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笔者以分析实验过程的设计思路,意在引发教师在实验教学过程中注重实验思路的分析、知识的迁移和归类.从而能够降低实验设计对学生的难度,提高学生实验设计和知识的迁移能力.
实验教学是物理课程教学中的重点内容,也是学生学习过程中难点所在.“利用所学的实验知识进行迁移、变形去分析解决新的问题”,是物理教学的较高层目标,更是学生认知过程中难以跨越的鸿沟.这直接导致在初中物理测试过程中,实验的设计的最大失分点之一.而义务教育物理课程标准明确要求,“让学生通过学习和探究、掌握物理学的基础知识和基本技能,并将其应用于实践”.学习的困难性与新课程要求的明确性就导致教师在实验教学上会有很大的侧重,同时在学生知识的巩固过程中也会有所强化.这样的模式下,不但多少增加了学生作业负担,而且也导致了学生只能做固定背景下的题型.针对新的应用实践等问题,学生依旧是束手无策.因此,分析教与学过程中的问题,主要是教师对单个的实验有完整的分析和探究过程.而对不同的实验,教师缺乏设计思路的分析、对比、知识的迁移和归类的过程.本文以“密度的测量”和“电阻的测量”为例,谈谈实验设计的对比和知识的迁移过程.与同行共飨.
基础知识 “用天平和量筒测量待测物体橡皮泥的密度ρx”和“用电压表和电流表测量待测电阻的阻值Rx”
分析 对于该情景下的测量性实验,属于基本实验、基础知识.学生比较容易解决问题.分别利用实验设计的基本原理“ρ=mV”和“R=UI”即可解决.本实验是知识迁移的起点,若将实验的设备稍作调整,对学生思维的要求会上一个新的台阶.
案例1 “用天平、烧杯和水测量待测物体橡皮泥的密度ρx”和“用电压表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”.
分析 前一个测密度ρx的实验中缺少量筒,导致实验中遇到的困难是无法直接测量待测物体的体积Vx,这时需要教师引导学生分析待测物体体积Vx的转换测量方法:分析已知条件是可测物理量“质量”和“密度已知的物质水”,未知条件是待测物体橡皮泥的体积Vx.建立已知和未知的联系,待测物体橡皮泥的体积Vx过渡为测量适量水的体积V水,V水的测量可以利用公式V水=m水ρ水,这样,未知量橡皮泥的体积Vx转化为适量水的质量m水测量.该转换的前提是控制做到待测物体橡皮泥的体积Vx=V水.我们只要通过“排水法”或“补水法”即可实现该前提.这样学生在老师的分析引导下,即可完成实验过程的分析和设计.在新授课过程中,如果侧重该过程的分析,那么在后一个实验“用电压表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”中,教师就能够比较容易引导学生作出以下分析了.缺少电流表,导致实验中遇到的困难是无法直接测量通过待测电阻Rx的电流Ix,这时引导学生分析通过待测电阻Rx的电流Ix的转换测量方法:分析已知条件是可测物理量“电压U”和“定值电阻R0”,未知条件是通过待测电阻Rx的电流Ix.建立已知和未知的联系是:通过通过待测电阻的电流Ix过渡为通过定值电阻的电流I0,I0的测量可以利用公式I0=U0R0,这样,未知量通过待测电阻的电流Ix转化为定值电阻的电压U0的测量.该转换的前提是控制通过待测电阻的电流Ix等于通过定值电阻的电流I0即Ix=I0.我们只要通过“待测电阻Rx和定值电阻R0串联的方式”即可实现该前提.
本实验中类似的知识迁移如案例2,可以及时巩固提高学生对所学知识的应用、迁移、思维的发展能力.
案例2 “用量筒、烧杯和水测量橡皮泥的密度ρx”和“用电流表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”.
分析 本组实验设计过程的生成是以学生自主完成为主,教师引导为辅.有了上述的对比分析作为前提,这样发散性的实验设计,学生应该能够自己解决了.同样变换了情景的新题型、新问题,学生就有了实验归类、分析和迁移的思维习惯.过程分析设计:前一个实验中缺少天平,无法直接测量待测物体橡皮泥的质量mx,待测物体橡皮泥的质量mx过渡为橡皮泥的重力Gx,橡皮泥的重力Gx转化为其漂浮时排开水的重力G水,利用漂浮条件和阿基米德原理Gx=F浮=G排水=ρ水gV排水,这样,待测物体橡皮泥的质量mx就转化为其漂浮时排开水的体积V排水的测量.该转换的前提是控制待测物体橡皮泥漂浮,其Gx=F浮.只要通过橡皮泥做空心的方法即可实现该前提(非橡皮泥也可以通过将待测物体放在容器中的方法,让容器和待测物体一起漂浮在水面的方法,实现其漂浮的状态).后一个实验“用电流表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”中,结合上述的分析、知识迁移和思维训练,那就更顺理成章了.缺少电压表,无法直接测量待测电阻Rx两端的电压Ux,待测电阻Rx两端的电压Ux过渡为定值电阻R0两端的电压U0,U0的测量可以利用公式U0=I0R0,这样,未知量待测电阻Rx两端的电压Ux转化为通过定值电阻R0的电流I0的测量.该转换的前提是控制待测电阻Rx两端的电压Ux等于定值电阻R0两端的电压U0,即Ux=U0.我们只要通过“待测电阻Rx和定值电阻R0并联的方式”即可实现该前提.
经过这样的实验过程设计对比分析、知识的迁移归类,两个看似独立的较为困难的实验可以归结到一种类型,降低了学生对知识掌握的难度,增加了学生对比学习的能力,改善了学生知识迁移的思维方法,培养了学生的思维习惯.教师在教学过程中注重实验的分类、实验的比较和知识的迁移,不仅降低了教学的难度,也有利于新课标中要求的“将基础知识和基本技能应用于实践,解决新问题”目标的落实.
实验教学是物理课程教学中的重点内容,也是学生学习过程中难点所在.“利用所学的实验知识进行迁移、变形去分析解决新的问题”,是物理教学的较高层目标,更是学生认知过程中难以跨越的鸿沟.这直接导致在初中物理测试过程中,实验的设计的最大失分点之一.而义务教育物理课程标准明确要求,“让学生通过学习和探究、掌握物理学的基础知识和基本技能,并将其应用于实践”.学习的困难性与新课程要求的明确性就导致教师在实验教学上会有很大的侧重,同时在学生知识的巩固过程中也会有所强化.这样的模式下,不但多少增加了学生作业负担,而且也导致了学生只能做固定背景下的题型.针对新的应用实践等问题,学生依旧是束手无策.因此,分析教与学过程中的问题,主要是教师对单个的实验有完整的分析和探究过程.而对不同的实验,教师缺乏设计思路的分析、对比、知识的迁移和归类的过程.本文以“密度的测量”和“电阻的测量”为例,谈谈实验设计的对比和知识的迁移过程.与同行共飨.
基础知识 “用天平和量筒测量待测物体橡皮泥的密度ρx”和“用电压表和电流表测量待测电阻的阻值Rx”
分析 对于该情景下的测量性实验,属于基本实验、基础知识.学生比较容易解决问题.分别利用实验设计的基本原理“ρ=mV”和“R=UI”即可解决.本实验是知识迁移的起点,若将实验的设备稍作调整,对学生思维的要求会上一个新的台阶.
案例1 “用天平、烧杯和水测量待测物体橡皮泥的密度ρx”和“用电压表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”.
分析 前一个测密度ρx的实验中缺少量筒,导致实验中遇到的困难是无法直接测量待测物体的体积Vx,这时需要教师引导学生分析待测物体体积Vx的转换测量方法:分析已知条件是可测物理量“质量”和“密度已知的物质水”,未知条件是待测物体橡皮泥的体积Vx.建立已知和未知的联系,待测物体橡皮泥的体积Vx过渡为测量适量水的体积V水,V水的测量可以利用公式V水=m水ρ水,这样,未知量橡皮泥的体积Vx转化为适量水的质量m水测量.该转换的前提是控制做到待测物体橡皮泥的体积Vx=V水.我们只要通过“排水法”或“补水法”即可实现该前提.这样学生在老师的分析引导下,即可完成实验过程的分析和设计.在新授课过程中,如果侧重该过程的分析,那么在后一个实验“用电压表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”中,教师就能够比较容易引导学生作出以下分析了.缺少电流表,导致实验中遇到的困难是无法直接测量通过待测电阻Rx的电流Ix,这时引导学生分析通过待测电阻Rx的电流Ix的转换测量方法:分析已知条件是可测物理量“电压U”和“定值电阻R0”,未知条件是通过待测电阻Rx的电流Ix.建立已知和未知的联系是:通过通过待测电阻的电流Ix过渡为通过定值电阻的电流I0,I0的测量可以利用公式I0=U0R0,这样,未知量通过待测电阻的电流Ix转化为定值电阻的电压U0的测量.该转换的前提是控制通过待测电阻的电流Ix等于通过定值电阻的电流I0即Ix=I0.我们只要通过“待测电阻Rx和定值电阻R0串联的方式”即可实现该前提.
本实验中类似的知识迁移如案例2,可以及时巩固提高学生对所学知识的应用、迁移、思维的发展能力.
案例2 “用量筒、烧杯和水测量橡皮泥的密度ρx”和“用电流表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”.
分析 本组实验设计过程的生成是以学生自主完成为主,教师引导为辅.有了上述的对比分析作为前提,这样发散性的实验设计,学生应该能够自己解决了.同样变换了情景的新题型、新问题,学生就有了实验归类、分析和迁移的思维习惯.过程分析设计:前一个实验中缺少天平,无法直接测量待测物体橡皮泥的质量mx,待测物体橡皮泥的质量mx过渡为橡皮泥的重力Gx,橡皮泥的重力Gx转化为其漂浮时排开水的重力G水,利用漂浮条件和阿基米德原理Gx=F浮=G排水=ρ水gV排水,这样,待测物体橡皮泥的质量mx就转化为其漂浮时排开水的体积V排水的测量.该转换的前提是控制待测物体橡皮泥漂浮,其Gx=F浮.只要通过橡皮泥做空心的方法即可实现该前提(非橡皮泥也可以通过将待测物体放在容器中的方法,让容器和待测物体一起漂浮在水面的方法,实现其漂浮的状态).后一个实验“用电流表、已知阻值的电阻R0和开关测量待测电阻的阻值Rx”中,结合上述的分析、知识迁移和思维训练,那就更顺理成章了.缺少电压表,无法直接测量待测电阻Rx两端的电压Ux,待测电阻Rx两端的电压Ux过渡为定值电阻R0两端的电压U0,U0的测量可以利用公式U0=I0R0,这样,未知量待测电阻Rx两端的电压Ux转化为通过定值电阻R0的电流I0的测量.该转换的前提是控制待测电阻Rx两端的电压Ux等于定值电阻R0两端的电压U0,即Ux=U0.我们只要通过“待测电阻Rx和定值电阻R0并联的方式”即可实现该前提.
经过这样的实验过程设计对比分析、知识的迁移归类,两个看似独立的较为困难的实验可以归结到一种类型,降低了学生对知识掌握的难度,增加了学生对比学习的能力,改善了学生知识迁移的思维方法,培养了学生的思维习惯.教师在教学过程中注重实验的分类、实验的比较和知识的迁移,不仅降低了教学的难度,也有利于新课标中要求的“将基础知识和基本技能应用于实践,解决新问题”目标的落实.