优化高中物理实验教学的实践研究.doc

优化高中物理实验教学的实践研究物理学是以实验为基础的学科，物理教学是以实验教学为基础的教学，高中物理教材中物理知识的呈现方式遵循人类对物理学探索和发现的足迹，可以说物理学习的过程是学生对物理学家探索物理知识的一次再经历，所以就如物理实验对于物理学的重要性，物理实验教学在高中物理教学中有举足轻重的地位。物理实验教学作为高中物理教学的重要组成部分，是实施素质教育，提高全体学生的科学素养的一条重要途径。一、物理实验教学在高中物理教学中的作用.激发学生学习兴趣兴趣是最好的老师，学生只有对学习感兴趣，才能把心理活动指向和集中在学习的对象上，使注意力集中，记忆持久而准确，思维敏锐而丰富。物理实验具有真实、生动的特点，极易唤起学生的兴趣。生动有趣的实验现象可以使学生思维振奋，注意力高度集中；出乎意外的实验现象可以激发思维冲突，使学生疑惑和好奇；科学巧妙的实验设计可以使学生感受物理学科的美；合理的实验解释可以满足学生的求知欲，体验学习的成就感。所以物理演示实验广泛得应用于教学的“引入新课”和“研究问题的提出”环节。学生短时间的兴趣通过教师的引导和反复的积极体验，可以形成更为持久的学习物理的兴趣，激发学习的内在动力，并由此转化为热爱科学、勇于探索的意志品质。2.展示物理现象，活化抽象概念高中生普遍认为物理难学，甚至有学生说“物理是伤自尊的学科”。物理难学的主要原因之一就是物理概念物理规律较抽象，学生在进行思维活动时，头脑中缺乏表象的支持，无法化抽象为形象，所以很难清晰准确地建立物理概念。观察和体验是形成表象的主要途径。例如“速度”是一个较抽象的概念，但高中生有足够的关于“速度”的生活体验，头脑中有丰富的表象，所以学起来并不难。而学习“磁场”概念时很多学生会无所适从，其原因就是缺乏体验与感受，磁现象在生活中虽然很常见，但一般局限与磁体间的相互作用，如果没有合理的引导，学习者很难把磁现象与电现象联系起来，就是说对磁场的表象单一，不丰富。物理实验可以弥补生活的不足，创设特定的环境，让学生体验和观察到“磁场”的存在，观察到磁场对磁体、运动电荷、通电导线的作用力，活化了抽象概念，变抽象为形象，有助于概念的形成和正确理解。所以物理实验广泛应用于高中物理教学中“物理现象呈现”“概念引入”“规律探究”环节。3.培养学生能力高中物理实验按实验的进行方式可分为课堂演示实验、学生随堂实验、学生分组实验和课外实验，按实验目的可分为探究性实验、测量性实验和验证性实验。学生在参与实验时可以调动各种感觉器官，眼、手、脑并用。通过有意识、有目的的观察练习可以提高观察能力，通过实验操作实践可以提高动手能力，通过参与实验设计、分析和评价可以提高分析能力和创新能力，通过把思维的结果表达出来可以培养学生的表达能力，通过与其他同学配合实验可以培养学生的交流合作能力。二、高中物理实验教学存在的问题1.实验现象不明显，成功率低由于受到实验条件、实验器材、实验方案、实验者操作能力、资金等各方面的限制，目前有很多高中物理实验现象不明显，有些实验甚至无法进行，或实验成功率低。演示效果不理想使学生对许多物理知识难以理解、难以接受，使教学效果受到影响。在物理课堂上常出现这样的情况：实验现象不明显，只有最靠近讲台的少部分同学能观察到实验现象，多数同学充当无聊的看客；实验结果与理论结果不一致，教师解释为实验误差；演示实验没有成功，教师尴尬，学生哄堂大笑物理学是一门定量的精密学科，而上述现象的出现潜移默化中使学生认为“物理实验是可由可无的”“物理实验是不严谨的，多数问题都可归咎为实验误差”，使学生失去严谨的科学态度，养成不求甚解的思维惰性。所以这样的物理实验不但没有对物理教学起促进作用，甚至起到了负面影响。2.学生主体地位缺失教学中学生主体地位的缺失是教育中普遍存在的问题，在物理实验教学中也不例外。课堂演示实验中“老师做、学生看”似乎是天经地义的事情，偶尔让学生一起参与演示实验，学生仅是充当提线木偶。在实验室进行学生分组实验时，教师往往担心时间不够或学生完成不了实验或学生损坏实验仪器，所以进行过度充分的准备，实验设计原理、实验注意事项、实验数据分析方法、甚至实验结论，都由老师“包办”，把所有的实验都变成了“验证性实验”，学生甚至认为“反正不做实验，实验结果也是这样的，根本没有进行实验的必要”，如此为实验而实验的做法往往调动不起学生的学习积极性，以致于学生的独立思考能力、操作能力及创造力难以得到充分培养，使实验教学处于一种尴尬的境地，久而久之使学生对物理实验失去兴趣。三、优化高中物理实验教学的具体措施1.改进实验器材，提高演示实验的可见度、成功率和可信度好的演示实验应该具有真实、科学、现象明显易观察的特点，教师实验演示时应设法尽可能的让全体学生看清楚操作步骤、现象及其变化过程。目前现有的实验器材中有很多效果是不够理想的，教师可不断改进实验器材，提高演示实验的可见度、成功率和可信度，从而优化物理实验教学。（1）利用实验辅助设备提高可见度。多数物理演示实验要在讲台桌面上进行，学生由于观察角度不佳导致观察不到实验现象。针对这种问题可以利用磁铁把实验转移到黑板上进行，例如“探究力的合成方法”“活动变阻器的分压式接法”等。有些实验由于重力的缘故一定要在水平面内进行，则可以利用实物投影仪投影，使全班同学都能清楚的看到实验现象。（2）改进实验器材本身提高实验可见度和成功率。例如演示“平行通电直导线之间的相互作用力”，原来是用两条铝箔作为导线如图1（甲）所示，来演示“同向电流相互吸引，反向电流相互排除”，但现象不是很明显，且铝箔在实验和保存过程中容易损坏。可对实验装置加以改进，如图1（乙）所示，两平行金属轻杆都可绕固定轴转动，利用力矩原理，在很小的力的作用下就可以明显转动，扩大了实验现象，便于学生观察。例如“探究影响通电导线受力因素”实验，教材中的实验装置如图2（甲），而在教学实际中，现象不明显，无法得到理想的定量实验结论。在教学中可以对该实验进行如下改进，如图2（乙）所示，导线用细导线悬挂金属棒做成双线摆，提高实验装置的稳定性和灵敏度，磁场由三对可取出的强磁铁产生，可方便的改变在磁场中电流的长度，操作时学生可以从图（丙）角度进行观察，现象很明显。例如“变压器”一节内容的教学，可以如图4（甲）所示演示变压器的作用，改变原副线圈匝数来探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，但是这样的演示缺乏趣味性。教学中可把实验该为如图4（乙）所示，教师在演示时，先出示一条连有小灯泡的长导线并强调闭合回路中没有电源，不断把导线绕在铁芯上，随着导线匝数越绕越多，灯泡逐渐变亮，灯泡的亮度变化非常明显，学生无不折服于物理现象的奇妙，对变压器规律的探究跃跃欲试。同样一套实验器材，教师若能根据知识序、认知序、教学序精心编排，优化实验操作，就能更充分的发挥其教学功能。3.巧妙设计实验，使实验简单有趣贴近生活新课程的理念之一就是“从生活走向物理，从物理走向生活”，将物理知识和学生的熟悉的生活实际联系起来。在教学实践中笔者发现源于生活的“器材”更容易使学生接受，使学生意识到生活中处处有物理，从而激发学生热爱生活，热爱学习物理。例如“自感”一节教学中，可以利用旧日光灯的镇流器进行“千人振”实验引入新课，实验电路如图5。当10位同学们手拉手一起被两节小小的干电池电击惊叫时，强烈好奇心就被激发出来，迫不及待要了解相关知识。例如“传感器”的教学，教材中指出：“传感器是能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件”。学生对传感器概念比较陌生，这样的文字描述往往不能令学生留下深刻印象。其实生活中应用传感器的例子非常多，教师可以利用生活中常用的物品简单加工做出简单实用的传感器演示实验用具。例如报废的日光灯启动器去掉玻璃外壳，里边就有热传感器（双金属片），如图6组成电路，用火焰加热双金属片，灯泡亮，移开火焰，灯泡灭，这样就直观的说明了“传感器把温度这个非电学量，转化为电路的通断”，同时也可以引发学生的思考：“日光灯上为什么要有双金属片？”“日光灯启动器的是怎样工作的？”等等。例如可以取出声控楼梯开关中的光传感器制成如图7所示“光控自动路灯”模型。4.让学生来唱“主角”，提高学生参与度建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境中，借助其它人（教师或学习伙伴）的帮助，通过意义建构的方式而获得。教学是教师与学生共同活动的过程，学生获得知识离不开教师的正确引导，更离不开学生的积极主动参与，学生主体的能动作用的发挥对教学目标的达成起着决定性作用，所以教师在发挥主导作用的同时，应充分调动学生的主动性和积极性。例如学生实验“测量干电池的电动势和内阻”，在人教版新教材中已改为“测量土豆电池的电动势和内阻”，笔者在实施教学中，把此实验改为“测量水果电池的电动势和内阻”，首先进行一个演示实验“桔子电池让音乐卡片唱歌”引起学生的好奇，然后让同学们自制水果电池，并设计实验，测量自己亲手制作的水果电池的电动势和内阻。同学们的实验热情空前高涨，用苹果、桔子、西红柿、黄瓜等制作了大大小小各种各样的电池，并主动自学课本，设计实验方案。虽然实验课结束时，原本干干净净的实验桌一片狼藉，但学生通过这个实验不仅达到了预期实验目标，而且激发了学习物理的兴趣，并且引发了很多新问题的探讨“为什么水果电池在生活中不能应用于实际？”“电源的电动势与内助与哪些因素有关？”“用什么材料做水果电池的两极最理想？”等等，通过教师的引导学生的好奇心转变为对物理问题的兴趣，久而久之就可以培养学生爱思考爱创新的优秀科学品质。5.利用DISLab，突破难做实验DISLab即“数字化信息系统实验室”是近几年迅速在中学中推广的一种全新实验系统，它利用多种传感器和信号采集器把所需测量的物理量输入计算机，利用电脑来显示、记录和分析测量结果，有传统物理实验无法比拟的优势。如有的演示实验现象瞬息即逝很难观察其变化过程，DISLab的优势就尤为突出。例如“观察电容器的充电和放电”实验，就可以利用电流传感器在计算机上方便的画出电容器充电放电的It图像，进行进一步的研究。6.巧用虚拟实验，弥补真实实验不足由于实验条件的限制，一些微观、抽象的实验在课堂上根本无法完成（如电子的运动，安培分子电流），有些物理实验受环境影响较大（如静电实验）在课堂上无法保证成功，有些实验虽然可以进行但实验过程短暂很难观察其变化过程（如碰撞），这些情况下可以利用计算机进行虚拟实验。虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。适合于高中物理教学的软件有仿真物理实验室和flash动画。例如“研究竖直面内的圆周运动”中物体能做圆周运动的临界条件分析，领会“绳球模型”和“杆球模型”的区别是解决问题的关键，为了突破这一难点，可以利用仿真物理实验室软件进行虚拟实验，对两种模型进行全方位的准确的比较。例如“带电粒子在磁场中的运动的临界问题”是高考考查的热点，也是学生学习的难点，解决此类问题的关键是画动态圆找到临界状态，画动态圆的过程无法用真实实验演示，在黑板上做图也只能做特殊点，学生很难对运动情境产生直观的表象，利用flash动画进行模拟实验，展示带电粒子运动轨道的动态变化，可以帮助学生想象粒子的运动情境，掌握此类问题的解决方法。但是虚拟实验只能作为高中物理实验教学的辅助和补充，不能代替真实实验。随着新课程改革的深入，新课程理念渐入人心，素质教育要每一位普通教师来实践。物理实验教学无疑是实施素质教育的有效途径之一，所以优化物理实验教学是物理教学中一个永恒的话题，每一位物理教师都应在教学实践中不断优化物理实验教学。