阶梯式教学模式对高中物理实验的优化与创新

颜德平

(福建省福州市平潭第一中学,福建 福州 350400)

新一轮的课程改革持续推进,在高中物理教学中,新课标把对学生实验探究能力的培养放在了十分重要的位置上,并对其具体内涵进行了清楚的阐明与详尽的规定.在实际的教学过程中,如果只采用讲授法,那么课堂就会呈现出枯燥、晦涩、难以理解的现象,给学生的知识理解带来了很大的困难.但如果物理教师能够在阶梯式教学的背景下,设计出多个等级较高的实验,激发学生在观察、体验的基础上,进行更深层次的探索,让学生经历由感性的认知到理性的学习再到综合的探索过程,其结果肯定要比传统的授课方式好许多.本文以阶梯式教学模式为基础,对高中物理实验教学进行了优化与创新,以实现高中物理实验教学的可持续发展.

1 搭建平行阶梯,常规化处理问题

高中物理能够应用于课堂教学的实验有很多,种类也十分繁杂,教师不应该局限于教材,而应在教学中依据自身的教学方式和个性特征,为自己和学生的发展选择合适的实验形式.但是现阶段的高中物理实验,仍然有很多的难点.这不仅需要学生在课堂上和课堂下的积极响应,更需要老师们从学生的视角出发,加强对物理实验的关注,提高自身的教学水平以及专业能力,设计出符合规范并且能够激发学生学习兴趣的物理实验.阶梯式的实验教学中,当面对某些难以理解的特定问题的时候,通常会对这些问题展开一种简单的例行化,把它转化为多个简单的物理问题,再用常规求解问题的方式对其进行求解,最终经过类比,总结出具体问题的解决方法和思路,此种指导方法被称作是平行阶梯法[1].平行阶梯方法的目标是把困难问题转化为一般性的简单问题,再用常规的方法将这些问题解决,然后再上升到较难的高度,逐级求解.训练学生解决问题的能力,拓宽学生的知识面[2].例如,在鲁教版选修二第2章《电磁感应及其应用》的相关实验中,水平方向上有一匀强电场,其场强大小为E,方向水平向右.将绝缘且光滑、半径为R的圆形轨道置于垂直方向,这时,在轨道的最低点有一个小球,小球的质量为m,电量为q(小球半径可以忽略不计),应该给予小球多大的初速度才能使其在圆形轨道上做圆周运动?经分析可知,当小球在轨道上运动时,小球在无外加电场的情况下属于常规情况,如果有外加电场则属于特殊情况.许多学生对常规情况已经很熟悉了,可以运用相应的方法来计算,但是有了外加的电场,教师便可以指导其运用类比的方式进行进一步的计算.重力和电场力都是恒定不变的,把它们组合起来,就像小球受到一个新的场力一样.在这种力的作用下,加速度的方向就是重力和电场力合力的方向,从而可以对其进行准确计算.用建立平行阶梯的方式,学生可以在对比中对知识点进行清晰的梳理,然后就可以使用动能定理来解决这类特殊情况的问题.

2 降低阶梯等级,增强感性化认知

降低阶梯等级的目的就是为了更好地解决问题.要达到降低等级的效果,首先要降低设问的难度,即使问题的难度梯度比较平缓,要尽可能达到降低一级的效果.例如教师在“反冲现象——火箭”的实验教学过程中,可以利用创设的教学情境,引导学生对反冲现象展开实验,以此来提升学生对反冲现象的学习兴趣,并深化他们对相应知识点的理解.比方说,教师可以设计一种叫“可乐瓶飞上天空”的实验.在制造实验器材的过程中,需要用到装有可乐的瓶子、橡胶塞、胶带以及薄荷糖.教师首先要准备好一个装了适量可乐的瓶子.接下来,老师指导学生用胶带将薄荷糖一行行地粘在一起,并留下约5 cm的胶带空隙.接着,把可乐瓶垂直放置,并把薄荷糖挂在瓶口,与可乐相隔一段距离.最后,教师把可乐的瓶口塞上橡皮塞.在具体的实验过程中,教师要把已经做好的实验器械放在讲台上,然后抓住瓶子的口部与橡皮塞的衔接部位,快速地将瓶口朝下,让可乐和薄荷糖充分接触,从而生成气体,当瓶子里的气体积聚到了一个临界点时,教师把瓶口的橡皮塞拔出来,然后松开可乐瓶.当教师松开瓶子时,瓶子内的可乐就会以极快的速度喷射出来,同时瓶子也会向上移动一段距离.在该实验中,对反冲现象进行了研究.通过这样的实验方式,能够深化学生对反冲现象的理解,还能够让学生感受到物理现象在生活中是无所不在的,增强他们的探索欲望.在降低学习物理知识的阶梯式教学下,相对于传统的实验方式,这种新型的实验同样能够对学生的思维进行发展,让学生在物理学习过程中能够打破惯性思维,去尝试新的方法和技巧,这对于学生未来的发展是十分重要的[3].

3 构建上升阶梯,发挥教师主导

一个课堂的完整建立在师生的配合上,而教学的完成度也取决于两者之间的配合程度.当学生的思维变得积极时,老师也就更愿意与他们分享知识.教师在开展课堂教学前,既要反复验证自己的讲课内容,也要预判课堂上可能出现的各种情况.课堂上往往会出现与课前预设不符,甚至是相互矛盾的意外状况,若教师能够抓住这些“意外”,并将其巧妙地应用到教学活动中,就有可能产生新的火花.学生的思维在课堂上变得更加活跃,教师可让其发挥自己的想象力,创造出活跃的课堂气氛,把刻板的学科、枯燥的知识变得更容易接受[4].教师可以在课堂上增加创新性的实验.在运用阶梯式教学方法进行教学时,首先要引导学生从情感上认识知识,然后强化其理性认知,最终引导学生深入地探索知识,从而使学生的能力和水平得到全面的提升.例如,教师可以在课堂上进行“气球动力小车”实验,指导学生在理解“反冲现象”的原理后去探索新的知识,培养学生的科学思维与逻辑思维.在制作教学设备时,教师需要使用气球、吸管、纸箱、瓶盖、竹签等.在制作设备时,老师要把纸箱的盖子切下来,把它翻过来当车体,用竹签当车轴,用瓶盖当轮胎,把吸管一端用热熔胶粘在车体上,将气球装在吸管另一端.在实验过程中,老师要给气球充好气,然后把手按在气球上,过一段时间再把它松开.在这个时候,可以看见气球里的气体在不停地向外“喷射”.同时,小汽车也在向另一个方向移动.在传统的实验中,一般都是先给气球充入空气,再把空气放出来,然后让学生们看着气球移动.但这样的实验方式对于学生的观察是不利的,一方面,由于气球的移动速度太快,学生很难仔细地观察到它的运动情况;另一方面,因为气球内的气体在喷射时的方向是不固定的,所以也就不能确定气球的运动轨迹.而在这个创新性的小实验中,教师不仅能够引导学生去观察实验现象,从而激发他们的学习兴趣,还能够引导学生去探索垃圾利用的方法和节能减排等方面的知识[5].

4 分段搭建阶梯,引导发散性思维

学生的思维存在一定的差异.高中生已经拥有了自己比较独立的意识,在学习的过程中,对于不同的问题,每个人都会有自己的看法,也有自己的出发点.学生们通常都会对单一的、刻板的教学抱有一种抗拒的态度,如果要让学生们的学习热情被调动起来,那么就需要采取多种科学的教学方法[6].阶梯教学模式可以说是在教学上的革新,它可以调动学生的学习积极性,使他们有逐步理解各类问题的过程感知,并通过灵活的方式,从多个角度展开分析,让不同的意见相互碰撞,这种方式不仅可以扩大学生对习题的认识,还可以以此来提高学生分析问题的能力,最终促进综合素质的提高[7].在高中物理教学中,存在着各种各样的难点内容,它们不仅可以通过新知识来体现,而且在原有认知结构中,还存在着脱节的现象和一些新概念过于集中的情况.这时,教师就需要搭建阶梯,对难点内容进行分散处理,从而引导学生逐步地解决这些问题.例如,在进行鲁教版必修一第3章《相互作用》的教学中,教师可以设置“木块运动”实验,将一块木块放于水平的传送带上,使传送带保持2 m/s的速度运动,当运动结束后,在传送带上留下长度为5 m的痕迹,然后再将传送带以1 m/s2的加速度做匀减速运动,直至传送带彻底停止,求木块在传送带上留下的痕迹(g取10 m/s2).这一题目主要考查学生对于相对运动的认识.教师便可以用分阶段的方法来解释这样的问题:首先,对木块在传送带上保持相对静止之前的状况进行分析.其次,在传送带减速的同时,木块也会跟着减速,但由于加速度的差异,木块和传送带之间的距离并不一致,因此会出现一定的相对运动.许多学生对运动距离大小的处理不清楚,这时教师要提醒学生,痕迹不变和变长是在什么情况下可以发生的,这也能进一步说明二者之间的关系.最后经过计算,得到由传送带与木块在输送过程中所引起的滑移距离.使用分段搭建阶梯的方法展开教学,可以让学生更容易地掌握和理解物理知识,当他们遇到相关问题的时候,也可以灵活地解答,从而提高学生的高中物理问题解答能力[8].

5 结束语

随着现代化教育技术的进步,在高中物理的课堂上,教师可以有各种各样的教学模式,但阶梯型教学模式以其特有的优点,可以较好地解决物理课程抽象性、理论性强以及难度大的难题.通过阶梯式教学模式,指导学生在物理实验中进行优化和创新,这对提升学生的综合学习能力有很大帮助,同时对提升教学效率具有积极意义.