淺談物理實驗教學中觀察能力的培養(yǎng)

摘要觀察能力的培養(yǎng)在中學物理教學中具有十分重要的意義，其不僅包括可觀察物理的直觀現(xiàn)象：如圖像、圖像、實物等，還包括自然現(xiàn)象，如生產(chǎn)、環(huán)境等。這些都是學生在課堂教學中獲取感性認識的出發(fā)點，同時也有助于學生的開放性觀察。本文針對觀察能力在物理實驗教學中的培養(yǎng)方式進行深入的研究，旨在提高我國中學生的物理實驗觀察能力。摘要在物理教學中對學生觀察能力的培養(yǎng)包括素質(zhì)的培養(yǎng)和技巧的訓練。作者結(jié)合新課標的要求對在初中物理實驗教學中如何培養(yǎng)學生的實驗能力提出具體措施并加以實踐。關(guān)鍵詞初中物理實驗教學觀察能力提問意識在物理教學中培養(yǎng)學生的觀察能力是其中的重要組成部分也是培養(yǎng)學生良好心理品質(zhì)所必須的。那么如何在初中物理實驗教學中培養(yǎng)學生良好的觀察能力呢一、對學生觀察能力的培養(yǎng)包括素質(zhì)的培養(yǎng)和技巧的訓練觀察作為一種物理學習能力對于物理學習具有重要的作用同時觀察也是一種重要的研究手段。物理學發(fā)展史上不乏由于細心觀察與思考而引發(fā)重大發(fā)現(xiàn)的例子。伽利略由于觀察研究吊燈擺動而發(fā)現(xiàn)了單擺振動的規(guī)律奧斯特因細心觀察而發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)……物理教師要重視對物理學發(fā)展史上成功觀察事例的介紹同時要經(jīng)常結(jié)合教學內(nèi)容說明認真細致的觀察在知識學習及科學發(fā)明和發(fā)現(xiàn)中的作用教育學生要做觀察的有心人激勵他們觀察的主動性。1.對學生觀察素質(zhì)的培養(yǎng)。首先要使學生能根據(jù)物理教學要求自行設(shè)計實驗觀察內(nèi)容確定觀察工具掌握必備知識。俗話說“內(nèi)行看門道外行看熱鬧?！崩缭谧鏊序v的實驗時可讓學生先提出自己的見解再引導學生比較水沸騰前與沸騰時的區(qū)別這樣觀察會更清楚。事實證明用這種方法可以讓學生更清楚地觀察水沸騰的過程總結(jié)規(guī)律。更重要的是這樣做可以極大地提高學生的學習主動性和物理實驗觀察素質(zhì)。其次培養(yǎng)學生不怕挫折、鍥而不舍的精神。在實驗觀察時往往不是一次就能獲得觀察結(jié)果的總會遇到一些偶然事故。例如學生在進行“伏安法測電阻”等電學實驗時常常會碰到電鍵合上后電表的指針不動、電燈不亮等故障。這時指導老師不要馬上去幫助檢查線路排除故障應(yīng)該鼓勵學生自己檢查原因、解決問題一次不行再來一次絕不氣餒直到圓滿完成觀察任務(wù)為止。再次要培養(yǎng)學生實事求是、謙虛嚴謹?shù)淖黠L。在實驗觀察時要尊重事實正確反映事實嚴格按客觀性原則得出觀察結(jié)論。一旦發(fā)現(xiàn)與事實不符的地方應(yīng)毫不猶豫地拋棄錯誤觀點。絕不允許假造觀察材料和實驗數(shù)據(jù)。最后應(yīng)培養(yǎng)學生在觀察中積極思維的習慣觀察時盡量擺脫已有觀念的束縛使學生的思維有較大的自由度鼓勵學生善疑多問勤于思索這樣才有可能在將來的觀察實踐中探索、發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和規(guī)律。2.對學生進行觀察技巧的訓練。在物理教學中要教給學生系統(tǒng)的觀察技巧主要有這幾方1對物理現(xiàn)象與物體外部形態(tài)關(guān)系的觀察2對物理現(xiàn)象與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的觀察3對物理現(xiàn)象與物體動態(tài)關(guān)系的觀察觀察事物的特征和運動發(fā)展變化的規(guī)律。按照實驗觀察的目的性原則首先應(yīng)做好實驗觀察設(shè)計明確觀察對象觀察步驟和方法。例如在探究歐姆定律的實驗中第一步先定性觀察電阻變化或電壓變化都能引起的電流變化第二步固定電阻定量觀察電壓變化對電流的影響第三步固定電壓定量觀察電阻變化對電流的影響。這樣可以使學生事先心中有數(shù)。其次應(yīng)要求學生熟悉觀察儀器的性能、工作條件、準確性和精密度等。例如要求學生知道所用的滑動變阻器的最大允許電流電壓表、電流表的量程、最小刻度天平的稱量和感量等等掌握儀器的使用方法和注意點。這樣才能讓學生較自由地、最大限度地使用這些觀察儀器。對一些不易直接觀察的實驗信息可借助攝像機、計算機等新教學媒體把實驗信息進行放大或減慢等技術(shù)處理便于更清楚地進行觀察。老師還應(yīng)有意識地要求學生自己制作簡單的觀察儀器如用罐頭盒制作小孔成像觀察儀用小鏡子和硬紙制作潛望鏡等等這樣既能使學生通過自制儀器進行實驗觀察又能培養(yǎng)學生自制觀察儀器的意識和動手能力。最后應(yīng)要求做好觀察記錄及對記錄進行認真的處理、分析。除了對觀察結(jié)果應(yīng)準確、客觀地記錄外對觀察日期、地點、儀器性能等都要有完整的記錄對觀察記錄應(yīng)進行認真的數(shù)據(jù)計算或圖像處理對結(jié)果進行誤差分析對本次實驗觀察給予較完整、確當?shù)脑u價。二、充分發(fā)揮教師的指導作用培養(yǎng)學生的觀察能力教師的指導是一個重要因素。恰當而適時地指導將會對學生的觀察起到積極的引導點撥作用。教師在指導學生觀察時還要注意引導學生開動腦筋、積極思考。1.轉(zhuǎn)換法。一些比較抽象的看不見、摸不著的物質(zhì)的微觀現(xiàn)象要研究它們的運動等規(guī)律使之轉(zhuǎn)化為學生熟知的看得見、摸得著的宏觀現(xiàn)象來認識它們。這種方法在科學上叫做“轉(zhuǎn)換法”。如空氣看不見、摸不到我們可以根據(jù)空氣流動風所產(chǎn)生的作用來認識它分子看不見、摸不到不好研究可以通過研究墨水的擴散現(xiàn)象去認識它。2.控制變量法。在物理學研究中常用控制變量法。所謂控制變量法就是在研究和解決問題的過程中對影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制使其中的一些條件按照特定的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化最終解決所研究的問題。如為了研究導體的電阻大小與哪些因素有關(guān)控制導體的長度和材料不變研究導體電阻與橫截面積的關(guān)系為了研究滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)在保證壓力相同時研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系。3.理想化物理模型。在求大氣壓時在某一位置取一個液面研究該液面所受到的壓強和壓力就是將問題簡化利用理想化模型法。4.放大法。在有些實驗中實驗的現(xiàn)象我們是能看到的但是不容易觀察?？蓪a(chǎn)生的效果進行放大再進行研究。比如音叉的振動很不容易觀察可以利用小泡沫球?qū)⑵洮F(xiàn)象放大。觀察壓力對玻璃瓶的作用效果時可以將玻璃瓶密閉裝水插上一個小玻璃管將玻璃瓶的形變引起的液面變化放大成小玻璃管液面的變化。物理發(fā)展史上因觀察不細致或觀察未與思維結(jié)合而導致與重大科學發(fā)現(xiàn)失之交臂的事例不勝枚舉。教師可用這些事例結(jié)合觀察練習對學生進行觀察品質(zhì)的教育。三、給學生提供盡量多的觀察機會要使學生遵照實驗觀察原則提高觀察能力和素質(zhì)不是一朝一夕能完成的而要經(jīng)過長期的、系統(tǒng)的培養(yǎng)和訓練。在教學中培養(yǎng)學生的觀察能力主要是通過演示實驗和分組實驗。此外物理學研究對象的廣泛性使得教師可以在日常生活、生產(chǎn)活動中找到可供觀察的實例引導學生去觀察和思考。由于這種觀察活動的對象是學生日常生活中常見的物理物理實驗教學中如何培養(yǎng)學生的觀察能力觀察是研究自然科學的最基本的方法。人們認識自然，總是從觀察開始。“觀”，是動用一切感覺器官去接受各種信息，包括耳聞、目睹、手摸、鼻嗅、舌嘗?！安臁?，就是考察，了解事物，是用腦積極思考、分析。因此觀察不僅要會“觀”，還要會“察”，才能有所收獲。物理學是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的學科，通過觀察現(xiàn)象和各種實驗活動，對激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生科學的思維方法和實事求是的科學態(tài)度等科學素質(zhì)都具有特別重要的意義。人從外界所接受的信息，90％以上是通過觀察獲得的。沒有敏稅的觀察力，就不會有靈敏的思維力，豐富的現(xiàn)象力和良好的記憶力，當然也不會有完整的再現(xiàn)能力。觀察是獲得知識的最基本途徑，也是最基本的環(huán)節(jié)，更是思維的基礎(chǔ)。俄國著名的科學家門捷列夫曾經(jīng)說過；“科學的原理起源于實驗的世界和觀察的領(lǐng)域，觀察是第一步，沒有觀察就不會有接履而來的前進”，“觀察、觀察、再觀察”曾作為巴甫洛夫的座右銘被寫在實驗室的墻壁上。任何實驗都離不開觀察，物理實驗更是如此。通過觀察獲取的實驗現(xiàn)象能激發(fā)學生的興趣，啟迪學生求知的欲望，從而提高學生的智力和能力，所以觀察能力的培養(yǎng)與提高是整個實驗教學中能力培養(yǎng)和提高的首要前提。學生觀察能力的培養(yǎng)不是自發(fā)形成的，要靠教師的誘導，啟迪。一、培養(yǎng)學生觀察興趣，明確觀察的重要性青少年學習動機中最活躍的成分是興趣，它能很好地推動學生主動地去學習知識，研究探索。興趣的培養(yǎng)不僅能轉(zhuǎn)化為學習的動力，而且也能促進智能的發(fā)展，以提高學習質(zhì)量和形成良好的個性品質(zhì)。因此在提倡素質(zhì)教育的今天，激發(fā)和培養(yǎng)學生學習物理的興趣是現(xiàn)代教學中一個不容忽視的課題。在觀察活動開始時，往往帶有一種極強的誘惑感和好奇心，喜新奇，好熱鬧，而這種好奇心正是興趣愛好的原動力。但僅憑好奇心是不夠的，是無法觀察好物理實驗活動的。教師在教學中，必須抓住學生“好奇心”這種心理特征，變好奇心為觀察興趣，進而轉(zhuǎn)化為求知欲望。為了提高學生的觀察興趣，明確觀察的重要性，可以給學生講中外科學家的故事，介紹自然界中各種奇異的現(xiàn)象，做有趣的科學實驗等，在學生剛接觸實驗課時，我就給大家介紹了從蘋果落地的啟示中，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律；從水壺中的蒸汽不停沖擊水壺蓋的觀察中，瓦特發(fā)明了蒸汽機。十六世紀，年僅十八歲的伽利略從吊燈的擺動現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)吊燈向兩邊擺動的幅度雖然逐漸減小，但是每擺動一個來回的時間都相等。伽利略利用單擺的等時性原理制造了很多醫(yī)用測脈器。科學家們正是從這些最簡單的最微不足道的物理現(xiàn)象的觀察中，作出了震撼世界的發(fā)明和創(chuàng)造，由此大大激發(fā)學生的觀察興趣，更加懂得觀察的重要性。二、指導學生制訂周密的觀察計劃在物理實驗中，要從物理現(xiàn)象中獲得關(guān)于物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化等方面的感性認識，必須有周密的觀察計劃，沒有周密觀察計劃就沒有科學的觀察順序，造成顧此失彼，觀察不夠全面，不得要領(lǐng)。學生在開始觀察時，往往會感到不著邊際，無從下手。因此，要指導學生制訂周密的觀察計劃，確定好觀察對象，擬訂出常規(guī)觀察項目和特殊觀察項目，明確觀察要點。否則，紛繁多變的物理現(xiàn)象瞬間消逝，如同過眼煙云，在物理實驗中培養(yǎng)學生的觀察素質(zhì)也就會成為一句空話。如觀察水的沸騰實驗，就可制訂如下觀察計劃。觀察步驟觀察內(nèi)容觀察重點1、水開始加熱杯底和杯壁上出現(xiàn)許多小氣泡，小氣泡從無到有杯底和杯壁小氣泡變化2、水沸騰前小氣泡脫離杯底和杯壁形成新氣泡，氣泡上升到水的上層較冷水層時，遇冷液化成水。氣泡由小變大，由大變小直液化成水3、水沸騰時隨著溫度升高，氣泡逐漸變大，直至液面破裂，放出水蒸氣。氣泡破裂和水蒸氣形成三、引導學生明確觀察目標每一物理實驗都有其明確的實驗目標，明確的實驗目標要求實驗者必須有明確的觀察目標和觀察重點。學生在開始實驗時，往往只憑一般的興趣和愛好，在觀察時注意力不集中，觀察目標不明確，分不清重點，帶有很大的盲目性和偏面性，有的以局部代替整體，有的放過一些稍縱即逝的重要現(xiàn)象，對多種并存的現(xiàn)象，不能抓住本質(zhì)現(xiàn)象。因此，在實驗教學中，教師要善于引導學生明確觀察目標，對一些關(guān)鍵性的重要的以及不易觀察的對象和項目進行重點觀察。物理實驗目標包括：1．行為目標，是對學生在完成每一項預定的實驗項目以后能夠“做什么”的敘述。在確定行為目標時，通常使用的是：說出、寫出、分辨、比較、設(shè)計、說明等這樣一些表示學生的一種內(nèi)在能力而可用外在行為表現(xiàn)出來的操作性詞語。如：說出用天平、量筒測定小于水的固體物質(zhì)密度的方法和步驟等。在制定行為目標時，要指出完成行為的有關(guān)條件，如所用時間使用器材等。2．動作技能目標：是指對學生進行實驗時的操作和動作表現(xiàn)的要求。通常常包括以下幾項：①口述儀器各部分名稱及作用；②復誦儀器操作要領(lǐng)；③正確快速裝置儀器；④正確迅速操作儀器并取得實驗數(shù)據(jù)；⑤連貫地操作、準確的動作，多種動作的協(xié)調(diào)操作；⑤迅速有效地修理儀器，迅速排除實驗故障；①改進實驗裝置，創(chuàng)造新的實驗方法等。以上項目應(yīng)根據(jù)不同年級，不同年齡的學生特點按不同層次提出。3．單項實驗目標：是針對某一個實驗而制定的更具體的目標，這種單項實驗目標應(yīng)該與物理實驗教學目的要求一致，既不能過高，也不能降低。四、教給學生科學的觀察方法在物理實驗教學中，除了培養(yǎng)學生觀察興趣，幫助學生制訂觀察計劃，以及明確觀察目標外，教師還必須教給學生進行觀察的具體方法。筆者從教學實踐中，摸索出以下幾種方法：物距像的性質(zhì)像距應(yīng)用物距+像距u>2f倒立縮小實像f照相機u+V>4fu＝2f倒立等大實像V＝2f／u+V＝4ff倒立放大實像V>2f幻燈機u+V>4fu＝f不成像／／／u正立放大虛像V>u放大鏡1、比較觀察法，比較就是在觀察中區(qū)分客體，確定客體的異同，從而促進思維活動。由于事物與事物之間，現(xiàn)象與現(xiàn)象之間總是既有聯(lián)系又有差別，因此總有可比之處。教師在教學過程中，要注意將物理現(xiàn)象分析比較，要善于在相同事物和現(xiàn)象中，通過比較找出它們之間的不同點；在不同事物和現(xiàn)象中，通過比較找出它們之間的相同點。如觀察用電流表測電流，用電壓表測電壓，比較兩表的構(gòu)造，最小刻度及實驗操作的異同點。又如觀察直流電動機和直流發(fā)電機的構(gòu)造、工作原理、能量的轉(zhuǎn)化的相同點和異同點。2、順序觀察法：即先觀察什么，后觀察什么，要按順序觀察，一般的觀察順序為，從上到下，從外到內(nèi)，從前到后，從左到右或從右到左等，應(yīng)按照一定排列順序進行觀察。如測定小燈泡額定功率實驗觀察順序為：①先觀察小燈泡的額定電壓，再確定電源電壓，電源電壓應(yīng)略高于小燈泡的額定電壓；②觀察電流表，電壓表的指針是否指出“零”刻度線及它們的量程和最小刻度；③觀察滑動變阻器的最大電流和最大阻值；④按要求連接電路前電鍵是否斷開，滑動變阻器是否滑在阻值最大位置；⑤電壓表是否并聯(lián)小燈泡兩端，量程是否選得合適；③電流表是否串聯(lián)在電路中，量程是否選得合適；①實驗開始時，閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，重點觀察電壓表示數(shù)，同時觀察電流表示數(shù)。3、分步觀察法：對于一些復雜的物理現(xiàn)象，應(yīng)按照所制定的觀察計劃，引導學生按照一定的實驗步驟，一步一步地仔細觀察，如研究阿基米德定律實驗，即可按以下步驟進行：①在彈簧下面掛上金屬筒，筒下面吊上金屬塊，指出彈簧伸長后指針的位置；②將金屬塊部分浸入水中，再逐步增加浸入體積，觀察彈簧長度的變化和溢出水的多少；③將金屬塊全部侵入溢水杯中的水流入小杯中；④將小杯里的水慢慢倒入小金屬筒里，觀察指針所指的位置。4、整體觀察法：其觀察程序為先由整體到部分，再由部分到整體，即先對整體有一個初步的、一般的、粗略的認識后，再分出對象的各部分，對這些部分細致地觀察，從而對整體對象有一個正確的認識。整體觀察法強調(diào)學生綜合運用眼、耳、手、鼻、舌等各種感覺器官進行觀察，不遺漏重要的“細節(jié)”；在觀察對象的各個部分時注意跟對象整體聯(lián)系，在整體觀點指導下，觀察各個部分時，重點觀察主要部分，但又不放棄對次要部分的觀察如發(fā)電機工作原理，電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗法等5、重點觀察法：即抓住事物本質(zhì)的核心的關(guān)鍵部分或現(xiàn)象進行觀察，培養(yǎng)學生觀察的“選擇性”。引導學生注意收集反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)特點的信息，依據(jù)觀察的目的，區(qū)別哪些是該觀察的，哪些是不必要觀察的。在觀察物質(zhì)時，引導學生根據(jù)觀察提綱確定觀察的重點項目；在觀察裝置時，引導學生根據(jù)觀察的目的確定優(yōu)先觀察核心部分；在觀察實驗操作時，引導學生特別注意對關(guān)鍵性的、重要的、以及不易觀察的操作進行重點觀察；在觀察物理現(xiàn)象和圖表模型時，引導學生觀察能反映事物本質(zhì)的現(xiàn)象或部分，不受無關(guān)現(xiàn)象或部分的干擾。如托里拆利實驗，在大氣壓的作用下使豎直管中水銀柱高出槽中水銀面，管內(nèi)、外水銀面有一定的高度差。則部分學生可能認為：大氣壓強的大小與水銀柱的長度有關(guān)。此時應(yīng)該進一步觀察，當玻璃管傾斜一個角度，管中水銀多了一些，水銀柱長度增加，但水銀柱的豎直高度仍然不變，這表明與管的直立或傾斜無關(guān)。還有的同學可能認為大氣壓的大小與玻璃管的粗細有關(guān)，那就換用兩只內(nèi)徑不同的裝滿水銀的玻璃管重復上述實驗，可觀察到管內(nèi)外水銀面的高度差都是同一個數(shù)值，這表明與管的內(nèi)徑無關(guān)?？梢娺@個現(xiàn)象的本質(zhì)是水銀柱的豎直高度與大氣壓有關(guān)，此實驗表明作用在管外水銀面上的大氣壓強支持著管內(nèi)的水銀柱，這段水銀柱產(chǎn)生的壓強等于大氣壓。6、歸納觀察法；歸納法是在獲得許多個別事物的知識的基礎(chǔ)上，概括出事物的一般原理的方法，是從個別到一般的推理形式和思維方法。這個方法也可以運用到物理實驗觀察中，即從一個個的現(xiàn)象觀察中，先得出一個個結(jié)論，然后歸納出一般的規(guī)律。是一種由特殊到一般的認識過程。如研究凸透鏡成像規(guī)律的實驗，指導學生實驗觀察歸納如下：摘要：物理學是一門以實驗教學為主的學科，在教學中以實驗教學為突破口，通過實驗教學培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力、想象能力和語言表達能力。關(guān)鍵詞：物理教學；實驗教學；觀察能力；動手能力；想象力；語言表達能力物理學是一門以實驗教學為主的學科，物理實驗蘊藏著豐富的物理思想和物理的研究方法，離開實驗就說不上物理，正如學英語需要語言環(huán)境一樣，學物理也必須有實驗環(huán)境。因此，在教學中怎樣以實驗教學為突破口，通過實驗教學培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗能力、動手能力、想象能力和理解能力，是一個很值得探討的物理教改方法。新的初中物理課本編排得內(nèi)容新穎、圖文并茂，各單節(jié)均以實驗為中心，量的制作、演示，探究性實驗，都生動地在課文內(nèi)容中表現(xiàn)出來，這就要求教師要通過實驗教學來培養(yǎng)學生的各種實際操作能力。一、在實驗中培養(yǎng)學生的觀察能力觀察和實驗是學習物理的基本方法，所以觀察是學生學習物理的必備能力之一。教學中通過引導學生有順序，有比較地觀察實驗現(xiàn)象，使學生能從實驗中認識事物，理解概念，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，獲取求真的知識，從而提高學生的觀察能力和解決問題的能力。比如，在“弦采器音調(diào)、音色、響度”一節(jié)教學中，讓學生觀察二胡和瑟琶琴兩種樂器的弦，提出①弦為什么有長短、粗細；②為什么要調(diào)緊調(diào)松。接著在講桌上用尼龍絲或細銅絲用彈片同時改變弦絲長短，粗細，請同學們仔細觀察弦振動的快慢，并注意聽弦發(fā)出的聲音的聲調(diào)。學生觀察后，都能正確答出弦樂器的音調(diào)與弦的長短、粗細、松緊有關(guān)。二、在實驗教學中培養(yǎng)學生的動手能力在教學中，我們做物理實驗主要目的有兩個：一是讓學生掌握物理知識的概念規(guī)律及定律公式等；二是培養(yǎng)學生應(yīng)用所學的物理知識去解決實驗，也就是培養(yǎng)學生的實驗能力和實踐操作能力，特別是第二個目的最為重要。有的學生只是讀死書，應(yīng)付考試，不去動手嘗試實驗操作，這就是要求我們在教學中嚴格按大綱規(guī)定去做好演示實驗和分組實驗。對分組實驗，要充分作好儀器的準備工作，考慮好實驗中將會出現(xiàn)哪些問題。如，在教學實驗測定物質(zhì)的密度中，教學生做測定金屬（木塊）和水的密度，提出：①實驗現(xiàn)象；②實驗器材；③實驗步驟；④實驗記錄和結(jié)果；⑤討論偏差找出原因；⑥最后寫出一份實驗報告。這樣，學生通過自己動手做實驗，充分練習了天平的使用以及量筒的使用方法，更好地培養(yǎng)了學生的實驗能力和解決問題的能力，并且使學生知道學物