论物理比较实验的教学效果_物理论文

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新一轮课改，范围广、内容多，是建国后历次改革中力度最大的一次，初中物理教学也不例外。人教版物理教学课程标准试验教科书，从过去单纯的强调知识的传承转变为课程三维目标的全面落实。注重理论联系实际——从生活走向物理，从物理走向社会；注重科学探究——强化过程，淡化结果，改革思路十分明朗。

科学探究对学生来讲，不仅是一种学习方式，也是一种学习内容；对教师来讲，科学探究既是教学模式或教学策略，又是一种教学内容。可以说，如何创新实验情境，培养学生的科学探究能力是当前物理课改面临的一个新课题。多年来的课改实践表明：运用物理对比实验，开展探究活动，有利于激发学生学习物理的兴趣，有利于培养学生的科学思维能力和探究能力。这样，既能加强直观教学又能优化探究过程，充分发挥物理实验的教学功能，以期帮助学生建立概念、理解规律、突破难点。下面就对比实验在初中物理教学中的作用谈一些粗浅的看法与体会。

一、利用对比实验激发思维、形成概念

物理学中有许多概念常常借助于物理实验而得出。但从实验现象到物理概念的建立往往跨度很大，因此，如何引导学生对比分析实验现象、形成概念是物理概念教学的出发点。真实、生动、形象、直观的对比实验，不但能赋予学生丰富的物理表象，而且能通过感官的刺激，唤起他们对物理学习的热情及对物理问题的深入思考，从而发展他们的科学思维能力。由于对比实验很适合初中学生学习物理知识，所以教材中有很多物理概念都可以运用这种方法引入。

例如，“短路”的概念。现行人教版初中物理教科书是这样定义的：由于某种原因，电路中不应该相连的两点被直接连在一起的现象，叫做短路。原沪科版初中物理教材定义为：导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路，叫做短路。不论是新教材还是旧教材，若照搬教材做法，直接“杀出”这个概念，无疑使学生较难理解。这是由于学生缺乏直观的感性认识，对物理概念的获得缺少思维活动的表象和支撑点。对此，在短路概念的教学过程中，我们从启发性的对比实验着手引出概念，具体做法如下：首先，可利用如图1所示的对比实验，先断开，闭合，观察实验现象，即：学生可观察到电流表有示数，灯、均发光但均较暗。再闭合，观察实验现象，即：灯正常发光，但灯熄灭，电流表示数变为零。对比两次实验情境，自然引出了“短路”概念。然后进一步利用如图2所示的实验再次进行对比观察，即：灯L原来正常发光，当将开关闭合造成短路时，熔丝“噼”的一声巨响、“火光冲天”、立即熔断。此时此刻，强烈的对比刺激使学生对短路概念的理解更加深刻，并能充分认识到短路的极大危害，增强了安全用电意识，为以后“安全用电”的学习奠定了基础。可见，如此鲜明的对比实验对教学产生的效果是不言而喻的。尽管教师“三言两语”，学生却“一清二楚。”

图1

图2

二、利用对比实验领悟物理规律

物理规律反映的是物理概念之间的相互联系，是物理现象和过程的本质联系在一定条件下必然发生、发展和变化的规律性反映。回顾物理学的发展历程，有几个物理规律不是通过实验来得出的呢？如初中阶段的欧姆定律、光的反射定律、牛顿第一运动定律、杠杆原理、阿基米德原理等。哪一个不是在大量的实验观察的基础上通过比较、分析总结出来的？物理学离不开实验，物理教学也离不开实验，物理实验是连接认识的主体（即学生）和认识客体（物理现象、规律）的纽带。

现代认知理论认为：物理概念、规律的建立首先是对客观世界（客体）的感知，同时，知觉在思维活动的参与下内化为表象，进而通过在思维活动的反复作用才构建起物理概念与规律。因此，让学生真正理解与掌握物理概念与规律主要在于物理表象的建立。对初中学生来讲，有些物理概念和规律所依赖的感性材料，学生在实际生活中往往很少被感知过或从未感知过，甚至还有些感知是错误的。

例如，学生在学习牛顿第一运动定律之前，凭借日常生活经验和直觉已形成“力是产生或维持物体运动的原因”这个错误的前科学概念。学生之所以会产生如此错误认识，是因为他们忽略了物体接触面之间的摩擦作用。因此，探究牛顿第一运动定律的关键是做好对比实验，重点让学生观察感知：小车运动表面粗糙程度的变化和小车运动距离大小的不同。引导学生对比分析小车受到阻力大小和小车速度的改变情况，以期得出：小车所受阻力越小，速度减小得越慢，即：速度的改变越困难。在此基础上进一步提出，如果阻力更小，甚至小到零呢？从而通过“想象实验”推理归纳、得出实验结论：运动的物体在不受任何外力作用的情况下，其运动速度将不会改变，永远做匀速运动，即：物体处于匀速直线运动状态。可见，有步骤地进行对比观察实验，不但增强了学生的体验机会，更重要的是为学生物理规律的构建提供了必要的帮助，使学生原有的错误观念和当前面临的客观事实产生认知冲突，从而导致旧知识结构的解体和新知识结构的形成，通过自主探究、总结得出实验规律。

三、利用对比实验突破教学难点

在初中物理教学中，教学难点的形成往往有三个主要原因：一是学生头脑中原来固有的生活经验与物理事实相悖，给教与学带来一定程度的副作用，如“力是物体运动的原因”这样的思维定势影响学生正确认识“力与运动”的关系；二是教学内容比较抽象，智力稍差一些的学生较难接受与掌握，如“磁场”概念的建立；三是由于受学生现有知识的限制，部分教材编写得“生硬”难懂，如“功与能”的概念以及“功、能关系：功是能量转化（或传递）的量度”的理解。为此，如何突破这些教学难点呢？笔者觉得设计一些辅助性的对比实验，运用实验手段去引导学生洞察实验现象是突破教学难点的有效方法之一。

众所周知，“机械效率”是人教版九年级物理实验教材《机械能》一章中的教学难点之一，尽管物理课程标准对此已降低了教学要求，试图降低教学过程中的难度，但教学实践表明，学生在学习过程中，仍感“吃力”难懂，即对有用功、额外功、总功混淆不清。于是，我们通过创设实验情景，利用对比实验来认识额外功，进而引出机械效率的概念、具体教学程序简述如下。

首先提出问题：使用简单机械时，动力总要对机械做功，机械又要对物体做功，而且使用任何机械都不能省功，这是为什么？

【实验一】用较重的动滑轮提升重物。(1)用弹簧测力计测出物体的重力G，(2)使弹簧测力计拉着绳子自由端竖直匀速上升，测出拉力为F，(3)用刻度尺分别量出物体提升的高度为h和绳子自由端移动的对应距离为S，(4)算出动力对动滑轮所做的功为F·S和动滑轮对物体所做的功为G·h。

【实验二】用轻质动滑轮提升同一重物：实验步骤同上。

问：比较实验一、二，哪次手对动滑轮做的功多？使用动滑轮做功时，多做的功跟什么因素有关？

生：使用动滑轮做功，多做的功跟动滑轮的轻重有关。

师：实际上，使用动滑轮多做的功除了与动滑轮的轻重有关外，还与绳子的轻重、摩擦阻力的大小有关，这些因素总是实际存在的。所以，利用机械做功时，就必须克服机械自身的重力和摩擦力而多做一定量的功，我们把机械克服这些额外阻力做的功叫做额外功，记作。而把机械对物体做的功叫做有用功，记作，对于用机械提升重物来说，就是机械克服物体重力所做的功。如果把动力对机械做的功叫做总功，记作，显然有

在使用不同的机械做功时，需要做的额外功各不相同，但人们总希望额外功在总功中占的比例越小越好，即有用功在总功中所占的比值越大越好，这是由机械本身的性能决定的。人们为了表示机械这种性能的优劣，引入机械效率这个物理量。可见，通过二次探索实验的比较，学生头脑中物理表象清晰有序，思维活动凭借表象的中介作用达到了抽象概括，从而在领悟物理概念的同时建立了“机械效率”这个概念——突破了教学难点。

四、利用对比实验考查学生的探究能力

探究物理知识的过程是一个“探究”与“创造”的过程，这是“过程与方法目标”的实质内容，也是新课程改革的核心。所以，在新课程对应的教学目标下，对“科学探究”和“科学内容”的考查就应该成为笔试命题的中心内容。在新课程背景下，其考查方法：(1)可根据日常生活和生产实际中的物理现象，让学生简单描述物理现象的重要特征，考查学生发现问题、提出问题的能力；(2)也可通过信息题考查学生收集信息的能力及能否制订简单的科学探究计划和实验方案；(3)还可设置实验情境的对比考查学生的分析与评价能力。如2006年无锡市中考题第37题：

【题目】为了探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关，小明设计了如图3所示的实验。

(1)如果要想利用实验来探究滑动摩擦力的大小与压力的关系，应设计怎样步骤？

(2)在探究滑动摩擦力的大小是否与物体间的接触面积有关时，小明先后用大、小木块按照图中所示的方法进行对比实验。小明的做法是否正确？为什么？

(3)在研究此问题时，小红设计的实验如图4所示，弹簧测力计一端固定，另一端钩住长方体木块，木块下面是一长木板，实验时拉动长木板，然后读出弹簧测力计的示数，即可测出木块和木板间的摩擦力。小明看了小红的实验后，认为小红设计的实验优于自己设计的实验。对此，你能说出其中原因吗？