畢會英
摘要:圍繞“如何通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生解決問題能力這一核心,本文在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,提出有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)思想及解決問題能力的有效教學(xué)方法,即重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”、解決問題“方法化”、復(fù)雜問題“簡單化”、專業(yè)問題“通俗化”,簡稱“四化教學(xué)法”。在教學(xué)過程中,教師可通過教學(xué)方法的改革和實(shí)踐,使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練過程中,潛移默化地形成思考問題、解決問題的思路、習(xí)慣和方法,從而提高學(xué)生解決問題的能力。
關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)思想;問題解決能力
中圖分類號:G427 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? 文章編號:1674-9324(2015)43-0141-02
美國心理學(xué)家、哈佛大學(xué)教授威廉·詹姆士說過:教育的目的是培養(yǎng)滿足各種生活狀況的能力。教師是實(shí)現(xiàn)教育目的的主體,其責(zé)任除了傳授知識,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的能力。因此,教師如何在教學(xué)過程中,圍繞“提高學(xué)生能力”這一核心采取有效的教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和提高學(xué)生的能力尤為重要。每門課程都有其課程體系和相對應(yīng)的教學(xué)方法。
物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程的目的是利用實(shí)驗(yàn)儀器,通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,采用一定的實(shí)驗(yàn)方法,讓學(xué)生通過親自動手去驗(yàn)證、發(fā)現(xiàn)、探究物理學(xué)規(guī)律,從而鞏固所學(xué)物理知識,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣,提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。因此,教師在教學(xué)過程中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練,繼而提高解決問題的能力,是擺在實(shí)驗(yàn)課教師面前的重要課題。本文主要闡述教學(xué)過程中教師圍繞如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣、正確提問和解答,從而提高他們應(yīng)對不同狀況的能力,并取得較好的教學(xué)效果。
一、重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”
心理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明,提問可以引起注意,不同的問題可以引導(dǎo)人們向不同的方向思考。因此,問什么問題很重要[1]。對于教學(xué)來說,每節(jié)課都有其重點(diǎn)內(nèi)容,如何使學(xué)生在短暫的時(shí)間內(nèi)盡快掌握其重點(diǎn)很關(guān)鍵。教師在上課前應(yīng)設(shè)計(jì)一些覆蓋教學(xué)重點(diǎn)的問題,讓學(xué)生回答,引導(dǎo)他們思考,尋找解決問題的答案。
例如,弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是:在理解波爾理論的基礎(chǔ)上,通過原子和電子碰撞的方法,實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)的改變,從而在原子狀態(tài)改變的時(shí)刻或者說原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的時(shí)候測到原子的第一激發(fā)電位[2]。為了讓學(xué)生在有限的課堂時(shí)間內(nèi)抓住實(shí)驗(yàn)重點(diǎn),在講弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)時(shí),教師可要求學(xué)生依次回答以下幾個(gè)問題:(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗浚?)實(shí)驗(yàn)原理是什么?(3)實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)改變方法有哪些?(4)怎樣實(shí)現(xiàn)電子和原子的碰撞?(5)如何確定電子和原子碰撞的時(shí)刻,從而測出原子的第一激發(fā)電位等問題。通過一系列的提問,讓學(xué)生明白:實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y量亞原子的第一激發(fā)電位;要想測到第一激發(fā)電位,根據(jù)波爾理論,必須讓原子狀態(tài)改變(從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷);實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)改變的方法是:讓具有一定能量的電子和原子發(fā)生碰撞,將能量傳遞給原子,從而實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)的改變。最終,利用弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀完成上述過程,實(shí)現(xiàn)預(yù)定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
這會讓學(xué)生在回答問題時(shí)不知不覺地跟著教師設(shè)計(jì)好的思路思考和解決遇到的問題。整個(gè)過程可以總結(jié)為:引導(dǎo)性提問—引起注意—關(guān)注性思考—尋找答案—掌握重點(diǎn)。經(jīng)過不斷的訓(xùn)練,學(xué)生會逐漸養(yǎng)成設(shè)問—解答的習(xí)慣,抓住問題的重點(diǎn)和解決問題的方法,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)思想,從而提高其有效解決問題的能力。
二、解決問題“方法化”
提問是為了引起學(xué)生對重點(diǎn)問題的注意和重視,方法是解決問題的必經(jīng)之路,物理實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)方法,實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)巧妙,就能很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn),都會有自身的一套實(shí)驗(yàn)方法用來測量相關(guān)的物理量。在選用實(shí)驗(yàn)方法,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),編排實(shí)驗(yàn)或在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行調(diào)節(jié)和測量時(shí),具有普遍意義的思想稱為實(shí)驗(yàn)思想[3]。物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的是:通過課程訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思想和科學(xué)思維習(xí)慣,提高解決問題的能力。因此,在教學(xué)過程中,如何引導(dǎo)學(xué)生主動尋找解決問題的方法,顯得十分重要。
比如,測空氣比熱容比采用絕熱膨脹法,電橋測電阻運(yùn)用對稱測量的方式,聲速測量采用駐波和行波法,弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)采用電子和原子碰撞方法,光電效應(yīng)采用零電流法等。每種實(shí)驗(yàn)不止一種方法,上課時(shí)應(yīng)充分激發(fā)學(xué)生積極思考,尋找合理有效的實(shí)驗(yàn)方法對提高學(xué)生解決問題的能力至關(guān)重要,有助于提高學(xué)生解決問題的能力。
例如,空氣比熱容比實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和尋找實(shí)驗(yàn)方法,教師可以從空氣比熱容比的概念出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)方法??諝獗葻崛荼扔纸薪^熱系數(shù),對這個(gè)量的測量就會在絕熱過程中進(jìn)行。如果要測量這個(gè)量,就應(yīng)構(gòu)建絕熱過程,從而引導(dǎo)學(xué)生考慮利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器,思考如何構(gòu)建絕過絕熱過程,尋找實(shí)驗(yàn)方法(絕熱膨脹過程),進(jìn)而在絕熱膨脹過程中測量P、V、T三個(gè)狀態(tài)量,并將其代入絕熱方程求出空氣比熱容比。三個(gè)絕熱方程,使用哪個(gè)更簡單、有效,又易于實(shí)現(xiàn),可讓學(xué)生選擇合理的測量公式,使得整個(gè)過程學(xué)生一直都在參與思考,尋找解決問題的方法,既可以提高學(xué)生興趣,使其積極參與,也可逐步引導(dǎo)學(xué)生思考并尋找解決問題的方法,培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維模式,在遇到問題時(shí),知道首先應(yīng)從哪些方面入手,如何思考和尋找解決問題的方法。在解決問題的過程中,方法很重要,如果選擇合適,會獲得事半功倍的效果。
三、復(fù)雜問題“簡單化”
在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí),由于學(xué)生看不到真實(shí)儀器,對一些實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟很難明白,這就需要教師在課堂上把一些看起來比較復(fù)雜的問題簡單化,以便學(xué)生在課堂上容易理解和接受。例如,聲速測量。這個(gè)實(shí)驗(yàn)對大部分學(xué)生來說有點(diǎn)兒難,教師不能一開始就講測量原理和測量方法,而應(yīng)先從簡單的速度概念出發(fā):速度是單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的位移,那么聲速就是單位時(shí)間聲波傳播的距離,從而引出時(shí)差法?;驈乃俣?、波長、頻率的關(guān)系引出聲速測量的方法。如果利用聲速C、頻率f和波長λ間的關(guān)系:C=f×λ進(jìn)行測量,那么其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如下:(1)首先產(chǎn)生一種超聲波;(2)測出超聲波f;(3)測量超聲波波長λ;(4)計(jì)算聲速C=f×λ。再由設(shè)計(jì)思路出發(fā),為大家講解如何使用實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)生超聲波及其產(chǎn)生原理以及如何測量頻率、波長,從而引出駐波法和行波法。
駐波法和行波法在測量超聲波的聲速時(shí),會有很多學(xué)生并不理解它們,認(rèn)為這兩種方法相互獨(dú)立,沒有什么聯(lián)系。實(shí)際上,這兩種方法是確定并測量駐波波幅最大時(shí)接收器與發(fā)射源之間的距離,只是觀察量不同而已。兩種方法的區(qū)別在于:駐波法是通過示波器觀察駐波共振時(shí)的最大波幅,行波法利用示波器觀察駐波共振時(shí)兩列波合成的李薩如圖形,從而確定接收器的位置。所以這兩種方法有異曲同工之妙。通過巧妙的設(shè)計(jì)思路,把聲速測量問題進(jìn)行簡化,按照實(shí)驗(yàn)思路,尋找實(shí)驗(yàn)方法,并把兩種方法對比講解,使復(fù)雜問題簡單化,有利于學(xué)生理解和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。
四、專業(yè)問題“通俗化”
專業(yè)人士有時(shí)會高估自己聽眾的理解力,想當(dāng)然地認(rèn)為聽眾已經(jīng)理解了常說的專有名詞。還有一些教師在講解時(shí),會把本來很簡單的問題復(fù)雜化,增加學(xué)生的理解難度。比如,直接提問:什么是示波器?它是用來干什么的?一般學(xué)生很少能直接簡單地回答出來。實(shí)際上,示波器是顯示波形的儀器,凡是可以轉(zhuǎn)化為電信號的波形都可以在示波器上顯示出來,并進(jìn)行測量。物理實(shí)驗(yàn)涉及許多專有名詞,如全息照相、示波器、分光儀等,如果能把這些專有名詞通俗化,便于學(xué)生理解和記憶。例如,全息照相可以說是對物光波全部信息的記錄和再現(xiàn)的一種照相技術(shù)。全息指的是物體表面發(fā)出的全部信息(包括光波的振幅和相位),可以很好地讓學(xué)生區(qū)分普通照相和全息照相,記住全息照相的內(nèi)容,了解全息照相的干涉原理和再現(xiàn)原理。再如,分光儀是一種分光儀器,進(jìn)一步理解如何分光和測量波長等原理。因此,專業(yè)名詞通俗化有助于學(xué)生理解和記憶,提高學(xué)習(xí)效率。
總之,物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐課程,學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,通過親自動腦和動手,在實(shí)際訓(xùn)練過程中,養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和正確的實(shí)驗(yàn)思想,尋找合理的實(shí)驗(yàn)方法,逐步提高解決問題的能力。教師在教學(xué)實(shí)踐過程中,應(yīng)始終以提高學(xué)生問題解決能力為宗旨,采用有效的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué),可取得很好的教學(xué)效果。其基本方法是“四化”教學(xué)法:重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”、解決問題“方法化”、復(fù)雜問題“簡單化”、專業(yè)問題“通俗化”。學(xué)生通過一段時(shí)間的課程訓(xùn)練后,不但能培養(yǎng)出良好的實(shí)驗(yàn)思維習(xí)慣和提高問題解決能力,還能不斷提高應(yīng)對生活中各種狀況的能力。
參考文獻(xiàn):
[1]王滟明,鄒簡.哈佛積極心里學(xué)筆記[M].中國言實(shí)出版社,2011.
[2]吳平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.
[3]項(xiàng)紅專.物理學(xué)思想方法研究[M].浙江大學(xué)出版社,2004.