基于問題開展高中物理實驗教學

【摘要】實驗是高中物理教學的重要內容，做實驗是學生解開對物理知識的疑惑的重要方式，也是學生提升物理學科核心素養(yǎng)的關鍵路徑。教師在開展物理實驗教學時，應著力調動學生的學習積極性，鼓勵他們深入思考、展示實驗成果，以激發(fā)他們繼續(xù)進行實驗探究的熱情。文章分析了教師如何基于問題開展高中物理實驗教學，以撥動學生思維的弦，讓他們在思考中發(fā)現(xiàn)問題，然后通過實驗解開疑惑、學習知識、發(fā)展能力。【關鍵詞】高中物理；實驗教學；問題導學教師開展物理實驗教學的目的，不僅是讓學生動手，在操作中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、感知物理原理，同時也包括讓他們動腦，從一個實驗聯(lián)想到更多類似的實驗，探究物理現(xiàn)象背后的原理。要讓學生的大腦動起來，教師可以借助問題引導學生深入思考。但提出問題時，教師要注意問題的內容、提問的方式、提問的時間等細節(jié)，以充分發(fā)揮問題的效用，更好地促進學生思維能力提升。一、在情境中提出問題高中物理知識具有較強的抽象性，導致部分學生覺得高中物理難學。為了幫助這部分學生理解物理知識，教師在開展物理實驗教學時，可以先創(chuàng)設一些生動的生活情境，讓學生在情境中分析問題，以激發(fā)學生的學習興趣，同時拉近學生與物理知識的距離。接下來，教師可以提出問題，鼓勵學生通過獨自或者合作完成實驗來探究問題的答案。這樣做能提高學生的學習參與度，也能幫助學生將抽象的物理知識與具體的生活情境聯(lián)系起來［1］。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第一章“運動的描述”第3課“位置變化快慢的描述—速度”時，教師可以設置測量紙帶運動的平均速度和瞬時速度的實驗。教師在組織實驗時，會要求學生用手拉紙帶，使紙帶快速通過打點計時器，由此確定紙帶在一定時間內的位移，再計算紙帶運動的速度。但一部分學生對速度等概念的認識不夠深入，無法理解如何通過打點計時器上的點計算平均速度和瞬時速度，在做實驗時需要教師的悉心指導。為了幫助這部分學生自主完成實驗，教師可以在組織實驗活動前創(chuàng)設生活情境、提出問題，將學生逐步引入實驗，同時讓他們理解相關實驗知識，明確自己應該如何做實驗、如何根據實驗結果計算速度。首先，教師可以引導學生回顧他們在初中階段是怎樣描述物體運動的快慢的。其次，教師可以播放中國田徑運動員蘇炳添的比賽視頻，并提出問題：“大家是否發(fā)現(xiàn)，蘇炳添跑得非?？?！可是，我們說的‘快’，是根據什么來判斷的呢？”接下來，教師可以展示蘇炳添奔跑的慢鏡頭，并展示他的啟動速度等數據。學生會發(fā)現(xiàn)，蘇炳添并不會在每個時刻都保持一樣的速度。教師追問：“大家現(xiàn)在是否想到，自己可以怎樣去描述蘇炳添在整個比賽過程中運動的快慢呢？”在這個問題的引導下，學生開始關注兩個新的概念—平均速度和瞬時速度。最后，在學生明確描述蘇炳添跑步過程的思路后，教師順勢引導學生自主完成測量紙帶運動的平均速度和瞬時速度的實驗。在做這個實驗時，學生可以將打點計時器在紙片上留下的點，看作運動員在某個時刻跑到的位置，至此，他們自然會知道如何通過計算得到紙片運動的平均速度和瞬時速度，并了解這樣計算的原理。在實驗教學中，教師可以創(chuàng)設生活情境并提出問題。這樣做既能夠激發(fā)學生的學習興趣，使他們對即將開始的實驗產生期待，又能夠讓他們結合生活經驗思考實驗的核心知識，提高后續(xù)學習效率。當然，教師在提問時要避免提出難度太大的問題，導致學生無法結合生活情境思考。二、在合作中有效學習在高中物理實驗教學中，讓學生學會合作學習同樣十分重要。在合作完成實驗時，學生可以和同學交流、討論，一同分析實驗流程、實驗注意事項、實驗現(xiàn)象，從而得出科學的結論，提升解決問題的能力。在組織合作完成實驗的活動時，教師也可以適時提出問題，引導學生圍繞問題進行有效的討論與探究，讓學生發(fā)現(xiàn)合作學習的作用。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第二章“勻變速直線運動的研究”第4課“自由落體運動”時，教師可以設置估算學生反應時間的合作實驗。在實驗前，教師可以提出這樣的問題：“某單位招收飛行員時，計劃招收反應時間不超過0.16秒的報名者。你測過自己的反應速度嗎？你覺得自己能當飛行員嗎？”在提出問題后，教師順勢引出實驗要求，并鼓勵學生組成二人小組，一起完成估算反應時間的合作實驗。在做實驗時，一名學生需要捏住直尺的頂端，保持直尺直立不動；另一名學生則需要手張開，放在直尺的零刻度線附近，準備好抓住直尺。捏住直尺的學生放開手后，另一名學生要立即抓住直尺。隨后，兩名學生需要記錄直尺下落的高度，并據此計算抓直尺的學生的反應時間（g取10m/s2）。在學生合作完成實驗前，教師可以提出問題：“為什么這個實驗可以用來估算一個人的反應時間呢？在做實驗時，你們需要注意什么呢？在記錄直尺下落的高度后，你們需要列出什么算式來求反應時間呢？”教師提出的問題既涉及實驗的目的與原理，也涉及實驗的注意事項，還涉及物理公式。在和同學討論上述問題后，學生會明確這個實驗的意義，并扎實掌握相關物理知識。在高中實驗教學中，教師要給學生留出足夠的空間，通過問題引導他們進行交流、討論，并開展自主探究。這樣做可以培養(yǎng)學生的合作意識、合作能力，也能提升學生的探究效果［2］。三、在探究中深化理解在物理實驗教學中，教師可以通過一系列問題引導學生進行探究，讓學生產生更深層次的思考，加深對物理知識的理解［3］。在組織實驗前，教師可以先提出一個引發(fā)學生探究興趣的問題，并鼓勵學生據此展開實驗探究。接下來教師可以根據學生的探究情況提出難度更大的問題，推動學生進行下一步探究。由此，學生可以逐步加深對物理知識的理解，物理課堂也會形成濃厚的探究氛圍。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第三章“相互作用—力”第2課“摩擦力”時，教師可以設置簡單的探究摩擦力性質的實驗。教師先要求學生將手張開放在桌面上，然后嘗試把手向前推。在學生嘗試后，教師提出問題：“大家是否感受到有力在阻礙你的手向前運動？這個力是什么力呢？”在學生明白這個阻礙手運動的力是滑動摩擦力后，教師可以引導學生改變實驗條件，以探究滑動摩擦力的性質。比如教師引導學生在桌面上放一塊玻璃，并將手張開放在玻璃上，再嘗試把手向前推。在學生完成這個實驗后，教師提出問題：“此時，你們感覺自己的手受到的滑動摩擦力發(fā)生了什么變化呢？”在自主探究后，學生自然會發(fā)現(xiàn)，當接觸面變得光滑，自己的手受到的滑動摩擦力將變小。在開展實驗教學時，教師要引導學生主動參與實驗，從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，并嘗試解決問題。這樣做能使學生從被動完成實驗轉變?yōu)橹鲃訁⑴c實驗過程，并驅動學生不斷思考物理現(xiàn)象背后的道理，讓學生不僅學到知識，還有機會鍛煉解決實際問題的能力［4］。四、在反思中提煉問題教師在開展實驗教學時，還要引導學生反思他們在實驗過程中的得與失，并根據自己沒有做好的地方提出問題，分析自己可以如何改進實驗操作、計算方法等。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第二章“勻變速直線運動的研究”第2課“勻變速直線運動的速度與時間的關系”時，教師可以設置利用打點計時器和紙帶測量小車在勻變速直線運動中的速度變化的實驗。在學生完成實驗后，教師可以引導學生回顧實驗過程，分析自己計算實驗數據、得出實驗結論的方法和思路是否存在問題或者能夠改進的地方，并嘗試尋找能夠解決問題或者改進實驗的辦法。反思收集實驗數據的過程后，學生可能會提出這樣的問題：“如何確保打點計時器的打點間隔是均勻的？”反思實驗操作后，學生可能會提出這樣的問題：“我們是否可以找到辦法減小紙帶與打點計時器之間的摩擦力？”在學生提出問題后，教師應當鼓勵學生交流、討論，得出優(yōu)化實驗的辦法，并據此展開進一步探究。讓學生反思實驗過程、提出問題，可以加深學生對實驗操作、相關物理知識的理解。而在討論優(yōu)化實驗的方法時，學生可以與同學交流，產生更濃厚的探究興趣。由此可見，在學生完成實驗后，教師要鼓勵學生反思實驗過程，引導他們更深入地探究物理現(xiàn)象的本質，而不是簡單地完成一次實驗。五、在應用中拓寬視野在學生了解物理實驗的現(xiàn)象后，教師還可以鼓勵學生聯(lián)系實驗現(xiàn)象以及實驗結論去分析生活中的問題，讓學生有機會應用所學知識、拓寬學習視野、發(fā)現(xiàn)物理知識的價值［5］。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第三章“相互作用—力”第4課“力的合成和分解”時，教師可以設置觀察小車在斜面運動情況的實驗。教師可以輔助學生使用硬度較低的塑料墊板搭一個斜面，然后要求學生在斜面上放一個小車。在小車從斜面滑下去之后，學生則需要根據斜面產生的形變來分析小車受到的壓力。在學生完成實驗后，教師提問：“小車在下滑的過程中到底受到什么力呢？為什么斜面產生這樣的形變？”在分析后，學生會明白，小車既受到向下的重力，又受到斜面帶來的摩擦力。接下來，教師引導學生畫出小車受到的力，并據此分析斜面受到的力，讓學生逐步理解合成和分解力的原理與思路。在學生掌握這部分知識后，教師提出拓展問題：“珊珊獨自駕車旅游時，不小心把車開到淤泥里，于是車無法再往前移動。觀察四周后，珊珊發(fā)現(xiàn)道路兩旁有很多大樹，而珊珊的車的后備箱中只有一根足夠長的粗繩，你能出個主意，幫她把汽車拉出淤泥嗎？”應用剛學到的合成和分解力的知識，學生很快便可以解決問題。由此，他們會發(fā)現(xiàn)這部分物理知識的實用性。教師可以在開展實驗教學后，引導學生運用得到的實驗結論分析生活問題，以拓寬學生的學習視野，讓學生獲得學習自信心，從而更有興趣參與實驗探究。六、在評價中推動進步評價環(huán)節(jié)是物理實驗教學的重要環(huán)節(jié)。教師可以采取問題的形式給出評價意見，指出學生的不足之處，并提出有針對性的建議，幫助學生進一步提升。教師在給出評價意見時，還應肯定學生做得好的地方，確保學生能夠接受教師的評價意見，愿意思考教師指出的問題，改進自己沒有做好的地方［6］。為此，教師需要持續(xù)關注學生的實驗過程，以發(fā)現(xiàn)他們存在的不足。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第四章“運動和力的關系”第3課“牛頓第二定律”時，教師可以設置探究牛頓第二定律的實驗。在某學生得出實驗結論后，教師可以根據這名學生的實驗過程提出問題：“你的實驗設置得很聰明，非常有參考價值。不過老師想問問你，你是否記得控制變量呢？如果沒有，我們還能怎么改進實驗步驟呢？”這樣的評價反饋肯定了學生的付出，又指出了學生存在不足的地方，可以激勵學生繼續(xù)進行探究。在學生完成實驗后，教師及時反饋評價意見，