开发物理“土”实验的价值

引言

新课程倡导从三维的角度确定课堂教学目标,以期学生在获得知识的同时学会学习,形成正确的价值观,本论文从这一基本观点出发,提出了物理“土”实验的概念,通过其在落实新课程三维目标中的作用,说明开发物理“土”实验在新课程改革和物理教学活动中的价值。这不仅深化了对新课程教育理念与实践的认识,也在一定程度上对物理教育改革具有良好的启发性。

1.物理“土”实验的概念

“非常规”物理实验,是指有目的地选择和利用实验室之外的其他“存在物”及利用其创造新结构开展的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验教学活动。“非常规”物理实验,首先是一种“物理实验”,具有科学实验的基本特征,是人为控制下有目的地观察生活,是教学意义上的感知行为,追求简单、便捷、有趣,紧密结合生活与学生经验。“自制教具”包含“自制的教具”(名词特性)和“自己动手制作教具”(动词特性)两层含义。自制教具不是物理实验,它在一定程度上或者说不完全是为开展物理实验进行的器材准备。物理自制教具的初衷是为顺利开展物理教学创造实验条件,部分解决实验器材短缺或不足而采取的权宜之计。“低成本物理实验”是国际物理教育界所倡导的一种物理教学工作行为。其宗旨是,一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学以解决或缓解实验器材短缺问题,满足经济落后国家或地区中学开展物理实验教学的需要;另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验,以提高学生对物理的学习兴趣、培养学生动手能力和实践能力。“课外物理实验”是我们传统意义上的物理教学“第二课堂”的重要组成部分,实验活动的空间是“第一课堂”之外,一般包括“观察性实验”“课外小制作实验”“探究性实验”“趣味性实验”等等。

物理“土”实验,是指有目的地选择和利用生活中,尤其是我们身边的廉价材料和废旧物品,开展的一类体现知识性、探索性、趣味性的物理教学活动。

“非常规”物理实验可以是低成本的,也可以是高成本的;低成本实验可以是“非常规”的,也可以是常规的;但本文提出的物理“土”实验不仅是“非常规”的,而且是“低成本”的。故本论文所提出的物理“土”实验的概念与“非常规”物理实验和低成本实验的概念更为接近一点,但也有所区分。

物理“土”实验倡导的思想是物理实验教学不必要分为“课内”与“课外”,它主张把课堂内外看成一个整体,将物理课堂放入生活中来,将生活事件放入课堂中去,把物理和生活融为一体,体现新课程的开放性、真实性,进一步激发学生的学习兴趣,树立正确的情感态度和价值观,推广新课程的教学理念。

2.开发物理“土”实验的价值

古人云:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”开发物理“土”实验,让学生加深对物理知识的理解,体验知识探究的过程,培养学生的学习兴趣。学生做任何事情,只要有兴趣,就会对学习产生一种神奇的驱动力,从而促进学习。兴趣是不会说谎的,由成功带来的内在喜悦更不会说谎。我们的教育应该体现科学性和思想性统一的原则、理论联系实际原则,直观性原则,启发性原则,可接受性原则等等,让学生亲身感受才是重要的。物理“土”实验在落实新课程三维目标中具有不可估量的作用,能极大地促进新课程教学活动的开展。

2.1物理“土”实验能引领学生进行物理知识的探究

物理“土”实验能够让学生真真切切地感觉到物理知识就在身边,唾手可得。如,在学习圆周运动中角速度和线速度关系、机械能守恒、摩擦力大小与哪些因素有关时,我们可以就地取材,“做小刀为什么不会着地?”的实验,进行物理知识的探究。首先将细线(约1m)的两端分别系一把小刀和一个曲别针,将小刀和曲别针跨过铅笔上,用左手拿住铅笔,先把曲别针用右手拿住,然后松开右手,这时我们将看到小刀在其重力作用下,带着曲别针一起落地(如图2.1.1)。再用左手拿住小刀和铅笔,右手将曲别针沿水平方向拿住。此时松开右手,曲别针仅在铅笔下来回摆动数次就停下来(如图2.1.2)。然后使细线跨过左手握住的铅笔,用右手拿住曲别针。将小刀悬挂在铅笔上,并使小刀离铅笔悬挂点的距离约2~3cm,要求铅笔离地面约1.2m左右。实验开始时,将右手松开,使曲别针自由下落(如图2.1.3)。试问学生此时小刀是否会落地?让学生进行探索、讨论,根据实验结果进行解释,获取知识。

本实验取材极为独特,让学生感到原来物理实验器材就在自己的文具盒里,使得情感异常活跃,整个学习过程就是一个知识探究的过程。

又如,

在引导学生探究惯性知识时,可采用“巧辨熟蛋和生蛋”实验,旋转一下鸡蛋,根据它的转速,可以判断它是生蛋还是熟蛋。怎么让鸡蛋转起来呢?为了防止鸡蛋在桌上乱转乱滚,要找一只平底的大浅瓷盘。先把鸡蛋放在瓷盘里,用双手的拇指、食指卡住,猛然旋转,蛋就在盘里溜溜地转动,转速高的时候,它就会转的竖立起来。(如图2.1.4)现在再以同样的手法旋转生鸡蛋,可就难对付的多了,转速不快,更不会转得立起来(如图2.1.5)。或者把熟鸡蛋放在浅瓷盘里,先让它快速旋转,然后用手指轻轻碰一下它,它很快就停下不转了。现在再把生鸡蛋旋转起来,也用手指轻碰一下,只见它虽然转的不快,可是却不那么容易停下来,离开手指后仍继续转动,与熟鸡蛋明显不同。

原来生鸡蛋里的蛋白和蛋黄是一种粘稠的流体,它使鸡蛋在转动中不能成为步调一致的整体,里面的流体和外面的蛋壳会互相妨碍,所以转不快。可是手指碰到蛋壳时,蛋壳受阻要停下来,里面的流体物质却没有受到很大的阻力,由于惯性,即使稍作停顿,还会继续转动。再看熟鸡蛋,它的蛋黄、蛋白和蛋壳已经凝固为一体,要转一起转,要停一起停,所以转速快,受阻后停止得也快。

将学生天天的早餐(鸡蛋)带进教室,不仅创设了良好的情境,学生会感觉眼前一亮,新奇感油然而生,鸡蛋能干什么呢,更重要的是学生探究到惯性知识。让学生亲自动手实验和观察,达到知识学习和技能训练基本目标,经过学习和探究,达到了科学性和思想性的统一。

2.2物理“土”实验能培养学生研究物理问题的方法

物理“土”实验能够让学生亲手经历科学探究过程,认识科学探究的意义。通过对物理概念和规律的学习过程,了解物理学的研究方法。

如,在探究凸透镜成像的过程中,寻找生活中的透镜(如图2.2.1),仪器就在我们身边,仪器的选择也属于探究过程的一部分,展开对其成像规律的探究。

将球形玻璃瓶(烧瓶)装满水,把它倒插在一个大口径空瓶(作为底座)上,就做成了一个完好的凸透镜,按着白屏、“透镜”、蜡烛的顺序排成一列,移动蜡烛和白屏,找到等大的实像,即可确定此透镜的焦距,引导学生采用控制变量法探究凸透镜的成像规律,观察物距、像距和像所呈现出的规律。

本实验用球形玻璃瓶取代了正规仪器,让学生可以放手探究,而且球形玻璃瓶做成凸透镜,其曲率比较大,故焦距很小,便于课堂探究实验,体现物理“土”实验的自创性、物理原型化和生活化;学生的学习理论联系实际,体验了科学探究的过程,尝试了科学探究的方法,养成实事求是的价值观。

又如,在引导学生对水的比热容进行探究时,可进行“烧不破气球”的实验。(如图2.2.2)将两个气球吹成一样大小,左边的气球中用注射器灌入少量水,右边的气球中充入空气。取一支起的横杆,用细绳把他们挂起来。

点燃蜡烛,放到气球的底部。会惊奇的现象出现:右边的气球“啪”的一声立即爆破,而左边的气球即使加热很长时间,也会安然无恙。事实是这样的,当蜡烛对左边的气球加热时,火焰通过加热点附近的气球皮把热量传递给其中的水,由于水的比热容较大,吸收一定的热量时,温度的升高较小,因此气球胶皮不易达到溶化破裂的程度。而右边的气球内空气的质量比较小,依靠对流从加热点附近带走的热量较小,加热点附近的气球胶皮受火焰直接加热,温度上升很快,因此在气球内气体压强作用下,很快达到气球破裂的程度。该实验采用对比法,用两个气球作为比较,可用于“比热”部分的教学,用精彩的、出人意料的实验现象引入课题,不但激发学生的求知欲,更重要的让学生学会采用“比较”的方法进行对物理知识的探究和分析。

2.3物理“土”实验能使学生产生并保持对自然的好奇心

新课程的三维目标,不是孤立的、空洞的说教,三个维度是融为一体、相互渗透的,“情感态度和价值观”这一维教学目标,是推广新课程教学的一个窗口,物理“土”实验能够很好地实现这一目标。

如,在与学生进行静电学中摩擦起电的探究过程中,我们可以做“神奇的橡胶棒”的实验(如图2.3.1),将长长的竹竿作为实验的对象,学生兴奋不已,在学生的合作与参与下,开始对摩擦起电的探讨。取一铁架台放稳当,用绳子把竹竿悬挂在铁架台上,使竹竿两端均不着地可以绕着悬绳自由的旋转,然后使竹竿处于静止状态,用丝绸摩擦过的橡胶棒靠近竹竿的一端,这时发现竹竿像着了魔似的跟着橡胶棒转动起来,说明摩擦使得橡胶棒带电。

本实验一改以往的传统模式(摩擦可以起电吸引轻小物体),摩擦起电能够改变竹竿的运动状态,直观生动,非常容易被学生接受,使学生大开眼界,感觉到神奇,产生浓厚的兴趣;同时我们利用的是橡胶棒与丝绸进行摩擦,打破了教科书中僵化思想的概念,带领学生用开放性的思维考虑问题,明白自然界任何两种不同的物质相互摩擦都会起电。

又如,我们引领学生探究不同介质的传声本领时,可以做“声音的怪事”的实验。(如图2.3.2)将细绳(大约50~56cm)对折,在对折处系在一个铁衣架的上钩子上,让一个同学双手各执细绳一端,并将细绳末端缠绕在食指上。首先,让学生如上述提起衣架,另外一个同学用棒子轻敲衣架,我们可以听到衣架发出低低的嗡嗡的声音;然后让提着衣架的同学将自己缠绕绳子的食指分别塞进自己的耳朵里,再次敲击衣架,在别人没有发现什么异样的时候,这位同学的眼睛里早就发出了心灵震撼的光芒,他听到的是一阵阵的钟鸣声,不绝于耳,萦绕脑际,同学们跃跃欲试。

本实验选材很“土”,学生在课堂上异常活跃,营造了宽松、积极的学习环境,能够很好的点燃其探究知识的心灵之火,教育效果出奇制胜,大大地激发了学习的兴趣,使学生内心开始了萌动,很好的引导学生探究了固体传声的知识。

再如,装满水的杯子里能放多少回形针?(如图2.3.3)取一只杯子,往杯中倒水,直到水面与杯口相平。若将一只回形针轻轻地放入水中,请学生猜测一下,水会不会溢出来?动手试一试,结果怎样?跟猜想一致吗?继续猜想一下,在水不溢出的情况下最多能放入多少只回形针?动手试试,一共可放入多少只回形针?实际放入的数量和你猜测相差多少?

一个简单的实验,其结果出乎同学们意料,竟然会超出他们猜想的结果很多地放入了回形针,能够很好的激发学生的学习兴趣。往杯中倒水或往水中放回形针,水面可以高于杯口平面而不溢出,这是因为水的表面具有表面张力的原因。在水不溢出的情况下最多能放入多少只回形针与杯口的面积有关,与杯子的材料有关,与杯子中液体的种类和温度等有关。这个实验可以放在序言阶段让学生去做,实验的目的是为了激发学生的学习兴趣,体验探究的乐趣。做完这个实验,学生一定会感到吃惊──猜想和实验结果竟有这么大的差别!

在讲解电学知识时,可以问同学们“电池一定是买来的吗?”(如图2.3.4)取土豆、西红柿等水果、蔬菜作为电池。将铜片和铝片插入土豆或西红柿,使其大约相距5cm,分别从铜片和铝片引出两根导线,其中一跟接在电流计的一个接线柱上,用另一根去触接另外一个接线柱,会看到电流计指针发生明显偏转。将土豆、西红柿、或者水果等拿到教室来作为教具,会让学生耳目一新,通过实验发现居然这些经常看到的没有在意的生活用品竟能产生如此奇特的现象,大大激发学生的求知欲。如果细心的同学还可能发现,如果把接线柱的接线相互换,触接时发现电流计的指针偏转方向发生了改变,可以让学生进一步探究其原因,触及学生的心智,具备启发性的意义,激发学生学习的动机,树立正确的价值观,丰富学生的情感因素,驱动学生学习的个体行为,激励他们对科学的探索。

结束语

物理“土”实验,把物理知识融于生活,将生活带入课堂,将物理课堂开放化、多样化,使得物理教学活动更加丰富多彩。大量开发物理“土”实验,非常有利于物理新课程的顺利开展,对物理教学活动从传统的讲授型向探究学习型转变有着深远的意义,也使物理展现出了无穷的魅力,欢迎热爱物理教学的同行加盟。


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