新课程背景下改进物理实验的意义与视角讲稿.docx
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新课程背景下改进物理实验的意义与视角讲稿
新课程背景下改进物理实验的意义与视角
哈尔滨市第八十一中学杨树超
尊敬的各位老师:
大家下午好!
今天的活动,与其说是讲座,不如说是一种交流。
我希望大家能够通过交流获得一点点启示。
我也更希望通过交流在大家那里获得宝贵经验。
(播放)物理实验是物理教学方法的一个重要组成部分,是使教学直观化、形象化的重要手段,是“就物说理”的具体表现,也是培养学生思维能力、建立物理概念的重要措施。
它不仅可以帮助教师对教材内容进行具体生动的讲解,还可以启发学生的思维,调动他们学习的积极性和自觉性,促进他们对所学知识的理解和记忆。
教师在教学实践中不断探索改进,创新实验内容,提高实验教学的质量,能有效保证教学任务的顺利完成。
下面结合本人在实际教学过程中的一些体会,谈一谈新课程背景下改进物理实验的意义与视角。
(播放)一、改进物理实验的背景及意义
(一)基于新课程理念的要求
在现代化、信息化的今天,“掌握多少知识”已经不是最重要的了,“如何掌握知识”才是至关重要的。
(播放)《全日制义务教育物理课程标准》中强调:
“物理课程应以物理知识和技能为载体,让学生经历科学探究的过程,学习科学探究的方法,以此培养学生的科学素养,即培养学生学习物理的探索乐趣、思维能力、研究方法、批判精神、创新意识、STS观念。
这样,就为每一位学生的发展搭建了一个多元化的平台。
显然,思维能力是学生众多内在能力的核心之一。
因此,要学好物理就必须改变过去只注重知识传授的倾向。
更要注重的是对学生科学素养的培养。
“重视观察与实验”是物理教学的本质回归,符合素质教育的要求。
而课堂上的实验是物理教学的重要组成部分,它既是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节,也是培养学生的观察能力、思维能力、探索精神、科学方法的重要手段。
(播放)
(二)基于学生身心特点的要求
初中学生思维正处于由具体的形象思维向抽象的逻辑思维过渡的阶段,其中形象思维仍起重要作用,抽象思维正在发展。
在很大程度上,学生仍习惯于靠经验材料判断分析事物,不善于从理论上进行推导。
心理学研究表明:
人们认识事物存在着知觉优先的倾向。
要使学生形成科学、系统的知觉认识,就要给学生提供足够的感性材料和活动机会。
显然,直观、明显、说服力强的演示实验,可以起到事半功倍的作用。
(播放)初中生的心理的另一个特点是好奇心强,喜欢探索自然的奥妙,兴趣广泛、强烈,但缺乏深度和稳定性。
如果在教学中不失时机地进行实验就可以激发学生的好奇心,培养探索自然的兴趣和献身科学的精神。
一个有趣的实验,把学生的兴趣激发起来,整堂课学生精力旺盛,注意力集中。
对于教学能起到事半功倍的作用。
要知道,兴趣才是最好的老师。
比如:
我们在讲光的直线传播时,就可用这样一个小实验:
播放视频:
再如:
在讲浮与沉时,可用这样一个小实验:
播放视频:
可能这样的实验大家都做过,但可能呈现方式有所不同。
只想通过这样的让学生意想不到的方式,极大地激发学生的好奇心,让学生产生急于想知道答案的渴望,兴趣来了,学习的动力也自然来了。
从记忆角度分析,结合实验讲解的物理规律远比单纯的语言讲解留下的印象深刻、久远。
科学研究表明:
语言信息和形象信息占据大脑里比例约1:
1000,即大脑储存形象信息的能力明显比储存语言信息的能力强。
有人做过这样的测试:
一幢大楼,先看过图片,再去实地复认,很容易便能认出。
而对这一大楼的文字表述后,再去实地复认就非常困难。
原因是前者建立起来的神经联系是一种立体的网状结构,而后者是依次性的链状结构。
这也就是我们常说的“百闻不如一见”。
所以,在物理教学中把概念、规律通过物理实验转化为物理形象,能有效降低学生的记忆难度,增加有效认知。
观察和实验是研究物理学的根本方法。
因此,可以说物理学离不开实验,物理教学更离不开实验,学生的全方面发展离不开实验。
(三)目前的实验教学现状
观察和实验是学习物理的基础,也是物理教学的重要手段,而所有物理实验的开展都离不开恰当、合适的实验器材,随着教学仪器配套与达标活动的开展,教学仪器日臻完善,逐步为初中物理教学提供了便利条件。
但是还存在着器材短缺的不足(这一点在办学条件较为薄弱的学校更是尤为突出)。
当然,也存在器材与教材不对应、不易操作、现象不明显等不足。
从一定程度上,影响了教学实验活动的开展,影响了学生学习物理的兴趣和信心,阻碍了学生创新思维能力的发展和动手操作能力的提高。
也许是因为上述原因的影响,目前物理课堂实验过程常见有两种:
一是把演示实验看成可有可无的辅助手段,不在演示实验上投入精力,采用笔头画实验、口头讲实验的方法教学;二是直接将多媒体模拟实验作为解决问题的策略。
用电脑的flash或3D动画代替物理实验。
这两种做法完全采用了“填鸭式”的教学模式,将一些抽象的图片、所谓的实验现象、所谓的实验规律,灌输给学生。
这样,在剥夺了学生的体验机会的同时,也限制了学生思维能力的发展。
从这一现象可以看出,即使是在新课程新理念逐步深入的今天,人们也是往往重视科学探究的程序性,而忽视了科学探究的求同性,即运用已有的知识、经验和方法,把问题所提供的各种信息,沿着解决问题的途径,朝着一个方向集中进行思考。
这样,又将物理实验的地位凸显出来。
通过自制实验来弥补实验器材短缺这一不足,或通过改进实验来弥补实验器材器材与教材不对应、不易操作、现象不明显的不足,在操作中突显实验所蕴涵的“思维”教育教学功能,既可以直观的展现、示范抽象的思维方式,又可以逐步培养学生的思维能力,使思维的理论和实践循环往复,螺旋上升。
是现有条件下一种必要的选择。
二、改进物理实验的几个视角
演示实验是指为配合教学内容由教师操作表演示范实验。
是深受学生欢迎的实验形式,是教师施展教学艺术的独特方法。
精心设计观察实验是课堂上创设学习物理情景的最有效手段,是使学生进入最佳学习状态的最主要、最直接的手段。
它能化抽象为具体,化枯燥为生动,把要研究的物理现象清楚地展示在学生面前。
能引导学生观察,并进行思考,配合讲授使学生认识物理概念和规律,达到“事半功倍”的效果。
实验内容的选择、构思设计、演示过程等对学生掌握知识、培养能力和学习科学方法有着重要的意义。
结合我在教学过程中的实际体会,我认为在改进物理实验中要侧重以下几个视角:
(一)实验的成功性与稳定性
课堂上的教学时间是极其宝贵的,如果教师在演示中出现失误和差错,不仅会耽误时间,而且会引起对所得结论的怀疑。
因此,教师在课堂上的演示实验必须确保成功。
例如:
声音的传播实验,实验室原配器材电铃与底座接触且声音响度太大,抽气盘底座传声明显,即使抽气很长时间,听到的铃声变化也不明显,效果不理想。
从原理上进行分析,一是解决声源问题,二是解决传播问题。
可以将大电铃换成小的音乐盒(或音乐卡),并用细线悬挂在玻璃罩内。
效果就会很好。
(播放视频)
有些实验的成败与实验条件有明显关系。
例如:
静电学的摩擦起电实验明显受到湿度影响,课时安排一般都是在夏季的伏天,空气湿度大。
如果是爱出汗的老师手部的汗液对摩擦起电实验就会有更明显的影响:
老师讲课讲的兴高采烈,挥汗如雨,“同学们看,老师要发电啦!
”实际一操作,现象没电,实验只能宣告失败。
很大程度上影响课堂教学的正常进行。
因此提前要做好充分的预测和准备,如事先确认丝绸与毛皮的干燥状态(可以事先用热风机吹一吹,或提前进行晾晒),准备好干燥的手套,来确保实验的成功性。
再如:
观察水的沸腾实验,按课时要求一般时间都会在11月末或12月初,在北方室温已比较低,该实验受环境温度影响比较明显,尤其是供暖效果不好的学校,若是正常的冷水加热,可能一堂课下来水还没沸腾呢?
就会造成课堂效果拖沓,完不成教学任务的问题。
还有,水沸腾时的气泡产生,与水中溶解的气体量有一定关系,如果一个烧杯中的水被反复加热,最终将没有气泡产生。
有一种说法叫做“过热水”,即水温已超过沸点,但不沸腾,就是因为缺少水蒸气附着的凝结核---其他气体或杂质。
像化学实验的烧水装置中常放一些瓷片,北方冬季暖气中的水要定期更换补充,也与这一现象有关。
如果一个老师同时教几个班级,就不能这个班沸腾后,再拿到另一个班级继续加热,多次重复,水就不会沸腾了,看不到想要的实验现象,造成不必要的麻烦。
再如:
固体熔化实验中,晶体实验又显得至关重要。
(播放图片)这是我在参加哈尔滨市第二届烛光杯赛课时,学生现场收集的固体熔化图像。
单从海波与冰的熔化图像上,出现了两段明显温度不变的时间段,这也正是我们在教学过程最想要的两段。
因为,没有这两段,我们是无法归纳晶体熔化规律的。
其实,我们老师在做这个实验时,也不一定总能保证成功的。
现场的学生做的如此成功,源于我们课前经历了很多次失败之后,做出了充分的准备。
首先,均匀受热是关键。
除采用“水浴法”之外,海波实验,在海波内混入细铜丝,来增强传热本领。
另外,还利用搅拌器来促进均匀受热。
但使用搅拌器之后,却发现效果反倒不好了。
(温度忽高忽低,更别提温度保持不变了)后来我分析,可能是在搅拌的过程中,让温度计的玻璃泡接触试管壁造成的。
于是,又在温度计的玻璃泡外又套了一段塑料管(确保在搅拌时玻璃泡始终碰不到试管壁),后来经过试验还真见效了。
其次,水浴温度控制也是关键。
(温度太低,熔化时间过长,影响教学进度;温度太高,熔化速度过快,数据又收集不好,不能得出想要的规律)通过反复试验,采用45℃的水进行水浴效果较好。
实验总时长约8分钟,实验中能够保持90秒左右的温度不变(大约能描3-4个点)。
另外,水温设定还要充分考虑环境温度(若环境温度偏低,还要适当提高水的初温)第三,海波量的控制也要合适,按我校的实验装置约装一半。
来保证实验有合适的时长,来发现规律。
(因为不同学校的实验装置都会有一些差异,所以,这需要根据自己的实验器材进行反复的尝试)冰的熔化实验,一开始采用碎冰进行实验,但由于碎冰只要放到装置中就已经开始熔化,所以温度记录只能从0℃开始,熔化图像不够完整,不免有些遗憾。
后来,我进行了这样的尝试:
用学校的冰柜将温度计的玻璃泡冻在冰里,在上课时再取出,整体用冰块来保持低温。
在学生开始实验时再取出,温度计连同冰块一起放入加热装置,可以读出-5℃的初温,而且0℃时保持不变效果非常明显。
(由于实验室温度计能测量的最低温度是-2℃,我们根据温度计刻度均匀这一特点,又将温度计-2℃以下又按比例加画了几个刻度,使其能读出-5℃的温度。
)另外,要让整块冰完全熔化,需要较长时间,影响进度。
因此,大烧杯中的水量不宜过多,以便酒精灯的热量能很快的传递到冰块中。
总之,为了确保课堂教学的实验成功,教师之前要做好经历多次的实验失败的准备。
在失败中总结经验,才能确保上课时万无一失。
(二)实验的明显性与直观性
可以说演示实验的一切功能都不能离开观察,观察者只能在演示者所给的现象基础上进行观察。
因此,演示实验的直观性是最起码的要求,教师在演示实验时应注意几点:
首先、物理过程的变化要显著。
为了使现象明显,器材的尺寸要比较大尤其是观察部分的尺寸要大、刻度线条要粗,要使教室内最远的同学也能看清。
其次、要达到最佳的观察的效果。
实验中器材的摆放位置,被观察主体与背景的色调对比等也会影响观察的效果。
通常可采用着色、充烟、遮光、背景衬托等方法增强观察效果。
例如:
光的传播一节的教学中,利用烟室呈现光的传播路径;光的反射、折射,利用背板衬托显示光路;平面镜成像、凸透镜成像实验,利用遮光的手段使成像更清晰等。
第三、器材及操作要力求简单明了。
演示之所以要直观,就是为了能从实验中直接观察到物理过程,认识物理现象的本质,而不需要过多地拐弯抹角,受其他无关因素的干扰。
特别是一些为建立、巩固物理概念的定性演示中,没有必要选择精密复杂的实验装置。
例如:
用方形玻璃瓶演示微小型变;用塑料袋演示液体内部向各个方向都有压强等。
第四、要注重学生多种感官的的调动。
有资料表明:
在接受知识方面,单靠听觉一般只能记住15%左右;单靠视觉,从图像获得知识,只能记住45%左右;如果二者结合起来,就可记住65%。
这里已不是一种简单的相加了。
因此,调动学生各部分感官的协调并用,比单一渠道要好。
我们应该考虑学生的各种感官对信息的分辨能力,以强化有效刺激,促进学生对新知识、新规律的理解。
比如:
在光学教学中的光的传播演示
(三)实验的趣味性与观赏性
好奇心强是初中生的主要心理特点,喜欢探索自然的奥妙,兴趣广泛、强烈,但缺乏深度和稳定性。
如果在教学中不失时机地进行实验就可以激发学生的好奇心,培养探索自然的兴趣和献身科学的精神。
我们都知道兴趣是最好的老师。
一个有趣的实验,激发了学生的兴趣,整堂课学生精力旺盛,注意力集中。
那什么是有趣呢?
首先,演示的实验现象超出了学生现有的知识经验,与学生的主观判断出现冲突,让学生感到好奇、困惑,像变魔术一样。
当学生急于想知道问题的答案时,浓厚的兴趣也就建立了。
例如:
研究流体中的力现象时,所演示的“用漏斗向下吹乒乓球实验”,实验前学生的观点是:
“乒乓球会掉落。
”理由也很充分:
“一、乒乓球受到重力作用。
二、吹气时气流一定会给乒乓球一个向下的力。
所以一定会掉落。
”但是,实际做一做,反倒不掉了,而且越用力越不掉。
这就激发了学生浓厚的兴趣。
类似的:
“激流勇进实验”大小两个试管,不放水倒置,小试管掉落,加水倒置,小试管反而不掉了,不但不掉了,还逆着水流往上运动。
“液压机实验”中,小砝码居然将大砝码举起来了等等。
这样有意识的制造思维的矛盾冲突,无疑也就激发起了学生浓厚的学习兴趣。
其次,一些实验现象很明显,但是实验时间持续较短,从一定程度是学生会觉得“不解渴”、“没看够”。
激发起的兴趣,存留时间不长。
当然,为了满足学生要求,有些实验教师可以重复操作。
但有些实验,重复操作太麻烦影响教学进度。
因此,在改进实验时也要关注这一点。
例如“研究水的沸点与气压关系实验”。
原有实验是利用注射器抽气的方式。
由于注射器的容积有限和不能持续抽气的问题,会导致实验现象不明显或实验现象短暂的问题。
重复实验操作又比较麻烦,给学生的感知制造障碍。
教学中我将注射器改成抽气机,效果非常明显,实验时间也明显延长。
再如:
“漏斗吹乒乓球试验”改由吹风机吹,效果明显,时间延长。
(播放视频)这些,也是我们在改进实验应该注意的问题。
(四)器材的耐用性和兼容性
在改进实验器材时,除上述问题之外,还要考虑器材的重复使用性和一物多用性。
如果实验器材是一次性的,那么每次使用时都需要重复制作,显然要造成没有必要的人力、物力浪费。
因此,在改进实验时要力求一次制作可以永久使用。
同时,也要合理考虑器材的一物多用,这样既能节约资源,也节省存放空间。
例如:
我所设计制作的“光学系列实验演示箱”,就能够系统的解决多数光学演示实验。
具体是:
(1)用光源照射塑料箱,使光线穿越塑料箱,演示光沿直线传播
(2)将平面镜、平面镜组(配有凸凹不平底座)放入塑料箱,用平行光源分别照射,对比现象,演示镜面反射与漫反射;
(3)将凸透镜与凹透镜放入塑料箱,用平行光源分别照射,对比现象,演示凸透镜和凹透镜对光线的作用。
(4)将平面镜固定在塑料箱的背板上,用改装的激光笔照射平面镜,演示光的反射;
(5)将半圆形凸透镜固定在塑料箱的背板上,用改装的激光笔照射,演示光的折射;
该实验的优势:
(1)可重复使用,一劳永逸;
(2)操作简便,现象明显,能更好的辅助教学;(3)一套装置多用,降低实验成本,简化实验准备。
另:
真空铃实验和水的沸点与气压关系实验装置可以互为利用等。
这一需要我们在实际教学过程中,不断的思考与开发。
三、部分实验演示与技术交流
力学:
1、漏斗吹乒乓球实验
原实验:
学生吹气也能完成,而且通过亲身体验,感受也较为深刻。
对于知识的理解也有较好的铺垫,效果较好。
改进实验:
目的是增强实验的可视性与趣味性。
在学生完成吹乒乓球的体验后,老师说:
“同学们在吹乒乓球时,即使肺活量再大的同学,也持续不了多长时间。
而且吹时间长了,你还会缺氧。
老师这里有一个肺活量超大的同学,看他能不能吹?
”拿出吹风机,进行演示实验。
吹风机可以让是实验现象持续任意时间,在激发学生兴趣的同时,给学更多观察和思考的时间。
这也是我所说的实验的趣味性和观赏性的体现。
实际演示:
这个演示过程,我会在后面集中进行。
2、模拟机翼实验
原实验:
书中实验采用的是单导轨的机翼,实验也能做成功,但有一个问题,就是机翼在上升时,会左右摇摆,甚至发生旋转,操作时有一定难度。
改进实验:
将单导轨改成双导轨来增加机翼的稳定性,机翼中用吸管连接、导轨用毛衣针来有效的减小摩擦,吹风机前加套筒来增大气流速度。
有效的提高实验的成功性与稳定性。
实际演示:
热、力、声学:
1、真空铃实验
原实验:
学校实验室有这套器材,但还从未做成功过。
可能是密封性不好或是声源电铃响度太大的原因。
对学生理解真空不传声制造了一定的障碍。
改进实验:
用厚壁透明塑料带盖饮水杯,侧壁钻孔安装抽气阀,注意连接处的密封。
将音乐卡的发生装置(至于发声状态)悬空粘在杯盖内侧,旋紧杯盖,用抽气机抽气,现象很明显。
既演示了实验现象,操作起来也非常方便。
实际演示:
2、水的沸点与气压关系实验
原实验:
利用试管和注射器,也可以成功。
但存在的问题是:
每次抽气沸腾现象持续时间不长,而且水温偏低时无法成功。
改进实验:
用刚才的实验装置,到适当温度的水,抽气即可。
现象明显,实验持续时间长。
一套装置,两个实验,很好的体现了器材的兼容性。
并且可以重复使用。
实际演示:
电学:
1、导体和绝缘体之间没有绝对界限的实验
原实验:
为低压电源供电,即便是玻璃被烧到红炽状态,小灯泡也无法发光。
改进实验:
改为家庭电路供电,有效的解决这一问题。
实际演示:
2、探究“电流热效应的影响因素”的实验
原实验:
实验室没有与教材对应的实验装置。
改进实验:
将实验室原有的简易电阻箱中“5Ω”电阻线,换成用万用表测出的“5Ω”的电炉丝,将“1Ω”与“5Ω”串联即可。
这样一个简单的改进,既达到课堂教学所要的效果,也实现了简易电阻箱的一物多用。
实际演示:
光学:
光学系列实验演示箱的制作技术交流
最后,这次活动,是一个交流和研讨的平台。
希望各位老师能够在我的粗浅见解中受到启发。
让我们共同在物理课堂上用智慧与汗水播种,让生命的课堂“开花结果”,最终每一位同仁都能“桃李满园”。
谢谢大家!
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- 新课程 背景 改进 物理 实验 意义 视角 讲稿
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