利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理解教學(xué)

黃建林

(杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校，浙江 杭州 310038)

1 物理教學(xué)中碰到的問(wèn)題

1.1 無(wú)臺(tái)階,難攀登

物理教學(xué)中好多知識(shí)點(diǎn)比較抽象,空間想象能力要求很高,但往往因?yàn)闆](méi)有提供一定的臺(tái)階,學(xué)生束手無(wú)策,無(wú)從下手,更加談不上理解概念和規(guī)律．

1.2 “低”現(xiàn)象,“疑”結(jié)論

有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,如氣體對(duì)外做功和外界對(duì)氣體做功實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,學(xué)生無(wú)法得出正確的結(jié)論;甚至有的實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法得出正確的結(jié)論,如音調(diào)跟頻率關(guān)系的實(shí)驗(yàn),教師往往通過(guò)敲擊裝有不同水的幾個(gè)瓶子,直接得出結(jié)論,學(xué)生根本無(wú)法理解．

1.3 知淺層,難深層

有些實(shí)驗(yàn)沒(méi)有設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn),如小孔成像中像跟小孔形狀的關(guān)系研究實(shí)驗(yàn),還有像凸透鏡成像,學(xué)生知道成上下左右都顛倒的實(shí)像,但本質(zhì)原因不懂,學(xué)生只知淺層的結(jié)論但對(duì)于為什么會(huì)這樣理解不透,只知其然卻不知其所以然．

2 利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理解教學(xué)的策略

2.1 模擬實(shí)驗(yàn)，幫助理解

物理教學(xué)中的好多知識(shí)比較抽象,抽象思維要求太高,如7年級(jí)的學(xué)生,因?yàn)槔硇运季S發(fā)展不成熟,碰到有關(guān)空間想象能力題目時(shí),根本無(wú)從下手．這時(shí),模擬實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是一個(gè)很好的解決方式,能夠提供一定的感性條件和環(huán)境,給學(xué)生一個(gè)理解的平臺(tái)和抓手．通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的操作,一方面可以有效幫助學(xué)生理解知識(shí),另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)其對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣和熱情．

案例1:飛機(jī)如何飛行.

圖1

圖1所示,戰(zhàn)斗機(jī)水平飛行時(shí),飛行員從右側(cè)舷窗看到甲所示的“天地分界線”,變成如圖乙所示時(shí),判斷飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況．教師首先要分析學(xué)生的難點(diǎn)在哪里,主要有二個(gè)方面:一是空間想象能力不足,無(wú)法想象從甲圖怎么到乙圖．二是沒(méi)有生活經(jīng)驗(yàn),也沒(méi)能找到哪個(gè)東西來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題．

這時(shí),教師可以用手機(jī)液晶面來(lái)模擬飛機(jī)的航窗,具體操作如下:第1步:打開(kāi)手機(jī)相機(jī)(用手機(jī)來(lái)模擬右機(jī)艙),把書(shū)邊按水平放置,如圖2所示．第2步:把手機(jī)斜向下旋轉(zhuǎn)(假設(shè)飛機(jī)頭是斜向下飛行的),如圖3所示,按下拍照鍵．

圖2

圖3

圖4

第3步:把剛拍下的照片顯示出來(lái),并把手機(jī)放平(為什么要放平,是因?yàn)橐燥w行員為參照物,飛機(jī)是不動(dòng)的),如圖4所示,即可以看到此圖就是乙圖中的情景,跟題目中的要求符合,所以是斜向下運(yùn)動(dòng)的,如果剛好相反,則是斜向上運(yùn)動(dòng)的．

以上的模擬實(shí)驗(yàn),給學(xué)生提供想象的臺(tái)階,降低了題目的思維難度．通過(guò)化抽象為形象,用手機(jī)來(lái)模擬飛機(jī)從而提供學(xué)生感性認(rèn)識(shí),突破學(xué)生思維難點(diǎn),幫助學(xué)生理解,在理解過(guò)程中,潛意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的另一種方法——應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)幫助突破難點(diǎn),使學(xué)習(xí)更方便、更易理解,提升學(xué)生對(duì)物理的興趣．

2.2 “可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)”，促進(jìn)理解

可見(jiàn)性學(xué)習(xí)是由約翰·哈蒂(JohnHat-tie)于2008年提出的.它認(rèn)為在可見(jiàn)性教和可見(jiàn)性學(xué)之間應(yīng)該建立一個(gè)教學(xué)模式參照物.對(duì)于物理教學(xué)來(lái)說(shuō),這個(gè)參照物最好就是實(shí)驗(yàn).通過(guò)實(shí)驗(yàn)的“高可見(jiàn)度”現(xiàn)象,用實(shí)驗(yàn)特有的可見(jiàn)性來(lái)促進(jìn)可見(jiàn)性學(xué)習(xí)的一種方式——理解性學(xué)習(xí)．通過(guò)可見(jiàn)性實(shí)驗(yàn)刺激學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等,促進(jìn)學(xué)生理解的同時(shí),也不斷改善他們的學(xué)習(xí)方式與策略,并促進(jìn)學(xué)生的不斷進(jìn)步．

案例2:氣體對(duì)外做功和外界對(duì)氣體做功.

圖5

教材實(shí)驗(yàn)如圖5所示,用于說(shuō)明氣體對(duì)外做功和外界對(duì)氣體做功的情況,但學(xué)生理解的難點(diǎn)在以下幾方面:一是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)很難做成功且實(shí)驗(yàn)器材很容易破損,而第二個(gè)實(shí)驗(yàn)用打氣筒往瓶里打氣,過(guò)一段時(shí)間,瓶塞向外跳,此時(shí)學(xué)生的注意力在瓶塞,又因?yàn)榘嘴F不是很明顯,所以學(xué)生無(wú)法理解氣體對(duì)外做功時(shí),自身內(nèi)能的變化情況．[1]

可以用如圖所示的“可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)”來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)氣體對(duì)外做功和外界對(duì)氣體做功內(nèi)能變化的總體情況．具體制作和操作如下.

第1步:把傳感器溫控一端鉆入礦泉水瓶蓋里并用502膠水封住,在礦泉水瓶里倒入4 mL左右的酒精,蓋住礦泉水瓶蓋并擰緊,以防漏氣．

第2步:打開(kāi)傳感器開(kāi)關(guān),讀出此時(shí)的溫度為19.2 ℃,如圖6所示．

第3步:用兩只手握住礦泉水瓶一端并向相反方向擰緊,可以看到隨著氣體的壓縮,傳感器上的溫度顯示為30.9 ℃,如圖7所示．

圖6

圖7

第4步:突然松開(kāi)其中一只手,可聽(tīng)見(jiàn)嘭的一聲,氣體對(duì)外做功,如圖8所示,可看到礦泉水瓶里有很多的白霧,同時(shí)看到傳感器上的示數(shù)大幅度下降,變成了21.9 ℃．再擰緊,又可以看到白霧消失,溫度迅速上升．

圖8

通過(guò)白霧產(chǎn)生和傳感器溫度下降雙重可見(jiàn)現(xiàn)象,讓學(xué)生不但獲得感性認(rèn)識(shí)——白霧產(chǎn)生,同時(shí)也獲得理性認(rèn)識(shí)——溫度下降,隨后,再次擰緊后,又讓學(xué)生看到了白霧消失,同時(shí)傳感器上的溫度又上升．這樣的可見(jiàn)化實(shí)驗(yàn),是能真正讓學(xué)生通過(guò)表象的現(xiàn)象,促進(jìn)對(duì)規(guī)律的理解．

2.3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)理解

對(duì)比是物理學(xué)科中一種常用的科學(xué)方法,在物理教學(xué)中起著舉足輕重的作用．通過(guò)對(duì)比,不但能使物理概念淺顯易懂,原理簡(jiǎn)單明了,也能使一些單一實(shí)驗(yàn)“隱性問(wèn)題”顯性化．通過(guò)異種求同和同種求異的對(duì)比,能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解,同時(shí)在物理學(xué)教學(xué)過(guò)程中,用好對(duì)比實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力及嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)證、理性的科學(xué)態(tài)度．

圖9

案例3:小孔成像與孔形狀的關(guān)系.

小孔成像是7年級(jí)物理很重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn),好多教師也在改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn),如圖9所示,用幾顆圓的LED燈做光源,小孔為三角形時(shí)在光屏上的像,好多教師都會(huì)跟學(xué)生得出:小孔成像跟孔形狀無(wú)關(guān)這一結(jié)論．但真的去問(wèn)學(xué)生時(shí),學(xué)生真理解了嗎?不理解,有學(xué)生會(huì)問(wèn),LED是圓的,這里出現(xiàn)了三角形的LED燈像,怎么會(huì)是小孔成像呢?如果是小孔成像,成的應(yīng)該是圓的LED燈像．

圖10

教師可以針對(duì)此圖進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的論證,先問(wèn)學(xué)生此像是否是小孔成像嗎并說(shuō)出理由．學(xué)生會(huì)說(shuō)不是,因?yàn)樗南袷侨切蔚?不是圓的LED燈像．教師在肯定學(xué)生的基礎(chǔ)上,問(wèn)學(xué)生,整個(gè)上字成的像是小孔成像嗎并說(shuō)明理由,學(xué)生說(shuō)是,因?yàn)楸緛?lái)整個(gè)上字是倒立的LED燈,現(xiàn)在變成正立,出現(xiàn)上下左右都顛倒的實(shí)像．追問(wèn):通過(guò)整個(gè)上字的像與每個(gè)LED燈的像的對(duì)比,你能得出什么結(jié)論?學(xué)生:說(shuō)明小孔是相對(duì)而言的．按照小孔成像原理,要使每個(gè)LED燈也成的是圓的,有什么辦法?生:把孔做成足夠?。處煱押苄〉目追派虾?光屏上卻什么也看不到,這時(shí)學(xué)生會(huì)分析得出,主要是進(jìn)的光太少,還有一種辦法就是把光源換大,此時(shí),教師拿出一個(gè)白熾燈,可以看到剛才的三角形,還是圓形等不同形狀的小孔,都成的是白熾燈燈絲的上下左右都顛倒的像,如圖10所示．

通過(guò)所有LED燈所組成的一個(gè)大光源的像與每一個(gè)LED燈成的三角形的像的強(qiáng)烈對(duì)比,[2]讓學(xué)生充分理解,小孔的大小是相對(duì)而言的,即小孔是針對(duì)光源大小而言的．這比單一只改變小孔形狀的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生理解要深刻得多,而且通過(guò)對(duì)比,一方面讓學(xué)生質(zhì)疑,到底是不是小孔成像,另一方面通過(guò)二種方法的改變,即孔足夠小和白熾燈光源的利用,前面雙重對(duì)比,更加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)小孔成像和孔形狀對(duì)像的影響的理解．

2.4 數(shù)字化實(shí)驗(yàn),加深理解

隨著科技的進(jìn)步,互聯(lián)網(wǎng)+教育的發(fā)展,數(shù)字產(chǎn)品給人們帶來(lái)了便捷的生活方式和享受外,越來(lái)越多的數(shù)字產(chǎn)品也應(yīng)用在物理教學(xué)上,使得物理教學(xué)的教學(xué)模式也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化,最直接的變化是物理探究實(shí)驗(yàn)從傳統(tǒng)的探究方式變成了數(shù)字化探究.通過(guò)數(shù)字化探究,可以化隱性為顯性,化間接為直接,從而使得現(xiàn)象更清晰,結(jié)論更明了,學(xué)生的理解更深入．

圖11

案例4:物體振動(dòng)與頻率的關(guān)系.

這個(gè)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)教師叫學(xué)生敲擊如圖11所示的瓶,從而得出水越多音調(diào)越低的結(jié)論,學(xué)生不理解．這時(shí)可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生的理解．具體做法如下.

第1步:在葡萄酒杯中裝入適量的水,打開(kāi)電腦測(cè)音頻的軟件,用手磨杯口,通過(guò)電腦觀察此時(shí)的頻率為1459.3 Hz

第2步:繼續(xù)加水,讓學(xué)生猜測(cè),頻率會(huì)變高還是變低?磨一下后,讀出此時(shí)的頻率為993.9 Hz:追問(wèn):你覺(jué)得磨杯的頻率跟什么有關(guān)?學(xué)生會(huì)有二種說(shuō)法:一是跟水的重量有關(guān),另一種是跟水的高度有關(guān)．

第3步:換一個(gè)大的葡萄酒杯,把剛才的水倒入,然后讓學(xué)生猜,頻率會(huì)變高還是變低?教師一磨杯后,發(fā)現(xiàn)頻率變低了,從中否定了頻率跟水高度的關(guān)系,肯定了跟水重量的關(guān)系,即水越重,頻率越低．

第4步:教師改用鳥(niǎo)哨探究頻率跟空氣柱長(zhǎng)短的關(guān)系,學(xué)生通過(guò)剛才的猜測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件的測(cè)定,得出:空氣柱越長(zhǎng),頻率越低,空氣柱越短,頻率越高的結(jié)論．與前面的輕重聯(lián)系起來(lái),即是空氣越重,頻率越低．

第5步:再次按此結(jié)論,討論和分析尺子的長(zhǎng)短、琴弦的粗細(xì)、長(zhǎng)短,小蜜蜂出去采蜜和回來(lái)時(shí)的頻率高低,教師適時(shí)用數(shù)字實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的答案,同時(shí)通過(guò)尺子長(zhǎng)短的振動(dòng)快慢和數(shù)字軟件把學(xué)生的回答再次回歸到物理本質(zhì)問(wèn)題上,因?yàn)橹?所以振動(dòng)慢,因?yàn)檎駝?dòng)慢,所以頻率低．

利用計(jì)算機(jī)軟件——測(cè)頻率的軟件和實(shí)驗(yàn)結(jié)合,通過(guò)水加入的多少,空氣柱的長(zhǎng)短變化,從而得出物體振動(dòng)時(shí)頻率的高低與振動(dòng)快慢有關(guān),而快慢主要跟物體的輕重有關(guān),這樣的物理學(xué)本質(zhì)問(wèn)題都探究的一清二楚,加深了學(xué)生的理解．

2.5 分步實(shí)驗(yàn),自主理解

好多物理問(wèn)題,學(xué)生聽(tīng)了教師的講解后,只知其然,不知其所以然.例如凸透鏡為什么成的像是上下左右都顛倒的本質(zhì)問(wèn)題,學(xué)生是無(wú)法詳細(xì)的敘述的．遇到此種現(xiàn)象時(shí),教師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和探究欲.利用分步實(shí)驗(yàn)充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,用分步實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)觀察思考、分析問(wèn)題,利用先前學(xué)習(xí)的知識(shí)和現(xiàn)有碰到的問(wèn)題,通過(guò)一定的建構(gòu)過(guò)程,最后得出自己想要的結(jié)論．

案例5:凸透鏡成上下左右顛倒的像的本質(zhì)問(wèn)題.

在上課時(shí),問(wèn)學(xué)生為什么凸透鏡成的是上下左右都顛倒的實(shí)像時(shí),幾乎沒(méi)有學(xué)生能回答,甚至連好多老師都回答不了這個(gè)問(wèn)題,此時(shí),可以用分步實(shí)驗(yàn)使學(xué)生自主理解．具體做法如下.

第1步:提供給學(xué)生一個(gè)能區(qū)別左右的圖像,以及一個(gè)上下都一樣大小的圓柱體玻璃杯,如圖13所示．(為了方便描述,這里直接用手機(jī)圖像)

圖13

圖14

第2步:先讓學(xué)生猜測(cè)往里面倒水后,這圖像會(huì)有什么變化?然后往里面倒水,看到左右顛倒且上下不顛倒的圖像,如圖14所示的圖像,讓學(xué)生自主思考、自主分析原因．

第3步:教師適時(shí)的提出一個(gè)問(wèn)題,如果要出現(xiàn)左右不顛倒且上下顛倒的圖像,應(yīng)該怎么操作?如果要出現(xiàn)上下左右都顛倒的圖像,又應(yīng)該如何?

教師通過(guò)適時(shí)的引導(dǎo),學(xué)生利用分步實(shí)驗(yàn),明白了上下不顛倒而左右顛倒的真正原因是因?yàn)樯舷聢A柱體大小一樣,杯子從左向右的截面不一樣大小,即中間大,兩邊?。偻ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)和思考,學(xué)生明白了要出現(xiàn)左右不顛倒而上下顛倒像的操作是只要把玻璃橫放就成,即讓左右大小一樣而上下出現(xiàn)中間大,兩邊?。偻ㄟ^(guò)回答要出現(xiàn)上下左右都顛倒的像,就要做成像球一樣,即中間厚邊緣薄的球鏡,也就是凸透鏡．這樣的分步實(shí)驗(yàn),真正的通過(guò)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí),達(dá)到了前后知識(shí)和本質(zhì)問(wèn)題的融會(huì)貫通,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階思維基礎(chǔ)上的,其體現(xiàn)是學(xué)生能用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移,真正做到學(xué)以致用．物理的學(xué)習(xí)也不是一蹴而就的,特別是碰到思維要求高的且無(wú)任何臺(tái)階能供學(xué)生爬升時(shí),作為物理教師的我們,應(yīng)該想方設(shè)法地創(chuàng)新一些實(shí)驗(yàn)來(lái)提供學(xué)生學(xué)習(xí)的支架,并用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)特有的魅力幫助、促進(jìn)、加強(qiáng)和加深學(xué)生的理解．為了使學(xué)習(xí)更高效、更可視化,在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中,建議老師們最好在上課過(guò)程中做一些表現(xiàn)性評(píng)價(jià),如PTA量表的使用等,通過(guò)學(xué)生自評(píng)、互評(píng)和師生互評(píng)等手段促使學(xué)習(xí)可見(jiàn)化,真正做到學(xué)教評(píng)一致性的高效課堂．