微型實驗培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

楊明亭

1開展中學(xué)物理微型實驗的背景

1.1中學(xué)物理實驗存在的問題

近年來，中學(xué)物理越來越受到人們的重視，然而也存在著傳統(tǒng)教學(xué)的弊端。在教學(xué)功利主義的誘惑下，使得學(xué)生的頭腦中學(xué)到的不再是聰慧機智，僅僅是一系列枯燥的公式和一堆堆難解的方程，并且高中物理教學(xué)任務(wù)繁重，尤其是高一新生很容易覺得物理枯燥無聊，不能高效的構(gòu)建物理模型解決問題，甚至無從下手，喪失學(xué)習(xí)物理的興趣。然而，在教學(xué)的生涯里，在物理實驗的課堂上，常常被學(xué)生高漲的學(xué)習(xí)熱情震撼到，由此可見實驗對物理教學(xué)、對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著不可替代的作用。

然而，2009年有關(guān)部門對陜西省114名高中物理教師及他們所任課的兩千余名學(xué)生進行了相關(guān)的調(diào)研調(diào)查，涉及到全省陜南白河一中、平利八仙中學(xué)、關(guān)中韓城西莊中學(xué)、扶風(fēng)高中、陜北子洲中學(xué)等32所中學(xué)43個高一、高二的班級，對調(diào)查數(shù)據(jù)利用Excel處理。總結(jié)Excel所得的數(shù)據(jù)，在中學(xué)物理實驗中存在的以下3個重大問題：

①實驗器材、實驗員存在的問題：近些年來實驗室整體條件有了較大進步，但是仍存在諸如以下的問題：教師提到所在實驗室的實驗器材配備與教材不完全匹配，雖然學(xué)校也會購置新器材，但是往往只是數(shù)量上增多質(zhì)量上不夠過關(guān)，新配的部分實驗器材準確度不高，實驗效果不佳等問題，很多學(xué)校沒有配備專門的實驗員，有的學(xué)校雖配有實驗員但是大多是非物理專業(yè)，物理教師課前既要準備實驗器材又要課后整理和維修器材，工作量非常之大很大程度影響實驗教學(xué)效果。

②物理教師存在的問題：從調(diào)查結(jié)果來看，物理教師普遍存在問題集中在兩方面：一是應(yīng)試教育觀念根深蒂固，實驗教學(xué)意識比較淡薄，有些教師認為實驗課浪費時間，影響教學(xué)進度，不如在考試前再集中突擊實驗，也能考個好分數(shù)，認為實驗無關(guān)緊要，有也些教師為保護器材而不做實驗或者演示實驗讓學(xué)生看，這些不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)觀念都嚴重影響實驗教學(xué)效果；二是實驗教學(xué)投入時間不足，實驗操作能力相對較差，在上述調(diào)查結(jié)果的所反應(yīng)的觀點影響下，很多教師忽視了實驗教學(xué)的研究和探究實驗操作能力日已退化。

③教學(xué)考核制度存在的問題：現(xiàn)行的物理教學(xué)考核制度中對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目疾橐环矫嬷煌Ａ粼跁婵己饲掖蠖酁閷嶒炋骄績?nèi)容和方法的考核，缺少真正的操作考核無法反應(yīng)學(xué)生實驗?zāi)芰Ω叩筒焕趯W(xué)生動手實驗?zāi)芰Φ奶岣?；另一方面有的實驗操作考試基本由縣區(qū)各學(xué)校自行組織，成績水份較大，師生對實驗都不重視。

1.2問題分析

以上的三個問題進行分析，可以發(fā)現(xiàn)教師在進行物理實驗教學(xué)時，為了讓學(xué)生認識實驗過程，教師必然會經(jīng)常用虛擬實驗來代替學(xué)生實驗，這是由于實驗儀器的短缺、教師自身對實驗重視程度不足所致；同時教師必然也會盡量減少物理實驗課的數(shù)量，以避免課堂混亂、減小物理課程教學(xué)難度、加快教學(xué)進度，并且能有更多時間進行單純的知識點的傳授。

2中學(xué)物理微型實驗的定義和作用

2.1微型實驗的定義

中學(xué)物理微型實驗作為實驗的組成部分對物理學(xué)的形成和發(fā)展、對教育教學(xué)都起著不可替代的作用。中學(xué)物理微型實驗的研究是一個寬廣的新領(lǐng)域，通過普遍案例與微型設(shè)計案例的對比，明顯的突出微型設(shè)計案例所具有的教育教學(xué)作用、對教師的促進作用，是不可缺少的，難以替代的。中學(xué)物理實驗微型設(shè)計指的是按照教學(xué)需要，由教師自主設(shè)計，穿插于課堂教學(xué)中的小實驗，具有環(huán)保、方便、可靠、安全、效果突出等特點。鑒于這些特點，借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的中學(xué)實驗微型設(shè)計案例，探究其中所包含的共同的促進物理教育教學(xué)的因素，從而總結(jié)出中學(xué)物理實驗微型設(shè)計所需要遵循的基本要求和基本的原則：基本要求如要有明確的目的；實驗要明顯和直觀；實驗要多種感官并用、能提高感知效率；安全、可靠、確保成功；要有啟發(fā)性等；而基本原則如激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與求知欲望：為學(xué)生創(chuàng)造生動有趣的物理學(xué)習(xí)情境；發(fā)展學(xué)生能力使得學(xué)生掌握科學(xué)方法；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神等。遵循這些原則，回顧教學(xué)中存在的問題，遵循微型設(shè)計實驗的要求和原則，指導(dǎo)教師從哪幾個方面著手發(fā)揮實驗微型設(shè)計的促進作用，設(shè)計微型實驗克服傳統(tǒng)物理實驗案例中的普遍問題，展望中學(xué)物運實驗的發(fā)展趨勢，成為促進物理教學(xué)不可或缺的重要力量。本文重在通過分析中學(xué)物理實驗微型設(shè)計案例，從案例中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、尋找解決辦法。

2.2微型實驗案例

例如在彈力與形變的教學(xué)中，需要采用實驗進行教學(xué)，采用實驗的微型設(shè)計教學(xué)如下：教師首先演示小實驗即用手分別擠壓塑料瓶和玻璃瓶，學(xué)生可直觀的觀察到塑料瓶明顯的形變和玻璃瓶難以觀察到的形變。在此基礎(chǔ)上，從形變的定義出發(fā)，理論分析可知玻璃瓶確實有發(fā)生形變，只是難以觀察，借助帶細管的軟木塞間接的放大玻璃瓶的形變，從而引出物理實驗的思想：放大法。并且通過微型實驗還得出形變按是否可通過肉眼直接觀察得到的分類，并且觀察玻璃瓶在撤去外力后細管中的液面恢復(fù)原來高度，為之后彈性形變的引出做下鋪墊。而在形變講解的基礎(chǔ)上，通過演示微型實驗：即在懸掛在鐵架臺上的彈簧上掛上鉤碼，用這個例子中彈簧的形變來鞏固剛所學(xué)的形變，再通過受力分析引出彈力。通過微型實驗，即分別讓鉤碼與彈簧接觸、擠壓從而得到產(chǎn)生彈力的條件以及彈力的定義，讓學(xué)生對彈力有一個清晰的認識。

2.3與中學(xué)物理實驗普遍案例的時比

通過上述形變與彈力的教學(xué)案例，可以發(fā)現(xiàn)，實驗微型設(shè)計教學(xué)案例與中學(xué)物理實驗普遍案例直接的差別。首先，實驗微型設(shè)計案例注重用許多微型實驗引出或者驗證將要學(xué)習(xí)的知識點，如用塑料瓶與玻璃瓶引出形變的分類、放大法思想，過程簡單明了，形象直觀。而相對于實驗的普遍案例，不借助微型實驗只能枯燥的講解知識點，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大降低，同時對知識點的掌握也沒有微型設(shè)計實驗明顯。其次，如微型實驗設(shè)計中借助彈簧懸掛鉤碼的演示實驗，相對于中學(xué)物理實驗普遍案例而言，前者更注重在具體的情景中分析問題，引出新內(nèi)容，承上啟下，更容易理解，邏輯性更強，而不是毫無鋪墊的講述新內(nèi)容。最后，實驗微型設(shè)計所需要的實驗儀器簡單，教師完全可以根據(jù)自己的教學(xué)需要自行設(shè)計，不僅與教學(xué)目的相匹配，也更能體現(xiàn)出啟發(fā)性教學(xué)的原則，用實驗來啟發(fā)，可以培養(yǎng)從實驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，分析問題，進而解決問題。并且實驗的微型設(shè)計能夠?qū)⒑芏嚯y以講解的知識點、抽象的知識點用微型實驗的現(xiàn)象直觀的表現(xiàn)出來，易于理解和培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維，這是中學(xué)物理實驗普遍案例所缺少的，其只注重于必做實驗。實驗微型設(shè)計案例更加關(guān)注知識點的發(fā)現(xiàn)過程、探究過程，符合新課程標準下的啟發(fā)式教學(xué)要求。

2.4中學(xué)物理實驗微型設(shè)計的意義和作用

中學(xué)物理實驗微型設(shè)計對教育教學(xué)有很多的作用。中學(xué)物理實驗中存在的問題，主要分為三點。

第一，從實驗儀器短缺的情況出發(fā)，實驗的微型設(shè)計中所用的實驗儀器簡單，操作方便，很適合自制教具的要求。教師完全可以根據(jù)教學(xué)目的進行設(shè)計，可以有效解決實驗資金不足、實驗儀器不足等問題，使得教師能夠通過各種各樣的微型實驗來幫助自己有效的進行實驗教學(xué)、知識點的傳授，很大程度上促進教師對實驗的重視、改變教師的觀念，促進教學(xué)。

第二，實驗微型設(shè)計是微型的，但又不缺乏實驗所具有的創(chuàng)設(shè)生動的物理情境、培養(yǎng)學(xué)生的分析理解能力等作用。同時，實驗微型設(shè)計能夠?qū)⒊橄蟮闹R點、相互關(guān)聯(lián)的知識點串接起來，用實驗直觀形象的引出，在講解知識點時起到事半功倍的作用，相對于必做的實驗而已，實驗微型設(shè)計具有無法替代的地位。它可以淡化教師對應(yīng)試教育的觀念。在實驗微型設(shè)計中，教師自然而已從教學(xué)目的出發(fā)進行設(shè)計，而實驗教學(xué)又能引導(dǎo)學(xué)生思考、提高學(xué)生在具體的問題中解決問題的能力，教師會為啟發(fā)而進行教學(xué)。

第三，實驗微型設(shè)計可以設(shè)計出多種中學(xué)物理普遍案例難以發(fā)現(xiàn)進行的實驗，能夠很好的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、熱情，讓學(xué)生在實驗過程的集中精神。同時，實驗微型設(shè)計過程簡單明了，注重學(xué)生和教師共同分析的過程，不會造成課堂的混亂，反而能規(guī)范課堂教學(xué)秩序。

3微型實驗在中學(xué)物理教學(xué)中的實踐

3.1在課堂引入方面

在課堂的教學(xué)中，課堂引入起到承上啟下的重要作用，如何進行效果良好的課堂引入是一個重要的問題。嘗試將微型實驗應(yīng)用在具體的中學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中，例如：電生磁實驗。

“電生磁”這一章節(jié)，單純的理論講解不僅枯燥，學(xué)生難以理解，也難以起到良好的課堂引入效果。此時，將實驗的微型設(shè)計應(yīng)用到實踐當(dāng)中，例如：利用絕緣導(dǎo)線、鐵釘、開關(guān)、電源、大頭針等生活中簡單易見的物品設(shè)計一個微型實驗：將絕緣導(dǎo)線繞在鐵釘上，并將鐵釘、導(dǎo)線、開關(guān)、電源正確連接，讓鐵釘靠近大頭針，當(dāng)閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)大頭針被鐵釘吸引，此時增加絕緣導(dǎo)線的匝數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)被吸引的大頭針增多。

從這個實驗現(xiàn)象可以很好的說明：電生磁這一現(xiàn)象。即由于通電，而使得鐵釘吸引大頭針，說明通電后鐵釘產(chǎn)生了磁場，并且隨著線圈匝數(shù)的增多，磁場增強。很自然的引入的電生磁這一觀點，在引入的同時，能夠很多的激發(fā)學(xué)生的好奇心，使得學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容產(chǎn)生興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)動機，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高了學(xué)習(xí)的效率，提高的課堂的教學(xué)效果。

3.2在改善演示實驗方面：

很多實驗需要的儀器復(fù)雜并且占用空間大，不利于課堂演示。在課堂的教學(xué)中，將實驗的微型設(shè)計應(yīng)用到中學(xué)物理教學(xué)實踐中，例如：光的衍射實驗。

通常光的衍射實驗，是利用游標卡尺，調(diào)節(jié)卡尺縫隙平行于日光燈方向進行觀察，但實驗過程中，由于教室光線的影響、實際操作難等緣故，往往難以觀察到彩色條紋。此時，應(yīng)用實驗的微型設(shè)計的啟發(fā)，可以將游標卡尺固定于書的縫隙中，用書當(dāng)光屏、用激光筆代替平行的日光燈進行上述的實驗，不僅實驗的過程更加簡單明了，實驗操作變的可行，所用實驗儀器還有如更加簡單、價格低廉，占用空間小等優(yōu)點。將實驗的微型設(shè)計應(yīng)用于課堂演示實驗中，可以很大的改善演示實驗的效果，提高課堂教學(xué)的效果。

3.3在促進重難點教學(xué)方面

中學(xué)物理的重難點教學(xué)，教師往往采用單純的理論分析，不僅內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)難以理解，說講的知識點也相對抽象，不易掌握和建構(gòu)。為避免這種現(xiàn)象，將實驗的微型設(shè)計應(yīng)用到中學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中，如碰撞實驗，涉及到能量問題和動量守恒，是重點和難點，利用實驗微型設(shè)計，在教學(xué)中進行實踐，如：演示讓一個鐵球去碰撞一個半徑大小與鐵球相同的靜止的塑料球，碰撞后，發(fā)現(xiàn)鐵球和塑料球一起向前運動，并且塑料球運動更快。

演示后，教師結(jié)合課本碰撞的知識點，進行講解，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么會出現(xiàn)上述的實驗現(xiàn)象，可將抽象的碰撞問題變?yōu)橹庇^實驗現(xiàn)象，呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，有利于學(xué)生對知識點進行建構(gòu)。實驗的微型設(shè)計應(yīng)用于重難點的教學(xué)，可以將重難點以簡單明了的方式傳授給學(xué)生，理論聯(lián)系實驗，大大提高對知識點的深度理解，提高了教學(xué)效果。

隨著新課程標準的實施，中學(xué)物理實微型設(shè)計不能僅僅滿足于讓學(xué)生去獲取或驗證某個結(jié)論，更重要的是讓學(xué)生通過實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力?？傊?，教師在課堂中如果根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情緒的變化，對教學(xué)的方法、手段不斷作出相應(yīng)的變換，就能把單調(diào)的、枯燥的東西變活，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生主動探究知識的熱情。