书城科普读物动手做实验丛书--物理实验中的思维能力培养
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第14章 在物理实验中的能力培养(2)

有计划地组织课外实验兴趣小组,并开展实验竞赛活动根据因材施教的教学原则,为了满足实验特别感兴趣的学生,尤其是学有余力的学生的求知欲望,进一步激发他们探索研究的积极性,更好地提高他们的实验能力,应该从八年级开始,就组织实验兴趣小组,利用课外科技活动时间开展实验活动和“小创作”、“小论文”等活动。如八年级物理兴趣小组可开展如下几方面的活动。

①在做好课内“小实验”的基础上,增做一些趣味性强,能启发思维的学生实验。如在学习了“密度”后,可以指导学生通过阅读课外读物、自己设计并动手制作一套测定空气密度的实验仪器,并做好“测定空气密度”的实验;②良好的实验素养和基本实验技能的训练培养,主要是以巩固、提高课堂所学的基本仪器使用为主,同时添加一些新的内容,以激发学生的求知欲。如学了“大气压的变化”后,可以指导学生做“用无液气压计测量大气压跟高度关系”的实验。

③结合教材,运用所学到的物理知识与技能开展“小制作”活动,如制作“潜水艇模型”,“船闸模型”等;还可以开展课本以外的“小创造”和“小论文”活动。教师应根据每次活动的具体内容,事先编写有关的指导性资料或指定与活动有关的参考读物,供参加物理兴趣组的学生阅读讨论。

为了有目的、有准备地在实验兴趣小组活动的基础上开展实验竞争(可以每学期举行一次),应该有针对性地向实验兴趣小组的学生推荐一些课外实验读物,配合实验读物的指导,定期举行实验竞赛讲座,开阔他们的实验知识、实验方法和实验技能的视野。

实验竞赛考试应包括实验笔试和实验操作试两项,以实验操作试为主,要求参赛者必须在限定时间内独立完成实验任务。

规范课堂演示实验,是提高学生实验操作能力的前提

演示实验具有很强的示范性。教师演示时的一举一动都将成为学生独立操作时的依据,对学生有耳濡目染的作用。我们从实验方法的设计、器材的选择、操作的顺序、观察的方法、结论的归纳等方面精心备课,并在课前反复演练,力求操作演示规范、熟练。

例如,在演示用安培表测电流强度时提出操作要领:“断开电键,顺序连接;电表串联,正进负出;检查无误,通电试触;选择量程,接线读数。”这一系列的操作要求准确无误,对培养学生的动手操作技能具有十分重要的意义。

10强化实验操作的基本训练,是提高学生实验操作能力的基础学生实验操作能力的提高起始于实验的基本操作。因此,我们在教学中根据标准和教材内容,确立了实验教学目标,分年级制订了基本技能训练要求,并在有关章节的课堂教学中逐一落实。例如对刻度尺、天平、弹簧秤、量筒、温度计、安培表、伏特表、滑动变阻器等基本仪器,要求做到“五会”,即会合理选择,会调试校正,会正确使用,会准确读数,会判断故障,这些要求在课堂教学中有计划、有意识的予以落实。

在课堂教学中,凡是涉及基本操作的训练,都采取“讲清道理,示范操作,学生练习”的做法,人人动手,相互讨论,反复练习,达到人人能独立操作的目的。

11上好实验课,是培养学生实验能力的中心环节实验课是培养学生实验操作能力最直接、最重要的手段。实验课如果组织不当,要么是“撒得开,收不拢”,要么是“教师先讲后示范,时间已过半”,使实验课达不到应有的效果。

因此,为了提高实验课的教学效率,我们采取了三方面的措施。

(1)抓好实验预习

课前要求学生按预习提纲认真预习,弄清实验的原理、器材、步骤及设计实验表格。这样既可以避免实验课上学生盲目动手,又可以保证学生有足够的时间动手操作。

(2)培养“小顾问”

即课前组织实验中心小组的学生进行培训,让他们独立操作,总结经验。上实验课时,这几个人就成为各实验小组的“顾问”,对实验进行指导。

(3)加强实验规则教育

向学生进行纪律、作风等方面的教育,这对好奇心较强的初中生是十分必要的,以确保实验顺利进行,培养学生的优秀品质和良好习惯。

12开展第二课堂活动,是提高学生实验操作能力的良好途径第二课堂不仅能巩固和深化课内知识,而且有利于培养技能。我们将第二课堂纳入教学计划,注意通过第二课堂活动培养学生的动手操作能力。

(1)开放实验室

允许学生借用基本仪器进行练习;允许实验课上没有独立动手操作的学生到实验室补做实验;对实验方面的疑难问题也允许学生到实验室进行研究、验证。

(2)开展小制作、小实验活动

组织学生利用简易器材制作“土天平”、“橡皮测力计”、“铅笔变阻器”等。开展“筷子提米”、“纸盒烧开水”等小实验,激发学生的动手兴趣,培养学生的动手能力。

(3)进行实验操作竞赛

如上完“天平”一节后进行天平的调节和称量比赛;在学完串、并联电路后进行电路连接比赛等,这些活动学生参与面大,寓能力培养于趣味活动之中,深受学生欢迎。

13实验培养学生的分析、概括能力

观察、实验仅仅得到现象和数据,它必须经过分析、综合,即把一个整体分解成各个组成部分,并指出各部分的有关层次和相互关系;或把一些有关的部分、要素按一定要求组成一个新的整体。在分析、综合的基础上,对现象归纳出特征,抓住其共同本质再抽象、概括出适用范围更广的结论。中学物理中的许多概念、规律都是在实验基础上经过分析、概括出来的。

例如,在研究通电螺线管磁性强弱跟哪些因素有关的实验中,可以用匝数分别为40匝和100匝的a、b两个螺线管,设弹簧的原长为7厘米,经过六次实验得到数据如下:

若学生基础较好,可以让学生根据实验数据直接分析、归纳实验结论;若学生基础较差,可以设计以下几个问题作为引导:①根据第1次和第2次实验或第4次和第5次实验能得出什么结论?②根据第2次和第3次实验或第5次和第6次实验能得出什么结论?③根据第1次和第4次实验或第3次和第6次实验能得出什么结论?④根据以上三个结论总结出通电螺线管磁性强弱跟哪些因素有关?

实验次数螺线管电流强度(安培)螺线管中是否放铁芯弹簧长度(厘米)1a05无82a1无93a1有124b05无105b1无126b1有1514实验培养学生应用物理知识解决简单的实际问题的能力在物理实验教学中不能满足于通过实验后得到的结论,更应该在实验基础上应用实验结论和学过的物理知识去分析、解决一些实际问题,如对实验过程中的故障分析、设计实验、变换器材再进行实验等。在解决问题时,要能找出涉及问题的主要物理知识,能提出解决问题的合理途径,并能说明因果关系、逻辑关系。

例如,在测定小灯泡功率实验后,提出以下五个问题让学生思考:①用本实验的器材能不能测定小灯泡的灯丝阻值?②用本实验的器材能不能测定小灯泡正常发光时滑动变阻器的电功率?③某同学在做实验时,器材都完好。当他闭合电键后,在移动滑动变阻器滑片时,发现:若灯泡变亮,电压表的示数减小;若灯泡变暗,电压表的示数增大。根据上述现象,画出该同学实验时的电路图,并分析产生这一现象的原因。④已知实验所用灯泡的额定电压为38伏,电源电压为6伏。实验中某同学连接电路闭合电键,发现电压表的示数为25伏。为使灯泡两端电压达到额定值,他调节滑动变阻器滑片,但在调节过程中发现电压表、电流表的读数始终不变。试分析上述现象的原因。⑤已知实验所用灯泡的额定电压为38伏,电源电压为6伏,电压表的0~15伏量程坏了,而0~3伏量程完好,其他器材都完好。在不更换实验器材的条件下,请你想一个办法测定小灯泡的额定功率,画出实验电路图并简要说明理由。这五个问题不仅巩固了测定小灯泡实验,而且要求学生应用欧姆定律,伏安法测电阻实验,串联电路的电流、电压、电阻特点等的知识去分析解决实际问题。

15实验培养学生的想像能力物理实验大多是动态过程,考虑到因素往往是多个方面的,这就为学生提供了充分的想像空间。教学中要不失时机地抓住实验中动态过程的每个环节去引发学生的想像力。如在“测定灯泡的功率”实验教学中,根据教学要求,提出如下问题:①实验中要测哪些物理量?②用什么仪器测?③为了要调节灯泡两端电压还需要什么仪器?④该仪器怎样接进电路?学生经过想像,回答完上述问题后开始连接电路做实验,当调节滑动变阻器、电压表示数、电流表示数、灯泡明亮程度都在改变,整个过程是处于动态的。在这时再提出问题:

①当调节灯泡两端电压等于它额定电压或高于额定电压五分之一或低于额定电压五分之四的三种状态时,小灯泡亮度为什么不同?②为什么不可再调高或调低灯泡两端电压?③联系自己家里实际照明灯泡再想一想?这样,让学生充分地沉入想像讨论之中。既发展了学生的想像能力,又不知不觉地形成了了解和解答有关问题的思路。

16实验培养学生表达能力语言是思维的表象,对学生进行物理语言训练,培养口头表达能力,是物理教学的一个重要环节。初中学生一般都有了一些生活经验,对生活中的物理知识,大多是用俗语表达,而很少使用物理语言。课本中的各个物理实验为学生提供了丰富的物理语言上“说”的题材。让学生观察实验现象,动手做实验,还要让学生用物理语言来表达实验。这是对学生进行以“物”说“理”的极好训练方法。如在“研究杠杆平衡条件”的实验教学中,引导学生仔细观察平衡时的杠杆,再按下列程序说理:①杠杆处于什么状态?②杠杆受到哪些力作用?③什么叫支点、动力、阻力?④什么叫动力臂、阻力臂?⑤什么叫力臂?这样,使学生不但做好了实验,也提高了学生物理语言的表达能力,还有助于学生了解简单的物理现象和规律,为以“物”说“理”打下了基础。

17实验培养学生理解能力一般初中学生习惯于形象思维,理解能力较薄弱。课本中有许多他们难以理解的抽象知识,要帮助学生理解这些问题,物理实验可视为一种有效的手段。如在“电流的磁场”教学中,由于磁场看不见,摸不着,学生难以接受。因此,在做“奥斯特的电流磁场”实验时,通过提出如下问题:①导线上未通电之前,导线旁小磁针两极指向什么位置?②导线上通电后,导线旁小磁针两极又转向什么位置?③断开导线上电流,导线旁小磁针两极又回到什么位置?④改变导向上电流方向,导线旁小磁针两极转向是否改变?然后引导学生将电流的磁场与磁体周围的磁场进行比较,帮助学生分析,从而使学生理解而建立起了电流的磁场模型。此外,在教学过程中,还可以从物理实验中理解公式,释疑难解等。只有这样在经常性的物理实验中去理解知识,并训练将书本知识运用到实验中去,才能使学生的思维能力和理解能力不断地得到培养和提高。

中学物理学生实验技能的培养

中学物理学生实验技能主要包括六个方面:一是掌握常用基本仪器的构造、原理和使用,能正确使用仪器进行观察、测量和读数;二是掌握中学有关实验的一般原理和实验方法;三是会正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确的结论;四是了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析;五是会写一般的实验报告;六是初步养成良好的实验习惯,包括爱护仪器、遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。

学生实验技能培养的方法

(1)培养学生使用基本仪器的技能

掌握基本仪器的使用,是做好其他物理实验的基础。基本仪器主要有:刻度尺、量筒、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、天平、温度计、测力计、压强计、打点计时器、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、万用表欧姆档等。物理标准要求“学会正确使用仪器进行观察、测量和读数。”要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练地、正确地读数,在介绍这些基本仪器使用方法时,应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导:

①各种基本测量仪器都有一定的量程。必须要求学生在使用各种基本仪器前,搞清仪器的量程,并且能估计被测对象的情况,选用适当量程,避免超过量程而可能损坏仪器。

②使用测量仪器前通常要调节零点或校正零点,否则测出的数据就不准确。如:安培表、伏特表使用前指针是否指在零刻度,如果不是,应学会调整零点,对游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺之类的仪器,还要学会零误差修正,让学生懂得零点是相对的,零误差的修正在生产上有普遍意义。因此,必须使学生养成使用基本测量仪器前调节零点或修正零误差的习惯。③会正确读数。要让学生掌握读数的一般方法,关键是会读出仪器的最小刻度值,会从最小刻度之间估计出一位有效数字。同时,要学会正确读数的姿势。如:从量筒上读数应与液面保持相平,不能仰视或俯视,若是凹液面读凹处,凸液面读凸处,从安培表、伏特表读数时,视线应与刻度盘垂直,并且正对指针,估计读数四舍五入等。

④根据仪器的构造原理,掌握它的使用方法和使用规则。如:天平是根据杆杠的平衡条件制成的,因此,使用前和秤量时都要做到横梁平衡,同时必须严格保护刀口,要让学生理解保护刀口的重要性,从而自觉遵守使用方法和规则;温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的,测量时根据热平衡原理,所以,测量液体时,温度计不能离开液体,而且要在温度计内液柱稳定时读数。显然,培养学生使用基本仪器的技能,必须要注意把掌握仪器的使用方法与理解仪器原理结合起来,这样既有利于巩固基础知识,又能帮助学生理解为什么这样使用仪器;只有理解了仪器原理,使用起来才会更加自觉和主动。

(2)培养学生进行实验过程必须掌握的技能

①培养学生掌握实验的一般原理、实验设计和实验方法的技能。首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据,根据实验的原理、要求对实验进行设计,包括用什么物理定律、公式、电学实验用什么电路图等。还要搞清哪些是已知量、被测量,然后选择所需的仪器和实验条件,进而设计好实验步骤,做好记录表格等。