课外探究性实验的意义及实施策略_物理论文

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探究实验在物理教学中有着不可替代的重要地位,通过探究实验提高学生学习物理的兴趣,培养观察能力、分析能力、动手能力和创新能力,形成严谨的、实事求是的世界观。但是,课堂探究实验教学的时间和空间是有限的,应该结合课堂内外,使学生的探究延伸到校园、家庭、社会、大自然中去。引导学生积极主动地参与到丰富多彩的课外探究拓展活动中去。

一、拓展物理探究时空的意义

“从生活走向物理,从物理走向社会”是物理课程标准中倡导的重要理念,也就是说物理学习既包含了课内,更包含了课外,我们必须重视学生的课外物理学习;作为学科显著特征的实验探究,既是学生学习的重要途径,又是教学中不可缺少的重要环节。二者有机结合,通过课堂教学使学生在掌握一定基本物理知识和一些探究方法之后,将学生的视野引向课外,让他们通过实验去解决生活中遇到的一些实际问题,或进行一些新的或较深层次的探索,这将对学生的学习起到重要作用。

(一)课外探究实验是课堂教学的重要补充

探究实验可以分为课堂教学中的探究实验和课外学生自主进行的课外探究实验。在课堂教学中对于一些重要的知识点和原理,我们可以通过探究实验的方式让学生能够循序渐进、直观地理解物理的原理。通过科学想象与科学推理方法的结合,发展学生的想象力和分析概括能力,使学生养成良好的思维习惯,敢于质疑,善于提问,勇于创新。通过学生自己经历探究的过程,加深对物理知识的理解和应用。但是,课堂探究实验教学的时间是很有限的,一些课堂教学中延伸知识不可能在课堂中进行探究式教学,只有让学生在课外探究。

如在讲“热力学”中分子运动和毛细现象等知识点时,为了扩展学生对毛细现象的感性认识,我给学生布置一个探究实验:“请你设计一个观察植物毛细现象的探究实验”。由于在讲授这一节内容时,正处于深秋季节,气温比较低,如果安排学生在课堂做这个探究实验,一节课时间中很难发生明显的毛细现象,学生难以观察到这一现象,同时实验器材的配备也不如在家里方便,只能安排学生在课外自主探究。

由于课堂教学条件的限制,有些探究活动不可能在课堂上进行,只有通过课后的探究去完成。如学习了“光现象”后,布置学生以“课后测量学校旗杆的高度”为主题的探究活动,自行拟定探究计划和方案。课后,学生想到了多种测量旗杆高度的方法,有利用影子进行测量的,有用平面镜进行测量的,还有用照相机进行测量的。可见,学生在这一探究中,展现了他们多方面应用物理知识的能力,如涉及长度的测量、光的直线传播、光的反射、凸透镜成像等知识。因此,课外探究实验是课堂教学的重要补充。

(二)课外探究实验是学生获取知识的一个重要途径

在物理教学过程中,必须依托生产、生活实践中与物理知识相关的感性的和理性的知识、经验和感受。而学生在学习了有关物理知识后,则要学会用它们去解决生产、生活中的实际问题,并进行简单的创新实践活动,这就要求学生具备必要的生活经验知识,而学生的这些生活经验知识都是从课外获得的。

例如,在“摩擦力”这节教学中,给学生布置一道课外实验探究题是:“观察自行车上的许多螺栓,为什么在上螺母之前先套入一只弹性垫片(如下页图1所示)?它应用了哪些物理知识?”让学生在课后通过观察、体验、实验探究获取知识,增加应用知识的能力。

再比如,在学习“单摆”后,让学生在课外探究沙漏的沙摆在摆动过程中周期如何变化?分析周期变化原因。使学生经历实验探究掌握振动规律。

(三)课外探究实验是开展素质教育的一个重要组成部分

课外探究实验能够培养学生收集信息的能力、人际交往能力、归纳总结能力、创新能力和交流合作能力等。

学生在课外实验活动中所接触的东西,能给学生创设开放的问题情境,培养学生独立思考、学会学习、探究问题的良好习惯。因为课外实验和其他实验相比,学生的自主性更高。学生自己去准备器材、自制器具,这绝不仅仅是解决实验的器材问题,更重要的是培养了学生的操作技能、创新精神、创新思维、创新能力。他们能从中体会到在设计和准备实验中的极富创造性的思维和完整的操作过程。实现了尽可能让学生在“活动”中学习,在“主动”中发展,在“合作”中共鸣,在“探究”中创新的教学目标。同时,它还充分体现了学生学习的自主性:自主探求规律,自主寻找方法,自主确定思路,自主解决问题。

例如在讲授“牛顿运动定律”中超重和失重概念时,我给学生布置了这样的课外探究实验:“设计一个用你自身的力量探究自身的超重和失重现象的实验,并测出其最大超重量和最大失重量”。虽然许多课外实验活动在诸多方面略显粗糙和不规范,但它更能体现学生的主观能动性。在教学中体现学生的主观能动性,也恰恰是素质教育的重要内容。所以,把探究实验向课外延伸是开展素质教育的一个重要组成部分。

(四)课外探究实验有利于激发学生的学习兴趣

心理学研究表明:当人对某种事物充满兴趣的时候,对与之有关的知识的接受往往迅速而且印象深刻。课外探究活动比纯粹的书面作业更有利于激发兴趣,当学生完成某项探究活动后,就会产生强烈的成就感,同时对生活中的物理现象就会更加关注。将“物理实验室”搬到室外,将课堂实验延伸到课外,这样的探究有其实际意义,在这种没有围墙的课堂中学生的思维会显得格外活跃。

在学习了电功和电功率后,要求学生估测自家的家用电器平均每个月消耗的电能,并与电能表做比较。通过探究,学生的观察更具体、更直观,既有利于激发学生学习物理的兴趣,也有利于巩固和深化课内知识,又能提高他们的生活技能。

再如:在学习电磁力知识点时,展示空中悬娃演示实验(如图2所示),要求学生课外探究磁悬浮列车为什么能离开轨道飞驰呢?可以达到以趣促学的目的。

注重课外探究,实现教学形式的转变,最大限度地满足了学生自主发展的需要,以其灵活、多样、生动且不受教学目标、教材限制的特点,能激发学生学习物理的强烈兴趣。课外实验活动是课外由学生自己动手动脑设计完成实验,学生有时还需查阅相关资料去解决某些疑难问题,这对开阔学生视野,丰富学生知识,活跃学生思维都有很大的帮助作用。

二、课外探究实验的组织形式

课外探究实验的组织形式可分为家庭实验、开放实验室和室外实验室三种方式。家庭实验是为了配合教学,教师指导学生在家里完成的实验。这种实验是教师把实验的内容、要求、方法等布置给学生,由学生自己创造实验条件,包括选取日常生活中的一些物品当作实验器材,自制一些简单的仪器或零件等,自己动手独立完成实验的全过程。开放实验室是让学生在课外利用实验室的仪器设备条件,在教师的指导下,自己设计实验方案,安装仪器,写成实验。室外实验的优点是空间开阔,不受实验室空间的限制,使学生感到新颖。

三、拓展物理探究时空的基本方法

(一)观察法

观察法是有计划、有目的地针对某一个或一个方面的物理知识,在课内外或在生活中进行观察研究,找出自然界中的有些现象、生产中的有些工具、实物及生活中的有些过程中存在着什么物理规律或应用了什么物理知识。

(二)调查法

调查法是一种间接的观察法,针对社会上的一些关于物理现象、物理资源等一系列问题的走访、调查。污染(废物品、废水、噪声)的产生、危害以及环保措施方面,如校内噪声的来源、污水的处理;水、电两种资源的利用,浪费及节能方面的知识,如设计家庭节水实验方案等,它通过问卷、谈话、实地查看等方式,有计划、有目的地了解有关所学知识在生产、生活中的应用或存在的现实情况。这种调查要求不能太高,只要学生总结出这些现象写出调查报告即可。

(三)实验法

实验法是观察的一个重要补充,是更精确的有组织的观察。实验法的核心是如何控制所要研究的因素以外的其他各种影响因素和变化因素。

(四)创新性制作

为了方便达到某种应用的目的;为了探究某个物理过程中存在的规律;为了搭建一个共同进行学习交流的平台。这样有目的地进行一些工具制作、实验器材制作、电脑制作,这也是实践探究活动的一种必不可少的方式和方法。

四、拓展物理探究时空应遵循的原则

(一)同步性原则

课外实验探究是物理教学中不可缺少的一部分,是课堂教学的必要补充,它与课堂教学有机联系,对全面贯彻教育方针,发挥学生的潜力有着重要的意义。它的作用是:加深与扩大学生的知识面;发展他们的爱好和特长;使他们学得更好更活;提高他们的创新能力、培养他们的思想品德。

课外探究实验必须与教材同步,与教学进度同步。有的探究实验可以在学习课程之前安排学生在课外完成,多数课外探究实验是课后布置学生完成。但提前或滞后的时间不能太长。教师为了增强趣味性、刺激性和吸引力,诱发学生学习动机而自己设计的课外实验,也应当跟教学进度同步,这样才能有利于巩固和深化课内知识。

教师在实施课内探究教学过程中,要注意捕捉学生在实验中的闪光点,发现学生遇到的新问题,这些新的问题往往就是课外探究很好的素材。例如,在研究弦乐器的音调与哪些因素有关的实验中,学生在课堂上探究了弦的音调与弦的长短、粗细、松紧的关系,有学生提出了弦的音调是否与弦的材料有关?针对学生提出的问题,教师就请学生设计实验方案,课后去探究。

(二)应用性原则

在选择课外探究内容时应该倡导学生从生活和学习中自己发现问题,加强与物理知识有关的与其他学科综合的应用。如环保方面的问题、能源方面的问题、保温性能的问题等。另外还须注意的是选择研究的题目不宜过大,针对性要强,使学生易于操作。

教育首先是一种生活,一种健康的、纯真的、充满智慧与诗意的生活。让教育回归生活,教育才能学以致用、超越生活、有张有弛。生活中有不少现象,平时习以为常,一旦让学生探究其道理,情况就大不一样了。如“雨后彩虹为什么这么美丽?”“旋转的伞上的雨水为什么能脱离雨伞而飞出去?”“为什么拔下电源插头时,常有电火花产生?”等都能很快激活我们思维。生活中很多物品是利用物理原理制成的,在探究中回味,投石激疑、如临其境。玩具是中学生身边非常熟悉和喜欢的物品,它本身就是一件精美的物理仪器或教具,我们要分发挥玩具的教育功能。如憨态可掬的不倒翁可帮助我们理解重心;活泼可爱的“猴荡秋千”可帮助我们理解单摆的周期及自由振动、受迫振动;千变万化的万花筒可帮助我们理解光的反射。如此等等,妙趣横生,备受青睐,有助于提高学生的学习兴趣和实验热情。生活中处处有科学,处处有学问,只要我们启发学生认真观察生活、积极思考,他们就会提出许许多多个为什么。实践表明,利用学生熟悉的事例引导探究,学生感到亲切自然。从生活走向物理,从物理走向社会,有助于学生形成从客观事物的感性认识入手来探索物理知识的好习惯。向学生公布,并结合学生实际能力水平、条件支持等实际情况集体讨论确定哪些内容探究价值较高,再由学生根据自己的兴趣选定探究课题,自行组建小组,进行探究。教师可定期检查学生方案的实施进展情况,定期组织学生进行交流。

课外阅读和收集资料,是物理教学联系社会和日常生活的重要方式,可以把收集信息、观察记录作为课外探究的一部分。如在学习了乐音与噪声后,让学生开展“本地噪音污染源的调查”,学生调查学校附近有哪些噪声;怎样减小噪声对我们学习的影响。学生通过活动学会对现象和问题进行多角度的思考,同时培养了学生的环保意识,增强了学生的社会责任感和使命感。

(三)探究性原则

探究性的实验与验证性实验的根本区别在于前者的结论是未知的。探究性原则是指:所选的实验课题包含的物理规律往往隐藏在较深的层次,需要学生去挖掘;实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离,需要学生去跨越;解决问题的方法与途径往往不太明确,需要学生通过尝试错误,提出假设并验证假设来寻找。

课外探究实验是以学生为主人、自主展开的,由学生自己动手动脑设计并完成实验。在这个过程中,学生通过亲自实践主动获取知识,培养技能技巧,发展智力。为获得某一结论或预期效果,教师要根据实际提前布置,提出为达到目的的思考方法,鼓励学生用身边生活器具来做物理小实验和小制作,让学生自主进行器材的选择、步骤的设计等。教师在指导学生课外探究实验活动中,要充分发挥学生的主体精神和创新意识;注意培养学生的兴趣和毅力;注意扩大课外活动的影响,给学生表现自己创造才能的机会。

(四)趣味性原则

趣味性原则是指实验的设计要充分考虑学生的心理特点和认知水平,实验设计要求生动、有趣,能使学生在进行实验探索时,自始至终保持很高的兴趣。课外实验设计应遵循趣味性强、取材容易、制作简单、经济可行的原则。生动有趣的实验本身会使学生产生暂时性的兴趣,而解决问题的探索以及成功地解决问题,又会使学生的暂时性兴趣转化为持久兴趣,兴趣作为主体的一种内驱力,它刺激主体并引起反应,反应的结果则导致需要的满足。

例如,两人各取一块相同的泡沫,托在手上,将一把直尺的两端分别担在这两个泡沫块上,手指不跟直尺接触(如图3所示)。现在两人托住泡沫块向各自的一边拉直尺,直尺被拉过去的或直尺的一端先脱离泡沫块的为败方,看谁能获胜?事实表明:总是抢先低位置拉的一方获胜。这个趣味性浓、又便于实验探究,大多数学生都能探究其中的原因。

(五)安全性原则

课外实验是学生独立组织完成的,不得设置影响学生身心健康、危及学生安全的实验。教师必须对学生加强安全教育。在仪器的选择、实验装置制作过程、调试和实验做操作时均要求安全可靠,无任何危险和污染。对于涉及220 V或380 V的市电以及高压感应圈、水银等危害性强的实验,要格外注意其安全性。在电学实验中用电、热学实验中加热、力学实验中使用刀具等,要注意实验中可能造成的触电、火灾、伤害等意外事情的发生,否则一旦发生事故,后果不仅仅是财产的损失。因此教师应尽量安排小型多样、简单易行、容易控制的课外实验。

(六)科学评价原则

学生学习物理的积极性高不高,学习兴趣是否能持久,除了物理知识、物理实验本身以及教师的教学魅力外,对学生的适当的评价是一个重要影响因素,不能忽视评价的导向作用。学生课外实验后,通过教师的全面了解,学生成果的展示,教师应及时总结评价,帮助学生分析实验成败的原因,并指导学生写出实验报告或心得。在条件许可时,还可指导学生就课外实验内容撰写小论文,并进行评选活动,以进一步调动学生的学习积极性,逐步提高学生分析和解决实际问题的能力。

评价的目的是让学生从学习活动的各个侧面全面了解自己,认识自己,找出不足,找到自信,找到努力的目标,从自身的感受中激发求知、上进的信心和决心,从而使自己不断发展。课外实践探究活动课的一个重要特征是重过程,淡化结果,所以,评价应关注每一个学生的发展,尊重和体现个体的差异性。如,学生完成小制作、小实验、小发明后,教师千万不能忽视对学生作品的评价。

对于学生的课外探究活动的评价可以从以下几个方面进行:科学知识的掌握和理解程度、学生掌握的科学探究过程和技能、学生科学探究中科学态度和价值观等。在课外探究活动中的评价主要培养学生对科学探究过程和技能掌握的熟练程度,通过熟练的课外探究活动加强对科学知识的掌握和理解。在探究过程中学生形成良好的科学态度和价值观,它的评价可以结合组内成员之间的相互评价和小组之间的相互评价进行综合性评价。

五、拓展物理探究时空的实施策略

在拓展物理探究时空的教学中应该注意以下几方面的策略:

(一)课题选定民主化策略

首先,教师要未雨绸缪,一个学期,一个单元,一节课大概要进行哪些课题研究,教师心中要有数,然后与学生交流,发挥学生的主体作用,让学生说自己感兴趣的问题,最后师生共同筛选课题。如无线电波的问题,太空中的宇航员能面对面地直接谈话吗?等等。课题要小型多样,有浅有深,适合不同层次的学生。无论什么课题,要及早布置,让学生有足够的时间和空间去探究学习。

(二)教师指导过程化策略

1.方法的指导:由于课外探究性学习在我国还属于起步阶段,教师要在探究方法上作一些指导。

信息资料的收集方法:告诉学生信息的获得途径可以是查阅资料、采样测量、实验操作、数据处理、结果讨论、综合分析、观察、体验、访问调查、回忆实验等,并教给学生工具书和现代网络技术的使用方法。

信息资料的处理方法:教师要指导学生设分类卡、文摘卡、档案袋,学生有选择的简要记录,对信息进行分类、排序,以方便查阅。

探究成果撰写方法:调查报告、探究论文、实验报告、建议书等的写作都要进行方法上的指导。

2.心理上的指导:学生的学习效果不但与智力水平、学习方法有关,还与心理状态有关。因此,要提高课外物理探究水平的效果,除了要提高教师自身的知识能力综合水平外,还要注意创造条件,为学生创造良好的、和谐的探究环境。环境包括外部情境和内部情境。

(三)探究时空和形式的灵活性策略

如今学生已有更多的机会走出课堂,走向社会,走进大自然。假日外出旅游已成为当今消费时尚,而这也正好为学生探究学习提供了大好机会。如果游前引导学生事先了解目的地的特点,明确消遣游玩之外探究一些学习疑问,并就观察到的现象再提出一些需要深入思考与探究的问题,如旅游途中探究路程与位移的关系;乘坐飞机感受起降时超重与失重特点等等,于游中乐,在玩中学,便可进一步培养学生养成良好的学习与探究的习惯,使学习与探究成为学生的一种自觉行为,有效利用与激发他们的学习本能。

在转型作业内容上,鼓励学生课后广泛接触生活的、前沿的、边缘的相关知识和成果,把课内外紧密结合起来。从题海中解放出来,进一步提升学生主动探究创新的能力。

在校本课程开发中增设“科技小制作”等兴趣班,引导学生结合教学内容进行探究性科技小制作、小发明,有效提高学生的动手制作能力和创新意识,提升他们的学习兴趣。

在探究实验器材上,引导学生利用家庭生活中现成的器具、玩具和学具等作为实验器材,实现无成本或低成本开展课外探究活动。

总之,我们实施素质教育一定要遵循教育规律,走出传统思维的藩篱,着力构建服务于学生学习的教学方式,引导学生拓展探究学习的时间与空间,多角度、全方位地激发学生学习的本能,强化对学生终身学习愿望与创新意识的培养,引导他们对所学知识进行建构与内化,努力把课内外、校内外的探究有机地结合起来,实施有效和高效的教育。拓展探究时空是课堂教学的延伸和补充。教师对学生的课外探究活动要认真选题、精心组织,跟踪学生的探究过程,使学生的课外探究活动成为学生成长的乐园,课堂延伸的手臂。

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