著名的华裔物理学家丁肇中曾说过:实验可以推翻理论,而理论永远无法推翻实验。物理学是从实验中产生的[1]。
实验教学是学校开展物理学科教育和教学过程中的一个十分重要的实践教学环节,是培养学生创新精神和动手操作实践能力的重要途径,也是学生学习物理的主要方法之一。
从初中就开始的物理教学中,我们的新教材也是紧紧围绕着实验开始的,每次的中考试题中实验题、应用题也是年年占了很大的比分。但是往往得分率都是比较低的。
1细致逐一分析,选择合理的器材
2011年有一道南京中考题是这样的 :
例1,(21题)小华用如图所示的电路探究电流与电阻的关系.已知电源电压为6V,滑动变阻器R2的最大电阻为20Ω,电阻R1为l0Ω.实验过程中,将滑动变阻器滑片移到某一位置时,读出电阻R1两端电压为4V,并读出了电流表此时的示数.紧接着小华想更换与电压表并联的电阻再做两次实验,可供选择的电阻有l5Ω、30Ω、45Ω和60Ω各一个,为了保证实验成功,小华应选择的电阻是Ω和Ω。
分析:首先要弄清探究电流与电阻的关系时,就要保证电阻R1两端电压不变 ,当R1越大 ,R1两端的电压就越大 ,就有可能大于4V。通过计算可知,当选择的电阻60Ω时,电压表示数最小(滑动变阻器R2的电阻为最大20Ω时)为4.5V。
当选择的电阻45Ω时,电压表示数最小(滑动变阻器R2的电阻为最大20Ω时)为4.15V。
当选择的电阻30Ω时,电压表示数最小(滑动变阻器R2的电阻为最大20Ω时)为3.6V。
当选择的电阻15Ω时,电压表示数最小(滑动变阻器R2的电阻为最大20Ω时)为2.57V。
很显然,为了保证实验成功,小华应选择的电阻是15Ω和30Ω, 因为若选择45Ω和60Ω, 电压表示数无论怎么调都达不到4V。
本题是考查欧姆定律的形成过程,这是中考热点知识,同时时也是学生学习的难点, 本题着重考查了对实验成功要满足条条件。
可是学生在该题的得分率却不高,原因有以下几点:
(1)不清楚一开始电阻R1两端电压为4V是不能变的。因为要保证电压不变。
(2) 不会判断当选择的电阻改变时 , 电压表示数最小为多少?
(3)平常教师的实验教学有的是能不做 ,就不做 , 能演示的就不给学生做,就是大量的做题,或者没有目的的给学生一节课时间,然后验证某些规律。本人觉得如果用以上的做法,那么肯定是做不出的。
新课程模糊了物理理论与实验教学的界限,提倡学生在“做中学”,因此教材中有大量的实验内容的设计,教师要合理利用这些设计,引导学生较好的完成实验目的,由学生自主来探究规律的形成过程。
对该考题而言,如果学生没有动手做过该实验的话,做出正确的判断是很不容易的。学生在课堂上学习了一些理论知识,如果不能及时让学生亲自体验科学知识的实用价值, 久而久之学生会减弱知识学习的热情,遗忘的也越多。没有亲身经历应用的过程,对学生来说这种“应用”依然是非常抽象的,因此,我们要尽可能的开展物理实验,让学生亲自动手做一做,体验一下应用的过程。
2层层剥离,找出无法测量的原因
同样,在南京2007年还有一道中考题,也是同样考查了欧姆定律的形成过程, 考查了在实验过程中出现问题如何找到解决的方法。
例2,小明同学用图所示的电路来验证“电流与电 阻的关系”,所用器材有:电压恒为3V的电源 ,阻值为5Ω、10Ω,、20Ω的定值电阻各一只,“15Ωl A”的滑动变阻器一只,学生用电流表、电压表各一只,开关和导线若干。
(1)根据题意 ,请你选择合适的电表量程 , 并帮助小明按电路图用笔画线代替导线完成右边实物图的连接。
(2)实验过程中他控制定值电阻两端的电压恒为1.5V。
A.先将R用5Ω的电阻接入电路中进行实验 , 读取与该电阻对应的电流值;
B. 再将10Ω的电阻替换5Ω的电阻接入电路中进行实验 ,读取与该电阻对应的电流值;
C.最后他用20Ω,的电阻替换10Ω的电阻接入电路中进行实验,发现无法读取与20Ω的电阻对应的电流值。经检查,电路连接无误,且元件完好,请你帮他找出两种可能的原因。
分析:替换电阻越大,电流越小,在原有的电路中分的电压越大,电流再怎么小,只要大于电流表的分度值,就是可以测量的,所以应是无法保证电压不变,即无法使定值电阻两端的电压达到1.5V,当定值电阻为20Ω时,最小的电压为1.71V。因此,可以找出如下4个原因:
原因1:定值电阻20Ω太大
原因2:控制定值电阻只两端的电压恒为1.5V太大
原因3:电压恒为3V的电源太大
原因4:滑动变阻器的最大阻值15Ω太小
要让学生能够分析得出上述的四个原因, 一定得要有几个基础:1明确探究“电流与电阻的关系”时,电阻R1两端电压是不能变的。2无法读取与20Ω的电阻对应的电流值是什么原因?3那么这个电流值是太大还是太小。电流太大超过量程或太小小于最小分度值则是无法测量的。4对应的电压值是太大还是太小。能否保证电压保持不变?
在此基础上,才能找出测量中出现问题的原因。
上述两道中考题中都是根据实验过程提出的问题, 考查运用研究物理问题的方法进行实验设计,选取适当器材,规范地进行物理实验操作。
我们说学习是手段,应用是目的。同样的,做实验也是如此。假如做实验时,只是为了实验而做实验,那么实际应用中出现一点偏差就会使学生束手无策。
笔者觉得南京市的两道中考题有着异曲同工之妙, 都是考查根据所学的物理知识在进行实际的实验操作中, 要选择合适的器材,会排除简单的故障。
应该说学生的实验操作能力的高低对他们今后的工作和学习有着重要的影响。生活中小到照明电路的安装,各种物体质量的测量,大到交通运输和生产劳动都需要这方面的能力。所以教学大纲把培养学生的实验操作能力作为素质教育中很重要的一个方面。
考学生的同时也在考老师。我们说:教给学生一碗水,自己要有一桶水,教师的实验动手能力也应加强。
3不断探索,提高教师自身能力和素质
今年本市初中教师基本功竞赛中的一道实验操作题, 也是相当的好,当时没有几个教师能及时做出来(限时20分钟)。
例3,描绘小灯泡的伏安特性曲线
【实验器材】小灯泡 (2.5V 0.3A)、三个干电池、滑动变阻器(0———20Ω)、电压表 (0———3V)、电流表 (0———0.6A)、开关和导线若干。利用上述器材测出表格中电压值所对应的电流值填入下表,并在坐标纸上以U为纵轴,以I为横轴画出U—I曲线。
很多青年教师都是用伏安法测电阻的电路图 (左图) 来做的,这样的话,只能测到电压从1.3V到2.8V时的电流,前面的电流就测不到了。
该题是考查上课教师对串、并联特点的应用,正确的测量方法应为右图所示的连接方法。当滑片C移至A点时电压表示数为0, 当滑片C移至接近B点时电压表示数可为最大值3V,这样就达到测量要求了。
现在中考中的实验题不是仅仅考查开关、滑动变阻器、电表的使用方法,还要考查设计表格、记录数据,分析实验数据,得出结论。更深入的还要考查根据实际需求设计出合理的实验方案,来进行测量,完成实验目的。
物理学家帕格尔斯曾说过:没有实验的物理理论是空洞的,没有理论的实验是盲目的[2]。正是实验家使理论家保持老老实实的态度。
在中学的物理教学过程中, 物理实验并不只是动手会做就行了,还需多问几个为什么? 深入理解各种条件改变后,实验结果会有什么变化? 真正做到在实验中学习,在学习中成长。
摘要：在实验教学中,面对复杂的中考实验题、应用题,应细致逐一分析,选择合理的器材;层层剥离,找出无法测量的原因。不断探索,提高教师自身能力和素质。
关键词：实验教学,分析理解,提高能力和素质