念.這樣處理教材,從教學(xué)的角度來說,不會(huì)有什么困難,但從學(xué)生思維啟動(dòng)的角度,從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性方面來看,卻不很合適的.為此,我們受電視機(jī)顯像管中偏轉(zhuǎn)磁場的啟發(fā),把這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成了如圖1所示的裝置(其中以半徑約為10 cm的鐵環(huán)為鐵芯,用直徑為0.5 mm的漆包線纏繞200圈左右制成“偏轉(zhuǎn)線圈”,其外層用不透明的塑料布包裹形成黑匣子元件.如果單從外表上看這只是個(gè)好玩的“圓環(huán)”).授課時(shí),對實(shí)驗(yàn)的操作方式也進(jìn)行設(shè)計(jì),把演示實(shí)驗(yàn)改變成在教師引導(dǎo)下由幾個(gè)學(xué)生相互配合進(jìn)行的表演性探究實(shí)驗(yàn):

(1)先讓學(xué)生觀察通過感應(yīng)圈給陰極射線管加上高壓后陰極射線管中產(chǎn)生的電子流的運(yùn)動(dòng)情況.

(2)請幾個(gè)思維比較活躍、動(dòng)手能力也較強(qiáng)的學(xué)生,手握串套于陰極射線管外面的“圓環(huán)(通電線圈)”,讓圓環(huán)沿不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí),看看會(huì)發(fā)生什么情況?

(3)在圓環(huán)運(yùn)動(dòng)過程中,為什么陰極射線管中電子流的運(yùn)動(dòng)方向有時(shí)候會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),而有時(shí)候卻不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)呢?

說明:有些學(xué)生會(huì)回答,是通電圓環(huán)產(chǎn)生的磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力使電子流的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn).

(4)改變圓環(huán)中電流的方向,看看陰極射線管中電子流的運(yùn)動(dòng)情況是否發(fā)生變化?

(5)(教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理性分析的基礎(chǔ)上肯定這種說法后,順便指出磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的力,叫洛倫茲力)這個(gè)通電線圈所產(chǎn)生的磁場是怎樣分布的呢?請你用畫圖的方法來表示.

(6)你認(rèn)為這個(gè)線圈是怎么繞制的呢?

(7)洛倫茲力的方向有規(guī)律可尋嗎?

用這樣的方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究的過程中,頃刻間就引爆了學(xué)生們的好奇心,激發(fā)了學(xué)生們濃厚的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生們積極參與的熱情就像火山一樣迸發(fā)出來了,為整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的有效展開創(chuàng)設(shè)了良好的學(xué)習(xí)情境.

2 善于發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的量化功能,順利突破教學(xué)難點(diǎn)

課堂教學(xué)中,如果教師能設(shè)法使學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知要求、社會(huì)要求和情感要求,其學(xué)習(xí)效果將會(huì)大大提高.因此,教師要善于引導(dǎo)學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中不斷地提出與學(xué)習(xí)任務(wù)間存在某種必然聯(lián)系的一些假設(shè),讓學(xué)生進(jìn)行選擇和利用,使學(xué)生在解決問題的過程中,在思維的方式方法上漸入佳境,走向成熟.

許多物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程中,蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想和巧妙的設(shè)計(jì)方法.在物理教學(xué)中,按照物理知識(shí)發(fā)生、發(fā)展和變化的過程,把科學(xué)家運(yùn)用科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過程有機(jī)、有意和適時(shí)地展示給學(xué)生,對提高學(xué)生思維的水平和處理具體問題的能力方面將產(chǎn)生非常積極的影響.愛因斯坦所說的“對真理的探索比占有更加寶貴”也就是這個(gè)意思.

例如,在“磁感應(yīng)強(qiáng)度”的教學(xué)中,對“磁感應(yīng)強(qiáng)度”概念的建立,歷來都是在定性敘述的過程中,得出的結(jié)論.這樣的處理,從教學(xué)的層面看,不僅學(xué)生感到茫然,教師也覺得很別扭.因?yàn)樵诙x電場強(qiáng)度的概念時(shí),我們就經(jīng)歷了這樣的尷尬.什么“……比值是一個(gè)定值”,這個(gè)比值真的是一個(gè)定值嗎?從教育的層面上看,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過程中所經(jīng)歷的艱辛、思維的漸變過程以及富有創(chuàng)造性的研究智慧都被人為地削去了,學(xué)生只是被動(dòng)地接受知識(shí),而無法達(dá)到在感悟科學(xué)家創(chuàng)造性的工作過程中也受到激發(fā)思維的目的,也就無法從中獲得有益的養(yǎng)分.這樣的教學(xué),教育的功能被大大地削弱了,失去了應(yīng)有的教育價(jià)值.

怎樣才能讓學(xué)生確信“……這個(gè)比值真的是一個(gè)定值”呢?為了充分體現(xiàn)這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)所隱含的知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀這三維目標(biāo)的教學(xué)價(jià)值,我們對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),把較難定量研究的“磁感應(yīng)強(qiáng)度 B”在引入力傳感器與電傳感器后用函數(shù)圖像的形式顯示出來.這樣處理,既增強(qiáng)了教師所傳授的知識(shí)的信度,也幫助學(xué)生提升了分析問題與解決問題的水平.

圖2

首先,我們采用一些橫店磁性集團(tuán)生產(chǎn)的磁性很強(qiáng)的環(huán)形磁鐵,用兩面包裹鐵皮的方式制作成幾塊長寬均約15 cm、厚約1 cm的板形磁鐵.以長約20 cm、寬約 10 cm左右的塑料盒經(jīng)處理后作骨架,用直徑約0.5 mm的銅線繞制成200圈左右的線圈.然后,用鐵架臺(tái)、力傳感器、電流傳感器、電源、滑線變阻器、導(dǎo)線和電鍵等器材組成如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置.

其次,在該教學(xué)片段的實(shí)施過程中,我們對實(shí)驗(yàn)展開過程的基本程序也進(jìn)行了設(shè)計(jì):

(1)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到磁場是有強(qiáng)弱的.

①播放電磁鐵提升重物的視頻.

②演示磁鐵吸引鐵桶的實(shí)驗(yàn).

③演示豎直懸掛著的兩條長約2 m、彼此靠近的鋁箔,通電后產(chǎn)生相互作用的實(shí)驗(yàn).

④演示磁鐵對置于其旁邊的通電導(dǎo)線有力的作用的實(shí)驗(yàn).

(2)讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)猜想:你認(rèn)為磁場對置于其中的磁體的作用力跟哪些因素有關(guān)?

(3)磁場的強(qiáng)弱可以用什么物理量來描述?應(yīng)該從何處入手進(jìn)行研究呢?

在學(xué)生經(jīng)歷積極主動(dòng)地參與和認(rèn)真思考的過程后,教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理性思維:

①首先應(yīng)該想到,要研究磁場的強(qiáng)弱,就必須以我們已經(jīng)熟悉的磁場的有關(guān)特點(diǎn)為抓手.

②磁場的強(qiáng)弱可以從“磁場對置于其中的磁體有力的作用”這個(gè)特點(diǎn)入手研究.那么,應(yīng)該選什么物體為研究對象呢?

說明:讓學(xué)生進(jìn)行思維發(fā)散,教師把學(xué)生提出的構(gòu)想依次寫在黑板上.

③引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用相應(yīng)的物理知識(shí)對這些設(shè)想進(jìn)行分析篩選后,確定選“電流元”為研究對象比較好(可控、便于操作).并讓學(xué)生思考:實(shí)驗(yàn)中,“電流元”是不是可以隨意放置呢?為什么?

④應(yīng)該選擇哪些實(shí)驗(yàn)儀器?如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?引導(dǎo)學(xué)生想到可以類比電場強(qiáng)度的研究方案,運(yùn)用控制變量法,并采用上面的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生在通過力傳感器與電傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并從大屏幕上顯示出來的函數(shù)圖像上親眼看到F∝I、F∝L的結(jié)果,綜合分析后得出F∝IL,即是一個(gè)定值.

⑤你認(rèn)為這個(gè)結(jié)論具有普遍性嗎?引導(dǎo)學(xué)生在磁場中的不同位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,看看情況會(huì)怎樣?

⑥引導(dǎo)學(xué)生在綜合分析的基礎(chǔ)上形成研究結(jié)論.

⑦抓住典型問題,通過問題辨析、分析判斷,深化磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念.

應(yīng)該注意的是,對物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)來說,重要的不是獲得某一項(xiàng)具體的結(jié)果,而是讓學(xué)生經(jīng)歷體驗(yàn)的過程,為了使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象和規(guī)律,得到科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和研究能力的鍛煉.教學(xué)實(shí)踐表明,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地營造一種探究性教學(xué)的氛圍,在師生共同參與的“亞研究”中,可以使學(xué)生更好地領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)的精髓,增強(qiáng)問題研究意識(shí),提高實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng),形成分析問題和處理實(shí)際問題的能力.

3 把握實(shí)驗(yàn)的多樣化功能,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

學(xué)生進(jìn)入課堂時(shí)都帶著自己的生活經(jīng)驗(yàn),也正是這些生活經(jīng)驗(yàn)引領(lǐng)著他們對世界與真理產(chǎn)生了特定的看法.因此,富有意義的課堂活動(dòng),應(yīng)該在證實(shí)或轉(zhuǎn)變這些觀念的努力中,來支持或反駁學(xué)生的這些假設(shè),幫助學(xué)生在頭腦中形成準(zhǔn)確的概念和規(guī)律.而物理演示實(shí)驗(yàn)可以為這種努力發(fā)揮出很好的作用.

物理教學(xué)中,演示實(shí)驗(yàn)一般都是以復(fù)合刺激物的形式來呈現(xiàn)的.實(shí)驗(yàn)中,客體的不同成份對學(xué)生的刺激作用也不盡相同,一些反映本質(zhì)特征的現(xiàn)象不一定以強(qiáng)刺激的形式出現(xiàn),而那些表現(xiàn)非本質(zhì)特征的現(xiàn)象倒有可能給學(xué)生以較強(qiáng)的刺激,并影響著教學(xué)的效果.為此,我們可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際需要,精心編排實(shí)驗(yàn)操作的流程,通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)控各種成份的刺激量,有效地吸引學(xué)生的注意力,準(zhǔn)確地把握事物的本質(zhì)特征.

例如,在“機(jī)械能守恒定律”的教學(xué)中,我們可以通過以下方式引入課題,展開教學(xué)過程.

教師提出問題:我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)能定理,知道了合外力做多少功物體的動(dòng)能就改變多少.在重力勢能一節(jié)的學(xué)習(xí)中,我們又知道了物體重力勢能的改變量由重力所做的功來量度.那么,引起物體動(dòng)能與勢能間轉(zhuǎn)化的原因是什么?它們在轉(zhuǎn)化過程中,是否遵循什么規(guī)律呢?

師:請同學(xué)們先來看看下面的實(shí)驗(yàn).

圖3

教師(實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:將兩塊長約100 cm、高5 cm的木板一端用合頁制成兩板間的夾角 α可調(diào)的“V”形軌道.在“V”形軌道開口的一端墊上高約3 cm厚的木板.)先將兩板間的夾角α調(diào)小些,并把雙錐體水平地橫放在軌道中部(如圖3所示).松手后,雙錐體從高處向低處滾動(dòng).

師:這說明了什么問題?

生:雙錐體由于受重力作用,向低處滾動(dòng),重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.這是一個(gè)平常不過的實(shí)驗(yàn).

師:將兩板間的夾角α逐漸調(diào)大(教師事先要作精心地準(zhǔn)備).將雙錐體水平地橫放在軌道中部.松開手,看到雙錐體卻穩(wěn)穩(wěn)地靜止在軌道上不動(dòng)了.

生:雙錐體為什么會(huì)靜止在軌道上呢?

師:將兩板間夾角繼續(xù)增大,把雙錐體水平橫放在軌道中部.松開手,雙錐體卻向高處滾動(dòng).

生:……

師:為什么雙錐體會(huì)從低處向高處滾呢?

生:(陷入了沉思)

師:只要大家認(rèn)真進(jìn)行思考,我相信你們一定能發(fā)現(xiàn)其中的奧妙.

學(xué)生分組討論情況摘錄:學(xué)生們通過再次仔細(xì)觀察,認(rèn)真分析后發(fā)現(xiàn),由于雙錐體軌道結(jié)構(gòu)的特殊性,當(dāng)雙錐體順著軌道從低處向高處滾動(dòng)時(shí),雙錐體的重心其實(shí)是降低的.弄清了雙錐體爬坡的原因后,解釋雙錐體靜止在斜面上的原因也就輕而易舉了.

師:雙錐體爬坡時(shí)其實(shí)是通過重力做正功將重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程.

師:動(dòng)能與勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中,是否遵循什么規(guī)律呢?

師:請同學(xué)們再仔細(xì)觀察研究下面的實(shí)驗(yàn),看看會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)?

實(shí)驗(yàn)集成塊呈現(xiàn):(1)單擺實(shí)驗(yàn).①自由擺動(dòng);②用鐵條在某處檔住擺線后的擺動(dòng);③擺球貼著黑板的擺動(dòng).(2)彈簧振子在簡易氣墊導(dǎo)軌上的振動(dòng).①充氣條件下的振動(dòng);②不充氣情形下的振動(dòng).

說明:教師在引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察初步認(rèn)識(shí)到在只有重力和彈力做功的條件下,物體系機(jī)械能保持不變后,再引導(dǎo)學(xué)生用演繹的方法,如針對自由落體運(yùn)動(dòng)通過運(yùn)用動(dòng)能定理得到機(jī)械能守恒的條件,使學(xué)生思維的啟動(dòng)與發(fā)生、發(fā)展的過程更合理,對知識(shí)的把握與深化也更理性、更全面,從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的水平.

這種似乎與生活經(jīng)驗(yàn)“矛盾”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對學(xué)生形成了一種強(qiáng)刺激,打破了學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu),從而把學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情、智力和情感等方面的積極因素都迅速地調(diào)動(dòng)起來了,使學(xué)生自覺自愿并積極地投入到新課題的學(xué)習(xí)中來,學(xué)習(xí)效果也就不言而語了.

4 抓住實(shí)驗(yàn)的交互性功能,讓學(xué)生積極地參與到問題研究中來

新課改倡導(dǎo)自主、探究和合作學(xué)習(xí)的教學(xué)理念.自主學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)中主動(dòng)、獨(dú)立的學(xué)習(xí)能力,為學(xué)生自主發(fā)展和適應(yīng)社會(huì)奠定基礎(chǔ).探究學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生探究未知世界的能力,為學(xué)生能夠創(chuàng)造出更多的新的思維產(chǎn)品奠定基礎(chǔ).而合作學(xué)習(xí)則強(qiáng)調(diào)協(xié)作與分享的精神,為學(xué)生在社會(huì)性群體中的適應(yīng)和發(fā)展作準(zhǔn)備.這三種價(jià)值取向相互并行而又互為補(bǔ)充,缺一不可.

在教學(xué)過程中,我們首先要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況科學(xué)地設(shè)計(jì)好教學(xué)方案,努力選擇適合于學(xué)生實(shí)際情況的學(xué)習(xí)方式,有效地調(diào)控好學(xué)生的學(xué)習(xí)行為.其次,還可以通過先讓學(xué)習(xí)小組內(nèi)各成員間的相互質(zhì)疑,并通過采取或小組、或個(gè)人、或競賽、或強(qiáng)化,或辯論、或演示、或操作等豐富多彩的釋疑方式,達(dá)到合作達(dá)標(biāo)的目的.

例如,人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書中引入了“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的內(nèi)容,其目的顯然是為了給學(xué)生增加探究體驗(yàn)的機(jī)會(huì),提高理論聯(lián)系實(shí)際的水平.但對教師來說,這是一節(jié)非常難以駕馭的內(nèi)容,無論是教學(xué)設(shè)計(jì),還是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,都有相當(dāng)?shù)碾y度.盡管探究的目的非常明確,無非是為了得出功與物體速度變化的關(guān)系,明確探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理.但為什么要設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)?通過探究活動(dòng),學(xué)生在思維的發(fā)散與聚合的層次上、在分析考慮問題的能力上、在對已有知識(shí)進(jìn)行分析與綜合的水平上,將經(jīng)歷一些怎樣的情感體驗(yàn)?會(huì)有一些什么收獲?能夠達(dá)到什么層次?所有的這些,都是教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)該認(rèn)真考慮和注意突破的問題.教師在教學(xué)中深感難以駕馭的就是如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極地思考,在促使學(xué)生充分發(fā)揮好創(chuàng)造性思維的同時(shí),把探究過程深入下去,并讓學(xué)生在親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程中獲得情感的體驗(yàn),產(chǎn)生能力層次的遞進(jìn).這樣的教學(xué),才與新課改所倡導(dǎo)的探究發(fā)現(xiàn)、合作學(xué)習(xí)的理念相和諧.但要真正達(dá)到探究的目的,關(guān)鍵還在于要確保實(shí)驗(yàn)的成功.這就需要教師積極開動(dòng)腦筋,在刻意進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)的基礎(chǔ)上,積極引導(dǎo)學(xué)生圍繞探究的目標(biāo),以探究過程中所要測定的物理量為中心,通過對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與選擇、實(shí)驗(yàn)儀器的組裝、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析的過程中,努力把學(xué)生的注意力吸引到分析解決問題上來,讓學(xué)生在經(jīng)歷思考與討論的過程中,在實(shí)驗(yàn)操作中獲得真切的體驗(yàn).

鑒于這樣的分析和考慮,我們擬定了下面的教學(xué)設(shè)計(jì)方案.

師:我們知道,物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能.同學(xué)們對動(dòng)能有什么認(rèn)識(shí)嗎?

生:…….

師:請同學(xué)們仔細(xì)觀看下面的錄像(這些視頻資料可上網(wǎng)查找下載,也可在電視節(jié)目中錄像得到).

播放視頻1:(激發(fā)起學(xué)生探究的欲望和熱情)自然界中能引起強(qiáng)烈震撼的體現(xiàn)動(dòng)能能量的多媒體視頻音像小片段(如龍卷風(fēng)、雪崩、熱帶風(fēng)暴等).

播放視頻2:足球世界杯賽中,足球運(yùn)動(dòng)員射門的情景.

播放視頻3:奧運(yùn)會(huì)射箭比賽中,拉開的弓把箭射出的情景.

提出問題:足球射門中,運(yùn)動(dòng)員射箭時(shí),足球與箭都獲得了動(dòng)能.據(jù)測算,足球射門時(shí),速度最大可達(dá)到100 m/s左右,這些動(dòng)能是從哪里來的?

教學(xué)活動(dòng)情況說明:先讓學(xué)生回答后,教師再適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行點(diǎn)撥指導(dǎo).

師:外力作功會(huì)引起物體動(dòng)能的變化.功與物體動(dòng)能的變化量間存在著什么關(guān)系呢?

生:……

師:我們知道,物體的動(dòng)能與它的速度是密切相關(guān)的,而物體速度的變化又與它所受力的功有關(guān).那么,功與物體速度的變化之間又存在著怎樣的關(guān)系呢?

生:……

師:探究功與物體速度變化的關(guān)系時(shí)可以采用什么方法?

說明:引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到要探究功與物體速度變化的關(guān)系,既可以從理論的層面用邏輯推導(dǎo)的方法進(jìn)行研究,也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行探究.今天,我們通過實(shí)驗(yàn)的方法來探究功與物體速度變化的關(guān)系.

師:我們應(yīng)該采用什么實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究呢?請同學(xué)們先設(shè)計(jì)一個(gè)合理可行的實(shí)驗(yàn)方案.

教學(xué)活動(dòng)情況說明:先讓學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)方案(指定幾名學(xué)生在黑板上畫出,其余學(xué)生在草稿紙上畫).然后,教師選擇在巡回指導(dǎo)中搜集到的具有代表性的設(shè)計(jì)方案利用投影儀進(jìn)行展示.

師:同學(xué)們提出了許多實(shí)驗(yàn)方案,我們選擇什么方案比較好呢?請同學(xué)們認(rèn)真想一想,利用實(shí)驗(yàn)探究功與物體速度變化的關(guān)系時(shí)需要測量哪些物理量?

生:測量力對物體所做的功及力對物體做了這個(gè)功后物體運(yùn)動(dòng)的速度.

師:在實(shí)驗(yàn)探究中,應(yīng)如何對物體做功?怎樣表示每次做功的大小呢?

生:…….

討論情況摘要:(引導(dǎo)學(xué)生討論)既可以考慮用恒力做功,也可以用變力做功.若用恒力做功,例如用一砝碼盤牽引著小車做實(shí)驗(yàn),則可以用改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量,通過測出物體發(fā)生的位移s,用 W=Fs表示功的大小(引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣在實(shí)驗(yàn)中測出功).當(dāng)然,也可以選擇在斜面上或豎直方向上運(yùn)動(dòng)的情況進(jìn)行探究.

引導(dǎo)學(xué)生思考:能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究變力的功與物體速度變化的關(guān)系呢?

圖4

說明:引導(dǎo)學(xué)生回憶射箭運(yùn)動(dòng)員射箭的情景,若用小車代替箭、用橡皮筋代替弦,把車放在軌道上,我們是否能夠設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究功與物體速度變化的關(guān)系呢?學(xué)生們經(jīng)過認(rèn)真地分析討論后得出可以考慮用教材中圖7.6-1所示的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(教師出示圖4所示的實(shí)驗(yàn)器材,它由教材中圖7.6-1所示的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)而成,因?yàn)橹苯硬捎媒滩闹械膶?shí)驗(yàn)裝置很難進(jìn)行實(shí)際操作),通過每次增加一根橡皮筋的方法來改變功的大小.

師:應(yīng)該怎樣測量物體的速度呢?

討論情況摘要:(教師引導(dǎo)學(xué)生討論)學(xué)生很容易想到用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,也可以考慮用與氣墊導(dǎo)軌配套的光電門測量速度,或用紅外線傳感器直接測量物體的速度.

師:選用什么方法測量物體的速度比較好呢?

討論情況摘要:(教師引導(dǎo)學(xué)生通過討論選定采用的方案)采用哪種方法,各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件,選擇什么方案為好?

說明:運(yùn)用各種不同方法測量小車的速度時(shí),教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過各種途徑了解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程,這不僅僅是為了動(dòng)手實(shí)驗(yàn),更是不斷動(dòng)腦、不斷解決問題的過程.這也是實(shí)驗(yàn)的價(jià)值所在.

師:請同學(xué)們按照上面的討論,用實(shí)驗(yàn)桌抽屜中的實(shí)驗(yàn)器材把這個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)所需要的有關(guān)器材組裝起來(如圖4所示),按4人小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),把有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中自己所設(shè)計(jì)的表格上,并在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析綜合的基礎(chǔ)上得出功與物體速度變化的關(guān)系.教師進(jìn)行巡回指導(dǎo).

生:……

說明:學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到一定程度后,教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,在對學(xué)生畫出的 W-v圖像進(jìn)行評析的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生思考:能否運(yùn)用 W-v2圖像進(jìn)行分析,并用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過電腦進(jìn)行擬合得出力所做的功與物體速度變化間關(guān)系,使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究得出的結(jié)論印象更加清晰,更加深刻,也拓展了學(xué)生的視野.

5 突出實(shí)驗(yàn)的情景化功能,觸發(fā)學(xué)生思維的靈感

物理實(shí)驗(yàn)離不開理性思維的引導(dǎo)和支持,“以物明理,物理滲透”是物理學(xué)科非常鮮明的教學(xué)特色.因此,在物理教學(xué)中,我們要堅(jiān)持物理實(shí)驗(yàn)與思維同步并進(jìn)使之交互感應(yīng)的原則,使實(shí)驗(yàn)觀察活動(dòng)真正為思維活動(dòng)提供豐富的感性素材,也使理性思維為實(shí)驗(yàn)研究提供良好地導(dǎo)向作用,從而使課堂活動(dòng)內(nèi)容豐富,氣氛和諧,也富有情趣,將學(xué)生的思維水平推向更高的層次.

在“互感和自感”一節(jié)的教學(xué)中,在學(xué)習(xí)自感現(xiàn)象時(shí),一般的處理方法是按書本上的兩種電路進(jìn)行操作,抓住燈泡延遲發(fā)光的事實(shí),引導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行分析推理的過程中,形成結(jié)論.這樣的教學(xué),思路順暢,結(jié)論也明確.但課后許多學(xué)生卻心存疑慮:為什么要選這兩種情況來做實(shí)驗(yàn)?zāi)?為什么一種電路只能演示一種自感(通電或斷電)現(xiàn)象呢?究其原因,就在于沒有把實(shí)驗(yàn)觀察與思維活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來.因此,我們采用了“程序思維實(shí)驗(yàn)法”展開教學(xué),把實(shí)驗(yàn)過程脈絡(luò)清楚的展示給學(xué)生.

(1)如圖5(a)所示的電路中,當(dāng)閉合(或斷開)電鍵S時(shí),線圈B中有無感應(yīng)電動(dòng)勢E感產(chǎn)生?方向如何?

(2)去掉線圈 B,如圖 5(b)所示,合上電鍵S時(shí),線圈A中有無感應(yīng)電動(dòng)勢E感產(chǎn)生?先引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)進(jìn)行推斷,而后串聯(lián)燈泡L1進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果觀察不到L1延遲發(fā)光的現(xiàn)象.是推斷有誤?還是觀察的方法不對?

圖5

(3)并接燈泡 L2(如圖5(c)所示)后,進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)電鍵S閉合后L1的發(fā)光有明顯的延遲現(xiàn)象.抓住這個(gè)結(jié)果,順勢引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)追本溯源,展開探究活動(dòng).

(4)圖5(c)所示的電路中,當(dāng)斷開電鍵S時(shí),A中有無感應(yīng)電動(dòng)勢E感產(chǎn)生?請你認(rèn)真思考一下:應(yīng)該觀察到什么現(xiàn)象?

可是在演示中卻發(fā)現(xiàn),電流減弱時(shí),L1卻并無明顯的延遲現(xiàn)象.這是為什么?我們要緊緊抓住這個(gè)“異?！鼻闆r,引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用理論知識(shí)分析原因的基礎(chǔ)上,不斷地提出問題,并在改進(jìn)后的電路中進(jìn)行演示,讓學(xué)生體會(huì)到成功的喜悅.

(5)去掉L1,如圖 5(d)所示,使電路穩(wěn)定時(shí) I1＞I2.斷開電鍵S時(shí),發(fā)現(xiàn)L2中出現(xiàn)瞬間的強(qiáng)光.

(6)L2發(fā)出強(qiáng)光,豈不與電磁感應(yīng)理論相悖?引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析后,再接上發(fā)光二極管后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在對比觀察(如圖5(e)所示)中發(fā)現(xiàn):電鍵S自合上至電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中,L1發(fā)出暗淡的紅光,而L2并不發(fā)光;斷開電鍵S的瞬時(shí),L2發(fā)出強(qiáng)光.

這樣的教學(xué),在以實(shí)驗(yàn)為載體展開思維活動(dòng)的過程中,也以問題為線索突出了理論對實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用,既降低了思維的坡度,體現(xiàn)了物理教學(xué)“以物明理,物理滲透”的思想,也可以有效地幫助學(xué)生把感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí).

值得指出的是,盡管每個(gè)實(shí)驗(yàn)都蘊(yùn)含了它所特有的物理思想和科學(xué)方法,但實(shí)際教學(xué)中的效果如何,卻最終取決于教師的思維方式和科學(xué)素養(yǎng).只有當(dāng)教師對實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的物理思想、科學(xué)方法以及解決實(shí)際問題的技能、技巧有深刻的體會(huì),對學(xué)生的心理活動(dòng)特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)規(guī)律有充分地了解時(shí),才能使實(shí)驗(yàn)發(fā)揮出最大的效益.因此,在課堂教學(xué)中,教師要努力創(chuàng)造適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境,切實(shí)關(guān)注學(xué)生的思考過程,努力幫助學(xué)生去思考一些比較復(fù)雜的問題,努力培養(yǎng)學(xué)生善于用聯(lián)系的觀點(diǎn)看問題的能力,設(shè)法使學(xué)生真正承擔(dān)起自己應(yīng)有的學(xué)習(xí)責(zé)任. (收稿日期:2009-09-12)