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物理实验教育功能的理论研究与实践  

2011-10-10 19:26:14|  分类: 教学随笔 |  标签: |举报 |字号 订阅

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物理实验教育功能的理论研究与实践

荆门市东宝区教学研究室  王培成 

摘    要:物理实验教育影响学生的知识领域,为学生获得基本概念、理解物理规律奠定基础;影响学生的能力领域,有利于培养学生的观察能力的定向性、有序性、敏锐性和周密性,培养学生的思维能力的深刻性、灵活性、批判性和独创性,培养学生的实践操作能力和创造能力;影响学生的非智力因素领域,培养学习动机、激发学习兴趣、坚定学习意志、形成合作精神。

关键词:物理实验    教育功能   影响   知识领域    能力领域     非智力因素

物理学是一门实验科学,在物理学的产生和发展中,物理实验自始至终占有极其重要的地位,物理实验是物理教学的精髓,是培养学生创造性学习能力的重要手段,它影响着学生的知识领域、能力领域和非智力因素领域。

1、物理实验对学生知识领域的影响

1.1、物理实验是学生获得基本概念的途径。

心理学家指出:概念的形成过程,就是从客观事物的许多属性中加以概括的过程。首先要从大量的具体事例出发,以归纳的方式,抽取同类事物的共同属性。物理中的概念均通过大量的实验、观察感知,最后才归纳出具体概念。学生感知、理解、巩固、应用概念的四个基本过程,离不开物理实验的研究。例如:学生在观察比热实验时,通过“相同质量的水和煤油,在相同的电加热器加热的条件下,煤油温度升高得快”这一现象,明确“相同质量的水和煤油在升高相同的温度时,吸收的热量不同”这一事实,感知“比热”的概念,换用其它物质做相同的实验,让学生进一步理解“比热”的概念,在比热测定实验(课外实验)中巩固“比热”概念,在“水的比热大”这一性质的应用实例中应用“比热”的概念。

1.2、物理实验是帮助学生理解知识的桥梁。

实验是通过一定的手段,让学生形象地了解事物的运动、变化、及其内部规律的过程。学生由于亲身经历和所学知识的限制,在观察事物、理解其中内涵时尚处于幼稚阶段,对书本内容不可能一听就懂,实验却是起到了帮助他们发现规律、掌握规律、理解知识、获取知识的桥梁作用。在初中物理课本中,许多重要规律都是通过实验总结出来的。例如:光的反射定律、折射定律、二力平衡条件、阿基米德定律、 杠杆平衡条件、欧姆定律等。在物理教学中应该以实验教学为出发点,作为帮助学生理解物理知识的桥梁。

2、物理实验对学生能力领域的影响

2.1、物理实验对学生观察能力 的培养。

2.1.1、明确的实验目的,有利于培养学生观察的定向性。实验中的观察有别于生活中的观察。物理实验过程中,要求学生围绕实验目的,观察实验现象,这就强化了学生有意识的注意,消除了学生无意识的注意。使学生的“注意”定向于实验成功的关键和主要现象。例如:在焦耳定律的实验(之一)中,由于实验目的是研究在电流强度和通电时间相同的情况下,电流产生的热量与电阻的关系,学生的观察就定向于两烧瓶玻璃管中液面高度的变化,为分析推理得出结论奠定了基础。

2.1.2 严格的操作规程,有利于培养学生观察的有序性。物理实验教学有严格的操作顺序,学生在有序的观察中为得出实验结论积累感性知识,同时培养了观察能力的有序性。实验顺序符合由浅入深,由特殊到一般的思维顺序,让学生在实验观察过程中经历由简单到复杂,由特殊到一般的过程,使其观察能力得到了发展。例如,在研究液体压强规律时,先观察液体对容器底和侧壁的压强,再观察液体内部同一深度向各个方向的压强,然后观察液体压强随深度的变化情况,在不同液体内同一深度液体压强的变化情况。

2.1.3合理控制变量,有利于培养学生观察的敏锐性。观察能起到接收信息的作用,人脑接受到的各种信息中,既有本质的信息,也有非本质的信息,必须对它进行筛选加工,抽取其本质的部分,这就要求观察者具有敏锐的观察力,这种敏锐的观察力,在物理实验中可得到培养。控制实验变量是物理实验的一种常用办法,学生能够将观察到的现象与实验条件联系起来,找出其内在联系。例如:在研究导体电阻的实验中,通过控制导体的材料,横截面积,仅以长度为自变量,学生通过观察电流强度的变化,分析电阻变化的原因,得到“导体的电阻跟长度有关,导体越长,电阻越大”的结论。

2.1.4创造实验条件,培养学生观察的周密性。生活体验为学生积累了一定的感性知识,但这些知识由于是在开放的日常生活中观察的,观察到的现象与本质之间的联系不一定能被全方位的观察理解。在物理实验教学中,由于条件的控制,学生能够从不同的角度确定其观察点,提高观察能力的周密性。例如,学生对水的沸腾现象有一定感性认识,头脑中存在温度达到沸点水就沸腾的片面认识。物理实验中,可创造条件让学生再次观察。在盛水大烧杯中放一盛水的大试管,用酒精灯加热烧杯,用两支温度计分别测量烧杯和试管中水的温度。待烧杯和试管中水的温度都达一百摄氏度时,同学们可观察到烧杯中的水沸腾而试管中的水不沸腾,通过分析,学生可充分认识液体沸腾需满足两个条件,即温度达到沸点和能继续吸热。

2.2、物理实验对学生思维能力的培养。

物理实验是控制物理现象的发生、发展、变化,以便于观察和取得数据的操作性知觉活动。观察和实验,是了解物理现象,测量有关数据,获得感性知识的源泉,是建立、发展和检验物理理论的实践基础,是获得物理思维材料的有效途经。在物理学中,观察和实验离不开思维,依靠思维进行严密的推理,依靠思维总结物理理论。同时,思维得出的结论,又必须接受观察和实验的检验。

(1)物理实验能提高学生思维的深刻性。思维的深刻性反映思维的抽象程度和逻辑水平,以及思维活动的广度、深度和难度,它表现在善于深入地、逻辑清晰地思考物理问题,把握事物本质,系统全面地、从整体上用联系的观点认识物理事物。例如:在生活中学生有惯性体验,形成了“物体运动速度大惯性大”的思维定势。速度为零的物体,惯性是否为零呢?通过惯性实验的教学,让学生形成“惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质”这一认识,真正理解惯性是物体本身的一种属性。要提高学生思维的深刻性,在实验教学中还应加强对学生实验后的反思和总结的指导。对实验的总结和反思,对于进一步理解实验、改进实验起着很重要的作用。在教学中,教师应引导学生做好这一环节。对单个实验可以反思实验原理、实验方法、实验中的注意事项;对多个实验可以进行联系和比较;对同一类实验可以总结规律;注重指导学生撰写严谨的实验报告。为知识的迁移和灵活运用奠定良好的基础。

(2)物理实验能提高学生思维的灵活性。思维的灵活性是指物理思维活动的灵活程度,表现在学生能从不同的角度不同的方面去思考问题。在教学实践中,通过探讨实验装置,培养研究能力,提高思维的灵活性。在物理实验中,同一装置有时可有多种不同的用途,可以用来阐述不同的教学内容。例如:验证部分电路的欧姆定律的实验电路,可用来近似的测量电阻器的电阻值,也可用来近似的测量小灯泡的额定功率,但实验的目的不同,实验的方法和实验分析、概括出来的结论也就不同。通过这样的比较和分析,才能培养和提高学生设计实验的能力和研究能力。

(3)物理实验能提高学生思维的批判性。思维的批判性指在思维过程中严格估计思维材料,检查思维过程,独立思考发现问题,提出质疑。学生在学习物理之前,已从日常中积累了不少与物理有关的感性经验,其中相当一部分是错误的或片面的。例如:“认为摩擦力总是阻碍物体运动的”;“物体受力才会运动,受力越大,运动越快,受力越小,运动越慢”;“只有浮在液面的物休才受到浮力”等。这些片面的认识都需要在物理实验教学中,通过学生设计实验、观察现象、思维分析予以更正,消除前概念的负面影响。

(4)物理实验能提高学生思维的独创性。思维的独创性表现为善于独立思考,善于创造性地发现问题和解决问题。课本实验是最佳实验方案,但若受实验条件设备的影响,如何设计实验方案解决问题,如何减小实验误差,学生可在第二课堂实验练习中培养其思维的独创性。例如:在伏安法测电阻的实验中,安培表内接和安培表外接其实验结果有明显差别。在只有安培表,定值电阻或只有伏特表定值电阻的情况下,如何测电阻。学生在实验中探索,其思维的创造性必将得到良好的发展,思维的敏捷性也会有一定程度的提高。

2.3物理实验对学生操作能力的培养。

物理实验是在人为控制实验条件,剔除环境因素干扰的情况下,研究客观事物内部的规律,并通过实验设计,解决生活中的实际问题。因此,物理实验在培养学生实际操作能力方面有其独特的功能。

(1)学生实验是培养学生基本实验操作能力的基础。中学物理教材安排了一定的基本实验让学生独立完成,这部分实验目的明确,现象直观。主要是培养学生对基本实验器材的操作使用能力,如刻度尺、天平、量筒、电流表、电压表的使用,遵照“循序渐进”的原则对学生实验操作基本技能进行训练。在教学中,教师不仅要以身作则,规范使用仪器,更重要的是将技能、技巧教给学生,让每个学生都实际动手操作,使学生真正的会使用仪器、用好仪器。

(2)演示实验是培养学生研究性操作能力的关键。演示实验是开展物理学科研究性学习的基础。在教学中应将演示实验做成师生共同探索的实验。在演示实验教学中应注意:(1)教师应做好充分准备,把规范的操作和明显的现象展示给学生,突出重点,引导作为“观察者”的学生采用各种科学的观察方法(例如:比较观察法、顺序观察法、归纳观察法等)来观察事物的现象,从科学的观察中发现物理现象的特点和规律,得出结论。(2)开拓思路,变演示实验为探究型实验、设计型实验,让学生根据实验目的、器材和要求,推证有关实验原理,提出符合设计要求的某种设想,确定实验方案和方法,拟定实验步骤,分析实验结果,并将设计方案与课本提供的最佳实验方案相比较,让学生在实验过程中,培养探索能力、创造能力,以及运用物理知识解决实际问题的能力。(3)将演示实验做成发散型验证实验。发散思维是以要解决的物理问题为中心,充分发挥想象力,突破原有的知识圈,从一点向四面八方想开去,朝多方向推测、想象、假设的“试探”性思维过程。课本中的演示实验虽立足于解决当前问题,但也可以由此发散,引出其他问题情境,设计辅助实验,解决新的问题。例如:在测定固体密度的实验中,以利用天平(砝码)、量筒、水、细线测石块的密度为基本实验,引导学生设计用天平、刻度尺、三角板(两块)测圆柱体金属块密度;设计用量筒、水、细针测木块密度;设计用刻度尺、烧杯、水、细针测蜡块密度。培养学生的发散思维能力。(4)开动脑筋,灵活运用各种教学媒体,增强演示实验的趣味性、启法性,改进实验装置,突出主题,引导学生注意集中的学习,提倡简易实验,既达到好的效果,又激发学生的学习兴趣,使学生确信概念和规律的客观性。

(3)课外实验是培养学生创造性操作能力的途径。“第二课堂”的小实验、小制作是培养学生操作能力的良好途径。课外实验针对生活中实际问题而提出,没有确定的实验方案可参考,没有现成的实验器材可利用。学生在完成课外实验时,不只用到课内学过的实验器材,有的还需用到课外一些物品作为实验器材,其实验方案因器材的选择不同而不同。实验中还需要独立自主解决实验中出现的问题,分析实验结果,考虑实验方案的周密性和最佳性,有利于培养学生创造性操作能力。利用生活中的器材测定马铃薯的密度,牛奶的密度就是很好的例证。

4、物理实验对学生创造能力的培养。

(1)物理实验为学生创造性思维提供物理形象。在创造性思维过程中,需要理想模型、理想过程、物理现象等典型形象,并使这些形象在脑海里活动起来,发生相互作用,在时空中演变发展,并通过对比概括等,领悟到问题的定性结论。物理实验正是为物理创造性思维提供物理形象的基础,为学生创造性思维的发展找到了依托。

在实验前,先指导学生根据实验目的,确定观察的要点,根据实验原理,分析可能出现的实验现象和实验结果。这有利于增强学生实验过程的目的性,掌握科学的研究物理问题的方法。培养学生对实验现象和结论猜想的能力。例如:“研究浸没在水中的石块,它受到的浮力跟它在水中浸没的深度有没有关系?”的实验,在实验之初,指导学生分析思考,明确石块排开的水的体积不变,根据阿基米德原理,得出“石块所受的浮力与石块在水中的深度无关”的结论,然后利用测力计法验证猜想得到的结论,提高学生分析问题的能力。

(2)物理实验为学生研究性学习提供解决问题的模式。中学生研究物理问题的能力处于萌芽阶段。在物理实验教学中,教师的指导为学生创设问题情境、提出问题,使学生产生探究的心向;为学生选择和提供探究科学事实的条件,引导学生对问题进行分析、探索、假设、实验论证、讨论、归纳等一系列再发现的认知操作过程,寻求解决问题的途径和方法,形成新的认知结构,并学会用新知识解决新的问题情境。例如:在奥斯特实验的基础上,提出“是否能用磁产生电”的问题,学生利用实验器材,以小组合作形式,通过实验寻找产生感应电流的方法,组织学生交流获得感应电流的各种实验方案,进一步讨论“产生感应电流的条件”,从而实现知识的迁移和创新意识的培养。

开展物理实验教学,并不是要学生仅学会跟在前人的后面做一些重复性的工作。也不是单纯的跟着教师、教材走,最终是要让学生能够自己运用知识解决实际问题。因此,创设方案、培养能力才是目的,这就要求在物理实验教学中,教师应加强对设计性实验的指导。指导学生从缤纷多彩的物理世界中发现、提出合适的问题,综合运用所学的知识,提出科学的研究方案,设计简单而多样的实验方法,进行开放性、探究性的学习和实践,鼓励学生用多种方法或非正规方法解决问题,从而提高思维能力。设计、探索、综合、开放是相辅相成的,学生思考、设计、探索、得到知识和体验的过程,也正是知识迁移的过程、实验研究能力培养的过程。

设计性实验有较强的综合性,既有知识的综合,又有能力的综合。设计性实验有一定的开放性,在器材上不受实验室局限,在实验方法上不受教材的局限,有利于充分发挥学生的创新能力。

3、物理实验对学生非智力因素的影响

非智力因素就是个性结构中除智力因素以外的心理因素,它包括兴趣、动机、情绪、意志、性格、气质、态度、理想、信念和价值观等。

3.1、物理实验有助于培养学生的学习动机。

学习动机是直接推动学生学习活动的内部力量。是在要求理解和掌握知识的需要基础上产生的,指向学习任务本身的心理因素。物理实验是激发学生学习动机的诱因,它能激发学生追求外界信息、指向学习活动本身的内驱力,使之表现为好奇、探索、操作和掌握行为,满足学生的求知需要。将密度测定实验与物质鉴别,溶液配制等生产生活实际结合起来,可充分激发学生的学习动机。

3.2、物理实验有助于激发学生的学习兴趣。

兴趣是人力求认识某种事物的积极倾向,学生一旦有了学习物理的兴趣,他们对物理现象就会观察得仔细,对物理问题思考得认真。物理实验是激发学生兴趣的有效途径。因为实验本身具有比其它方法更显著的直观、形象、生动等特点,再加上教者的精心安排,还能使之更具有趣味性、科学性、典型性、目的性,不论是教师的演示实验,还是学生的分组实验,以及课外其它实验,都能使学生从中发现问题、获得知识,从而产生兴趣,进一步激发学生的求知欲。

3.3、物理实验有利于坚定学生的学习意志。

意志是自觉地确定目的,并根据目的来支配调节自己行为、克服困难、进而实现目的的一种心理活动,克服困难是意志的重要表现和内容。中学物理是物理学科的启蒙教育,学生刚接触这门课时,由于有一种新鲜感,知识也较为简单,所以兴致较多,但随着知识的逐渐增多,理解的难度逐渐增大,一部分学生虽然对物理课还有一些兴趣,但遇到困难容易退缩,不愿开动脑筋认真思考问题。运用物理实验的方法对增强学生的意志有着重要的作用。演示实验帮助学生理解知识要点,学生分组实验使学生在困难面前没有退缩的机会,课外小实验为学生提供坚定学习信心的基础。

3.4、物理实验有利于学生形成合作意识。

知识经济时代,不仅要求人才有一定的获取信息(观察)的能力、处理信息(分析)的能力,而且要求劳动者有一定的合作意识和团队精神。学生分组实验是在异质组合的学习小组中合作学习的过程,小组成员团结协作,优势互补,是学生形成合作意识的基础。

物理实验教学应以培养学生的主体性品质为主,落实知识领域要求,发展思维能力,培养创造能力。物理实验不仅是物理学发展的基础,也是物理教学的精髓,是研究性学习模式建立的基础,是综合培养学生素质的有效途径。

参考文献:

[1]、阎金铎 .物理思维论[M],南宁广西教育出版社,1996.

[2]、张大均.教育心理学[M],北京人民教育出版社,1999.

[3]、李春密:近年中考实验试题的变化对我们的启示[J],物理教师,2001.(12):p

[4]、穆丽萍.在物理实验教学中培养学生的创造性学习能力[J],中学物理,1997.(1):p

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