高中物理教学中如何改进实验方法

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  实验教学方法是我们在实验教学活动中进行个体行为的依据和指导,所有的教学活动都是教师和学生双边活动,失去任何一方,都不成为完整的、有效的教学活动,物理是应用理论科学,确定物理实验教学原则,既应根据物理学的特点,又应依据教学科学,生理科学和心理科学,既能从理论上促进实验教学目标实现,又能从实践上提高实验教学的效果。
  一、在探究中发现、甑别、体验科学性与思想性
  实验教学的科学性,指知识技能要符合客观规律,从实验设计角度看,要求实验原理正确无误,对实验中发生的物理过程解释科学等。例如,我们在学习过电流周围存在着磁场之后,让学生去自己设计实验来验证这一规律。有一位物理学习较优秀的学生提出了这样一个方案:
  如图1所示,将一小磁针放在阴极射线管附近,当产生阴极射线时,小磁针即发生偏转,说明阴极射线能产生磁场;如图2所示,将两个阴极射线管平行放置,当产生同方向的阴极射线时,由于同向电流相互吸引使它们发生偏转。
  我们现场做了这个实验,实验现象非常明显,同学们非常兴奋,认为他们找到了更好效果的演示实验。但当老师减弱其中一个阴极射线管的加速电压,以至于没有阴极射线发生时,另一个管的阴极射线仍如同刚才那样发生了偏转。也就是说,我们看到的阴极射线发生了偏转的原因并不是由于电子的运动产生电流而引起的,那是什么?通过辩论、分析,对照阴极射线管的说明书,学生发现阴极射线所产生的磁场非常弱,根本不可能使电流发生偏转。进一步学生又发现,阴极射线管中有一个高压感应圈,正是由于这个高压感应圈的存在,阴极射线管周围产生了极强的磁场,正是它使阴极射线发生了偏转!
  二、理论与实验相结合
  从感性认识而能动地发展到理性认识,又从理性认识而能动地指导革命实践,改造主观世界和客观世界。这就是辩证唯物论的全部认识论,这就是辩论唯物论的知行统一观。”
  例如:“自感现象”一课,在含有电磁铁和电动机的电路中,学生可能会问:为什么断电地方有火花出现?接着就做演示实验(“暴露问题”的实验)。这个实验不但揭示现象,引导学生观察问题,而且现象本身就提出了问题,学生进入一种相对思维兴奋状态。然后请学生提出自己的猜想,并设计实验积极进行验证,教师只隐在学生的思维过程后面,在他们需要具体的帮助时进行技术上的或是理论上的指导。
  讨论完通电的自感现象后,教师接着作断电时自感现象的演示实验(实验前教师应先分析电路的组成),学生从演示中可以明显地看到,在切断电路,小灯泡在熄灭之前突然发出特别明亮的闪光。“当切断电路那一瞬间,电池已不再供电,为什么小电灯泡反而会突然发生特别明亮的闪光呢?”引导学生通过课堂讨论去分析问题,探索产生这一现象的原因,这时,他们自然地会想到断电时产生自感电动势的缘故。根据法拉第电磁感应定律和楞次定律可知,在断电的瞬时,线圈中产生感生电动势,这时,自感线圈成为电源,它跟小电灯泡组成闭合回路,因这一瞬间通过小灯泡的电流强度比原来的大,于是,我们看到小电灯炮在熄灭前发出特别明亮的闪光。接着,请学生再进行实验演示,从这个实验学生容易想到,在切断含有电磁铁和电动机的电路时会出现很大的自感电动势。这样,学生运用推理自己解决了引导性实验所提出的问题。整个教学思路是“引导性(暴露问题)的演示实验―分析―断电时自感现象的演示实验―进一步分析―再实验”。
  我们认为实验与理论相结合的教学方法有以下几点好处:整个教学过程是从简单到复杂,从感性知识逐步这渡到理性知识,它符合学生接受新知识的规律,能够充分激发学生的思维活动,而教学内容中有具体的、有抽象的,而且是从具体出发,在具体事实的基础上进行抽象概括,就能攻破难点。这种教学过程符合辩证唯物主义的认识论。这种教学模式可以培养学生的辩证唯物主义的观点,明确实践和理论之间的辩证关系,这样学生获得的知识就不会成为僵化的概念。
  三、简单性和实效性相统一
  简单性和实效性相结合,要求我们的实验,取材简单,源于生活。例如:关于平抛运动轨迹的描绘,有些厂商推出了一些现成的仪器,使抛体可以在运动过程中喷射墨水,从而自动描出运动的轨迹,甚至利用脉冲高压放电,使抛出的物体在绝缘纸上留下静电影。这些仪器的设计,虽然相当巧妙,但失去了教材中设计这个实验的本意,实际上教材中这个看似简单的实验,却包含了丰富的科学方法教育的内容。
  第一,实验中要求先调节轨道出口的水平,并保证每次都从轨道上的同一位置释放小球,这就体现了对实验条件进行控制的思想。第二,实验中还要求用小球通过有孔卡片的方法来确定小球球心通过的点,这就体现了在实验中要正确采集数据的思想。第三,实验中要求通过所集的数据点的平均位置(而不是通过每一个数据点)描出光滑的曲线作为小球的轨迹,这就体现了误差的初步概念和正确处理实验数据的思想。
  因此,从简单性和实效性的角度来看,教材中设计的平抛运动实验更符合我们的教学实际,更能展示物理过程,更利于培养学生的各方面能力。
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