有效利用自制仪器 回归物理教学本源

魏小亮

(无锡市辅仁高级中学,江苏 无锡 214123)

有效利用自制仪器回归物理教学本源

魏小亮

(无锡市辅仁高级中学,江苏 无锡 214123)

笔者近期观摩了一节实验探究课,课堂上物理教师们展示了他们扎实的课堂教学功底和实验演示、操作能力,课堂上亮点频出,让人欣喜不断．在观摩学习的同时,笔者也对同行们的各种实验手段进行了深刻的反思:伴随着传感器等现代实验仪器的问世,物理实验变得越来越精准快捷,科技产品和物理实验的有效结合,大大地节约了课堂时间,提高了物理教学的效率,因此,这些科技产品受到越来越多的物理教师的青睐,似乎“瓶瓶罐罐做实验”已明显不再符合当前的潮流．“瓶瓶罐罐做实验”真的过时了吗?笔者认为并非如此,下面笔者就结合教学实际来谈谈利用自制仪器做物理实验的一些深层次价值．

1 循序渐进,提升学生的物理学习兴趣

俗话说“成功的真正秘诀是兴趣”.自制实验仪器在物理课堂中的应用可以系统而有步骤地培养学生学习物理的兴趣.

1.1 营造氛围,让学生的心“跳”起来

学生容易被新奇的物理现象所吸引,希望在课堂实验中看到不平常的物理现象,这就是学习的直觉兴趣,它是最浅层次的兴趣,但也是学生物理学习的良好开端．例如,在尖端放电现象中,将两根尖端相互靠近的钢针加上高压,钢针尖端间的空气中就会产生强大的电流.出其不意的实验结果让学生惊奇,震撼的现象也令其感到十分新鲜.但学生的直觉兴趣只停留在现象本身,并未产生探索这些物理现象深层原因的欲望.

1.2 预设问题,让学生的手“动”起来

著名的心理学家皮亚杰说:“思维是从动作开始的,切断动作和思维的关系,思维就不能得到发展．”学生有了学习的直觉兴趣,为了避免学生遇到问题就等教师报答案的现状,教师可以利用容易获得和操作的学习材料,让学生亲自动手制作仪器进行实验,主动获取知识,进而快速地融入到学习中来．

实验:神奇的电风车.

实验器材:可乐罐、大头针、橡皮、剪刀、直尺、手摇起电机、带鳄鱼夹的导线．

图1

实验操作:用剪刀将可乐罐剪开后压平,将压平后的铝片剪成风车的叶片,在叶片的中央插入大头针,针的另一端插在橡皮上,一个电风车就做好了(见图1)．用带鳄鱼夹的导线将针和手摇起电机连起来,摇动起电机使风车带电,让学生仔细观察实验现象．

“咦,说好的电风车,怎么通了电还是不转呢?”正当学生们议论纷纷,毫无头绪时,教师开始“指点迷津”了．教师将学生的思绪拉回到先前做的“尖端放电”实验中,钢针尖端间的电流是如何产生的?电荷从尖端溢出的方向如何?由学校操场草坪上的自动灌溉装置你得到了什么启发?一连串的问题让学生恍然大悟,纷纷改进了自己的电风车,如图2所示．这一次再让风车带电,由于尖端放电,在反冲的作用下,部分学生的风车旋转了起来．笔者引导学生改进了实验装置,让风车叶片在水平面内旋转(见图3),这一次,所有的风车都转了起来．

图2

图3

精彩的动手实验犹如一味良药的“引子”,能够扫除学生的困惑和迷茫,调动学生的情绪,让他们的学习渐入佳境,逐步加深对物理现象的认识．只要能让学生不断地体验到实验成功所带来的快乐,他们遇到问题就能自主地思考,养成动手主动探究和解决问题的兴趣,也就是学生的动手兴趣．

1.3 解决问题,让学生的脑子“活”起来

操作过程只是学生对所学的新知识的初步感知过程,要想让学生知其然并知其所以然,教师还应引导学生对所观察到的现象用物理语言进行归纳总结,将外在的表象内化为深层的物理知识,并能运用这些知识去解决生活中的实际问题．在“神奇的电风车”实验中,学生通过自己动手制作的过程认识到了导体的尖端容易产生放电现象,笔者顺势引导学生分组讨论电荷在导体中的分布特点及其原因,“尖端放电”的原理及其在生活中的应用和防止等．让学生先在小组中各自阐述了自己的观点,小组统一后再进行全班交流．从事物的表面现象和发展过程的观察入手,适时地转向物理学内部规律的研究,以巩固、深化学习兴趣,以“动”促“思”,让形象思维逐步地转化为抽象的逻辑思维．

2 立足生活,刺激学生的物理学习需求

美国著名教师哈里德·颜森经常说:“讲给我听,我将忘记;演示给我看,我将记得;与我有关,我将要学;……”自制仪器是学生由身边一些随手可得的物品制作而成,这种来源于生活的“器材”比较简陋,但却更加贴近学生的生活实际,因此也更容易被学生接受．通过对身边的“瓶瓶罐罐”开发和设计并用之来进行实验拓展,学生会忽然发现物理学的源头和终点就是现实世界,从而刺激他们物理学习的需求．

2.1 创设生活化的问题情景,引发对问题本源的思考

习题教学是物理教学的一个重要环节,它不仅起到了巩固和深化物理知识和规律的作用,还能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力．物理习题本应由生产和生活中的科学现象和事实为背景抽象设置而来,但日益功利的习题教学重视的是规律公式的记忆和解题技巧的培养,切断了问题与生活的联系,使物理习题失去了原有的味道,学生的物理学习也变得毫无生气．而来源于生产生活、原汁原味的原始问题,能更好地激发学生的好奇心和求知欲望,从而能认真主动地去观察这些生产、生活片段,然后积极地通过实验等手段去揭示事物的本质,最终体会成功的喜悦,培养了学生学习物理的兴趣.

“三角支架”模型是高中力学的一个重点和难点,学生对其普遍存在着畏难情绪,利用学生熟悉的生活情景来呈现物理现象,探究物理规律,学生会感到十分亲切,拉近了学生与问题的距离．

原始问题:如图4所示,壁柱式吊车在起吊货物时,货物的重力是如何分担在旋臂和吊索上的?

图4

原始问题让学生处于一个完全开放的环境中,学生无法直接套用公式解决问题,他们只能依据客观事实和已掌握的理论知识展开想像,沿着不同的思维路径、不同的思维角度,不同的层面和不同的关系出发来思考,在脑海中构建一幅越来越清晰的物理图景．学生通过对原始物理问题进行加工和处理,抽取出问题中的有用信息,发掘出问题的深层隐含条件,根据与问题相关的知识与规律设置相应的参数,原始问题就被抽象为物理习题．

图5

习题:如图5所示,直角三角形轻三角支架的C点通过细绳悬挂一个的重物,轻绳与水平轻杆之间的夹角为θ,求轻绳AC和轻杆BC各受多大的力?

2.2 基于体验式的问题情境,激发学生对问题认识的提升

俗话说:“百闻不如一见,百见不如做一遍．”教育心理学也认为,“体验”是由身体活动和直接经验而产生的感情与意识,它是学生学好知识的一条重要途径．

图6

本题考查的知识点是力按作用效果分解,其中学生对起重机吊起的重物重力产生了哪些实际效果缺少必要感性认识,很难判断出分力方向．为了让学生直接感受力的实际效果,进而建构物理模型分析和解决问题,可以利用下面的实验进行模拟验证．如图6所示,用米尺来代替壁柱式吊车的旋臂BC,用手握住米尺的一端,另一端抵在腰上,胳膊就起到了吊索AC的作用,在米尺用手握住的一端挂上书包,并不断地往书包里添加书本,从而获得对力产生的实际效果的亲身体验．

伟大的物理学家麦克斯韦曾说过:一项实验,使用的材料越简单,越生活化,学生就越想透彻地获得实验中所隐藏的奥秘．利用学生身边日常用品设计出的新奇实验,更具可见性、真实性和趣味性,有效地提高了实验效果．

3 发散思维,培养学生的科学创新精神

物理学科作为一门基础的自然学科,不仅推动了人类社会的快速进步,还促进了人类思维的不断发展.物理科学的发展需要科学创新意识,这就要求学生对周围环境有好奇心和求知欲望,对新事物要具有高度的敏感性.传统的物理教学,注重的是死板的书本知识的灌输,学生只能被动地接受,没有选择、质疑和摈弃的权利,这样的教学模式不仅“束缚”学生发散思维能力的发展,还阻碍了科学知识的不断更新．现代教育理论主张“让学生动手去做科学,而不是用耳朵听科学.”只有让学生自己动脑、动手,运用自制仪器开展多种多样的科学探究活动,才能拓展学生的知识视野,激发他们的创作兴趣,培养其动手能力.这正如苏联教育家苏霍姆林斯基的一句话:“在活动的实践中,学生能感到自己是一个发现者、研究者和探索者,体验到智慧的力量和创造的欢乐.”

实验心理学家赤瑞特拉通过大量的实验证实:人类获取的信息83%来自视觉,11%来自听觉．自制仪器实验既能引导学生细心地聆听,又需要学生仔细地观察,把抽象的物理知识用学生熟悉的器材进行直观、生动的演示,更能引起学生的共鸣和提高他们的物理学习兴趣,让我们的物理课堂洗尽铅华、返璞归真,散发出真正的物理魅力．

2017-02-20)