整理和总结观察结果,是学生从演示实验中感知事物的个别属性的基础上,通过分析、综合、比较,最后把同类事物共同的、本质的特性用语言表达出来,从而掌握科学概念的思维过程。思维是客观事物的反映,语言是客观事物的标志,因此独立思考和语言表达是指导学生整理和总结观察结果的两个要件。
用伽利略实验证牛顿第一运动定律,属于探讨性的演示实验。实验有着双重教学目标:本节课的目标是验证定律:“一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态”。本单元的目标是:为将来掌握“力是改变物体运动状态的原因”和“我们看到的匀速直线运动状态或静止状态,都不是由于物体没有受到外力,而是它受到的外力互相平衡的结果”等科学概念,打下认识基础。三次实验都是同一辆小车由等高的斜面上,由静止开始下滑后,分别在三个粗糙度不同的水平木板上滑行不同的距离,归于静止。学生先有三个物理过程的知觉,然后对每个过程中小车的受力和运动状态的改变进行分析,接着是对三个过程小车受力和运动状态改变的综合,比较,最后是对定律的文字进行理解。这对一群少年来说,要从单调的物理现象,经过复杂的思维,抽象出概括的文字,难度是很大的。但是,从平常的现象中发现不平常的东西,从表面上似乎无关的一些东西去发现其间的因果关系,正是观察力最可贵的品质。要通过演示实验来达到教学要求和目的,教师必须充分发挥主导作用,即明确物理条件和设定系统,鼓励和引导学生独立思考,帮助学生理解定律的文字表达。具体的做法是,每做完一次实验都要求学生对在水平面上滑行的小车进行受力分析,画出简单力图。其中,第一次受力分析时,要采用提问、议论的方式,引导学生理解三个要点:①小车滑行并无动力,水平方向只有阻力作用(复习“力是物体对物体的作用”,分析相关的作用物体)。②运动的小车在竖直方向上没有位移,重力和支持力是一对平衡力(复习二力平衡的条件和受平衡力作用的物体的运动状态)。③重力和支持力对小车的作用效果互相抵消,可以理解为小车在竖直方向上“没有受到外力作用”,只在水平方面受到阻力作用,随后,对三次实验结果进行综合时,要鼓励学生从力的大小变化所引起的小车滑行距离的变化,悟出小车受到的阻力与运动状态之间的因果关系,最后通过比较就能较顺利地理解定律的文字表达。
通过不同实验项目的综合对比,加强观察力的训练,促进观察力的发展我们在不同的实验项目中,对于相同实验器材的使用方法和某些共同的特征,应该有意识地加以综合比较。以形成学生正确的心理定势,促进其观察力的发展。
初中物理演示实验器材中的量具、衡器、仪表,其相邻的刻度之间的长度与相关的物理量之间都成线性关系。例如,天平的游码标尺和量筒、弹簧秤、安培表、伏特表的刻度等等,都具有这种共同特性。在反复使用这些实验器材时,教师应有意识地引导学生去综合、对比,主动地认识这种特性,让学生养成以刻度的分度值为基准的观察力。同样的道理,教师也应该注意引导学生对于分属不同的实验项目,但具有相似或相关特性的物理现象。进行综合、比较,如做磁极间的相互作用的演示实验时,要跟电荷之间的相互作用进行对比;做直流发电机的模型实验时要跟电动机的模型实验对比;在光学的复习课上,还可以进行球面镜和透镜对光线作用综合性演示实验等等。总之,经常有计划有目的地在不同的实验项目中,让学生进行综合对比,是培养学生观察力的基本环节。
物理实验观察应注意的问题
湖北蔡传平老师认为在实验观察中应注意以下几个问题:
目的性
观察一个物理现象,首先应明确观察的目的和任务,即明确观察什么,不能无目的、盲目地去观察,只有明确了观察的目的和任务,才能在实验过程中,排除与观察目的无关的因素,抓住所要观察的主要物理现象进行观察,达到观察的目的。例如在“研究萘的熔解过程”的实验中,所要观察的是萘在熔解过程中,温度的变化情况,而其他现象与观察目的无关,则不必去观察。
客观性
物理科学是一门实验科学,大量的物理知识和规律都来自科学实验,因此,我们在做实验、观察实际现象时,一定要尊重实验的客观现象,不能丢开实验现象,去想当然地记录实验数据、完成实验报告。
准确性
观察实验现象要做到全面准确,这就要求我们:第一,掌握正确的观察方法,包括选择最优实验方案,正确使用测量仪器、明确观察的要点,作好观察的知识和技能的准备、减少实验误差等。第二,端正观察的态度,观察中的每一个环节,都要做到严肃认真、一丝不苟。
分析性
对实验中观察到的物理现象,记录的实验数据,引起误差的原因,都要作全面、辩证的分析,去伪存真,认识物理现象的本质,把对实验的观察上升为理论知识。例如,研究萘的熔解的实验中,我们观察到:在给萘加热过程中,萘熔解前,温度不断上升,萘开始熔解后,温度不再上升,直到萘全部熔解完,温度才又继续上升。从萘熔解中的这个现象,我们可以分析出:萘有固定的熔点,即萘保持在它的熔点温度下熔解。
动手实验能力的培养与训练
针对农村普通中学、设备条件差的情况,初中物理教改宜以加强学生实验教学、培养学生观察能力和训练学生动手能力为重点,引导学生以正确的思维和分析的方法来理解物理现象、物理规律。安徽怀宁高河中学张兆春老师介绍的主要做法是:增加课内学生实验的数量;自制仪器,自行设计实验;安排课外小实验;开展课外科技活动。
增加学生实验数量
在认真完成标准规定的初中学生实验和课本习题中的实验作业外,我们从两个方面来增加学生实验的数量。
一方面,为了帮助学生正确理解某些重要的物理概念,掌握本质,从课本中精选出学生难以掌握和理解的物理现象和规律,由现象到本质地在课堂上用实验把它再现出来。这些实验多数是在教师的指导下,学生亲自动手完成的。这种从观察现象、分析思考到明确理论、总结规律或验证课本上的结论的方法,比单纯地由教师描述现象、导出结论的教学效果要好得多。
它既利于学生掌握“双基”,也利于培养能力和减轻学习负担。如在“压力和压强”的教学时,学生自备器材做下面实验:在无盖的硬纸盒上,糊一张白纸作为支承物。将半块砖轻轻地平放在白纸面上,则纸能支持住砖;若将砖轻轻地竖放在纸上,则纸破裂,砖落下。学生实验完毕,议论纷纷,对压力一定时,压强和受力面积成反比的关系加深了理解。在讲“导体对电流的阻碍作用”时,先每人发一段电阻丝作滑线变阻器,用包香烟的铝箔作滑键,将小电珠、电池等在纸板上连成简单电路,通过移动铝箔,观察电珠亮度变化,能明显地说明导体对电流的阻碍作用。诸如这方面增加的学生实验有二十六个。这些实验器材多半是就地取材,因陋就简,从讲求实效出发,只要能说明原理,能帮助学生理解知识就行。
另一方面,将一些简单易行的演示实验改为学生实验,尽量让学生动手动脑。如用阿基米德定律测物质密度、不同物质比热的测定、探讨欧姆定律、验证安培定则等十二个实验。将这些演示实验改为学生实验,学生对概念的理解要准确深刻得多,对学生掌握有关方面的物理知识起到事半功倍的效果。
学生自制仪器
培养学生动手能力的关键是靠老师有目的、有计划地对学生“磨炼”。农村中学的仪器设备条件较差,为了做好实验,就地取材,发动学生收集有关废旧材料,自制仪器,自己动手做实验,从而解决了仪器不足的困难,保证了学生实验的落实。自制的土仪器设备虽然比较粗糙,精确度不高,但都是学生亲手制作,对仪器的构造和性能熟悉,对自己的劳动成果有感情,使用起来得心应手,实验效果好、收获大。例如,用粘土制成底座,罐头瓶盖做托盘,铁丝做砝码,组装成天平;用木棍打上蜡,一端绕铁丝,另一端刻度,制成比重计;用铁皮和干燥木材制成单刀单掷和双掷开关;用纸盒和小平面镜制潜望镜;用木块、铁片和圆钉制斜面物理小车等等。这些自制土仪器设备,取材不难,都能用手工制做,而使用起来也能很好地说明物理概念和规律。为了激发学生制作兴趣,每次制做的土仪器,我们挑选比较精制的,贴上标签,注明作者,予以展览和收存。
安排课外小实验作为课堂教学的补充和延伸
课外小实验完成得较好的有:在你的小刀上镀一层铜;在你卧室内安一盏电灯,室内和室外各装一个开关。要求无论你在室内还是室外都能自由开关电灯;解剖干电池;设计几种测未知电阻阻值的电路,并按照电路把未知电阻值测出来;观察黑夜脱尼龙衫时静电放电现象等等。这些课外小实验有难有易,根据学生的爱好和实际情况,不作统一要求,学生可以有选择地完成。大多数学生对完成课外小实验的积极性都很高,有时观察得很仔细,任务完成得比较好。这样,学生成了知识的探索者,才智有了进一步发挥的余地,满足了在课内未能满足的求知欲,丰富了课外生活,培养了青少年热爱科学的好习惯。
理论联系实际,开展课外科技活动
为了使学生掌握一定的生产、生活知识与技能,先后开展了电工和无线电等课外科技活动。
在电工活动中,每个学生都反复拆卸、安装了“螺口灯头”、“插口灯头”、“保险丝盒”、“拉线开关”、“日光灯起辉器”等元件,了解“白炽灯”、“镇流器”、“单相电度表”的构造和接线方法,弄懂有关安装电路图并系统地在现场安装了照明电灯和研究了常见故障及其检查排除方法,使学生初步掌握了照明电路的装修技能。在无线电活动中,三人一组,安装四管再生来复机,从单管开始逐级增加,直到完成四管机的安装和调试。学生兴趣特别高,他们互相学习,共同解决疑难问题。通过实践活动,学生能认识各种元件,能绕制磁性天线和高频扼流圈,初步学会了焊接技术,少数学生能调试整机。学生初步掌握了电工和无线电方面的基本常识和技能,对发挥他们的专长爱好将产生很深远的影响。