“五步教學(xué)法”在新課程高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的嘗試

謝仁華　李志方

1 引言

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生探究能力最有力的手段。所有的物理規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上獲得的。人們認(rèn)識(shí)自然,正確或錯(cuò)誤的觀點(diǎn),也是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的,實(shí)驗(yàn)推動(dòng)科學(xué)不斷向前發(fā)展。人們逐漸認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)獨(dú)特的教育意義和教育價(jià)值,尤其在新課程物理教材中逐漸增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還是存在一些弊端,實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不能令人滿意。筆者對(duì)近年來(lái)高考物理實(shí)驗(yàn)題的得分率做了統(tǒng)計(jì),大多為0.4以下。因此,改革傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式已成為當(dāng)務(wù)之急。

2 實(shí)施五步教學(xué)法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

高中物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué),只有充分展示科學(xué)家對(duì)科學(xué)知識(shí)的思維過(guò)程,展現(xiàn)他們獻(xiàn)身科學(xué)的精神,才能真正培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞骄俊?chuàng)新精神。筆者根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐,提出實(shí)驗(yàn)課教學(xué)設(shè)計(jì)的3個(gè)原則,即:1)展示思維發(fā)展過(guò)程原則;2)主體實(shí)踐原則;3)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力原則。在高中物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中,為了充分發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新和主觀能動(dòng)性,筆者將常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁臑榉?個(gè)過(guò)程進(jìn)行(圖1),即物理實(shí)驗(yàn)的五步教學(xué)法。

舉例1 “油膜法測(cè)分子直徑”的實(shí)驗(yàn)

1)提出問(wèn)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(qǐng)學(xué)生粗略測(cè)定石墨原子直徑的大小,使學(xué)生知道分子很小,其直徑的數(shù)量級(jí)為10-10 m,然后提問(wèn):“以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件能否粗略測(cè)定分子的大小?可以的話,測(cè)量原理是什么?要測(cè)量哪些物理量?用到哪些材料和器具?具體步驟如何?”

2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生圍繞上述問(wèn)題展開討論,得到可以測(cè)定的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)原理:事先測(cè)出油酸體積V,讓油酸在水面上鋪成單分子油膜,測(cè)出油膜的面積S,則分子直徑d=V/S。

3)實(shí)際操作,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,調(diào)整方案。根據(jù)學(xué)生要求和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),首先強(qiáng)調(diào)安全原則,然后分2人一組,每組配發(fā)油酸、小水槽、量筒、水等。這時(shí),有學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題:①用量筒測(cè)量的油酸量太多;②油酸滴到水面無(wú)法顯影。量少可以用滴管,于是給每組學(xué)生配發(fā)爽身粉和滴管。但問(wèn)題又出現(xiàn)了:如何測(cè)定油膜的面積?思考后,提出:畫出顯影的輪廓。但輪廓不規(guī)則性又制約面積的測(cè)定。為了準(zhǔn)確測(cè)量,有學(xué)生提出用分割法,接下來(lái)是如何分割的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)討論定下方案,將其割成一個(gè)個(gè)相同的正方形。

4)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出正確結(jié)論。往往學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與書本要求的10-10 m相差甚遠(yuǎn)。因此,分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常重要。

5)尋找實(shí)驗(yàn)誤差原因,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題,教師提示:從d=V/S開始分析。此時(shí)有的學(xué)生看出端倪:油膜面積太小。追問(wèn)可能的原因,不是單分子油膜的結(jié)論也就出來(lái)了。接著問(wèn)如何克服,經(jīng)過(guò)幾番討論,結(jié)論是稀釋。至此,問(wèn)題迎刃而解。

舉例2 “含電動(dòng)機(jī)電路的研究”實(shí)驗(yàn)

1)提出問(wèn)題。實(shí)物展示及播放錄像(電風(fēng)扇、抽油煙機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電鉆等),使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和日常生活中。提出電動(dòng)機(jī)工作時(shí)是否適合歐姆定律及其功率問(wèn)題。

2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生協(xié)作討論。在討論中,學(xué)生對(duì)測(cè)電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r,提出3種方案:一是用歐姆表來(lái)測(cè);二是用手捏住轉(zhuǎn)子,用伏安法來(lái)測(cè);三是從0開始在電動(dòng)機(jī)兩端加電壓,電樞轉(zhuǎn)動(dòng)前以伏安法去測(cè)電阻。通過(guò)師生共同篩選,認(rèn)為第3個(gè)是最佳方案。

3)實(shí)際操作。經(jīng)過(guò)討論,學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)儀器包括:干電池2節(jié),滑動(dòng)變阻器(0～5 Ω),電壓表一個(gè)(3 V、15 V),電流表一個(gè)(0.6 A、3 A),玩具電動(dòng)機(jī)(r<1 Ω),電鍵一個(gè),導(dǎo)線若干。電路圖如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)分2步進(jìn)行。①電樞未轉(zhuǎn):輸入電動(dòng)機(jī)電壓從0開始,逐漸增大,記錄相對(duì)應(yīng)輸入電壓的電流值。②電樞轉(zhuǎn)動(dòng):當(dāng)輸入電壓達(dá)到一定值時(shí),電樞開始轉(zhuǎn)動(dòng),增大輸入電壓,電樞轉(zhuǎn)速隨之增大,記錄輸入不同電壓的相應(yīng)電流值。

4)列表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。測(cè)電動(dòng)機(jī)電樞電阻r(電樞未轉(zhuǎn)動(dòng)),根據(jù)表1得:r=0.21 Ω。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),輸入電壓與電流關(guān)系,如表2所示,知U>Ir。

5)分析數(shù)據(jù),得出結(jié)論。①?gòu)谋?中可知:電動(dòng)機(jī)未工作時(shí)(電樞未轉(zhuǎn)動(dòng)),電流I隨電壓U而變,遵循歐姆定律,故可測(cè)得其內(nèi)阻r。②從表2與表1可得,電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),U>Ir,不遵循歐姆定律。③根據(jù)表2數(shù)據(jù)可列表3計(jì)算,P輸入=UI及P熱=I2r。由計(jì)算結(jié)果得:在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)(電樞旋轉(zhuǎn)),P輸入>P熱。

3 簡(jiǎn)評(píng)

1)在高中物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中采用“五步教學(xué)法”,有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)自覺(jué)性、主動(dòng)性和積極性,使每一位學(xué)生都能全身心地投入到實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)動(dòng)腦、動(dòng)手,將已經(jīng)學(xué)習(xí)掌握的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、觀察思考、解惑釋難、發(fā)散思維、探究創(chuàng)新,從而獲得新知識(shí)、新技能。應(yīng)用“五步教學(xué)法”有別于傳統(tǒng)的灌輸式學(xué)習(xí),充分體現(xiàn)了學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。

2)“五步教學(xué)法”使學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作方式得到轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中,全體學(xué)生帶著任務(wù)和問(wèn)題去觀察、思考、分析;在自主解決問(wèn)題過(guò)程中,學(xué)生對(duì)新知識(shí)的構(gòu)建,全身心地體驗(yàn)和感受。實(shí)驗(yàn)操作中,學(xué)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(yǎng)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(xué)習(xí),共同進(jìn)步;對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)能用實(shí)驗(yàn)探究的方法進(jìn)行驗(yàn)證,使獲取的知識(shí)得到進(jìn)一步升華;共同分享學(xué)習(xí)成功的喜悅,使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)走出傳統(tǒng)狹隘的圈子。■

(作者單位:1 浙江省安吉縣昌碩高級(jí)中學(xué);2 浙江省安吉縣教育裝備中心)