運用物理實驗激勵學習心理

張 森

(上海市市北中學,上海 200071)

物理實驗是科學合理組織物理教學的重要手段,是揭示和傳遞物理知識的載體.它不受時空和形式限制．無論演示實驗、分組實驗、課外實驗,無不為學生打開了認知窗口．實驗的組織、實施、總結的整個過程,引發學生提問、探究、共研、互動等都能展開思維的翅膀．實驗步驟的環環相扣,能有效抓住學習心理,引領學生感悟其中賦予的物理知識,創造了心理活動的舞臺和可供學習的情境．對形成積極主動的學習心理具有不可多得的助推功能．

每位學生都懷有求知、求真、求實、求新的學習心理.它是自身固有的潛意識,是學習行為形成的內動力,各自的學習心理強弱優劣程度是不同的．學習心理有脆弱的一面,具有可塑性和隨應性,往往受外界因素干擾而發生波動.物理實驗具有直觀性,可參與性顯著特點.不同形式的物理實驗在教學環境中總能點穴貫通學習心理,刺激學習心理劇烈變化,沿著設計的教學思路順應發展．基于物理實驗對學習心理健康發展有激勵作用,促使我們認真研究,努力實踐,協調外因對內因的驅動,發揮最佳教學效能．

1 用即時性實驗,助推渴望增長知識的求知心理

即時性實驗亦稱即興實驗,是隨機性的實驗．一般新授課針對學生對物理概念認識有困難,理解物理規律模糊不清時,便隨機改進或設計實驗給予輔助引導．

例如，在用DIS研究一定質量氣體在溫度不變時,壓強與體積關系的實驗時,學生發現用V-1/p圖像處理實驗數據,得到的V-1/p圖線不過原點,提出了疑問.這時教師因勢利導,讓學生批判性地去觀察實驗裝置,分析對所測物理量可能產生影響的各種因素,對其中的最有可能因素作出猜想:V-1/p圖線不過原點可能是測量氣體體積時未計入注射器與壓強傳感器連接部位的氣體體積,隨即改進了實驗——在注射器內放入與連接部位的氣體體積相當的小物體(如圍棋棋子),進行新的實驗探究證實自己猜想．

又如，在對“安培力方向——左手定則”的探究性實驗探究過程中,一般都按教材用如圖1裝置讓學生進行實驗探究,將導體棒的運動方向就認為安培力的方向．實驗中學生提出了“導體棒水平方向運動,并不能說明安培力方向也是水平的”.筆者肯定了學生提出的這個問題,隨即從力與運動的關系引導學生如何把實驗裝置適當的調整,即時設計了如圖2實驗方案:將蹄形磁鐵豎立起來,開口朝下,其他條件不變進行研究.從導體棒通電以后是否發生運動,比較容易得出安培力與磁感線垂直的結論．這樣的即時實驗過程比起原來既定實驗拓展實驗視野,能讓學生真正經歷了探究的過程．當學生體會學到了知識的樂趣而露出滿意的微笑時,正是我們教育價值的體現．

圖1

學生的求知學習心理是千差萬別的,他們隨時都會提出不同的質疑,因此要求教師應對靈活,并且要備好力學、熱學、電磁學、光學等多個實驗盒,準備豐富的實驗素材隨時打開應對,指引學生科學探究,拓展學生思維的廣度和深度,助推學生渴望增長知識的求知心理．

2 用體驗性實驗,激發亟待辨析良莠的求真心理

體驗性實驗是指學生直接參與,并能形成互動的一類實驗．能讓學生身臨其境,通過親身體驗或演繹探究過程建構物理知識.在物理教學中充分利用體驗性實驗提供豐富的感性材料,創設真實的物理情景,形成真實的物理問題,進行真實的物理研究,使學生在物理實驗中求真,激發亟待辨析良莠的求真心理,培養實事求是的科學態度．

圖3 圓周運動實驗

例如，在圓周運動的向心力教學時,首先設計了一個活動,讓一個學生往前走時,教師突然側向拉學生的手臂,學生運動方向改變,類似于圓周運動的一部分．隨后教師拿出了如圖3所示的小實驗:一個細管,一根繩子,上面一個小球,下面可以掛鉤碼,通過用力甩,上面小球做圓周運動,下面的鉤碼可以在空中一位置平衡.改變甩繩子的力,鉤碼還會上升和下降．隨后,學生一人一個這樣的裝置,開始自己體驗,激發學生的欲望,讓學生帶著“物體受到怎樣的力才能做圓周運動”的問題主動參與探究學習活動．接著學生用實驗桌上的細繩連接的小球,用手拉住細繩的一端,讓小球在桌面上做圓周運動,感受繩牽小球做圓周運動時的受力情況,形成向心力概念．然后趁熱打鐵提出 “物體做勻速圓周運動所需的向心力大小跟哪些因素有關呢”,生成新的問題,組織學生以實驗小組為單位相互討論,合理猜想影響向心力大小的因素,仍用實驗桌上的細繩連接的鋼球、木球,讓小球在桌面上盡量做勻速圓周運動,并在改變實驗條件后多次嘗試,從而探究向心力的大小與這些因素的定性關系．然后讓學生應用DIS向心力實驗器同時測得運動物體每個瞬時的向心力以及相應的角速度,進行自主探究、數據采集,并通過圖像分析,得出向心力與質量、角速度、運動半徑的定量關系．使學生在實實在在地體驗過程中了解向心力與哪些因素有關,獲得向心力的計算公式,加深對向心力概念的理解,最后讓學生課后用一個空的小金屬食品罐自制一個水流星,體驗怎樣使水流星中的水不流出來,并分析自己做法的理論依據,實現書本知識與生活知識的融通,讓學生深刻感悟所學知識的生活意義和價值,產生科學追求的內在動力,以達成培養學生具有主動、負責、開拓、創新的個性特征和科學的思維方式,培養學生終身的探索興趣和科學的學習態度的教學目標．

又如，物理習題在高中物理教學中扮演著重要角色,可以將習題描述的情境設計成可操作的、讓學生親身經歷的體驗性實驗,挖掘實驗價值,優化學生求真心理．

現有如下器材:電源E(6 V,內阻不計),燈泡L1(6 V,1.5 W)、L2(6 V,10 W),L3(6 V,10 W),單刀雙擲開關S．在圖4中設計一個機動車轉向燈的控制電路:當單刀雙擲開關S與1相接時,信號燈L1亮,右轉向燈L2亮而左轉向燈L3不亮;當單刀雙擲開關S與2相接時,信號燈L1亮,左轉向燈L3亮而右轉向燈L2不亮．

圖4

這是道機動車轉向燈的控制電路問題,本身就是用物理知識解決實際問題．學生對“燈泡中有電流燈就會亮嗎?”的認識不清晰,為此進行反哺,讓學生到實驗室用如圖5所示實驗探究,營造探究氛圍,激發探究意識,使學生切身感受到“物理的真實“存在”,覺得學有所值,從而從內心深處萌發出學習物理的需求和渴望．

3 用生活化實驗,誘導嘗試應用有效的求實心理

生活化實驗通俗講就是取材容易、設計簡易的小實驗,課內課外都能進行．以教學知識為載體從學生求實的心理出發,加強課程內容與學生生活、個人認知、直接經驗以及現代社會和科技發展的聯系．利用日常生活中的資源,設計有目的的觀察與探索物理規律的生活化實驗活動,為學生實踐能力和創新精神的形成拓展學習的空間,誘導嘗試應用有效的求實心理．

例如，在“簡諧運動的圖像”教學時,讓同桌兩個學生配合,其中一學生手持鉛筆在紙面上原地往返劃線來模擬簡諧運動,另一學生沿垂直于劃線方向勻速拉動筆尖下的紙條,即可繪得一振動圖線,于是簡諧運動圖像的物理意義也就躍然紙上.

又如:讓學生在自己的智能手機上感受用手指可以滑動屏幕,而用指甲尖端、鑰匙尖端或筆尖等卻不能滑動屏幕的小實驗．學生感到奇怪,在分析其中奧妙的同時,因勢利導引入電容器的電容.

再如:在講光的偏振時,利用兩副偏光墨鏡,讓學生感受一下光的偏振現象,同時引導學生如何去選擇偏振鏡及分析它的有益之處．

還有:機械波的干涉教學中,讓學生先后佩戴一般耳機和主動式抗噪耳機進行對比體驗,然后引導學生通過物理原理對此進行解釋;利用手機上安裝的“phyphox中文版app”這款功能強大的傳感器軟件,對課外物理實驗中實驗數據進行測量和分析,例如利用其加速度傳感器,在升降電梯中進行超重和失重現象的實驗探究．

諸如此類,這些簡單易行的、富有生活情趣的小實驗,增加了學生的求實體驗,讓學生更好的探索新知識和接受新知識,使學生對學習物理的興趣得到了延續．

4 用自創性實驗,催成追求創新立異的求新心理

結合教學實際,自己創造設計的實驗,往往因實驗新穎能勾起學生的思考．“求新”是學生的普遍心理,教學中抓住學生“求新”心理特點,從引發學生認知沖突、激發學生探究欲望人手,自行設計一些能呈現和體驗知識的產生、發展、結果的自創性實驗活動,催成追求創新立異的求新心理,來實現教與學的目標.

圖6

例如，在揭示電源內阻的教學時,利用初高中的認知沖突設計圖6所示的實驗,暗盒內連接一個滑動變阻器,按圖7所示的思路進行探究,讓學生通過對實際電路的分析以及邏輯推理,揭示電源內阻的存在,培養科學思維．

圖7

圖8 “門框回路”實驗

又如，在進行“電磁感應現象”教學時,自制了如圖8所示的“門框回路”教具,上課伊始,當教師穿過自制的門框時,學生們驚奇地發現微電流計傳感器指針發生了較大角度的偏轉,然后讓學生穿過門框時微電流計傳感器指針就是不偏轉,在學生感到突兀時,教師從身上掏出了磁鐵,再次快步穿過門框時靈敏電流計指針不偏轉了．教師引導性表述 “原來利用磁產生了電,那么如何利用磁產生電呢”,誘發了學生主動探究的心理渴求．在學生知識應用環節中再次利用此教具讓學生分析“門框回路”中總有微弱電流的原因和設計在不提供任何器材情況下讓 “門框回路”中產生較大的感應電流的方案．努力使學生的思維在開放、發散中漲落,在求異、探索中趨于有序,同時使學生享受成功的樂趣．

對于學生而言,接受新鮮事物,學習更新知識,掌握分析方法,渴望表現自我,這是構成學習心理的諸多因素．教育的職責就是要創造條件,采取手段滿足這樣的學習心理的需求,使之學有所成,獲得成功感．實踐已經證明,物理實驗能擔當起這份責任,有發揮激勵學習心理發展的功能．為之,愿與同行繼續探究,為提高物理教學質量作出我們應有的貢獻．