中国学术文献网络出版总库

刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

该刊被以下数据库收录:
CSSCI 中文社会科学引文索引(2012—2013)来源期刊(含扩展版)
核心期刊:
中文核心期刊(2011)
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)



关注实验促进学生物理学科核心素养培养

【作者】 童小玲

【机构】 (浙江省杭州市临安区昌化中学)


【正文】随着社会技术的不断发展,人们越来越意识到影响学生终身发展的因素不是单纯的知识积累,而是知识背后包涵的素养。因此在课改后的《高中物理课程标准》中也明确标示:“物理课程应致力于物理素养的形成和培养”。所谓的高中物理学科的核心素养是指学生在接受物理教育的过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,它包括了科学观念,科学思维,科学探究和科学态度、责任。物理是一门以实践为基础的学科,实验必将成为学生这些品格和能力培养的重要载体。加强学生对实验的操作与实践,不仅能形成学生积极探索、乐于思考的情怀,同时也能培养学生科学质疑精神和实证、创新能力,从而有效的形成学生的学科素养,这是社会形势的需要,也是学生发展自我的内驱。
  一、 以实验促进学生核心素养的途径
  1、 深化经典,培养学生科学质疑精神与实证能力
  传统的学生实验,从实验目的到实验器材到实验步骤,都是经过仔细推敲,精心设计获得的经典之作,它能很好的揭示物理的某一主要的规律、现象,帮助教师有效的进行教学。但是物理实验由于条件、器材的限制,往往会出现出乎意料的现象,教师若能引导学生有意识的拓展发现新现象,这不仅能提高学生学习的积极性,增强观察力,同时能有效的培养学生科学质疑精神与实证能力。
  案例:在研究通电自感现象的实验中,应用DIS观察电流的变化情况,结果发现线圈支路的电流增大比灯泡支路的电流增大有延后性,如图所示,说明了通电时线圈有自感现象。图片同时还显示,灯泡支路的电流突然增大到达到稳定前有回落的现象,这是什么原因造成的呢?。笔者有意识的提醒学生发现这一实验研究主题外的现象,让学生课余作为探究的课题。因为是不拘泥于书本的问题,在教材上也没有明确的答案,学生表现出了很大的好奇心。下面是兴趣小组学生的探究过程:猜想:因为线圈的存在。依据电源有内阻,线圈在通电前后感抗减小,引起干路电流增大,从而内电压增大,外电压减小,导致灯泡支路电流有回落现象。实验验证:实验将灯泡换成电阻(教师适当的引导),支路电流的回落现象消失。证明原来的猜想错误。再次猜想:与灯泡有关。依据灯泡的电阻随温度升高而变化。
  查阅资料:灯泡的电阻不是恒定值,温度对电阻的影响比较大。通电瞬间电压快速增加,灯丝的温度却不能同步跟进,引起了电流突增的现象,后来随着温度的跟进,电阻增大,电流又出现回落的现象。实验证实:将线圈支路去除,在开关闭合瞬间,电流也出现回落现象。证实了结论。实验应用:灯泡在开关闭合那一瞬间,因为温度来不及快速提升,电阻较小,电流会较大,相对正常工作时,灯丝容易烧坏。
  这一实验探究从内容角度来讲,不仅巩固了自感线圈对电路的影响的知识,同时也深刻认识和体验了小灯泡的电阻特性,让这个实验在另一个知识领域发挥了其功效;从能力发展的角度来讲对学生全面观察实验结果有很好的导向性,利于提高学生的观察细致程度。同时,学生从发现问题到猜想再到实验论证的层层递进探索,使学生科学态度的严谨性也得到了很好的锻炼。
  2、 数据处理,提升学生综合实验能力
  数据处理是物理实验过程中的一项重要内容,加强学生数据处理能力的培养,有助于学生误差分析能力,独立思考能力等综合实验能力的提高,为学生以后参加专业的实验探究打下坚实的基础。例如在探究空气阻力与速度的关系的小组实验中,学生利用位移传感器测出坠落物(气球带小夹子)在下落过程中每个瞬时速度与瞬时加速度,同时称出物体的质量,由牛顿第二定律算出阻力的大小。学生测量了多组数据,并借助计算机绘制了f与v的多组关系图像以寻求其规律。经过大量的数据与图像总结出速度较小时,f与v2成正比,但速度较大时,f与v3图像较为接近直线。这个实验学生练习了如何直观有效的显现数据的规律、如何进行实验的误差分析、如何跨学科的利用现代信息技术等,对学生综合实验能力的提高很有帮助。
  3、 寓教于乐,形成学生积极探索、乐于思考的情怀
  兴趣是学习的动力,是教学中的最好的老师.在平时的课堂教学中学生觉得枯燥、难以理解的理论知识,若能结合好玩的、有感官刺激的科技小实验,就能大大的提高学生学习的兴趣, 增强探索的欲望,从而促进学生的有效学习,形成积极探索、乐于思考的情怀。
  案例:高中物理选修3-1中《通电导线在磁场中受到的力》这一节内容,教材以悬挂于磁场中的导线通电流后发生摆动为演示实验引入新课,该实验缺点在于摆动现象时间短暂,形式单一,不能很好的引起学生的共鸣和好奇心。因此,在教学中,本人将器材改进,用一节干电池,两边各焊接一枚别针,形成支架。一圆形线圈(中间有20砸,铜丝制作)两端留出2cm的直导线,架于两别针上方。用一磁铁靠近线圈,线圈转动,形成一简易电机。课堂中,本人以这装置引入新课,引起了学生较大的反响。在选修课中,学生主动提出了DIY课题:简易电机的制作。学生参与积极性很高,充分发挥了想象空间,分别制作了“小电扇”和“心动仪”等印象深刻的作品;在理科社团中,学生更是积极思考,和我们物理组的几位老师一起手工打造了电动小火车:用一节5号干电池两端各吸一块圆形钕铁硼磁铁形成小火车,100m长的铜丝绕成线圈,在竖直面内做成拱形桥等凹凸不平的回路,将小火车放于线圈内部,小火车能翻过拱形桥不停歇的循环运动。学生表示经过这一系列的实践与体验,不仅对安培力有了进一步的认识与理解,课本的知识得到了巩固与加深,更重要的是对物理的学习不再觉得枯燥,有了浓厚的兴趣。
  4、 探究课题,培养学生创新精神
  爱迪生在千万种材料中选择了钨丝,发明了人类的第一盏灯泡,正是这种锲而不舍的精神使人类得以享受夜晚的光明。这种精神是一种科学品质,无论是过去还是现在抑或是将来,都将成为决定学生终身发展的重要因素。学生的探究实验很多时候不是一帆风顺的,在实践中不断的摸索、改进,包括实验器材的选择,实验方案的优化,有些时候需要突破很多疑难点,从而才能获得理想的结果。这一过程对培养学生坚持不懈,努力专研的创新精神是一个很好的契机。
  案例: 检验自由落体运动的位移特征。
  (1)实验设想Ⅰ:三个电磁铁固定于离地高度分别20cm、80cm、180cm的位置,将三个铁球分别吸在电磁铁上,打开开关,电磁铁失去磁性,小球同时释放,另一位同学手持秒表,每个球落地分别按一次秒表。记录三个小球落地时间。
  实验问题与分析:第二个小球与第三个小球几乎同时落地。落地时间太快,计时者根本来不及反应,秒表计时不成功;电磁铁在断电时铁球中会有涡流,即有余磁,可能导致三个铁球不是同时下落。
  (2)实验设想与改进Ⅱ: 将电磁铁装置改成细绳(绳子必须无弹性),上端用夹子固定,中间串三个小球,小球的位置分别离地20cm、80cm、180cm,将秒表计时改成用手机拍摄视频,在电脑上捕捉小球落地对应的时刻,进而求出落地时间间隔。实验问题与分析:小球是刚性球,在极短时间内与地面碰撞后反弹,视频中很难精确的捕捉小球落地对应的时刻。视频计时不理想。
  (3)实验设想与改进Ⅲ:地面放压力传感器,小球撞击时产生力,通过电脑显示力随时间变化图形,找出力突变的时间差,就是小球落地时间间隔。实验问题与分析:实验室的力传感器多为悬挂式,与设想的装置不匹配;小球撞击传感器可能会弹起,产生第二次撞击,影响实验效果。
  (4)实验设想与改进Ⅳ:在地面放一水槽,装满水,小球下落于水槽中,用声音传感器记录小球落水时的声音,由电脑显示的波形图计算时间差。实验问题与分析:小球体积大,落水时会引起水花,声音传感器灵敏性较高,水花落水及小球的反弹导致的杂音很多,脉冲很杂乱,影响正常的实验结果判断。
  (5)实验设想与改进Ⅴ:将细绳改成“大力马”钓鱼线,用钓鱼铅坠代替小球,大大缩小了体积,同时密度增大。铅坠用太空豆固定,便于上下移动调节。在水盆底部铺设毛巾缓冲,减小杂音。实验结果:声波表现了较好的等间距,而且杂音明显减少,呈现很有规律的三个脉冲波,如图所示。实验得以验证。
  探究实验总结:学生经过了长时间的多次设想、失败、再设想的过程,中间克服了很多的困难,突破了很多的疑难点,最后收获的不仅仅是实验的成功,还有背后的解决实际问题的能力和坚忍不拔的学习品质。
  二、 以实验促进学生核心素养的反思
  1、转变观念:想要做好核心素养培养,深化理念改革是关键。教师作为学生的引领者,首先应树立全新的教学观念,提升对学生实验的重视度,并能带领学生参与实践,发挥学生的主体作用,进而提升学生自身的品格和能力。
  2、改变实验模式:课堂的实验教学以演示教学为主线,学生很少有自己的发挥空间。为了让学生能参与其中,或成为真正的实验主体,我校开设了选修课、理科社团,让学生以兴趣小组的形式进行一些有目的的、感兴趣的实验研究。课堂一些没法完成的探究以及学生一些创新的思想可以以小组实验探究形式实现。这极大的丰富了学生的实验内容,扩大了学生实践的机会,对学生核心素养的培养不无裨益。
  参考文献:
  [1] 王鸿  改变实验教学模式 培养学生创新能力 《教学仪器与实验》 2010
  [2] 郭卫东.低成本物理实验的巧妙设计和应用[J].物理教学探讨,2012,(7).
  [3] 王锡光 怎样培养学生的物理学习兴趣《科协论坛(下半月)》  2007