優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn) 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

周 巖

(江蘇省徐州市第一中學(xué) 221000)

物理課程包括了物理實(shí)驗(yàn)和物理理論兩個(gè)方面的內(nèi)容，其中的實(shí)驗(yàn)是構(gòu)成物理教學(xué)的重要部分，也是發(fā)展高中生的動(dòng)手能力、提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑.教師在開(kāi)展高中物理教學(xué)的過(guò)程中，要以“深度學(xué)習(xí)”為教學(xué)主旨，圍繞“光的偏振”開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué).本文就如何幫助學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)樂(lè)趣，構(gòu)建有意義的課堂學(xué)習(xí)過(guò)程展開(kāi)討論，并提出了幾點(diǎn)策略.

一、通過(guò)“模擬實(shí)驗(yàn)”活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)向深度轉(zhuǎn)化

在教學(xué)“光的偏振”這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生積極展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)開(kāi)展“模擬實(shí)驗(yàn)”活動(dòng)來(lái)促進(jìn)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)深入發(fā)展.高中物理教師要充分注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)異性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)來(lái)將復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單化，抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容具象化，進(jìn)而幫助學(xué)生更好的開(kāi)展相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí).

案例一例如在進(jìn)行“光的偏振”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教材中有繩波穿過(guò)“狹縫”的圖片，一些教師在進(jìn)行這一部分的教學(xué)時(shí)，通常會(huì)選擇照搬教材方法，僵硬的依照教材內(nèi)容順序進(jìn)行教學(xué)，沒(méi)有關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，使得學(xué)生的自身相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不能夠得到充分的積累，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“狹縫”實(shí)驗(yàn)心存疑惑.因此教師就要積極轉(zhuǎn)變自身的教學(xué)方式，通過(guò)積極開(kāi)展模擬演示的教學(xué)方式，以具體實(shí)驗(yàn)來(lái)引領(lǐng)學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深入探究.在進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要用到的實(shí)驗(yàn)材料和工具有電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、水晶彈力線等，其中的彈力線不能太粗，也不能太細(xì)，否則會(huì)影響振幅效果.在開(kāi)展具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，以黑板為背景，繩波最寬處達(dá)4cm，用不同的顏色來(lái)進(jìn)行區(qū)分以便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.對(duì)于“狹縫”的制作，教師可以利用茶葉罐的瓶蓋進(jìn)行疊放，在兩蓋間夾厚度為3mm的長(zhǎng)條紙板，而后利用膠布粘結(jié)固定，形成“狹縫”.將水晶彈力線一端拴在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針上，另一端由學(xué)生拉近，打開(kāi)電源，由振片振動(dòng)，讓彈力線形成繩波，分別從與“狹縫”平行、垂直兩種方向進(jìn)行探究.在這個(gè)過(guò)程中，教師可以提問(wèn)學(xué)生：“通過(guò)沿平行繩波方向、垂直振動(dòng)方向來(lái)觀察實(shí)驗(yàn)，有哪些現(xiàn)象？”學(xué)生在經(jīng)過(guò)思考后，回答：“在平行時(shí)，繩波應(yīng)該能夠通過(guò)‘狹縫’，但在垂直時(shí)不能確定會(huì)不會(huì)與振幅減弱有關(guān)，可能會(huì)受振幅強(qiáng)弱影響而通不過(guò).”在學(xué)生回答完畢后，教師不要直接進(jìn)行解釋?zhuān)且龑?dǎo)學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的思考，由學(xué)生自己來(lái)闡述自己的想法，并鼓勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)行質(zhì)疑.有學(xué)生認(rèn)為：“在‘狹縫’與繩波平行時(shí)，繩波傳播正常通過(guò)；但在垂直時(shí)，繩波被阻擋.”從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看：與“狹縫”垂直時(shí)，繩波振幅由大變小，直至消失.這說(shuō)明垂直分量被阻擋，而平行分量依然能夠通過(guò).由此可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行積極的體驗(yàn)、觀察和分析，引導(dǎo)學(xué)生將已有的個(gè)人生活經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)內(nèi)容與共同體驗(yàn)相碰撞、相結(jié)合，讓各種想法在交流中形成統(tǒng)一.在很多時(shí)候，在“狹縫”實(shí)驗(yàn)中，一部分學(xué)生可能會(huì)存在片面甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)知，但在進(jìn)行進(jìn)一步的交流、探究、整合中，就能夠逐漸形成有意義的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提升了學(xué)生的知識(shí)水平，達(dá)到了利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)觀察、邏輯思維力的教學(xué)目標(biāo).

二、通過(guò)“演示實(shí)驗(yàn)”，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)向能力的發(fā)展

高中物理教師在教學(xué)過(guò)程中要鼓勵(lì)高中生進(jìn)行物理知識(shí)拓展、創(chuàng)新，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生提高知識(shí)的應(yīng)用性.在開(kāi)展高中物理教學(xué)中，想要通過(guò)物理教學(xué)來(lái)培養(yǎng)和提升學(xué)生的思維創(chuàng)新能力，就必須要積極開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將實(shí)踐與知識(shí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而架構(gòu)起一個(gè)立體、開(kāi)放、科學(xué)的高中物理課堂教學(xué)體系.在當(dāng)下的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通常能夠掌握某一個(gè)知識(shí)內(nèi)容，但卻并不一定能夠?qū)⑦@個(gè)知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為具體能力，即“學(xué)起來(lái)和做出來(lái)是兩回事”.為了改善這種片面化的教學(xué)效果，教師可以在教學(xué)過(guò)程中積極應(yīng)用“演示實(shí)驗(yàn)”，利用“演示實(shí)驗(yàn)”來(lái)幫助學(xué)生將抽象的知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)際行動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力.

案例二在“光的偏振”教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們一般會(huì)選擇大角度快速轉(zhuǎn)動(dòng)方式，讓學(xué)生觀察透射光的變化，分辨變亮、變暗.但是，對(duì)于檢偏器緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生在觀察偏振現(xiàn)象時(shí)，會(huì)產(chǎn)生困惑.偏振片在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是否有部分角度區(qū)間，透射光強(qiáng)度沒(méi)有變化？或者是變亮還是變暗？為了讓學(xué)生把握“光的偏振”實(shí)驗(yàn)原理，去除干擾因素，強(qiáng)化對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的科學(xué)探究，我們可以通過(guò)“演示實(shí)驗(yàn)”活動(dòng)，讓學(xué)生深入理解.首先，去除教室內(nèi)其他干擾光源，如日光燈、室外光源；其次，從透射光角度入手，當(dāng)選擇檢偏器較小角度時(shí)，可能對(duì)透射光的強(qiáng)度變化帶來(lái)干擾；最后，從觀察視角入手，學(xué)生對(duì)透射光的比較，往往是通過(guò)與記憶強(qiáng)度相對(duì)比，而人眼一般只能保留影像0.1～0.4s，隨著時(shí)間推移，記憶中的影像會(huì)逐漸模糊，從而造成對(duì)比困難.為此，我們借助于偏振裝置，進(jìn)行透射光動(dòng)態(tài)演示實(shí)驗(yàn)，讓光線通過(guò)偏振片，透射到黑板上，然后，從夾角為零開(kāi)始，快速轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.從學(xué)生觀察中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)夾角變化時(shí)，透射光的亮度由亮變暗，再變亮.反問(wèn)學(xué)生，何時(shí)最亮？何時(shí)最暗？有什么規(guī)律？結(jié)合學(xué)生觀察與實(shí)驗(yàn)討論，有學(xué)生認(rèn)為，當(dāng)兩偏振片夾角為0°時(shí)，最亮，90°時(shí)最暗，從0°到90°，會(huì)逐漸變暗.根據(jù)學(xué)生的回答，教師再提出問(wèn)題，如果緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又會(huì)如何？在進(jìn)行慢速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)光強(qiáng)的變化很難區(qū)分，感覺(jué)幾乎不變.為此，針對(duì)學(xué)生的疑惑，我們引入四把相同的手電，四組偏振實(shí)驗(yàn)器材及偏振片，讓學(xué)生自主討論，重新構(gòu)設(shè)“演示實(shí)驗(yàn)”.將四把手電放在支架上，相同光源投射到黑板上；利用四組偏振器材，分別按照0°、30°、60°、90°順序排列.觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論.原來(lái)，光波與繩波具有相似性，都能夠產(chǎn)生偏振現(xiàn)象.由此，在學(xué)生“演示實(shí)驗(yàn)”中，讓學(xué)生從中了解事物變化的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生從探究中歸納實(shí)驗(yàn)規(guī)律，把握知識(shí)的本質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)思維.

三、注重學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)，增強(qiáng)探究品質(zhì)

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，教師也要充分注重學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn).活動(dòng)體驗(yàn)的好壞直接影響了學(xué)生參與課堂活動(dòng)的積極性和主動(dòng)性，因此，在開(kāi)展高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)討論、自主思考，通過(guò)提升學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生能夠更加積極、主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的物理探究品質(zhì).

案例三了解的“光的偏振”規(guī)律，對(duì)于在較小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度下，透射光的強(qiáng)度變化如何進(jìn)行準(zhǔn)確表征？也就是說(shuō)，對(duì)于較小的夾角，是否也符合這一規(guī)律？我們通過(guò)組織實(shí)驗(yàn)材料，以0°轉(zhuǎn)動(dòng)較小的角度，讓學(xué)生觀察透射光的強(qiáng)度變化.學(xué)生發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)角較小，光的強(qiáng)度變化不明顯.為此，怎樣來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，能夠定量測(cè)定偏振現(xiàn)象中，偏振片的夾角與透射光強(qiáng)度的定量關(guān)系？有學(xué)生提出，利用紙盒畫(huà)上兩條平行狹縫，將偏振片插到紙盒狹縫上，豎直起來(lái)，一片不動(dòng)，另一片轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄夾角度數(shù)，觀察透射光的強(qiáng)度值，來(lái)分析兩者關(guān)系.通過(guò)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，展開(kāi)交流后得出，可以利用照度計(jì)，與燈泡、偏振片固定于相同高度位置，避免探頭位置變化影響度數(shù)；采用表格法、圖像法等，分別記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并比較哪個(gè)實(shí)驗(yàn)方法更準(zhǔn)確.圖像法較為直觀，可以反映光強(qiáng)變化趨勢(shì).

總之，在開(kāi)展高中物理教學(xué)的過(guò)程中，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、將知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體能力.在探究“光的偏振”問(wèn)題時(shí)，教師可以通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生真正學(xué)習(xí)、理解、掌握物理知識(shí)，從而發(fā)展必備品格和關(guān)鍵能力，為學(xué)生的未來(lái)學(xué)習(xí)打下牢靠的基礎(chǔ).