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物理演示实验的科学探究功能开发
编辑:陈 健 发布日期:2013-05-05 来源:江南大学物理实验教学中心

(江南大学理学院,江苏无锡 214122)

我们在物理课程的教学中,贯彻以“学”为中心的教育理念,改变传统物理演示实验完全由教师演示、学生被动观看的不足,努力营造一个宽松、民主、开放的学习环境和浓烈的探究性学习氛围;充分整合演示实验教学资源,拓展演示实验的科学探究功能,将以教师演示为主的物理实验转变为以教师指导为主的学生探究性实验;编写《物理课程探究性实验》教材,精心为每个实验设计探究性思考题,除部分携带方便的实验由教师随堂演示外,每学期结合理论教学,安排专门学时让学生走进演示实验室,在教师指导下学生亲自动手做演示实验,并从以下几方面展开实验的科学探究,努力改变学生的学习方式和思维习惯,让他们经历科学探究的过程,学习科学探究的方法,培养科学探究的精神,从中树立创新意识,增强科学探究能力,促进学生知识和能力的协调发展。

1 理论性探究

将物理理论与演示实验紧密结合,要求学生运用所学知识,对实验现象和规

律作理论计算和分析。

例如,锥体上滚实验中,要求学生从理论上分析锥体能自动上滚的条件;麦克斯韦滚摆实验中,分析滚摆上下运动的周期与轴径的关系、与滚摆质量的关系、与滚摆转动惯量的关系等。通过理论性探究,提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力以及设计实验的能力。

2 实验性探究

针对某个具体实验,要求学生改变实验中的某些参量或实验条件,探究实验现象将如何变化,并分析变化的物理原因。

例如,弦线驻波实验中,改变振动频率、弦线长度或张力,研究驻波花样的变化;光的衍射实验中,改变衍射物的形状和尺寸,研究衍射花样的变化等。通过实验性探究,进一步验证物理理论的正确性,使学生加深对物理理论的把握,掌握科学实验的基本技能和方法,提高研究性学习的能力。

3 改进性探究

在熟悉演示实验仪器和实验原理的基础上,要求学生找出实验设计上存在的不足,提出改进性设想和设计,探究加强实验演示效果的有效途径。

例如,有同学发现在演示弹性碰撞实验时,用于固定钢球的拉线很容易断开,从而造成整个实验装置的损坏,针对这一实际问题,我们启发学生仔细观察,寻找拉线断开的根本原因,并且展开讨论,最后形成一个完整的改进方案,并让学生自己动手实施,检验方案的可行性。通过改进性探究,不仅有利于增强学生的问题意识和创新精神,培养学生的创新思维能力,而且有利于培养学生的动手能力和自信心。

对于思维不够活跃、不善于提问的同学,可模仿创造学中的奥斯本检核表法,列出实验问题的系列检核表,让学生有针对性地检查核对,从中发现问题和提出改进设想。例如,该实验设计中,实验现象是否直观明显,原理展示是否清晰准确,呈现方式是否生动有趣,仪器设计是否过于复杂,实验条件是否过于苛刻,实验时间是否过长,实验成功率是否过低,仪器设备是否容易损坏,实验操作是否安全可靠等。学生通过上述问题的检核,一般都能产生改进实验的具体设想,同时拓展了思维的广度和深度。

4 拓展性探究

物理教学基本要求中有一些扩展性质的内容,这些内容常常是理解现代科技发展的基础。但由于学时不足,这些内容课堂上往往不能全讲或只能让学生自学。对此,可利用演示实验对这些内容作拓展性介绍。通过拓展性实验,补充和完善课堂教学内容,进一步扩大学生的知识面和视野。

例如,利用科里奥利力演示仪,显示科里奥利力的存在和作用,使学生了解科里奥利力产生原因及计算方法,学会判断科里奥利力的方向,分析 “落体偏东”现象;通过陀螺仪实验,了解进动和章动现象;通过温差电效应实验,了解塞贝克效应和帕尔帖效应;通过无线激光通讯、电磁炮等演示实验,了解现代高新科技领域中的物理等。

5 应用性探究

针对演示实验所展示的物理现象和规律,鼓励学生结合物理课程的学习,提出物理原理在学生所学专业及生产、生活实际中的应用开发设想,并写出详细的设计报告。通过应用性探索,培养学生的创新意识、知识应用能力和设计能力。对学生提出的有价值的设想,在教师的指导下作进一步的研究和完善。例如,太阳能助动车的开发,利用电磁感应原理设计的感应琴等,都是学生提出的设想,有的已在挑战杯等学生比赛中获奖。

另一方面,积极鼓励学生将他们的专业知识应用到物理演示实验中去。例如,计算机专业的学生通过软件编程或动画制作,演示两个相互垂直简谐运动合成的李萨如图等物理现象和物理过程;光信息专业的学生运用光电技术和传感器技术,改进物理演示实验的效果等。教师通过布置与演示实验相关的课程作业、课程设计、调研报告、小论文等形式,鼓励学生发挥聪明才智,结合课程教学提出各种创新设想,同时计入课程考核内容。

加强实践性教学环节,培养学生创新实践能力,是当前教育改革的一个重点。物理演示实验中科学探究功能的开发,充分体现了以学生为主体、理论与实践相结合的教育理念,突出了物理课程的特色和育人作用,同时充分挖掘了实验设备的教育价值,提高了仪器设备的利用率,为开展课程的研究性教学和拓展素质教育、培养新一代创新型人才,提供了一条行之有效的途径。

参考文献

[1] 陈健,朱纯. 物理课程探究性实验 [M]. 南京:东南大学出版社,2007第1版。

物理学是一门以实验为基础的学科,物理学的许多概念、原理和规律,都是建立在坚实的实验基础之上的。演示实验是物理教学的一个重要环节,通过演示实验,有利于帮助学生直观、形象地理解物理现象的变化规律,形成正确的物理概念,清晰地揭示物理规律,启发学生思维,激发学生学习科学的兴趣和求知欲望。在物理教学中,演示实验有着其他辅助教学手段不可替代的作用。

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