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物理教学论文:试论物理实验教学中的“过程设计”蔡千斌

时间:2011-3-20栏目:物理论文

  试论物理实验教学中的“过程设计”

  蔡千斌
  (浙江大学理学院物理系,浙江杭州310027)
  一、什么是物理实验教学中的“过程设计”
  首先,“过程设计”就是一种教学设计.其次,它更为强调的是重视过程的教学,详细地说,物理实验教学中的“过程设计”就是指在实验教学中教师设计实验的情境或系列的问题,使学生经历问题的探索过程,重蹈科学家关键的设计步骤,体悟实验的设计思想,掌握仪器的使用事项,提升实验结果的分析能力的一种教学设计.
  二、物理实验教学中为什么要进行“过程设计”
  这要从一则教学事例谈起.在“探究感应电流产生的条件”的实验中,实验装置如图1所示.教师教学时对这一“成型实验”的设计未作铺垫,学生并不清楚科学家设计该实验的心路历程.以至于教学中有些学生竟然认为:“这么简单的实验,很容易得出结论呀!法拉第怎么用了十年的时间?他真是太笨了!”可见,教师在已经“成型实验”的教学中有必要还原科学家的心路历程.法拉第在当年先是怎么设计的,后是怎样改进的,以后是怎样突破的,最终又是怎样设计的.别人为什么没有做成功,唯独法拉第做成功了.在充分揭示科学家思维的形成过程中,让学生适时地经历从实验的初始设计到逐步完善的思维过程,这样,学生才能领略到实验设计的精妙所在,也才能感受到法拉第的伟大之处.因此,教师在实验教学中应当注重“过程设计”,
  三、物理实验教学中如何进行“过程设计”
  1.仪器使用的过程设计
  仪器使用的传统教学模式是:结构简介——教师示范——学生模仿.教师先简单介绍仪器的结构、功能,再分步介绍操作步骤,第一步怎样操作,第二步怎样操作,……,要注意不能有什么样的操作,同时做好示范,然后学生照样练习,直至纯熟,这种教学模式丧失了学生的自主性,削弱了学生的探究能力.这样的设计并不可取.仪器使用的“过程设计”能较好地解决这一问题.其设计模式如图2所示.设计的线索是:(1)教学内容;(2)过程设计,其中,过程设计又分为:①学生活动;②过程小结,
  案例:实验:使用多用电表测电阻.采用“仪器使用的过程设计”进行教学时,教师不需强行灌输多用电表的使用方法,学生在活动中即能发现问题、解决问题、总结规律.其过程设计见后页.
  实践表明,这种设计能使教师教得轻松,学生学得愉快,经过动手动脑后获得的知识,对学生来说,其印象也更为深刻.
  
  2.成型实验的过程设计
  本文所讲的成型实验指的是已远离了实验的原型,经历了多次的修改后呈现出来的一个最终完善的电路、一套完整韵仪器、一种完美的实验方案.它经过了多次的打磨,虽则完美,却磨掉了思维演变的痕迹,如果直接呈现出来,学生将无法感受到探索过程的艰难和探索过程的乐趣,理解起来也更为困难.
  案例:用以下器材测量待测电阻见的阻值.待测电阻R阻值约为lOOR电源E,电动势约为6.OV,内阻可忽略不计;电流表Ai,量程为0~50mA,内电阻ri=20Q,;电流表A2,量程为0—300mA,内电阻r2约为4Q;定值电阻风,阻值Ra-20Q;滑动变阻器R,最大阻值为10Q;单刀单掷开关5,导线若干.
  (1)测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3,且要求尽量多测量几组数据,试画出测量电阻R,的实验电路原理图(原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注).
  (2)若某次测量中电流表Ai的示数为,电流表A2的示数为,2.则由已知量和测量量计R,的表达式为Rx=________.
  这是本校一道高三复习的测试题.它难倒了一大批学生.试题讲评时,教师直接呈现正确的实验电路,然后做一扼要的解释,结果,很多数学生直呼:“太神奇了!”他们觉得自己是很难想出这种设计方案来的.究其原因,该设计脱离了学生的思维实际,难以引起学生的共鸣.明显有曲高和寡的感觉.如何解决这一问题?“成型实验的过程设计”不失为一种好的方式,其操作模式如图3所示.据此,过程设计如下.
  
  第一步,构画原型,根据问题情境,要测电阻Rx的阻值,明确实验的原型是伏安法测电阻的电路,题中“要求尽可能多测几组数据”,可知滑动变阻器的连接方式为“分压式”接法,由此,构画出实验的原型电路,如图4(a)、(b)所示
  
  第二步,构画实验设计1.题中提供的是2个电流表而无电压表.故需造一个电压表.已知内阻的电流表Ai串联一个定值电阻Ro可当电压表用.如图5所示,其中图5中虚线框内Ro、Ai的组合相当于一个电压表.
  验如图7中的(a)、(b)、(c)、(d)所示Ⅲ,根据实验,在表1、表2中填人实验现象.此时,A2未达1/3满偏.故此电路尚不符合题意.
  第三步,构画实验设计2.设计依据:已知通过电流值的定值电阻也可当电压表用.设计实验如图6所示.其中,图6中虚线框内的风就相当于一个电压表。
  由此确定图6为所求的实验电路图,
  按照“成型实验的过程设计”分三步进行教学,学生觉得根据这一方法自己也应该会设计所要求解的电路,也并不觉得这样的实验设计有什么高深之处.在这里,凭借一个实验原型,根据问题的情境,适当地加以修正,所求实验电路就能水到渠成,通过这样的设计过程,学生在实验设计上就有思路可循,能轻松地掌握实验设计的方法.
  3.实验现象分析的过程设计
  许多时候,实验现象非常精彩,可惜由于过程分析不得法,学生无法深入思考,教师只能匆匆地给出结论.表面上课堂教学变得顺畅了,实际上学生的思维却未能很好地得到训练,教学中留下了很多的遗憾.要尽量减少这类遗憾的发生,教师应做好实验现象分析的过程设计.
  比如,楞次定律的教学.研究感应电流方向的实验如图7中的(a)、(b)、(c)、(d)所示Ⅲ,根据实验,在表1、表2中填人实验现象.
  
  分析:由表1知,(a)(b)中线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反,由表2知,(c)(d)中线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同.结论:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.以上教学,虽然思路流畅,但是要判断感应电流的方向怎么会想到要引入“感应

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