在物理学科教学中发挥小实验的作用.doc

在物理学科教学中发挥小实验的作用一、引言物理是一门以实验为基础的自然学科。 回顾从古至今改变世界的重大发明,不难发现均是科学家通过长期的实验结合理论来研究并论证问题。因此实验是研究物理问题最基本的手段与方法,始终发挥着重要的作用。如今在提倡素质教育的今天，多元化的教学方式为更多教育工作者所推崇。因而在物理学科的教学工作中，强化实验教学的需要显得更加突出,尤为重要。一般传统的物理实验教学会运用到课本中的演示实验，每章节都有的小实验等。通过这些实验，可以开发学生智力，激发学习兴趣，培养学生的观察能力和实际动手操作的能力。然而本文中所要涉及的小实验，是指取材方便、操作简单而且现象明显有趣、结果通常出乎意料的物理实验（一般为教师在课堂上运用身边材料演示的即兴实验）。此类小实验有别于传统意义上的小实验，是利用生活中奇异的物理现象，抓住学生求知欲和好奇心强的特点，在没有经过材料上的精心准备的前提条件下，教师通过对于生活的细心观察，不断累积，创造并发明的适合课堂上演示或者鼓励学生共同参与的富有趣味性的小实验。充分采用这些简单易行，趣味性与科学性兼备的小实验，能更直观的帮助学生将理论与实际相结合，引导学生思考，拓宽思维方式，并且能帮助学生复习、理解学过的物理原理，探究、发现新的物理知识。在目前，利用简单的小实验教学大有可为，其能在有效的短时间内，获得最佳的学习效率，重要性不得忽视。二、小实验在物理学史上的成就回顾历史长卷，一代又一代伟大的物理学家带给我们众多有重要意义的科学成果。而事实证明，让学生了解这些成果生成、发展的过程及物理知识在生产生活中的实际应用比了解那些现成的知识结论更重要。因为知识复杂的形成过程中蕴含了很多创新和实践的元素，理论的生成往往离不开大量的实验基础。有时候只要对生活多加一点观察，利用身边简单易取的材料即可验证或者探究超出我们想像的物理新发现。（一） 恩里科 费米费米是意大利著名物理学家，1901 年9 月29 日生于罗马。多数物理学家只能在理论与实验中成就某一方面，而费米，却同时对实验和理论都作出了杰出的贡献，并且由于他设计并建造了世界上第一座原子核反应堆,带领人类开辟了广泛利用原子的崭新时代，这些成就使他无愧成为一代科学巨匠。然而他的成就都离不开他在儿时便拥有的科学天赋，以及他勤恳钻研的态度。费米从小就很聪明，喜欢动手实验，也擅于观察，那时候，每天放学回家孩子们喜欢聚集在铁路车站旁玩陀螺，费米和他的好友佩尔西科也对陀螺着了迷。不过,与其他孩子不同的是,他们一边玩,一边注意到陀螺的怪行为,在陀螺刚开始旋转时，轴并不竖直，但当它飞速旋转越转越快时,轴却能逐渐变成竖直向上，而当它的旋转速渐渐地又慢下来后,陀螺的轴心也逐渐倾斜与地面形成一个角度,使转动着的陀螺上端老在画圈。费米和佩尔西科对这个奇怪有趣的现象产生了探索其中奥妙的兴趣。他们两至此之后，几乎什么事都不做，整天探究陀螺的奥秘，翻遍所有的教科书，却始终没有找到答案。不过费米没有罢休，最终经过一番冥思苦想,研究到了回旋仪的理论能解释陀螺的这种现象,他才心满意足地从陀螺的漩涡中解脱出来。除此以外，随着费米和佩尔西科的物理学知识越来越渊博，他们尝试利用简陋的、不完备的配件来测量地球磁场、罗马地区的重力加速度、水的密度等等，并获得了成功。费米的故事告诉我们，即便没有昂贵的实验材料，只要肯探究，勤钻研，乐动脑，总能发现并利用好身边简易的材料来帮助自己实现科学的探索。（二） 伽利略伽利略是意大利物理学家、天文学家。1564年生于意大利比萨。儿时在修道院里接受教育，1581年进入比萨大学学医。伽利略在学医的时候，常常去比萨城里的一座环境幽雅的大教堂。一天，他坐在教堂里，正好一位司事在灌注教堂屋顶悬挂的油灯。油灯不断摆动，等司事走后，油灯依然在空中摆动。这个现象引起了伽利略的关注，他发现，尽管吊灯的摆动幅度在逐渐减小，但每动一次所花去的时间几乎是相等的。他起初还有些怀疑，后来他一面按着自己的脉搏，一面观察油灯的摆动，计算了几次，确信每次摆动的时间完全相同。 伽利略因此受到启发，为了进一步验证他所得出结论的正确性，回到家后，他找了一根细绳和一个铁块，把铁块固定在绳子的一端，他分别把铁块固定在距竖直直线四个手掌和两个手掌的位置，拉到一定高度后让铁块摆动。神奇的是，铁块每次的摆动的时间都是相同的。因此证实了铁块摆动的时间与它摆动的幅度无关。为了让铁块摆动的快慢可以测量，他想出了和人的脉搏比较，但一开始，他发现铁块摆动的要比脉搏快，于是伽利略想到了调整绳子的长短，经过多次尝试，最后终于使摆的快慢和脉搏完全一致。之后，他设计了一些仪器，使得医生可以用这些仪器准确地测定病人的脉搏。荷兰科学家惠更斯利在伽利略的发现之后，利用摆的等时性制成了摆钟。直到1638年，伽利略为了更深入的研究摆的周期与哪些因素有定量关系，他进行了大量实验验证，终于他发现“摆的周期与摆长的平方根成正比”，这个为世人所熟记的科学公式。伽利略正是靠着敏锐的观察力和强烈的好奇心，并且非常擅于利用身边的物品来进行假想的验证，从而从最普通的发现得出了流芳百世的科学结论。 三、中学物理实验教学现状小实验的重要性在历史长河中已为世人验证，然而，它的重大影响远不应只存在过去，更应该着眼于现在二期课改的物理教学中。为了更好的了解和分析当前物理实验教学的现状，特制定了一份调查问卷于建平中学进行了实地调研（取样数为100人），以下即为调研情况和具体分析。从学生对物理课堂教学中穿插物理实验的态度来看（见附录2），60%的学生对实验教学非常感兴趣，35%比较感兴趣，仅有5%为不感兴趣的。可见，多数学生都倾向于物理教师在课堂中植入实验来辅助教学。根据学生反映的情况，对于课本中的演示实验，一半的学生说明教师会自制教具或者设计替代性实验进行演示。35%的学生反映有些老师甚至会鼓励并且创造条件让学生自己动手操作，由此可见，多数教师现在已经对实验予以重视了，更有部分教师能积极主动地培养学生的探究与动手能力，让学生参与并体会物理学习的乐趣。不过，依然有14%的学生反馈有的教师对于实验应付了事，这种现象也应给予重视。同时，在进一步的调查中可以发现，几乎多数物理教师现在已经有意识的在课堂教学中穿插即兴的小实验，仅有5%的少数学生反映老师从不设计小实验。同时，对比教师喜欢做即兴小实验的时间，不难发现喜欢在引入新课前做小实验的教师比较多，用来巩固概念的小实验相对较少被教师所采纳。而且，有将近44%的学生非常喜欢教师做即兴小实验，可见学生对于新鲜的东西总是比较有兴趣，相比课本中原理、过程、结果都非常清晰的实验，即兴的小实验更具有神秘感，更夺人眼球。根据调查结果显示，几乎100%的学生认为在学习物理的过程中，运用知识灵活、综合地解决实际问题最困难。而有30%左右的学生同时认为规律掌握也是有一定难度的，概念理解方面几乎都没什么问题。由此可见，物理教师的重点应该在于引导学生利用已学过的物理知识，联系身边实际，多加反思，并多鼓励学生自己动手实验来寻求答案。同时，在学生的眼中，上课会做即兴小实验的物理教师也是相当有吸引力的。结合整体调查结果的情况来看，实验教学如今在中学物理教学中已受到一定重视及普及，但是可能由于升学考试等压力，仍有不少教师在主观或客观上并不是十分重视，尤其在课堂中穿插小实验的体验性教学方式，在现今课堂上还并不是很常见。因此为了培养具有创新精神和实践能力的新时代人才，我们必须切实加强实验教学，并对教学方式加以改变。四、中学物理小实验的理论研究美国路易斯安那州立大学教授E.多尔教授曾提出了4R的观点，即让课程具有丰富性（rich）、回归性(recursive)、关联性(relational)和严密性(rigorous)。其宗旨是激活学生的思维，把握整体的世界，注重生活的关照，让学生真正成为教学的主人。然而传统的教学方式以传教式为主，忽略了以学生为主体的方针，学生互动参与的机会很少，主要就是听与记。久而久之，课堂效果反馈不佳。因此，为了丰富课堂教学的多样性，开展探究式教学尤其是小实验教学十分重要。（一） 引入课堂小实验的心理学依据1.洛扎诺夫的暗示教学法1）愉快而不紧张原则一成不变的教学方式与节奏容易使学生产生单调感与抑制心理，容易削弱学生的学习兴趣，降低学习的热情。如果营造出一种愉快的学习氛围，则可以提高学习的积极性，并且活跃学生的思维。开展课堂小实验正是起到了活跃课堂气氛的目的，创造出轻松愉快的氛围，使学生学习知识的状态处于最优化，理解与记忆效果也最佳。2）有意识与无意识的统一有意识即指教师通过各种手段引导学生有意识地进行学习，无意识则是指教师运用探究式的教学方式配以表情、手势、声调和姿势等教学手段激发学生无意识的心理活动。对于学生来说，只有当有意识与无意识两者相统一时，才是学习最有效的心理状态。为了达到这种和谐与统一，教师在教学活动中应该积极设计情境（改变教学环境），在潜移默化中影响学生的学习心理和行为。让他们身临其境的体验学习的乐趣，自然而然地学习知识。2非智力因素培养学生的创造力非智力因素包括兴趣、需要、动机、情感、意志和性格。良好的非智力因素能促进和推动智力因素潜能的发挥，而课堂小实验，生动形象地阐释并巩固了物理知识，为学生的学习提供了丰富的感性材料，激发了学生学习的动力，培养了学习兴趣，使学生主观上想去学，带动了大脑积极思考。美国有人对1000名科学家的成长道路进行了问卷调查，约90%以上的科学家都肯定了非智力因素在自己成长过程中发挥了创造作用。因此，在物理课堂教学中，应该充分开发学生的非智力因素，从而达到开发学生智力，培养学生创造力的目的。（二） 小实验在中学物理教学中的作用小实验教学带来的优点不仅从心理上培养了学生的非智力因素以及带动有意识与无意识的和谐统一，在实际教学过程中，存在更多重要的作用。我国著名物理教育家朱正云教授早在20世纪70年代，就提出了“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的教育思想。鼓励教师多运用身边随手可得的材料，设计并鼓励学生共同参与动手做一些简单的小实验。那么这种简单的小实验与课本上经常有的演示实验有什么区别呢？1 小实验与演示实验的特点对比小实验演示实验实验规模小大仪器数量少多选取材料简易复杂实验成本低高实验操作容易复杂实验效果明显可能不明显学生参与度强弱课内小实验与演示实验相比，小实验所用到的实验器材很少，从规模上来讲就要比演示实验小很多，比较不受场地限制，随时随地都可以进行，而且取材容易，成本也很低，甚至有些小实验不需要成本。从实验操作上来说，由于小实验所用到的器材较少，所以操作也会相对容易些，有效节省了有限的上课时间。新课程标准提倡教师在教学过程中创造条件鼓励学生积极动手，使学生在操作和观察的过程中感悟物理知识。小实验虽然小，但实验现象一定清晰可见，效果明显，同时略带神秘性，比如，在讲到电学知识的部分，可以让学生用塑料笔管在头发，或者衣服上摩擦几下，再拿笔去吸附小的碎纸片或者橡皮屑。类似的这种小实验虽然看似很容易，所带来的效果却是很直观，而且令学生觉得很有意思，印象深刻。而演示实验由于用到的器材较多，受到的条件限制也比较多，何况只能教师在前面演示，不能带动学生一起动手参与，坐在后面的学生可能因为看不见前面的示范，而丧失继续探究的兴趣。进一步来说，演示实验所用到的实验器材都离生活较远，呈现的物理现象也不是非常常见，给予学生的直观感受会是物理离生活很遥远。小实验则弥补了这一缺陷，在设计过程中，教师应考虑到实验的本身应贴近现实生活，切实将物理与生活拉近，让学生真正体会到“物理就在身边”，感觉到学习物理是富有乐趣且有用的。2.有利于激发学生的学习兴趣从调查问卷中显示，学生对物理教师在课堂中穿插物理实验是非常感兴趣的，而且69%的学生也赞同了小实验教学能更强的增加他们学习物理的兴趣。爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”，兴趣是影响学习积极性的最直接的因素，只有对一件事情产生兴趣，才会仔细观察去发现问题并提出问题，从而引发思考。课堂中的小实验灵感往往来自于生活，是物理教师在生活中的不断观察思考与总结的成果。实验过程总是简单而有趣，实验结果却往往出人意料，具有神秘感。正是因为这种神秘感，激发了学生对物理知识的探索欲。小实验教学把学生的兴趣、知识、能力等各种心理因素融为一体，提供给学生去体验物理，感悟物理的机会，在实践之中领会物理的真谛。尤其在新课开始前（45%的学生证明多数教师喜欢在新课前引入），引入小实验可以创设一种学习情境，向学生提供了新颖、奇特、多变等强烈的感官刺激，使学生的思维能快速集中到课堂中来，并产生继续挖掘其中原因的兴趣，诱使学生积极地投入接下去的课堂教学，从被动的接受性学习，转变为主动学习，从而达到教学的目的。3.有利于巩固知识点并强化物理概念概念和定理的学习总是抽象而不易理解。学生在新学习了某个知识点后，一定抱着很多疑问与猜想，对某些物理概念也似懂非懂，对某些物理规律将信将疑。通过小实验，不仅可以验证并打破学生的疑问，也加深并巩固了已经学习到的物理知识。比如，在上静摩擦力一课时，教师和学生说静摩擦力可以很大很大，学生只是一个感官上的印象，知道静摩擦力可以很大，那么到底有多大呢？此时，教师可指导学生取两本教科书，一页一页互相夹起来，然后两两朝相反的方向拉，学生在尝试过之后便会发现，这样重叠的两本书很难拉开，也就是说，静摩擦力要比我们想像中的力大的多。学生们因为亲手实践过，所以有了更直观的感受，也确信了静摩擦力可以很大的事实。因此，小实验起到了“解惑”的推动作用，在学生遇到难以简单理解的概念和知识点时，帮助学生更好的认识和理解，降低了学习难度。4有利于拓宽学生的思维方式，培养创新能力演示实验往往是书本上从原理到结论都描述很详细的，用来揭示物理现象如何形成规律的实验。此类实验需要严谨，特定的实验器材，且实验步骤与现象固定、统一。但缺乏直观性，与生活联系也不紧密。创新的小实验虽然同样符合科学性与严谨性，但实验过程与现象丰富多样，带给学生感官上的冲击与联想。完成此类小实验时，极富趣味且可操作性强。与此同时，教师可通过适当引导与指导，鼓励学生对原有的小实验进行其他设想并改造，借助小实验来开阔学生的思路，将所学到的知识进行延伸和迁移。培养学生的创新思维和创造能力、提高科学素养是新课程改革的目标之一。而创造性是潜伏在人的心理和生理层面的特质，是无法由教师教会学生的，只能靠培养。利用小实验教学，则要求教师设计或利用一些生活中的物理现象，来诠释或引出物理概念、物理知识。但并非所有的小实验都要由教师来完成，教师可有意识的鼓励学生自己亲手去尝试，充分开发学生潜在的思维能力，让学生自己去发现问题、解决问题。比如在讲自由落体运动这节课时，用刻度尺测反应时间。一般每测一次，要记一次数据，计算一次。此时，可以引导学生换一种思考方式，刻度尺不一定非得要测长度，其实也可以用来测时间。用设问式的语气引导学生思考，让他们想到刻度尺上的长度值换成时间值测量起来会更容易些。其实如果每次做小实验的时候，教师都能用这种引导思考的方式，帮助同学们开拓思路，多自己提出假设并设法解决，那么，学生会觉得发明创造离生活也不是很遥远，是可以通过多观察、多想、多做来实现的，那么他们学习物理的兴趣会被大大激发。综上所述，小实验在物理课堂教学中的重要作用已经显而易见，开展小实验教学不但可以激发学生的学习兴趣，培养创新思维能力，同时还能加深对已学知识点的理解，巩固物理概念。充分利用小实验，能使学科教学更加生动、具体、多样，内容更丰富充实，使学生学习知识更灵活生动。五、 在物理课堂中发挥小实验的作用课程改革的目标是培养学生的创造力，独立思考解决问题的能力，而小实验则可以以其简单的形式，达到此教学目的。教师要善于利用各种身边的材料，创设多样化的情境和有趣的问题，让学生将实验与生活相联系，在实验中感悟物理学习。一般，小实验可以运用在教学的各个环节，用来辅助教学，以下为举例说明。（一） 引入新课前：设置悬念在新课的开始，教师总是喜欢列举许多身边的物理现象来引入新的物理概念，然而，光用嘴说的方式远不如运用小实验来更直观的让学生体会之后会讲到的知识点的物理规律。列举几个小实验为例。1.甩水杯实验手握开口敞开注满水的水杯，在竖直平面内，握杯甩动手臂一圈，即做圆周运动，观察水杯中的水在整个过程中是否有流下。这其实是轻绳与外圆轨道约束模型，在最高点的时候，杯中的水如果要不流出来，一定存在一个极限最小的加速度。通过神奇的实验现象，引发学生思考在最高点时对速度有什么要求。2.惯性实验取一张大一些的纸，在上面放一个铅笔盒或笔袋，缓慢拖动纸，会发现笔盒静止在纸上不动，说明物体受到了摩擦力的作用。若突然抽出下面的纸，则会发现笔盒保持在原有的位置，说明物体都是具有惯性的。由此引出“力可以改变物体的运动状态”。3. 吹白纸实验 取两张较薄的白纸，用手拿着离开一定距离，使他们互相平行，用嘴在两张纸中间吹气，会发现纸不是像预想的分开，而是向当中靠拢。这主要是因为流体（包括液体气体）由宽阔地带流入狭窄地带时，会流速加快，压力降低。在两张纸中间吹动，气体流速加快，气压降低，中间的气压低于旁边的，大气压迫使纸压向中间合拢。通过这个小实验，可以引出空气流速与压强的关系。(二) 概念讲解后：加深理解课堂小实验不仅可以用在新课引入前，用来激发学生的好奇心和学习兴趣， 同样适用于物理概念的讲解之后，用小实验辅助教学，可更好的帮助同学们巩固刚刚学习的物理规律，加深概念理解。举例如下：1.力的分解实验找两位学生到讲台上，一人站立并单手叉腰，另一个人用双手对其肘部施加一个持续向下的力，让学生体会所受到的力是如何作用分解的。2 铅笔实验取一支削好的铅笔（脱帽的圆珠笔也行），两只手的食指分别按住笔尖和笔尾，感受一下，会发现，笔尖处按到的地方比较疼。这说明压力相同时接触面积越小，压强越大。而若更大力的按住时手指更疼，又说明接触面积相同时，压力越大压强越大。从而使学生直观的感受了压强与受力面积大小和压力的关系。3.纸上站硬币实验拿一张一百元纸币，对折后，竖立起来，取一枚一元硬币架在对折后的纸上，两手握住一百元纸币的两端，慢慢像两边拉，会神奇的发现，最后一元硬币居然站立在了打开的百元纸币上。这个实验简单确很有趣，学生每个人都能亲身实践，去感受其中的物理原理（杠杆原理，硬币在纸上所受的压力交替变化，滑动摩擦力的大小和压力有关也交替变化，最后会自动找到重心平衡），在实验中体会物理离生活很近。从以上列出的一些实验可以看出，材料都取自于身边，源于生活，成本很低，操作简单，但每个学生都能共同参与其中，学生在观察或亲手实践的过程中，可以体会学习物理的乐趣，并激发兴趣，探究思考，有利于帮助其从被动学习转变为主动探索，在综合能力上得以提升。六、开展小实验教学的注意点教师在课堂教学中不仅是知识的传播者，还应该是教学活动的组织者、促进者、引导者，引导学生去发现问题，分析问题并尝试独立解决问题。而开展小实验教学则很好的结合了理论与实际，使学生在实践中感知物理，培养兴趣。不过，教师在引入小实验教学时也应注意以下几点。（一） 明确实验目的课堂教学都需有明确目的。每节课和每个教学环节都有其教学目的，而小实验作为课堂教学的一个部分，也应有其自身存在的价值，明确实验的目的。课程改革要求“教师为主导，学生为主体”，本着以学生为本的思想，鼓励学生自主学习，自己探究科学奥秘。但探究也得有个方向，盲目的探究会使学生迷失探究的意义。教师作为课堂的主导者，有责任有义务在实验的开始就将实验的目的告知学生，为学生指引一条探索的道路，指明求知的方向，使其抱有目标的去观察、完成实验。(二) 合理安排内容小实验虽然小，却不能因为它的普通就随意对待。教师应在课前做足功课，精心设计并安排符合这节课教学内容的相关联小实验。教学的目的不仅仅是激发学生的兴趣，同样是抱有完成教学任务，培养学生解决问题的能力的目的。只是“随便玩玩”的小实验在课堂上大可不必，没有实际效果，这样的小实验还不如让学生在课后自己尝试的去完成。课堂中的小实验，必须明确设计的目的，是为了引入新课，加深学生概念的理解还是为了揭示物理规律，有针对性的在各个环节引用精心安排的小实验，才能使课堂教学的效果最优化。(三) 科学控制时间课堂中做物理小实验，时间上的把握很重要。一堂课45分钟，节奏很紧凑，从新课引入，到知识讲解到最后的复习巩固，每一个环节都必须安排好对应的时间，这其中若还要插入小实验，在时间上的把握显得尤为艰难。时间太短，学生还没有体会到所做小实验的意义，太长，又怕学生思路拓宽出去收不回来。因此教学时要注意放的开也收的住，让学生有足够的时间体会小实验之中蕴含的物理知识，却在该结束实验的时候把学生的心收回来，继续接下去的教学内容。总的来说，教师在开展小实验教学时应充分明确实验目的，合理安排实验时间，循序渐进的引导学生一步步深入挖掘知识的内在，将理论联系实际，将物理联系生活。同时，教师也应不断提升自己，多观察、多总结，并与他人多交流，从各个方面汲取灵感，开发越来越多的有助于课堂教学的小实验。七、结论综上所述，在物理学科教学中，开展小实验教学在激发学生的学习兴趣，理解巩固物理概念，认识感受物理规律和培养创新能力上均发挥了不可比拟的重要作用。教师应转变传统的传授式教学方式，进而转为全面的培养和训练学生综合能力上来，运用小实验教学来带动并活跃课堂气氛，在轻松愉悦的环境下引导学生思考问题、探究问题、解决问题。运用小实验来辅助教学的方式在如今还刚刚起步，在众多高校中还未广泛普及。不过，它的发展前景是值得观望的，越来越多的物理教师开始逐渐重视了小实验的作用，并尝试了运用到教学中去，效果反馈也相当不错。这种以学生为主体的教学手段，真正实现了课堂教学的和谐统一，它必将在今后的课堂