注重科学探究 自主创新实验——自制教具优化教学的探索与实践

夏良英

(广东省深圳市龙华高级中学，广东 深圳 518109)

1 问题的提出

实验是物理学的重要基础,重要物理理论的建立离不开物理实验的支持和推动．丁肇中说过:实验可以推翻理论,而理论永远无法推翻实验．

物理学科4个核心素养,其中的科学探究是一个过程,是一种学习方式和科学研究方式,是一种学习科学知识,发展科学思维、形成科学态度的手段和途径．

实验教学是物理教学内容的重要组成,是实现物理课程目标,全面提高学生科学素养的重要途径．重视学生物理实验,不仅能提高物理学业水平,而且能培养动手实践观测力与科学探究素养,尤其是对学生的生涯发展规划与未来专业自主选择具有关键的铺垫作用,为未来人生奠定基础．

而自主创新实验,有不可忽视的4个方面的实践价值.(1) 是激发物理学习兴趣的重要手段．丰富的自主创新实验活动,蕴含了丰富的物理现象和规律,有些实验现象和规律,具有意想不到的效果,超越了学生已有的认识能力和现象水平,从而激发了学生强烈的好奇心和学习兴趣及探究欲望．(2) 是促进学生理解物理知识的重要方法．(3) 是实施科学探究活动的重要载体．也是学生亲身经历探究过程、有效培养探究意识和思维能力的重要载体．(4) 是揭示物理现象规律的重要工具．

故此,我们要善于营造学习环境,让学生身临其境;要精于创新设计,让学生“在水中学游泳”;要乐于制作教具,让学生知识体系、能力结构有机生成．积极探索,大胆创新、自制教具,做到建构有方、生成有道,从而实现教学的优化．

2 自制教具优化教学的探索与实践

建构主义学习理论认为:学习的过程是自我建构的过程,是顺应和同化的过程．

实践已反复证明:用实验再现的物理现象,用实验建立的物理概念,用实验总结的物理规律,用实验验证的物理理论和用实验应用的物理知识,是生动的、全面的、深刻的和牢固的．“百闻不如一见”,只有加强实验教学,才能激发学生的热情;只有加强实验教学,才能突破教学的难点;只有加强实验教学,才能进行有效的建构．

怎样利用自制教具来优化教学促进生成呢?笔者在以下4个方面做了探索.

2.1 创新设计引入性实验,优化生成的环境

教育心理学的研究成果表明,学生在形成知识的最初阶段都必须借助于感觉,先把具体事物的观察和接触转化为具体事物的感性认识,再把感性认识转化为抽象、概括的理性认识．

新课的引入能否迅速吸引学生的注意,强烈激发学生的兴趣,是促进生成的重要前提．良好的实验引入,能迅速激发学生的认知冲突,充分调动求知欲望,强烈碰出思维的火花．

在教学的过程中,笔者十分注重新课的引入,积极优化生成环境,不断探索,创新设计了一系列引入性实验．例如:

(1) 学习摩擦力时,笔者设计了:谁的力气大?别开生面的拔河比赛实验(如图1,选手用两块短木板夹住长木板进行拔河比赛),学生热情高涨.

(2) 学习电场时,笔者设计了:空中取电实验(如图2,用辉光球作为电源,光管靠近可以发光),学生高呼神奇.

(3) 学习电磁感应时,我们设计了:你敢抓他吗?会电人的体验性实验(如图3,用简易风扇制作)学生惊险体验.

(4) 学习动量定理时笔者设计了:你能把绳子拉断吗?拉断绳子挑战性实验(如图4,拉断纤维绳),学生跃跃欲试……

图1

图2

图3

图4

通过这些新颖的设计,使学生迅速置身于物理情景之中,获得了强烈的感性认识,激发了学习动机,为理性认识的生成打下了坚实的基础,收到了较好的预期效果．

2.2 创新设计探究性实验,夯实生成的过程

理论与实践表明,科学家从事科学研究的过程与学生接受科学教育的过程,二者在本质上有着极大的相似性:学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知重演,他们学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的历史顺序．波利亚在“教学发生学原理”中指出:“在教一个科学的分支(或一个理论、一个概念)时,我们应让孩子重蹈人类思想发展中那些关键的步子”．

因此,理想的物理教学也应是:以浓缩的时空和必然的形式重演人类丰富多彩的科学活动,将教学过程转化为学生的“亚研究”、“类创造”的探究过程．探究离不开实验的支持．优质的实验设计,是确保探究过程有序、有机、有效开展的关键,是攻克难点、夯实生成过程的“利剑”．笔者通过发挥团队力量,认真总结,积极钻研,创新设计了很多优质的探究性实验,有效攻破了学习难点,特别是定量探究的难点．例如:

(1) 图5,功率探究仪:用两个半径不同,转速可调的电机制作而成,不仅能定性探究P、v、F3者的定性关系,还能探究定量关系．有效突破了功率关系很难定量探究的难题．

(2) 图6,滑动变阻器接法探究仪:通过竖直木板,把电学仪器进行组装,不仅改变了电路实验无法竖直观看的遗憾,还可以让学生通过定量测量,清晰地探究到滑动变阻器限流式、分压式接法的差异,改变了只能理论探究的不足．

(3) 图7,平抛运动规律探究仪:由多个导轨组成,通过电磁铁控制两个相同的小球,解决同时释放问题,还能调节不同的高度,实现多点探究,现象清晰、结果准确、探究高效．

(4) 图8,电磁感应规律探究仪:通过两个正对的大磁铁,不仅能够探究单边切割,还能清晰地探究双边切割没有感应电流的规律,有效突破了双边切割没有感应电流的教学难点．

图5

图6

图7

图8

通过这些创新设计,让知识“稀释还原”, 让学生追根溯源,建构的过程是自然的、同频的,生成的基础是扎实的、结果是牢固的．

2.3 创新设计验证性实验,提升生成的水平

大部分高中生正处于具体运算向形式运算演变的发展阶段．调查研究表明:只有15%的高中生达到了形式运算阶段．

因此,我们应该从学生的实际出发,按最近发展区的理论,对相关教学内容进行加工、重组,直观呈现事物原貌,让学生眼见为实．努力降低认知的台阶,积极搭建建构通道,提升生成的水平．设计直观具体、形象生动的验证性实验,能很好地突破重、难点,从而实现感性到理性、具体到抽象、简单到复杂的顺利过渡,也有利于增强学生客服困难的信心,促进三维目标的生成．笔者也做了积极的探索．例如:

(1) 图9,离心运动演示仪:由可改变转速转盘制成．演示时,随着转速的加快,小茶饼会做离心运动,由于小茶饼底部有凹陷,塞进蘸有红墨水棉花,能把离心运动的轨迹清晰地演示出来．既突破了离心运动的发生条件,又显现了离心运动的轨迹．

(2) 图10,作用力与反作用力演示仪:由遥控小车和平板小车组成．通过控制遥控小车,能直观地看到车的运动情况,很好地反映了作用力与反作用力的关系．此实验仪还能用来演示反冲的现象,只需加上两块磁体即可,实现一物多用．

(3) 图11,惰性管:由塑料管和铝管制成,能清晰对比出两块相同磁铁通过两管的时间差异,验证电磁感应原理．

(4) 图12,做功因素演示仪:由两条长度不同的塑料管制成,结构简单,但效果明显,用相同的力气在两管的一端吹小纸团,从长管出去的纸团能把矿泉水瓶击倒,管越长威力越大,直观验证做功与位移有关．

图9

图10

图11

通过这些创新设计,很好地呈现了物理的原生态,让学生直接突破难点,提升了生成的水平．

2.4 创新设计应用性实验,实现生成的升华

习得过程是内化建构的过程,应用的过程则是外化构建的过程．习得的过程是一维到二维的发展过程,应用的过程则是立体发展的过程．所以,我们要通过设计实践活动,特别是具有创新精神的实践活动,让学生动手动脑,多层次、全方位、零距离认识物理世界的真实面貌．一直以来,笔者努力搭建应用的平台,创新开展实践活动．例如:(1) 图13,水火箭射远;(2) 图14,纵波模拟器;(3) 图15,灯总汇;(4) 图16,电磁探雷器．

图13

图14

图15

图16

制作的过程,是活用知识的过程,是发现问题、解决问题的过程,更是思维创新的过程．知行合一、春风化雨、润物无声,这是质的升华．这是其它方法无法比拟的、无法替代的．

3 创新设计自制教具感悟

物理是由“物”和“理”二字组成,“物”是事实证据,以实验为基础,实验是物理的根;“理”是规律，是理性思维,以思维为中心,思维是物理的魂．丰富的生活资源让物理教学内容更加丰富,独具匠心的实验探究让物理教学过程更加精彩,扎实的思维训练让学生智慧之门开启．认清物理学科本质有助于我们对物理教学的理解和把握,使物理教学具有浓浓的“物理味道”:生活味、探究味、方法味．

受应试教育的影响,实验的教学被淡化,只讲不做的实验教学模式普遍存在．高分低能、眼高手低的现象无处不在．这是教学的缺失,也是发展的伤害．实验是物理教学的基础,不是教学的从属．以实验为基础突破,用实验去突破,它是一种教学手段,也是一种教学方法,更是一种教学思想．这是教学的要求,也是认知的要求,更是时代的要求,我们要学会坚守．