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物理演示实验的创新设计　由查字典物理网资料整理

高中学生普遍反映物理难学。究其原因,主要是物理对抽象思维和形象思维要求都比较高,而传统的教学方式又侧重抽象的逻辑思维的培养。那么如何将抽象的物理知识变得形象、直观呢?大概我们首先想到的是实验,尤其是演示实验。但传统的演示实验主要由教师操作,不利于学生主体地位的体现,更谈不上思维能力的培养。笔者在十几年的教学实践中深深地体会到:对演示实验进行创新设计,不仅能激发学生学习物理的兴趣,加深对重要概念和规律的理解,化解学习中的难点,而且能促使学生更好地领会实验思想的精髓,对拓展其思路,培养其创新思维能力大有裨益,同时又是对新课改理念的贯彻和实施。具体做法有以下几点:

1设计演示实验应结合实际,使学生广泛参与激发其学习物理的兴趣

俗话说“,兴趣是最好的老师”。新课教学中教师应尽可能设计联系实际的演示实验,让学生有亲切感,并自觉地参与其中。这样才能激起他们学习物理的浓厚兴趣,促使其留心观察生活,活学活用,养成勤于思考的好习惯。如在讲“力的分解”一节时,教师可先提出以下问题:要提起桌上质量较大的砝码,用一根线易断还是两根线易断?学生肯定回答:一根线易断。但演示的结果却恰恰相反(因两线夹角较大)。此结果一出,学生的学习兴趣和积极性被调动起来,一定会认真听课、主动去学。然后教师可结合实际让学生思考:两人合提一桶水,手臂间夹角大些省力还是小些省力?教室里的日光灯管为什么用两根绳直着吊起,而不是斜着吊?在讲三角形支架的受力分解问题时,可让同桌的两个同学为一组,一个同学单手叉腰,另一个同学用力向下拉其叉腰的手,然后交换来做。通过亲身体验,他们定能轻松作答。

其实能这样设计的新课很多,仅以高中第一册前三章为例就有:自由落体运动、牛顿第一定律、牛顿第三定律、超重和失重等。

2设计演示实验,应着重加深学生对物理概念和规律的理解,化解学习难点

物理中的很多概念和规律比较抽象,学生不易理解。如果教师在教学过程中设计一些演示实验,使学生由形象思维过渡到抽象思维,就会化解难点,收到“四两拨千斤”的效果。如在讲“电磁场”一节时,学生对“变化的磁场产生电场”还能理解(前边电磁感应现象的一些演示实验已证实),但对于“变化的电场产生磁场”,因无法看到直观的演示现象,普遍反映难以理解。

为此在教学中我设计了以下实验来演示。如图1:接通感应圈的电源,适当调整断续器,则放在电容器两极板中间的磁针即发生偏转。实验结果一出,再结合课本的理论分析,学生自然心领神会。可进行类似演示实验设计的实验,还有“电功和电热”、“电容器的电容”“、日光灯原理”等。

3设计演示实验,应凸显物理思想的内涵,注重提高学生的科学素养

如果说演示实验只是让学生观察现象、分析结论,帮助其理解物理概念和规律,那只是对演示实验作用的浅层次理解。对于每一个演示实验,尤其是物理思想突出的实验,不仅要注意其实际操作技巧、现象的观察和结果的分析,还应当特别注意分析该实验巧妙的设计思想。只有这样,才能不断提高学生的科学素养,培养他们的创新思维能力。突出物理思想的代表性实验有:突出比较思想的伽俐略落球实验;突出控制变量法的牛顿第二定律演示实验(库仑定律推导、向心力公式推导等);突出放大思想的卡文迪许实验;突出间接思想的布朗运动、电力线形状等实验;突出复制思想的杨氏双缝干涉实验。此外,还有光速测定实验、泊松亮斑实验、α粒子散射实验、密立根油滴实验等。如果想方设法将这些实验予以演示,将是提高学生科学素养的极好素材。同时也要引导学生,使他们认识到任何创新都必须用科学理论作指导。

4设计演示实验,应以促使学生进行探究性学习为目的,培养其创新思维能力

5设计演示实验,应有意识地将验证性实验变为探究性实验,提高学生的创新实践能力

中学物理的演示实验大部分为验证性实验,学生对这些实验的结果心知肚明,往往观察现象会变成看热闹,演示实验根本起不到启思、激疑的作用。而探究性实验对培养学生的思维能力、创新能力、自行分析和解决实际问题的能力都有独到之处。因此教学中应有意识地将一些验证性实验变为探究性实验。

如“电磁感应现象”一节,将课本上的三个演示实验改为探究性实验可分为如下三步:①温故纳新,首先提出问题:怎样才能使磁生电(即产生电磁感应现象)?用给出的器材连接电路。学生肯定会按初中学过的电路来连接。然后让其总结规律。最后引导其思考:若导体不动,反过来让磁体运动,会不会在电路中产生电流?②实验探索:指导学生按自己设计的实验去做。肯定有学生将前面实验反过来做,部分预习过的学生可能会将螺线管代替直导线来做实验。这时应引导学生分析实验现象:若从磁通量发生变化的角度怎样分析以上两个实验呢?待学生得出“两种情况都是使穿过闭合回路的磁通量发生变化,才在回路中产生感应电流”的结论时,可进一步引导学生探索:若导体和磁体不发生相对运动,能否使穿过闭合回路的磁通量发生变化?若能,自行设计实验去探索。③归纳总结:引导学生由三个实验的表面现象总结出产生感应电流的根本原因。

将验证性实验改为探究性实验不仅使学生学习热情高涨,而且让他们亲历了科学家的探究过程,培养了他们在实践中分析和解决问题的能力,对知识的理解也更深刻和牢固了。能如此进行教学设计的课还有很多,如牛顿第二定律、动量守恒定律、电阻定律、闭合电路欧姆定律、伏安法测电阻、光的色散、光的干涉和衍射等。

总之,对演示实验进行创新设计,既要考虑学生的认知和情感需要,又不能脱离教学实际。成功的演示实验能化枯燥为生动,化抽象为具体,化浅显为深刻。只要我们掌握好演示实验的设计技巧,不仅不会影响教学进度和效果,相反会促使教与学相得益彰,收到事半功倍的效果。

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