朱一平

物理學是一門以觀察、實驗為基礎的科學,物理實驗不僅有助于學生建立物理模型,而且是提高學生分析問題和解決問題能力不可缺少的環(huán)節(jié). 新課程標準明確指出:高中物理課程應該促進學生自主學習,讓學生積極參與,樂于探究,勇于實驗,勤于思考. [1]本文通過對新課程標準帶來的高中物理實驗教學的重大變化、當前高中物理實驗教學中存在問題的分析,在建構主義學習觀的理論基礎上,提出通過實驗教學抓好高中物理模型教學的對策,從實驗的角度重新審視高中物理模型教學.

一、高中物理教學中典型的物理模型

物理模型是物理學研究方法的重要體現(xiàn),高中物理教學中常見的物理模型如下:

(1)研究對象模型化. 物理教學中的某些客觀物體,如質點、點電荷、彈簧振子、單擺、理想電流表、理想電壓表等. (2)研究對象所處的環(huán)境模型化. 物體所處的環(huán)境理想化,如力學中的光滑面、熱學中的絕熱容器、電學中的勻強電場與勻強磁場等等. (3)物理狀態(tài)和物理過程的模型化. 物理過程和物理狀態(tài)的模型化,如力學中的自由落體運動、勻速直線運動、簡諧運動,電學中的恒定電流,熱學中的等溫變化等. (4)理想化實驗. 在物理實驗的基礎上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,把實際過程理想化,找出其規(guī)律,如伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎.

二、當前高中物理實驗教學中存在的問題

首先與其他市相比,我市高中物理實驗室的建設情況普遍不盡人意,實驗室數(shù)目少、面積小,高中物理實驗室建設嚴重滯后. 其次在應試教育的理念約束下,受高考指揮棒的影響,物理教師的實驗觀念淡薄. 教師的演示實驗替代了學生的實驗,教師中普遍存在“做實驗不如講實驗,講實驗不如背實驗”的做法,學生實驗動手能力差,學生重視實驗的答題訓練. [2]

三、新課程標準帶來高中物理實驗教學的重大變化

教學目標由“雙基論”轉變?yōu)椤叭S目標”,高中物理課程標準將“物理實驗”的提法變?yōu)椤拔锢韺嶒炁c科學探究”.[3] 物理實驗呈現(xiàn)方式的轉變:(1)將“物理實驗與探究”融入到知識的形成過程中. (2)沒有給出具體的實驗器材,對學生實驗探究能力提出了更高、更新的要求. 教學方式由“單一化”轉變?yōu)椤岸嘣?從全國只有一套教材轉變?yōu)槎嗵捉滩墓┙處煂W生選擇. [4]

四、通過實驗教學抓好高中物理模型的教學

1. 物理實驗教學流程圖

2. 在建構主義學習觀的基礎上,通過實驗教學抓好高中物理模型的教學

建構主義學習觀認為,學習過程不是由教師向學生傳遞知識的過程,而是學生自己建構知識的過程. 同時,根據(jù)現(xiàn)代教育理論觀點,高中物理教學不能無視學生已有經(jīng)驗,要把學生現(xiàn)有的知識經(jīng)驗作為新知識的起點. 教師應該重視學生自己對各種現(xiàn)象的理解,引導學生豐富或調整自己的理解,借助物理實驗,有利于學生主動構建物理模型.

“自由落體運動”是高一教材中的物理模型,學生在建立模型時會遇到困難,可以借助實驗,設計如下的教學過程,有利于學生建立模型.

(1)創(chuàng)設情境,指導比較

提問:我們平時看到重的物體與輕的物體哪個下落的快?

學生分組實驗:①觀察1角與1元的硬幣同時下落能否同時落地?②觀察相同重量的紙片與紙團同時下落能否同時落地?

通過以上兩個實驗的比較,學生可以得出不同重量的物體落地時間相同,而相同重量的物體落地時間卻不相同.

(2)引導概括,形成模型表象

演示實驗:牛頓管實驗.

現(xiàn)象:①未抽氣時:輕的物體比重的物體下落得慢. ②抽出部分空氣時:輕的物體下落速度加快,但仍比重的物體下落得慢. ③抽成真空時:輕重不同的物體下落快慢相同.

經(jīng)過牛頓管的演示實驗,引導學生概括出自由落體運動模型的表象:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,幫助學生建立在真空中物體下落快慢與物體重量無關的結論.

(3)建立模型,找尋規(guī)律

課件展示:自由落體運動頻閃照片.

讓學生通過頻閃照片看到自由落體運動的軌跡是一條直線,在連續(xù)相等的時間內(nèi)通過的位移越來越大,說明自由落體運動是加速直線運動,但究竟是否勻變速呢?

演示實驗:利用打點計時器研究自由落體運動,用光電門自動收集數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)處理:利用計算機描繪出x-t2圖象,引導學生分析圖象得出自由落體運動x與t、v與t的關系.

結論:自由落體運動是初速為零的勻加速直線運動. 在此基礎上,順便給出自由落體加速度的概念,指導學生研讀教材中世界各地的自由落體運動加速度.

(4)模型拓展,模型應用

拓展:理想的自由落體運動模型是物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,而日常生活中靜止物體下落往往受到阻力,若是阻力遠小于重力,該運動也可以處理成自由落體運動.

應用:探究性實驗——人反應時間的測定,該試驗可以發(fā)揮學生學習的主動性,檢測學生能否用自由落體運動模型來解決日常生活中的運動.

附:知識線索和教學活動過程

通過這樣一個教學過程,學生對物理模型的建立感覺很自然. 實踐表明,經(jīng)由一定的實驗過程孕育、發(fā)展而建立的物理模型,學生會感到清晰豐滿,收到很好的效果. 但是高中物理課程中并非實驗教學對所有的模型教學都適用,因為這要受設備條件等因素的限制,比如質點、點電荷、力學中的光滑面等等. 有很多模型的建立還離不開講授教學法,但我們要盡力創(chuàng)造條件讓學生對物理知識進行實驗探究學習.■

參考文獻:

[1] 教育部. 普通高中物理課程標準(實驗) [S]. 北京:人民教育出版社,2006:5.

[2] 壽千里.高中物理實驗教學現(xiàn)狀及思考[J].物理通報,2008 (11).

[3] 漆長慶.新課程帶來的實驗教學的轉變[J].物理教學探討,2006(10).

[4] 梅正鋒. 新課改視野下的高中物理實驗教學[J]. 科教文匯,2007(11).