細(xì)化物理實驗教學(xué) 提升學(xué)生核心素養(yǎng)

吳 靜

(江蘇省淮陰中學(xué),江蘇 淮安 223002)

一堂成功的物理實驗課,不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,同時,也是理論聯(lián)系實際的一道橋梁.如何基于實驗教學(xué)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),成為我們必須思考的問題.

1 開發(fā)生活實驗,深化應(yīng)用意識

高中物理知識,只靠教材上的文字與圖片,學(xué)生很難理解相關(guān)概念與物理規(guī)律.但是如果利用學(xué)生所熟悉的生活中的一些小常識或者小實驗,便可以直觀明了地闡釋物理知識與規(guī)律,不僅通俗易懂,還培養(yǎng)了學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)和動手探索物理原理的能力,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣.

1.1 抓住生活現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)問題

生活處處是物理,比如我們乘坐電梯時的超重和失重、汽車剎車時會涉及摩擦力的問題、出現(xiàn)彩虹的原理——光的色散等.

例如,在教學(xué)“牛頓第一定律”這一節(jié)內(nèi)容時,提問:“當(dāng)我們乘坐一輛勻速行駛的汽車時,如果司機(jī)師傅突然剎車,我們的身體會怎么運動?那么當(dāng)靜止的汽車突然起步時,身體又會怎樣運動呢?”我們大家在生活中都會乘車,也都會碰到上述的場景,那么我們有沒有思考過,我們的身體為什么會出現(xiàn)這些變化呢?其中又蘊含了哪些物理規(guī)律呢?首先,我會讓學(xué)生獨立思考,培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的意識;然后,再讓學(xué)生把自己思考的結(jié)果講出來,進(jìn)行小組討論,實現(xiàn)一次彼此思想碰撞的過程;最后,進(jìn)行全班討論,教師進(jìn)行查漏補(bǔ)缺,讓學(xué)生充分了解這一物理現(xiàn)象,并且將書本上的理論知識與生活實際相結(jié)合.通過一系列的提出問題、討論與解決問題,學(xué)生能夠?qū)⑦@一物理規(guī)律爛熟于心,做到舉一反三,設(shè)計出符合這一物理規(guī)律的實驗,并將實驗付諸行動,利用小車和木塊做演示實驗.在實驗中,通過演示與解說,解釋牛頓第一定律為什么又叫作慣性定律?讓學(xué)生充分理解牛頓第一定律的定義[1].

通過一些生活中隨處可見的現(xiàn)象,折射出一些物理知識與規(guī)律,將理論與實際緊密結(jié)合起來.只要能夠抓住生活中的一些熟悉的現(xiàn)象,與物理實驗教學(xué)緊密聯(lián)系,就能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會到物理實驗獨特的魅力,進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

1.2 擷取生活材料,動手操作

在生活中,我們可以很容易找到做物理實驗所需要的材料.我們要學(xué)會引導(dǎo)學(xué)生去擷取生活材料,讓學(xué)生自己動手,積極參與到物理實驗教學(xué)中去.

例如,在實驗“游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用”實驗教學(xué)課堂前,我會詢問學(xué)生:在生活中大家是否遇到過需要測量一些物體的長度、直徑,卻因為工具或者物體本身的原因而測量不精確的情況出現(xiàn)?并且讓大家多準(zhǔn)備這樣的物品,在實驗課上,我們自己動手去測量.實驗教學(xué)中,首先我會帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識游標(biāo)卡尺和螺旋測微器,介紹它們的用途、適用范圍和注意事項,并且親自演示如何使用;接下來,將實驗器材分組分發(fā)給學(xué)生,讓學(xué)生自己測量事先準(zhǔn)備好的生活材料,有的同學(xué)想測量日常使用的中性筆的直徑,有的同學(xué)拿出來的是一根數(shù)據(jù)線,還有的同學(xué)想測量玻璃珠、乒乓球等.通過多人測同一物體,發(fā)現(xiàn)使用過程中的問題,討論與總結(jié);最后,老師進(jìn)行實驗的點評與總結(jié),提出共性問題,讓學(xué)生了解并改正.通過這一節(jié)實驗課的學(xué)習(xí),讓學(xué)生熟悉使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的方法,為后續(xù)的實驗教學(xué)奠定基礎(chǔ).

生活中,一些常見的材料都可以作為物理實驗的道具,以幫助學(xué)生完成實驗.我們在日常學(xué)習(xí)中,一定要多去引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)生活中的材料,并自己動手完成實驗.

2 設(shè)計探究性實驗,發(fā)展深度思維

俗話說:“一百個人眼中有一百個哈姆雷特.”學(xué)生也是一樣的,對于同一個問題,每個人的看法都不盡相同,這就需要我們在實驗探究中得到結(jié)論.物理實驗同樣是這樣的,我們要不斷設(shè)計探究性實驗,開拓創(chuàng)新,挖掘?qū)W生深度思維.而設(shè)計探究性實驗的過程,建立信任機(jī)制和聯(lián)動科技設(shè)備不可或缺[2].

2.1 建立信任機(jī)制,適度容錯

良好的師生關(guān)系,是課堂教學(xué)有效生成的基礎(chǔ).建立信任機(jī)制、培養(yǎng)良好融洽的師生關(guān)系在物理實驗教學(xué)中至關(guān)重要,尤其是設(shè)計探究性實驗的過程,教師是學(xué)生的引導(dǎo)者,應(yīng)在精神上鼓勵學(xué)生,而學(xué)生信任教師,便可以更有激情地投入學(xué)習(xí)中去,全身心地開展實驗探究活動.

例如,在實驗“練習(xí)使用多用電表”中,設(shè)計探究性實驗.如何把電流表改裝成電壓表?如何把電流表改裝成量程更大的電流表?那么能否把電流表改裝成直接測電阻的歐姆表呢?三個問題,逐步推進(jìn)、逐一解決,讓學(xué)生在試錯過程中不斷探索.教師在這個環(huán)節(jié)中,對于學(xué)生的探索應(yīng)給予肯定,這是精神上的支持與鼓勵,對于難題還要給予一定的提示與幫助,逐步建立起信任機(jī)制.把這三個問題解決以后,又有一個新的問題:電流表、電壓表和歐姆表都有一個表頭,那么能不能讓它們共用一個表頭,制作一個多用電表呢?經(jīng)過一系列的探索,我們終于設(shè)計出一個多用電表.通過設(shè)計多用電表,讓學(xué)生對于多用電表有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識,還有助于學(xué)生靈活使用多用電表.

通過教師的鼓勵,學(xué)生大膽地做出猜測,及時開展實驗驗證,鼓勵學(xué)生從全新的角度去看待問題、思考問題并解決問題.

2.2 聯(lián)動科技設(shè)備,拓展時空

當(dāng)今社會,科技日新月異,如何將物理實驗教學(xué)與現(xiàn)代科技緊密聯(lián)系,這是教師必須思考的問題.王亞平太空中的兩次實驗授課活動,極大地激發(fā)了學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的興趣,那么如何發(fā)揮現(xiàn)代科技對物理實驗教學(xué)的正向引導(dǎo)作用呢?下面分享一則案例.

例如,在物理實驗教學(xué)中,利用多媒體技術(shù),將王亞平在太空中所做的實驗視頻播放給學(xué)生看,讓學(xué)生親眼看、親身做,領(lǐng)略因為重力加速度的不同而導(dǎo)致的天地差異,感悟物理世界的奇妙.當(dāng)屏幕中出現(xiàn)宇航員在“天宮”中演示太空“冰雪”實驗、太空拋物實驗時,學(xué)生也同時做著相同的實驗.我們所做的實驗,與太空中的實驗有很多不同點,學(xué)生發(fā)現(xiàn)這一問題大為驚奇,我乘機(jī)引導(dǎo)學(xué)生思考其中的原因,學(xué)生積極討論,并且分享了自己的觀點,最后教師進(jìn)行點撥和糾錯.在太空里,一切與重力相關(guān)的現(xiàn)象都消失了,而在地球上則不然.兩種情況對比,實驗效果完全不一樣,因此對于學(xué)生來說,這樣的對比實驗一定會加深學(xué)生對此現(xiàn)象的認(rèn)識,極大地激發(fā)了其對物理知識學(xué)習(xí)的興趣.同樣的,在教學(xué)“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”一節(jié)時,我們可以讓學(xué)生到科技館體驗靜電球,并且聽工作人員對于靜電球原理的講解.

將現(xiàn)代科技與高中物理實驗教學(xué)相結(jié)合,不僅可以使實驗教學(xué)更加便捷,而且還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,讓學(xué)生在體驗科技設(shè)備的同時,學(xué)習(xí)到物理知識.然而,如果沒有科技的介入,教師講解物理概念的內(nèi)容就會比較枯燥,難以理解.所以,科技的應(yīng)用,在物理實驗教學(xué)中至關(guān)重要.

3 推進(jìn)綜合實驗,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

實驗教學(xué)對于物理知識學(xué)習(xí)非常重要,實驗是基礎(chǔ).在新課程改革的當(dāng)下,我們要逐步推進(jìn)綜合實驗,借助一些科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢,實現(xiàn)物理實驗現(xiàn)象的最優(yōu)化.而推進(jìn)綜合實驗,不僅有助于物理實驗教學(xué)的展開,還可以將相關(guān)學(xué)科的優(yōu)勢融入其中,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度,達(dá)到舉一反三的效果.

3.1 學(xué)科整合,實現(xiàn)融會貫通

我們在物理實驗教學(xué)中,難免會碰到一些學(xué)科交融問題,會用到其他相關(guān)學(xué)科的知識.將學(xué)科整合,讓學(xué)生在物理實驗學(xué)習(xí)中得心應(yīng)手,更加輕松地獲取物理知識與技能,實現(xiàn)融會貫通.

例如,在實驗“力的合成與分解”的教學(xué)中,涉及力的定義.力是有方向有大小的,這時,我引導(dǎo)性地提問:“我們在數(shù)學(xué)中,是否也有一個有大小有方向的概念,是什么呢?”學(xué)生思考,在數(shù)學(xué)中,有“向量”這一概念,向量也是有方向有大小的,那么二者是否可以通過類比來學(xué)習(xí)?在向量中,我們有三角形法則和平行四邊形定則,那么力的合成與分解是否也有這樣的性質(zhì)呢?進(jìn)而,通過實驗驗證共點力的合成規(guī)律是否符合力的平行四邊形定則.通過數(shù)學(xué)、物理兩學(xué)科的交融與整合,將知識點類比推理,很多問題就會迎刃而解.從一個熟悉的概念到一個陌生的概念,逐步推進(jìn)解決問題,會讓學(xué)生不再吃力地去猜想抽象的概念,而有一個落腳點,有利于學(xué)生理解物理概念.接下來,對于實驗的設(shè)計與探究,就會從驗證猜想開始,提高了學(xué)習(xí)效率.

在高中知識的學(xué)習(xí)過程中,有很多學(xué)科都可以進(jìn)行整合交融,而物理學(xué)科更是與數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)等學(xué)科相關(guān).有些概念可以通過類比進(jìn)行學(xué)習(xí),這樣既解決了問題,又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率,實現(xiàn)融會貫通,培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度.

3.2 調(diào)整程序,尋求深度認(rèn)知

在高中物理實驗教學(xué)中,我們經(jīng)常需要“猜想—驗證”反復(fù)進(jìn)行,在這個過程中,提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、討論優(yōu)化解決方案就顯得尤為重要.而優(yōu)化解決方案這一環(huán)節(jié),就是在調(diào)整程序,尋求深度認(rèn)知的一個過程,在這個過程中,教師需要積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論探究[3].

例如,在實驗“電流表和電壓表的改裝”一節(jié)中,如何把電流表改裝成電壓表?首先,需要學(xué)生進(jìn)行實驗的猜想與探究,到底需要電阻與電流表串聯(lián),還是需要電阻與電流表并聯(lián)才能實現(xiàn)呢?在探究過程中,以改裝電壓表為例,教師引導(dǎo)學(xué)生先通過數(shù)據(jù)計算設(shè)計實驗,已知電流表G的參數(shù)如下:內(nèi)電阻Rg,滿偏電流Ig,滿偏電壓Ug,如果改裝后電流表量程為U,則所用分壓電阻R=(U/Ig)-Rg,這樣就不用一次又一次地試驗.該用多大電阻才能改裝出我們想要的固定量程的電壓表了.調(diào)整程序時,先通過電路圖設(shè)計和公式計算,了解這次實驗的改裝原理,再動手按照電路圖連接好實物圖,進(jìn)行實驗.這樣做,優(yōu)化了實驗程序,節(jié)約了時間,提高效率,而且還可以培養(yǎng)學(xué)生善于思考、發(fā)現(xiàn)問題的能力,同時尋求深度認(rèn)知,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的態(tài)度.

在物理實驗教學(xué)中,通過調(diào)整程序,尋求深度認(rèn)知,在讓學(xué)生自己動手實驗時,不至于面對凌亂的導(dǎo)線和實物而束手無策.在這節(jié)實驗課上,同學(xué)們收獲頗豐,課后總結(jié)得失,在下次物理實驗教學(xué)中可以找到更優(yōu)的方法去完成實驗.

4 結(jié)束語

高中物理實驗在物理知識與規(guī)律的學(xué)習(xí)中,具有至關(guān)重要的作用.我們教師在開展物理實驗教學(xué)時,要將課本中的理論知識與實際聯(lián)系起來,以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為引領(lǐng),不斷推進(jìn)實驗教學(xué)改革,在優(yōu)化物理實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)的同時,切實提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),發(fā)展學(xué)生解決物理實際問題的能力.