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做实验与探究有什么区别?
作者:罗国忠    文章来源:中国物理课程网    点击数:    更新时间:2006-12-18


探究不一定非要学生亲自动手做,学生亲自动手做的实验也不一定就是探究实验。我国参加第53届国际科学与工程大奖赛的获奖学生郭艳婷赛后说过:“我国传统教育忽视了对学生思维能力、动手能力的综合科学素质的培养,以至于对‘问题提出-假设-实验-结论’的基本研究步骤都模糊不清”。在物理学习上,教育界推崇三句话:听来的忘得快,看到的记得住,动手做学得块。传统教学中的实验大都是验证性实验,知识的呈现方式都是陈述性的。另外,传统教学往往把实验当作激发学生兴趣的一种手段,但其出发点是为知识的教学服务的。其实,科学探究不仅仅是激发学生学习兴趣的手段,更重要的是它本身就是目的,因此,教师要尽可能得让学生有动脑、动手的机会,在传授知识的同时,让学生学到研究问题的基本方法。例如,研究“动能的大小跟哪些因素有关”时,传统教学大都不让学生猜想“动能的大小跟哪些因素有关”,而是把动能大小与物体的质量、运动速度有关的结论直接呈现给学生。但学生从生活经验中总感觉动能与物体的体积大小有关,这种前概念对学生理解“与动能大小有关的因素”会造成干扰,学生对“动能的大小跟体积大小是否有关”仍是含糊不清的。因此教师应为学生创造条件,让学生动手实验,只有让学生亲历了探究过程,他们才能确信“动能的大小与物体的体积无关”,同时他们的实验能力、探究能力也能逐渐提高,还能培养他们不盲从、不迷信权威的科学精神。

案例50:浮力、阿基米德原理教学设计片断

简评:看上去学生都动了手、做了实验,但仔细分析起来,学生的行为实际上是对教师安排的被动回应。例如,在物体的二等分处做一个记号,先将物体的一半浸入水中,再将物体全部浸在水中,读出有关数据;称出物体的一半、全部浸在水中时所排出的水重;将水换成煤油后,重复上述实验。随着教师的安排学生不停地实验,但实际上与真正的探究学习还是有一定差距的。

教学结束后,学生能记住浮力的大小与哪些因素有关的结论,但他们往往对沉在水底的物体是否受浮力、浮力产生的原因等一系列问题还有疑问。比如学生往往认为:浮在水面的物体受到水对它的浮力,所以浮了起来,沉在水底的物体不受浮力;轻的物体受浮力,重的物体不受浮力;密度大的物体不受浮力,密度小的物体受到水的浮力等等。如果学生头脑中的这些问题不解决,他们对浮力的概念还是不能真正建立起来的,对浮力的认识也是模糊的。

案例51:改进后的教学设计

教师演示图1所示的实验。

师:为什么金属块沉在水底,木块浮出水面?

1:木块受到水对它的浮力,所以浮了起来。

2:金属块比木块重,不受浮力。

3:金属块比木块密度大,不受浮力。

4:金属块沉在水底,所以未受到水的浮力。

……

学生探究(探究过程如图2~图6所示

通过图23的实验探究说明第1个猜想正确,木块在水中受浮力。

通过图4的实验探究说明第2个猜想错误。

通过5的实验探究说明了第3个猜想错误。

通过6的实验探究说明第4个猜想错误,金属块在水底也受浮力。

探究表明,无论物体是沉是浮、是轻是重、密度是大是小,在液体中都受到一个向上的浮力。

结论:物理学中把液体对浸在其中的物体的向上的托力叫做浮力。

师:不同物体受到的浮力大小是否相同,浮力的大小与哪些因素有关?

2.浮力的大小与哪些因素有关?

启发学生思考,与浮力相关的因素有受力物体与周围液体,浮力大小可能与受力物体有关,也可能与周围液体有关,学生提出如下猜想:

与受力物体有关的因素:

受力物体的体积;受力物体的形状;受力物体的密度;受力物体浸没在液体中的深度;……

与周围液体有关的因素:

周围液体被排开的体积;周围液体的密度;周围液体的多少;……

(将学生分成若干小组,引导学生用控制变量法分别探究以上问题)

每组学生集体汇报探究结果,物体在液体中受到的浮力大小:

与受力物体的密度无关(测出密度不同,质量相同的铁块与铝块在同一液体中受的浮力)

与受力物体浸没在液体中的深度无关(将同一金属块浸没在同一液体中,测出其在不同深度时受的浮力)

与受力物体的体积大小无关(实验与1相同);与物体排开的液体体积大小有关(用溢水杯实验)。

与周围液体的密度有关(将同一金属块浸没在不同液体中,测出其受到的浮力。)

与周围液体的多少无关(测出同一块金属块浸没在大小不同的盛水容器中受到的浮力。)

与受力物体的形状无关(测出同一块橡皮泥捏成不同形状时在同一液体中受到的浮力。)

师:(进一步质疑)既然浮力的大小与排开的液体体积大小有关、与排开液体的密度有关,能否猜想一下,浮力大小与排开的液体有什么定量关系呢?(学生可能会猜想浮力与排开液体的重力有关。)

3.浮力的大小

(将学生分成若干组,用不同物体、不同液体定量探究浮力的大小。)

各组学生集体汇报探究结果:物体在液体中所受浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力。

评估(各组汇报的结果可能不同,甚至可能有错误,这是正常现象,评估的过程就是帮助学生对实验过程、现象、数据、结论等进行分析、论证,肯定正确、摒弃错误。)

简评:同样的教学内容,但教学方式大不一样。学生不再是被动地按照教师的安排,亦步亦趋地操作,而是在教师的帮助下根据各自的知识和经验,有根据地提出各种猜想,然后针对其中的典型问题进行探究,最后在一个个的问题解决中建构浮力的概念。

案例52:光的直线传播

教学片断1:实验法、讲述法。

师:光源发出的光是怎样传播的呢?下面我们来看实验。

演示实验1:平行光通过充水的玻璃容器,学生看到一束直的光束。

演示实验2:平行光通过玻璃砖,学生看到玻璃中的光也是直的。

师:通过实验,我们清楚地看到,光在同一种均匀物质中是沿直线传播的。实际上,我们在晚上看到的电筒光束、汽车前灯的光束都是直的,这也说明在同一种均匀物质中光是沿直线传播的。

教学片断2:实验讨论法

(教师演示:点燃一支蜡烛,然后用硬纸片挡住光线,使学生看不见烛光。)

师:为什么硬纸片挡住后,你们就看不见烛光了呢?

(学生讨论。)

师:在硬纸片上开个孔,你们看见烛光了吗?

(有的学生说看见了,有的说没有看到。)

师:什么位置的同学才能看到,什么位置的同学看不到呢?

生:(在教师的指点下)烛焰、孔、学生三者在一条直线上时能看到;烛焰、孔、学生三者不在一条直线上时看不到。

师:这一现象说明了光是怎样传播的呢?

生:光是沿直线传播的。

师:很好,下面我们仍用实验看一下光的传播路线。

(教师演示前面的两个演示实验。)

教师总结:光在同一种均匀物质中是沿直线传播的。

(然后学生做插大头针实验:每人一张纸,三枚大头针。先在纸上插两枚大头针,并使第三枚大头针插上时,刚好遮住前两枚,记下三枚针的位置,并连线。)

师:实验结果怎样?

生:三枚针在一条直线上。

师:这是为什么?

(学生思考回答。)

简评:以上两个教学片断都完成了光的直线传播的教学任务,也都进行了课本上的实验,与传统教学方法相比,已有改进,但是否就是探究呢?教学片断1平铺直叙,教材上有什么就讲什么,教材上怎么做就怎么做,未对教材进行挖掘和创造。教学片断2比片断1有所突破,能够对教材进行再创造,增加了引入实验和动手实验,让学生参与到教学之中。但是,始终以“光沿直线传播”这根线牵着学生的鼻子走,不让学生有半点的猜想和疑问。如仅凭“烛焰、孔、学生在同一直线上时能看到;烛焰、孔、学生不在一条直线上时就看不到”就引导学生下结论“光是直线传播的”,比较武断,学生肯定有疑问。若改成让学生猜想“光可能是沿直线传播的”,就比较符合学生的认知心理,有利于学生进一步进行真正的探究活动。

改进后的教学片断3

师:光源发出的光是怎样传播的?下面我们看实验。

演示实验1:平行光通过充水的玻璃容器,学生看到一束直的光束。

演示实验2:平行光通过玻璃砖,学生看到玻璃中的光也是直的。

师:通过实验,我们清楚地看到,光在水、玻璃中是沿直线传播的。实际上,我们在晚上看到的电筒光束、汽车前灯的光束都是直的,我们是否就能说,光在同一种均匀物质中是沿直线传播的?同学们是否还能想出其他的探究方法呢?刚才老师的演示是否还能做其他的改进呢?

(学生猜想、讨论,教师作适当的启发、引导)

学生提出的猜想和问题:

光可能是在某些特殊情况下才沿直线传播的;光可能在同一种物质中沿直线传播;光可能在同一种均匀物质中沿直线传播;光可能任何时候都是沿直线传播的;光在同一不均匀物质中是怎样传播的?光在不同物质中是怎样传播的?……

学生进行探究活动:(根据学生情况可以分组进行)

从不同的角度研究光线在冲水的玻璃容器、玻璃砖中的传播路径;

直接观察光在空气中的传播路径;

将玻璃容器中的水换成其他物质(如让平行光通过充满烟雾的玻璃容器,教师事先可以准备好蚊香备用);

光在同一不均匀物质中的传播路径;

光在不同种物质中的传播路径;

点燃一支蜡烛,高个同学会挡住后排矮个同学的视线,说明光沿直线传播。

学生分组汇报各组探究结果,教师适时点评,并引导学生继续进行探究活动。

师:我们能否用一个实验把蜡烛、高个同学、矮个同学在一直线上这一生活事实再现出来呢?

在前一实验的基础上,教师引导学生合作完成探究实验,把一张纸铺在桌上,将两支笔隔一定距离竖在纸上,使第三支笔竖起来时,刚好遮住前两支笔,记下三纸笔的位置,并连线。

学生讨论分析实验结果:三支笔在一条直线上,说明光在同一种均匀物质中是沿直线传播的。

师:生活中我们是怎样利用“光沿直线传播”这一现象的呢?

生:军训、体育课时要检查队伍是否排齐了,同学们排成纵队后,检查者只要面向纵队,看到第一个同学把其他同学的脸挡住就行了;栽树时,要看一排树是否栽整齐了,用同样的方法也能检查……

简评:改进后的教学与前两种不同的是,在结论几乎要形成时,提出疑问,引起学生强烈的思想撞击,能否凭两个实验就能下结论?光是否沿直线传播?在什么情况下沿直线传播?实验是否只能从一个角度进行?能否从不同的角度进行研究?除了教材上的方法,是否还有其他的实验方法呢?只有让学生充分思考、讨论,并通过探究,把头脑中的疑问排除后,学生才会真正认同、理解“光沿直线传播”。

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