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1、在動(dòng)手實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生的物理觀察能力和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?而物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)又主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)思維能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力兩方面.筆者結(jié)合高中物理教學(xué)中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所遇到的問題,談?wù)剬?duì)培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊恍w會(huì). 一、對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力的培養(yǎng) 在完成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”后,某同學(xué)對(duì)課后的一道習(xí)題提出質(zhì)疑,題目如下: 某實(shí)驗(yàn)小組采用圖示的裝置探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”,在平衡摩擦力后,實(shí)驗(yàn)過程中還應(yīng)滿足鉤碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量m,這樣做的主要原因是() (a) 方便減小小車的速度 (b) 防止小車運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度過大 (c) 防止拉小車的細(xì)

2、線在實(shí)驗(yàn)過程中拉斷 (d) 確保小車受到的合外力與鉤碼的重力近似相等 他認(rèn)為(b)選項(xiàng)也符合題意要求,理由是:本實(shí)驗(yàn)平衡摩擦后,細(xì)線對(duì)小車的拉力就成為小車受到的合外力,由于直接測(cè)出此拉力難度大,于是考慮用鉤碼的重力代替.對(duì)鉤碼受力分析后得到f=mg-ma,由式中可知只有當(dāng)加速度a很小時(shí),才有fmg,即小車受到的合外力與鉤碼的重力近似相等.如果m不能遠(yuǎn)小于m,會(huì)導(dǎo)致加速度a過大,造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差.因此,(b)選項(xiàng)也符合題意的要求. 粗看學(xué)生的整個(gè)分析、推理過程,未發(fā)現(xiàn)有明顯不妥之處.(b)選項(xiàng)所述是否屬于“主要原因”之一呢?我讓該同學(xué)把當(dāng)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室得到的紙帶拿出,提醒他算一算實(shí)驗(yàn)過程中小車運(yùn)動(dòng)

3、的加速度大小,并留意實(shí)驗(yàn)時(shí)所測(cè)小車的質(zhì)量及所掛鉤碼質(zhì)量. 學(xué)生很快完成了我布置的任務(wù).實(shí)驗(yàn)時(shí)他用到的小車質(zhì)量205.9 g,當(dāng)分別掛上10 g、20 g的鉤碼時(shí),由紙帶得到小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小分別為0.55 m/s2、0.94 m/s2.從兩次實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),掛10 g鉤碼時(shí),m20 m;掛20 g鉤碼時(shí),m10 m.顯然,所掛鉤碼質(zhì)量增大,小車的加速度也會(huì)增大.但本實(shí)驗(yàn)由于受m遠(yuǎn)小于m的制約,所掛鉤碼質(zhì)量不能無限地增大.實(shí)驗(yàn)中掛20 g的鉤碼時(shí)就已經(jīng)不滿足m遠(yuǎn)小于m的前提要求,此時(shí)0.94 m/s2的加速度仍是個(gè)較小的值. 本題中的(b)選項(xiàng)是否符合題意?他恍然大悟:在滿足m遠(yuǎn)小于m前提下進(jìn)行

4、實(shí)驗(yàn)時(shí),小車的加速度是比較小的,不可能達(dá)到較大的加速度.可見小車的加速度不是影響本實(shí)驗(yàn)的主要因素. 教育部頒布的考試大綱對(duì)物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰γ鞔_要求:“能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模芾斫鈱?shí)驗(yàn)原理和方法,對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià);能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,并制定解決方案;”.但現(xiàn)實(shí)中,部分教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往把重點(diǎn)放在教會(huì)學(xué)生如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、如何記錄數(shù)據(jù)、如何得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果上,忽略了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力的培養(yǎng).他們認(rèn)為,學(xué)物理只要記住實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象和結(jié)論就行了,重要的是能夠運(yùn)用公式解題.所以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程更多是照著老師所述重復(fù)一遍,無需做更多的思考.從以上解惑的過程,可以看出該同學(xué)在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解基礎(chǔ)上能利用牛頓第二定

5、律進(jìn)行分析,從而得到他的觀點(diǎn),就是一種實(shí)驗(yàn)思維能力的體現(xiàn). 因此,讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、真正動(dòng)手和動(dòng)腦.鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并敢于提出問題,教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法處理問題,是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力的有效舉措. 二、對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的培養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力包括按實(shí)驗(yàn)步驟完成操作、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄的表格、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、從誤差角度分析實(shí)驗(yàn)、排除簡(jiǎn)單故障等方面.從近年高考對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查中,可以看出對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)誤差的分析的考查,已成為檢驗(yàn)學(xué)生是否真正動(dòng)手操作過實(shí)驗(yàn)的一種手段. 以下兩圖是某位同學(xué)在進(jìn)行“用單擺測(cè)重力加速度”的分組實(shí)驗(yàn)后上交的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理部分,他采用圖象處理數(shù)據(jù),在橫

6、軸標(biāo)度的選取上分別采用了從零開始(簡(jiǎn)稱“法一”)和從某一值開始(簡(jiǎn)稱“法二”)的兩種不同方法.結(jié)合上網(wǎng)查詢得到的本地重力加速度值g=9.789 m/s2,他對(duì)兩種方法得到的結(jié)果與當(dāng)初設(shè)想的不吻合提出了疑問: 從t2=42gl這一函數(shù)關(guān)系出發(fā),“法一”通過建坐標(biāo)、描點(diǎn)、連線,進(jìn)而分析數(shù)據(jù)得到結(jié)果.發(fā)現(xiàn)此方法描出的點(diǎn)較集中于某塊小區(qū)域,理論上容易由于連線的偏差導(dǎo)致結(jié)果有較大的誤差.“法二”通過橫軸標(biāo)度的調(diào)整,讓所描出的4個(gè)點(diǎn)分布較廣.達(dá)到充分利用坐標(biāo)紙的目的,從理論上看對(duì)減小誤差是有幫助的.但兩種方法得到的結(jié)果卻是“法一”的誤差更小.為什么呢? 我提醒他注意結(jié)合“法一”的坐標(biāo)原點(diǎn),對(duì)比“法二”中所

7、描點(diǎn)更分散的特點(diǎn)進(jìn)行思考.“法一”雖然所描點(diǎn)相對(duì)密集,但由于有坐標(biāo)原點(diǎn)充當(dāng)了第5個(gè)點(diǎn),而且是相距較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn),對(duì)滿足“讓盡量多的點(diǎn)落在線上”這一原則起到了較好的作用.而“法二”雖然4個(gè)點(diǎn)能夠占滿較大的坐標(biāo)紙空間,卻由于只有4個(gè)點(diǎn),容易在連線上產(chǎn)生偏差而導(dǎo)致更大的誤差.可以看出,此實(shí)驗(yàn)中采用“法一”的方法更有利于減小誤差.但縱觀兩種方法可以看出,采用圖象處理數(shù)據(jù)對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差的效果是明顯的,因?yàn)榧词故恰胺ǘ钡玫降慕Y(jié)果與真實(shí)值相比偏差也較小. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出:“重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高,使學(xué)生能正確使用高中物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的儀器和工具,獲得較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)信息.學(xué)生把實(shí)驗(yàn)獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論,只動(dòng)腦不動(dòng)手和只動(dòng)手不動(dòng)腦都是不正確的.”該同學(xué)通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn),既嘗試了不同的數(shù)據(jù)處理方法,又從中提高了對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的認(rèn)識(shí).因此,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,不單純是動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)器材、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程.學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的處理和誤差分析能力,需要在實(shí)驗(yàn)操作的不斷總結(jié)和改進(jìn)過程中得以提高. 參考文獻(xiàn): 1中華人民共和國教育部普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))j.人民教育出版社,2011(7):51. 2教育部考試中心,20

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