物理实验教学中如何培养学生的创新与实践能力

更新时间:2019-10-28 来源:物理教学论文 点击:

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摘要

  物理实验教学的核心问题是创新精神与实践能力的培养,是使学生在实验的动手实践过程中了解自然科学规律,尤为重要的是要让学生通过实验不仅学会物理知识,而且掌握探究自然科学的过程和方法,激发学生的创新思维,让学生从生活走向物理,从物理走向社会。伽利略说过:“科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找,而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”物理教学的主旨在于格物、致知。实验教学的目标,除了学习科学知识、训练实践技能,还在于发展创造能力,提高学生探究科学的素养。如在教学中通过让学生自行设计实验,收集、分析实验数据等自主活动来提高实践能力;这样,学生能够从中认识到尊重客观事实的重要性,还能养成实事求是的治学态度。同时学生在相互配合的实验中,既能发扬合作精神,也能在处理实验信息中培养协作实践的创造意识。

  1、通过探究式实验可培养学生的兴趣

  在物理实验教学中学生能通过观察教师演示和自己动手实践,获得具体的客观事实,进而明确对事理的认知,这是从生活走向物理;然后再通过对实验数据的分析、探究,进而萌生探求科学世界的思维,这是从物理走向社会。我们知道,实验及实验数据中蕴藏着的既是知识,更是创新科学的严谨态度。这是当下素质教育培养新型人才———科技型人才、创造性人才的极好途径。兰克林放风筝收集电这一极具冒险的实验证明物理学家们发现科学规律的过程是充满传奇色彩的,是什么触动富兰克林用生命去实验的呢是兴趣。过去教师的演示,通常是结论套数据,这不能有效展示物理学家发现科学规律时的奇与趣;学生分组实验大部分是验证性实验,学生只要按步骤操作就行,操作过程无须更多的思考和探索,也就无需创新探究,这不利于学生创新能力的培养。

  《新课标》中要求:凡是用“通过实验”这一措辞陈述的知识点,在课堂教学中都必须通过实验来完成学习,这是本标准对物理实验教学的基本要求。教师在教学过程中应多提供一些器材,开展丰富多彩的实验教学活动,引导学生在课堂实验过程中自主设计实验,依据事实记录,大胆猜想探究。为确保学生获取更多的物理知识,教师在教学中应尽可能地不指定实验原理,让学生自己选择实验器材和确定实验步骤,从动手实验、收集信息到分析总结,都由学生完成。

  1.1、爱因斯坦曾说:“兴趣是最好的老师”

  物理实验如何通过探究培养学生的学趣,又如何使学趣持久,关键是教师应根据学生认知特点设计实验,更应根据具体情况适当增设一些学生实验,增加学生的动手机会。实验实践过程中老师还须关注学生对实验现象的观察,引导学生对实验现象进行说明,启发学生对问题进行思考并总结,进而让学生在理解实验原理的前提下动手设计方案、选择器材、组合装置后再自主实验。

  如“光学”的“光沿直线传播”,开始别介绍光传播的方式,而是给学生一面镜子做反光游戏,当学生的注意力都集中在游戏中时,其实他们已经明白“光不会转弯”了,这就是心理学上的“有意注意”;而当他们看到光被挡住就会留下影子时,就会联系现实、得出结论了,这就是“无意注意”。学生自然就会萌发出“生活中司空见惯,却不以为然,而只要动手尝试,就会茅塞顿开”,这就是思维意识由“无意注意”转向“有意注意”并进入科学发现的节奏,也就是把对客观事物的一般认知提高到对科学探究的强烈期望,以及动手实践的创造渴望。在此过程中教师的因势利导、因材施教更能使学生在愉悦的情趣中完成对知识创新的构建,形成创新理念。

  1.2、与其临渊羡鱼,不如退而结网———巧用实验器材

  教学过程中使用恰当的教具能帮助学生形成感性认知和提高理解能力,教师可以结合教学要求使用教具,尽可能利用生活中的物品作为实验器材。比如需要透明器具时,可以使用玻璃杯、饮料瓶等生活日常用品,这样,不仅能使生活与科学的联系更紧密,也能让学生更密切地感受到科学的生活性,还能增强课堂实验的丰富性,学生的创新意识也得到了启发。例如学习“导体”和“绝缘体”时,教师出示校园中折断的一支树条(特意留下一片树叶)问是否为导体?学生观察到绿叶,容易回答问题。又如学习“牛顿第一定律”时,用课本翻开做斜面,让乒乓球从斜面滚下,比较乒乓球经过毛巾、木板表面的不同距离。最后总结:表面越粗糙,运动距离越短。

  1.3、纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行———实践决定理论

  荀况曾说:“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。”对于物理知识的获取源于生活,学生的课后作业是物理教学联系生产、生活的重要方式,教师可以设计一些生活中的物理问题或物理现象让学生进行实践。例如:让学生用电能表和秒表等测量电视机在待机状态下所消耗的电功率,并估算一个家庭一年由此所浪费的电能是多少。假如一台电视机待机消耗的电功率为5W,平均每天看电视4h,那么,一年待机消耗的电能是36.5度。这对提高学生的实践能力和力行节约能源的意识是极好的。

  探究型实验是学生验证理论最好的实践方式。所谓探究型实验就是首先对某种物理现象提出问题,然后依据一定的方法选择实验器材,确定实验方案,最后还要对得到的实验数据或现象进行正确的分析、处理,从而得到正确的结论。实践探究的目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。科学探究的内容可从五个方面来考虑:(1)物理学的基本概念和规律;(2)物理学的探索性实验;(3)与物理学有关的多学科整合性问题;(4)现实生活中的物理学问题;(5)科学前沿中的物理学问题。

  探究实践活动的方式包括观察、提问、实践、比较、推理、概括、表达和运用等过程;科学实验的形式是多种多样的,其要素主要有:(1)提出问题、猜想与假设;(2)制定计划与设计实验;(3)分析与论证;(4)评估、交流与合作。学生的探究既可以涉及所有的要素,也可以只涉及部分要素,这对于提高学生的创新意识和创造能力是极好的。如“电学”中“设计一个磁性强弱可以改变的螺线管”

  的练习,学生可用漆包线或普通灯线、干电池、铁钉、铅笔芯等做实验,用铅笔芯制作滑动变阻器,若铅笔芯变阻效果不明显,可改变电池节数来达到实验要求,该实验现象明显,操作容易,有利于学生巩固“电流的磁场”、“影响螺线管磁性强弱的因素”、“滑动变阻器的原理”等知识。

  2、设计情境进行探究实验,让学生“触景生情,涸事起意”

  在物理实验教学实践活动过程中,对于常见事物的物理量单位(如质量、尺度、速度、功率、频率等)的学习时:可提前给出一些生活中的实物,并让学生对这些物理量的大小作出初步估测;再使用测量器具对实物进行准确测量,让学生从情景中学习物理量的单位和进率。对于实验方案的设计,情趣情境的激趣更能有效激发学生对实验活动的兴趣和加深对实验结果所获得的感性认识和理性理解。

  创设情境组织学生实验,当学生在实验中碰到较大阻力时给予一定指导。情境式探究就是先对某物理现象提出问题,然后依据一定的方法选择实验器材,确定实验方案,最后对得到的实验数据或现象进行正确的处理,从而得出正确的结论。

  这在教学中不仅能激起学生的兴趣,而且能培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系,探究活动包括观察现象、提出疑问、动手实践、推理概括等过程。如“物体‘密度’大小的实验”,可通过在有水的杯子中倒油,而油浮于水面的情境,提出问题“液体的密度ρ越大,其比热容c也越大”让学生进入猜想,之后给出一些液体的密度值。

  如下表:

附加图表1

  由于不知道上述物质之间比热容的大小关系而需要通过实验方法得到。可选择的实验器材有:铁架台、石棉瓦、火柴、秒表、天平、烧杯、温度计、线、酒精灯、上表中各种液体等。本实验意在检验学生对实验过程的整体把握和设计能力。通过实验,学生会发现质量相同的不同物质,吸收相同的热量后,升高的温度不同,这是物质的一种特性。

  同学们通过实验提出了以下问题:

  ⑴此实验的原理是什么?

  ⑵试验中要控制的变量是什么?

  ⑶怎样操作才能使受热物体所受的热量相同?

  学生提出的这些问题反映出学生对实验现象的积极思考和对自然科学规律的探究渴望。让学生带着问题去动手实验,这样既培养学生的动手能力,也培养学生思维能力。实验后教师要组织学生说出实验过程和结果,培养学生概括与表述的能力。

  3、“教师之为教,不在全盘授予,而在相机诱导”

  物理《新课程标准》是以物理学的内容作为素材,使学生获得终身学习的兴趣、习惯及良好的学习能力,帮助学生树立科学的价值观。在进行实验教学设计时,联系生活实际拓展教学实验,及时将某些验证性实验拓展为探究型实验,不仅有利于培养学生的发散思维,开发学生的智力,还能使实验更有启发性,并联系实验解决问题,从物理走向社会。正如陶行知所言:“行动生困难;困难生疑问;疑问生假设;假设生试验;试验生断语;断语又生了行动,如此演进于无穷。”

  教师必须改变“只有讲过才算教过”的观念,应根据所做的实验入手,准备可能需要的所有实验器材,因时利势、及时引导,给予学生自行设计、选用、组装并完成实验的空间。如“大气压强”的教学,除了做一些演示实验外,还应引导学生到生活中去寻找气压存在的现象。例如生活中人们常用橡皮碗来挂东西,而橡皮碗所挂的物体重力大小与什么因素有关,实验器材就是各种大小不一的橡皮碗和墙,学生通过多次实验就会发现:皮碗的承受力与皮碗的吸附力有关,而吸附力与皮碗的大小有关,还与墙面的光滑度有关等等。学生经过自己多次尝试明白反复实验对探究问题、总结结论会更科学更准确,也会养成善于分析,客观总结的好习惯。

  杜威说过:“最好的教育就是从生活中学习。”中学物理教学是以实验为基础而获取物理知识的学科,所以,无论是教学内容的安排、教学策略的确定、以及教学实验的设计,都要使学生能保持对大自然的探究热情,提升对科学的探索欲望。尤其实验,不仅是获得知识与技能、体验过程与方法,还是引导学生自主、合作、交流的平台,更是开发学生智力,培养学生创新能力的途径。

  [参考文献]
  [1]中华人民共和国教育部.物理新课程标准(2011年版)[M].北京:北京师范大学出版社,2012.

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