优化物理实验过程,培养学生思维品质:物理实验思维心得

时间：2019-05-24 03:30:01　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　新课程标准提出要学生通过物理学习能“体验科学探究过程”、“领略自然界的奇妙与和谐”，从而提高学生的科学素养，物理实验作为物理教学的基本手段和方法，不仅能够为学生提供学习的感性材料，验证物理定律，而且能够提供科学的思维方法，加深对基本知识的认识，激发学生的求知欲望，培养学生的探究能力，因此我们需转变教学观念，关注实验教学过程的设计，力求使实验教学为学生能力的发展、思维品质的培养服务。
　　1、再现实验设计过程，突出物理思想
　　翻开物理学史可以看到，任何一条物理规律的建立，都有一段漫长而又艰辛的过程，其中包含许多科学的研究方法和推理思维方式，如果把科学家通过实验发现的结论称为静态知识，那么，蕴含在科学实验过程中的思维、方法等就是动态知识，从培养学生素养的角度，后者更值得利用和开发，例如卡文迪许扭秤的精细、a粒子散射实验的巧妙和伽利略选用斜面“冲淡重力，放大时间”的独特等等，不仅这些经典实验我们应该引导学生去追溯，对于教材中的大量学生实验和演示实验，我们也不能仅仅满足结论上的重复性，在实验教学中，应该尽量再现实验的设计过程，突出实验思想上的探索性、科学性，多让学生想想：为什么这样做?换一种方法可以吗?以此来渗透物理思想，启发学生思路，例如验证动量守恒定律，找出一些符合动量守恒定律的事例也许比较容易，但重要的是要引导学生权衡实验的设计是否有利于物理量的测量，通过分析、讨论，选定“一球静止，对心正碰”的实验设计，再引导学生探究如何通过“等高平抛”的方法，把较难测量的速度巧妙地转化为较易测量的位移，最终形成了该实验的基本构想。
　　2、拓展实验操作过程，丰富实验内容
　　观察和实验是获得感性认识的基本方法，是形成物理概念和理论的基础，但感性、具体的认识要上升为本质、系统的理论，则需要抽象、概括或者推理得出，因此实验中要认真观察物理现象，注重实验现象的分析，充分运用实验变式手段，精心编排操作流程，合理的吸引学生注意力，帮助他们准确的把握实验本质，例如探究加速度与力、质量的关系，通常采用控制变量法，即保持物体的一个参量不变，研究另外两个参量之间的变化关系，但在教材的实验设计中用沙桶和沙子的总重力代替小车受到的拉力，存在系统误差，针对这种情况可以设计如下的实验优化方式，把实验中研究对象的质量调整为小车加沙桶包括沙子的总质量，这样在探究加速度与合外力的关系时，从小车中取出沙子装入沙桶中，从而保证了总质量不变同时能够改变拉力的大小，数据处理时，以合外力F为横轴，加速度α为纵轴，画出α－F图象，图象是一条过原点的直线，其斜率的物理意义是1/M＋m，在实验教学中有意识的创设一种探究氛围，能够使学生更好的领会实验思想，帮助他们提高思维品质与实验素养，
　　3、实验设计信息化，激发探究欲望
　　由于常规仪器在实验现象显示、数据读取、数据分析、图表生成等方面的局限，那么将传感器、数据采集器、计算机结合起来的DIS(数字化实验室)，能实现实时控制、实时测量、数据处理、图象生成等功能，提升了实验的精确度和对实验结果分析处理的效率，例如探究自感现象时，虽然教材的实验设计可以演示通电和断电时自感现象的存在，但导线中的电流是如何随时间变化及断电前后灯泡中电流方向的改变。并不能直接呈现出来，但通过DIS数字实验系统，利用电流传感器，学生则可以直观的观察到这～现象，再如探究做平抛运动的物体处于完全失重状态，可以在演示装满水并开有小孔的塑料瓶做平抛运动时，利用数码摄像机将其过程拍下来，然后在计算机上通过软件慢镜头回放，这样学生就能够清楚的观察到实验现象——水没有从小孔喷洒出。
　　4、演示与学生实验相结合。激活学生思维
　　在“机械波的形成和传播”教学中，解决学生对机械波的形成与传播过程的理解是设计的关键，这主要是因为它需要学生想象多个质点同时又不同步的运动，从整体上看形成波在空间的传播，这对学生的空间想象力和理解力有较高的要求，但如果我们采用以下的实验设计。
　　(1)学生实验，学生利用准备好的绳子，抖动绳子的一端形成一列波，让学生获得对波的感性认识。
　　(2)学生演示，学生抖动绳子的一端形成一列波，在绳子的某处做红色的标记，请同学们观察：作标记的点在波向前传播的过程中怎样振动，是否沿着绳子运动到了另一端?
　　(3)教师指导学生模拟一列波的形成过程，请多位学生上讲台做体操，每个学生都做同样一种动作：一垫脚引体向上、二还原、三直体蹲下、四还原，要求从排头开始，依次每一个学生都完成上述动作，进行评比，看那位同学完成任务出色，从中也可以理解质点间弹性力的作用等。
　　在课堂教学过程中，演示与学生实验相结合，学生实验虽然器材不多，也不复杂，但由于给学生提供了一次体验的机会，激发了他们学习的兴趣，当学生演示时，其他同学的大脑也处于十分活跃的状态，他们在想象在分析，思维得到充分的激活，而教师指导下的实验演示则给了学生提供了直观的视觉表象，这样的实验设计下，学生通过实验和观察，能够有效突破“介质中的质点并不随波迁移”的难点，学生学得轻松，教师教得轻松，更好的培养他们的思维品质与实验能力，体现了互动课堂的新课程理念。
　　5、实验设计开放性，培养学生发散思维
　　英国科学家瑞利在测氮气密度时发现，用哈考特法和雷尼奥法测量的结果相差千分之一，依照常规应思考如何减少误差，瑞利却反其道而行之，有意扩大二者的误差，分析其结果发现了氩原子，这种尽可能向不同方向展开的思维方式叫发散思维实验教学中应注重实验设计的开放性，留给学生更多的思维方向和想象空间，如重力加速度是高中物理十分重要的物理量，问：利用所学知识你能设计那些方法测量本地区的重力加速度，实际中采用的办法有多种，其中可以通过用弹簧秤和已知质量的钩码测量重力加速度；用单摆结合周期公式测量重力加速度；用滴水法测量重力加速度，或用圆锥摆结合公式测量重力加速度等等，学生在开放性问题的引导下，运用已有的知识去分析问题，亲身探究并动手实验解决问题，在此过程中会有成功和挫折的体验，从而获得知识与技能并感悟其中的科学方法和科学思想。
　　6、加强实验现象分析。使观察与思维同步
　　物理实验一刻也离不开思维的引导与支持，以物明理、物理渗透，这正是物理学科的特点与优势，因此，在实验教学中，必须坚持实验与思维同步推进的原则，例如探究用单摆测定重力加速度，实验中学生测量的L和丁都比较准确，但对数据分析后得到的g值却偏大，抓住这一契机教师应该因势利导，鼓励学生深入探究寻找原因，在学生发现可能是由于单摆没有在同一竖直平面内振动，而形成了一个圆锥摆，这时可以继续引导学生推出圆锥摆的周期公式为T＝2πglcosθ(l为摆长，θ为偏角)，它小于同样摆长的单摆周期，所以用单摆周期公式求出的g值偏大，这样既解释了实验误差原因，又得到了圆锥摆的周期公式，这里教学以实验为载体展开过程，以问题为线索分析原理，实验观察为思维活动提供了丰富的素材，而理性思维又为实验观察把握了正确的方向，学生的观察能力和思维品质得到提升。
　　实验教学中，教师应成为实验探究的积极引导者，重视学生的主体地位，重视学生知识结构的建构过程，重视学生学科能力和科学素养的培养，帮助学生掌握科学知识的同时，体验和应用科学的研究方法。

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