“五步教学法”在新课程高中物理实验教学中的尝试

谢仁华　李志方

1 引言

物理学是一门以实验为基础的科学。实验是培养学生探究能力最有力的手段。所有的物理规律都是在实验的基础上获得的。人们认识自然,正确或错误的观点,也是通过实验来检验的,实验推动科学不断向前发展。人们逐渐认识到实验独特的教育意义和教育价值,尤其在新课程物理教材中逐渐增加实验内容,但在实验教学中还是存在一些弊端,实验教学效果不能令人满意。笔者对近年来高考物理实验题的得分率做了统计,大多为0.4以下。因此,改革传统的物理实验课教学模式已成为当务之急。

2 实施五步教学法,培养学生创新能力

高中物理实验课教学,只有充分展示科学家对科学知识的思维过程,展现他们献身科学的精神,才能真正培养学生的实验能力和探究、创新精神。笔者根据自己的教学实践,提出实验课教学设计的3个原则,即:1)展示思维发展过程原则;2)主体实践原则;3)培养学生创新能力原则。在高中物理实验课教学过程中,为了充分发挥学生的自主创新和主观能动性,笔者将常规实验模式改为分5个过程进行(图1),即物理实验的五步教学法。

举例1 “油膜法测分子直径”的实验

1)提出问题。首先利用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排列图,请学生粗略测定石墨原子直径的大小,使学生知道分子很小,其直径的数量级为10-10 m,然后提问:“以实验室现有的条件能否粗略测定分子的大小?可以的话,测量原理是什么?要测量哪些物理量?用到哪些材料和器具?具体步骤如何?”

2)设计实验方案。学生围绕上述问题展开讨论,得到可以测定的结论。实验原理:事先测出油酸体积V,让油酸在水面上铺成单分子油膜,测出油膜的面积S,则分子直径d=V/S。

3)实际操作,发现问题,调整方案。根据学生要求和实验设计,首先强调安全原则,然后分2人一组,每组配发油酸、小水槽、量筒、水等。这时,有学生发现问题:①用量筒测量的油酸量太多;②油酸滴到水面无法显影。量少可以用滴管,于是给每组学生配发爽身粉和滴管。但问题又出现了:如何测定油膜的面积?思考后,提出:画出显影的轮廓。但轮廓不规则性又制约面积的测定。为了准确测量,有学生提出用分割法,接下来是如何分割的问题。经过讨论定下方案,将其割成一个个相同的正方形。

4)分析实验数据,得出正确结论。往往学生实验的结果与书本要求的10-10 m相差甚远。因此,分析实验数据非常重要。

5)寻找实验误差原因,改进实验方案。对于出现的问题,教师提示:从d=V/S开始分析。此时有的学生看出端倪:油膜面积太小。追问可能的原因,不是单分子油膜的结论也就出来了。接着问如何克服,经过几番讨论,结论是稀释。至此,问题迎刃而解。

举例2 “含电动机电路的研究”实验

1)提出问题。实物展示及播放录像(电风扇、抽油烟机、电动剃须刀、电钻等),使学生认识到电动机广泛应用于生产和日常生活中。提出电动机工作时是否适合欧姆定律及其功率问题。

2)设计实验方案。学生协作讨论。在讨论中,学生对测电动机内阻r,提出3种方案:一是用欧姆表来测;二是用手捏住转子,用伏安法来测;三是从0开始在电动机两端加电压,电枢转动前以伏安法去测电阻。通过师生共同筛选,认为第3个是最佳方案。

3)实际操作。经过讨论,学生提出的实验仪器包括:干电池2节,滑动变阻器(0～5 Ω),电压表一个(3 V、15 V),电流表一个(0.6 A、3 A),玩具电动机(r<1 Ω),电键一个,导线若干。电路图如图2所示。

实验分2步进行。①电枢未转:输入电动机电压从0开始,逐渐增大,记录相对应输入电压的电流值。②电枢转动:当输入电压达到一定值时,电枢开始转动,增大输入电压,电枢转速随之增大,记录输入不同电压的相应电流值。

4)列表记录实验数据。测电动机电枢电阻r(电枢未转动),根据表1得:r=0.21 Ω。电动机转动时,输入电压与电流关系,如表2所示,知U>Ir。

5)分析数据,得出结论。①从表1中可知:电动机未工作时(电枢未转动),电流I随电压U而变,遵循欧姆定律,故可测得其内阻r。②从表2与表1可得,电枢旋转时,U>Ir,不遵循欧姆定律。③根据表2数据可列表3计算,P输入=UI及P热=I2r。由计算结果得:在电动机工作时(电枢旋转),P输入>P热。

3 简评

1)在高中物理实验课教学中采用“五步教学法”,有利于提高学生学习自觉性、主动性和积极性,使每一位学生都能全身心地投入到实验中,通过动脑、动手,将已经学习掌握的理论知识通过实验操作、观察思考、解惑释难、发散思维、探究创新,从而获得新知识、新技能。应用“五步教学法”有别于传统的灌输式学习,充分体现了学生是学习的主体。

2)“五步教学法”使学生的学习、实验操作方式得到转变。实验操作过程中,全体学生带着任务和问题去观察、思考、分析;在自主解决问题过程中,学生对新知识的构建,全身心地体验和感受。实验操作中,学生之间互相合作,相互交流,共同讨论,潜心研究,心灵间的碰撞与感悟,培养了互相交流信息的能力;彼此之间获得信任,得到他人的帮助,共同学习,共同进步;对知识的感性认识能用实验探究的方法进行验证,使获取的知识得到进一步升华;共同分享学习成功的喜悦,使物理实验教学走出传统狭隘的圈子。■

(作者单位:1 浙江省安吉县昌硕高级中学;2 浙江省安吉县教育装备中心)