“五步教學法”在新課程高中物理實驗教學中的嘗試

謝仁華　李志方

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎的科學。實驗是培養學生探究能力最有力的手段。所有的物理規律都是在實驗的基礎上獲得的。人們認識自然,正確或錯誤的觀點,也是通過實驗來檢驗的,實驗推動科學不斷向前發展。人們逐漸認識到實驗獨特的教育意義和教育價值,尤其在新課程物理教材中逐漸增加實驗內容,但在實驗教學中還是存在一些弊端,實驗教學效果不能令人滿意。筆者對近年來高考物理實驗題的得分率做了統計,大多為0.4以下。因此,改革傳統的物理實驗課教學模式已成為當務之急。

2 實施五步教學法,培養學生創新能力

高中物理實驗課教學,只有充分展示科學家對科學知識的思維過程,展現他們獻身科學的精神,才能真正培養學生的實驗能力和探究、創新精神。筆者根據自己的教學實踐,提出實驗課教學設計的3個原則,即:1)展示思維發展過程原則;2)主體實踐原則;3)培養學生創新能力原則。在高中物理實驗課教學過程中,為了充分發揮學生的自主創新和主觀能動性,筆者將常規實驗模式改為分5個過程進行(圖1),即物理實驗的五步教學法。

舉例1 “油膜法測分子直徑”的實驗

1)提出問題。首先利用掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子的排列圖,請學生粗略測定石墨原子直徑的大小,使學生知道分子很小,其直徑的數量級為10-10 m,然后提問:“以實驗室現有的條件能否粗略測定分子的大小?可以的話,測量原理是什么?要測量哪些物理量?用到哪些材料和器具?具體步驟如何?”

2)設計實驗方案。學生圍繞上述問題展開討論,得到可以測定的結論。實驗原理:事先測出油酸體積V,讓油酸在水面上鋪成單分子油膜,測出油膜的面積S,則分子直徑d=V/S。

3)實際操作,發現問題,調整方案。根據學生要求和實驗設計,首先強調安全原則,然后分2人一組,每組配發油酸、小水槽、量筒、水等。這時,有學生發現問題:①用量筒測量的油酸量太多;②油酸滴到水面無法顯影。量少可以用滴管,于是給每組學生配發爽身粉和滴管。但問題又出現了:如何測定油膜的面積?思考后,提出:畫出顯影的輪廓。但輪廓不規則性又制約面積的測定。為了準確測量,有學生提出用分割法,接下來是如何分割的問題。經過討論定下方案,將其割成一個個相同的正方形。

4)分析實驗數據,得出正確結論。往往學生實驗的結果與書本要求的10-10 m相差甚遠。因此,分析實驗數據非常重要。

5)尋找實驗誤差原因,改進實驗方案。對于出現的問題,教師提示:從d=V/S開始分析。此時有的學生看出端倪:油膜面積太小。追問可能的原因,不是單分子油膜的結論也就出來了。接著問如何克服,經過幾番討論,結論是稀釋。至此,問題迎刃而解。

舉例2 “含電動機電路的研究”實驗

1)提出問題。實物展示及播放錄像(電風扇、抽油煙機、電動剃須刀、電鉆等),使學生認識到電動機廣泛應用于生產和日常生活中。提出電動機工作時是否適合歐姆定律及其功率問題。

2)設計實驗方案。學生協作討論。在討論中,學生對測電動機內阻r,提出3種方案:一是用歐姆表來測;二是用手捏住轉子,用伏安法來測;三是從0開始在電動機兩端加電壓,電樞轉動前以伏安法去測電阻。通過師生共同篩選,認為第3個是最佳方案。

3)實際操作。經過討論,學生提出的實驗儀器包括:干電池2節,滑動變阻器(0～5 Ω),電壓表一個(3 V、15 V),電流表一個(0.6 A、3 A),玩具電動機(r<1 Ω),電鍵一個,導線若干。電路圖如圖2所示。

實驗分2步進行。①電樞未轉:輸入電動機電壓從0開始,逐漸增大,記錄相對應輸入電壓的電流值。②電樞轉動:當輸入電壓達到一定值時,電樞開始轉動,增大輸入電壓,電樞轉速隨之增大,記錄輸入不同電壓的相應電流值。

4)列表記錄實驗數據。測電動機電樞電阻r(電樞未轉動),根據表1得:r=0.21 Ω。電動機轉動時,輸入電壓與電流關系,如表2所示,知U>Ir。

5)分析數據,得出結論。①從表1中可知:電動機未工作時(電樞未轉動),電流I隨電壓U而變,遵循歐姆定律,故可測得其內阻r。②從表2與表1可得,電樞旋轉時,U>Ir,不遵循歐姆定律。③根據表2數據可列表3計算,P輸入=UI及P熱=I2r。由計算結果得:在電動機工作時(電樞旋轉),P輸入>P熱。

3 簡評

1)在高中物理實驗課教學中采用“五步教學法”,有利于提高學生學習自覺性、主動性和積極性,使每一位學生都能全身心地投入到實驗中,通過動腦、動手,將已經學習掌握的理論知識通過實驗操作、觀察思考、解惑釋難、發散思維、探究創新,從而獲得新知識、新技能。應用“五步教學法”有別于傳統的灌輸式學習,充分體現了學生是學習的主體。

2)“五步教學法”使學生的學習、實驗操作方式得到轉變。實驗操作過程中,全體學生帶著任務和問題去觀察、思考、分析;在自主解決問題過程中,學生對新知識的構建,全身心地體驗和感受。實驗操作中,學生之間互相合作,相互交流,共同討論,潛心研究,心靈間的碰撞與感悟,培養了互相交流信息的能力;彼此之間獲得信任,得到他人的幫助,共同學習,共同進步;對知識的感性認識能用實驗探究的方法進行驗證,使獲取的知識得到進一步升華;共同分享學習成功的喜悅,使物理實驗教學走出傳統狹隘的圈子。■

(作者單位:1 浙江省安吉縣昌碩高級中學;2 浙江省安吉縣教育裝備中心)