開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn) 提升物理學(xué)科素養(yǎng)

季秋霞

(江蘇省南通市啟秀中學(xué) 226000)

蘇科版物理教材中每一節(jié)都有一個(gè)“生活、物理、社會(huì)”環(huán)節(jié)，這正是初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的縮影.家庭物理實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生在家庭中自主選取器材獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，是對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)一個(gè)很好的補(bǔ)充.學(xué)生親歷科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，使得他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得以培養(yǎng)，物理學(xué)科素養(yǎng)得以提升.

1 開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)的作用及意義

家庭物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于初中學(xué)生的思維發(fā)展與動(dòng)手能力提升有著很好的促進(jìn)作用.首先，初中階段的學(xué)生，思維方式逐漸從形象思維向抽象思維發(fā)展，但發(fā)展得較為緩慢.而物理作為一門(mén)不同于數(shù)學(xué)的理科，不僅需要學(xué)生有理性的思維模式，還需要學(xué)生有良好的動(dòng)手操作能力.而開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)，可以鍛煉學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手能力，通過(guò)手腦并用，綜合開(kāi)發(fā)學(xué)生的抽象思維與物理思維.其次，實(shí)驗(yàn)就是從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的途徑，通過(guò)開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)，可以很好的考查學(xué)生課堂知識(shí)的掌握情況，也可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容更深層次的理解，提高物理學(xué)習(xí)水平.

2 開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)的局限和應(yīng)對(duì)措施

盡管家庭物理實(shí)驗(yàn)的作用及意義重大，但在農(nóng)村寄宿制學(xué)校中實(shí)施起來(lái)仍困難重重，主要原因有以下幾點(diǎn)：

2.1 時(shí)間有限，精力不足

平時(shí)寄宿在學(xué)校，周末在家時(shí)間短，而各門(mén)功課作業(yè)繁多，還有各種課外輔導(dǎo)班，學(xué)生完成作業(yè)時(shí)間已經(jīng)很緊了，讓他們獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)精力不足.針對(duì)這一困難，我對(duì)每周的物理作業(yè)進(jìn)行了優(yōu)化：用“做實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)題”.以實(shí)驗(yàn)操作代替書(shū)面作業(yè)，而物理書(shū)面作業(yè)相應(yīng)地減少.

例【動(dòng)手操作】探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)

器材：兩節(jié)干電池、開(kāi)關(guān)、電流表(0-0.6A)、電壓表(0-3V)、滑動(dòng)變阻器(20Ω，2A)，定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω)、導(dǎo)線若干.

(1)設(shè)計(jì)電路圖

(2)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格

(3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)(控制導(dǎo)體兩端電壓為1V不變)

試一試：

a.先用5 Ω進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄好數(shù)據(jù)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保持滑片的位置不變，用10 Ω的電阻替換5 Ω的電阻，閉合開(kāi)關(guān)，要使電壓表示數(shù)仍為1 V，應(yīng)將滑片向____端移動(dòng).

b.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，再用15 Ω替換10 Ω，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，移動(dòng)滑片P，要使電壓表示數(shù)仍為1V，能實(shí)現(xiàn)嗎？

觀察并記錄這種情況下電壓表示數(shù)的變化范圍：

c.為了使這三個(gè)電阻都能為實(shí)驗(yàn)所用，應(yīng)控制R兩端的電壓應(yīng)不低于____V(保留一位小數(shù))

d.在c的基礎(chǔ)上再次實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù).

探究電流與電阻的關(guān)系是初中的一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，也比較難理解.做這類(lèi)實(shí)驗(yàn)題，很多同學(xué)都是死記硬背，各個(gè)元件的用處以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)都是混淆的，因此我將該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為一道動(dòng)手操作題，讓學(xué)生周末作為家庭實(shí)驗(yàn)完成，一邊做實(shí)驗(yàn)，一邊思考.不僅要求學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還鼓勵(lì)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題用文字記錄下來(lái)，然后在班里集體討論，碰撞出物理思維的火花.

圖1 圖2

火花一：有同學(xué)在實(shí)驗(yàn)的一開(kāi)始就出現(xiàn)了問(wèn)題：如圖1所示，閉合開(kāi)關(guān)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，電壓表、電流表始終無(wú)示數(shù).這其實(shí)是很好的電路故障分析實(shí)例，我將他的問(wèn)題在全班討論，全班提出了各種判斷電路故障的方法，不僅激發(fā)了學(xué)生們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的積極性，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生們學(xué)好物理的信心.

火花二：在上述實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，其實(shí)按照預(yù)設(shè)的1V，15Ω是無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)的.但是如圖2所示，有同學(xué)15Ω也順利測(cè)出了電流值.經(jīng)過(guò)全班的分析檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電源電壓只有2.5V.為此我們不僅解決了這位同學(xué)的問(wèn)題，也得出了如果要使實(shí)驗(yàn)順利完成可以采用減小電源電壓的方法.

2.2 經(jīng)濟(jì)有限，器材緊缺

部分物理器材價(jià)格昂貴，這對(duì)于農(nóng)村學(xué)校的學(xué)生家庭而言，可能難以負(fù)擔(dān)，所以我在設(shè)計(jì)家庭物理實(shí)驗(yàn)作業(yè)時(shí)，也將這類(lèi)因素考慮進(jìn)去.劉炳昇教授也曾說(shuō)過(guò)“瓶瓶罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”.我們完全可以利用身邊的器材完成一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，既可以提高學(xué)生對(duì)物理課的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，突出理論聯(lián)系實(shí)際，加深對(duì)物理來(lái)源于生活，回到生活理念的理解.

實(shí)驗(yàn)一：探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系

將一礦泉水瓶底部切掉，蒙上橡皮膜后緩慢浸入水中，仔細(xì)觀察橡皮膜的形變程度，發(fā)現(xiàn)隨著深度的增加，橡皮膜向上凸起的越發(fā)明顯，多次實(shí)驗(yàn)后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：液體密度相同時(shí)，深度越大，液體壓強(qiáng)越大.

實(shí)驗(yàn)二：探究液體壓強(qiáng)與密度的關(guān)系

將上述自制器材，分別浸入清水，飽和濃鹽水中的同一深度處，這邊考查了學(xué)生對(duì)于控制變量法的掌握，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)同一深度處液體密度越大，液體壓強(qiáng)也越大.

實(shí)驗(yàn)三：探究液體壓強(qiáng)與方向的關(guān)系

將上述自制器材進(jìn)行改進(jìn)，將礦泉水瓶的上端也切掉，變成一個(gè)上下粗細(xì)均勻的圓柱體，上端也蒙上同樣材質(zhì)的橡皮膜，將其橫著放入同種液體中，觀察發(fā)現(xiàn)在同一深度處，無(wú)論礦泉水瓶如何放置，左右兩端形變程度相同，從而得出液體壓強(qiáng)與方向無(wú)關(guān)的結(jié)論.

2.3 能力有限，缺乏自信

出于安全考慮，不建議學(xué)生周末集中在一起合作交流完成家庭物理實(shí)驗(yàn).因此，家庭物理實(shí)驗(yàn)絕大部分都是學(xué)生一個(gè)人獨(dú)立完成.一些學(xué)生的能力足夠支撐他獨(dú)立完成家庭物理實(shí)驗(yàn)，而還有部分學(xué)生由于動(dòng)手能力或物理能力有限，沒(méi)有了小組內(nèi)的合作與交流，導(dǎo)致操作過(guò)程中的一些問(wèn)題無(wú)法得到及時(shí)解決，實(shí)驗(yàn)失敗甚至產(chǎn)生挫敗感，不利于對(duì)物理學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng).針對(duì)此現(xiàn)象，要多鼓勵(lì)學(xué)生.

例：【動(dòng)手操作】測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)

圖3

A類(lèi)：在測(cè)量阻值約為5Ω的定值電阻Rx的實(shí)驗(yàn)中，用如圖3甲所示的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電源電壓保持不變.

(1) 連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)____．請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖3甲所示的實(shí)物電路連接完整，要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變?。?/p>

(2) 閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表指針不動(dòng)，電壓表示數(shù)為電源電壓，故障原因是____(Rx短路/Rx斷路)．

(3) 改正錯(cuò)誤后，小明改變Rx兩端的電壓和電流．兩次測(cè)得的電阻值分別為R1=5.1Ω，R2=5.3Ω.第三次測(cè)量時(shí)，電壓表示數(shù)為1.5V，電流表示數(shù)如圖3乙所示，則R3=____Ω，實(shí)驗(yàn)測(cè)得值應(yīng)為Rx=____Ω

(4) 若不添加其他器材，利用如圖3甲所示電路還可完成的電學(xué)實(shí)驗(yàn)有：____(寫(xiě)出一個(gè)即可)．

B類(lèi)：利用電流表、已知阻值的定值電阻R0和恒壓電源，同樣可以測(cè)出未知電阻Rx的阻值，如圖4甲所示．

(1) 閉合開(kāi)關(guān)____，測(cè)出通過(guò)已知電阻R0的電流I0.

(2)____．[模仿(1)寫(xiě)出必要的操作內(nèi)容及對(duì)應(yīng)物理量]

(3) 則電阻Rx=____.(用已知和測(cè)出的物理量符號(hào)表示)

(4) 小芳設(shè)計(jì)了另一種方案，也測(cè)出了Rx的電阻，電路圖如圖4乙所示，測(cè)量步驟如下：

圖4

①當(dāng)開(kāi)關(guān)____時(shí)，電流表讀數(shù)為I1；

②當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都閉合時(shí)，電流表讀數(shù)為I2；

③待測(cè)電阻Rx=____． (用已知和測(cè)出的物理量符號(hào)表示)

學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際能力，選擇能夠完成的題目去動(dòng)手操作.這樣即鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，也保護(hù)了學(xué)生的自尊心，提升學(xué)生的成就感，讓每一個(gè)學(xué)生都能參與到家庭物理實(shí)驗(yàn)中，并有所收獲，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好物理的信心.

3 開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方式

越來(lái)越多的物理老師已經(jīng)意識(shí)到家庭實(shí)驗(yàn)的重要性，并且把家庭實(shí)驗(yàn)歸入教學(xué)的管理中，但以考試成績(jī)?yōu)橹饕憩F(xiàn)方式的終結(jié)性評(píng)價(jià)，并不適用家庭物理實(shí)驗(yàn).家庭物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)應(yīng)該突出過(guò)程評(píng)價(jià)，重心應(yīng)轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)生探究的過(guò)程，立足于促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，即重視形成性評(píng)價(jià).

3.1 匯報(bào)小結(jié)

教師編寫(xiě)家庭實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)填入報(bào)告，實(shí)驗(yàn)后將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)的結(jié)論再次整理填入報(bào)告.教師檢查批改后，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)存在的問(wèn)題提出改正意見(jiàn)，并提出注意事項(xiàng)；對(duì)學(xué)生的在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問(wèn)題及時(shí)做出解答，或組織學(xué)生再次實(shí)驗(yàn)，以找到答案.

3.2 設(shè)計(jì)展覽

鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)小論文，將實(shí)驗(yàn)上升為理論.加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，并對(duì)學(xué)生的論文進(jìn)行評(píng)選，挑選優(yōu)秀的論文在班級(jí)圖書(shū)角展示.發(fā)揮榜樣的作用，鼓勵(lì)學(xué)生不斷探索，在實(shí)驗(yàn)中找真理，在實(shí)驗(yàn)中求發(fā)展.

家庭物理實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)方面起著不可忽視的作用，是課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充.因此克服各類(lèi)困難，開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)，不僅能提高教學(xué)質(zhì)量，而且對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)起著重要的作用.