实验,作为探究物理规律的重要手段,有其他教学手段不可替代的功能。多媒体也好,影像和动画也罢,他们只是教学的辅助手段,只能是对实验的补充和延伸,其功能可以将囿于场地和观察范围,无法在课堂呈现的大型实验或微观实验,在课堂呈现在学生面前,而它绝对无法具有替代实验的功效。因为无论是课堂演示实验,还是验证性实验、测量性实验、探究性实验、设计性实验、学生分组实验等,它能激发学生的好奇心和求知欲,培养学生的动手能力和创造能力,学会科学探究的一般方法和过程,形成实事求是的科学态度。往往一些小的实验,对学生各种能力的培养具有大作为。
纵观所有实验,它具有如下特点。
首先,实验能激发学生的好奇心和求知欲,增强对探究实验奥秘的渴望。
每个人都有猎新、猎奇的天性,都有探寻未知现象的渴望,这是人的本能。课堂上,教师如果能巧妙地创设情景,再配以一些小的实验,往往能激起学生强力的好奇心。如在《楞次定律》这堂课,老师开篇介绍,暑假外出旅游,在一道观偶得高人指点,学了一点气功,现在向各位同学展示一下。桌面上呈现的是用尖针支撑等臂杠杆,杠杆两边分别配很轻的铝环和配重砝码,教师的袖管内藏有钕铁硼强磁性磁体,教师在摆好架势推向铝环的过程中,虽然并没有碰到铝环,但观察到铝环随手推的方向在移动,当收手的时候,环随着收手的方向而运动。这样激起了学生强烈的兴趣,兴奋之余,教师向学生展示袖中乾坤,让学生猜想产生现象的可能原因,从而激发学生探求奥秘的欲望。本实验,磁体插进和拔出过程中,铝环充当了磁体的功能,从而引入猜想:在磁体插入和拔出的`过程中,环中可能产生了电流及可能的方向,并设计实验进行探究。这样可以激发学生的求知欲,增强学生学习物理的兴趣。
其次,实验能培养学生观察能力、质疑能力和运用知识解决问题的能力
科学实验同被动的经验、单纯的观察之间有很大的不同。仅仅停留在观察试验上还不能称为科学实验和方法,还必须使观察试验和理论研究结合起来。实验过程中,通过学生的观察、对比、质疑、思考,以及运用已有知识解决问题,提升知识的灵活运用能力,达到科学、技术、社会的有机结合,也就是我们通常所说的“STS”。爱因斯坦曾经说过:知识不能单从经验中得出,而只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出。
同样,在《楞次定律》这堂课收尾时,可以让学生做一个对比实验。让等质量的铁块和钕铁硼强磁性磁体穿过铜管,观察不同的实验现象。实验时,两位同学手握长一米二左右相同的铜管,使其竖直放置,两同学分别从一端管口静止释放铁块和磁体,要求从另一端接住物体。实验过程中,放铁块的同学很难接住物体,而用磁体做实验的同学可以十分从容的接住物体,且屡试不爽。这样就激起同学质疑,为什么两个等质量的不同种物体,在穿过铜管时会形成巨大的反差?磁体在穿越铜管时,为什么会产生较大的阻力?同学们在交流探讨的过程中,可以充分运用已有知识解释这种现象,提升了学生运用知识解决问题的能力。
认真、细致、深入是观察能力的重要品质之一,也是科学工作者的基本素养和要求。许多自然现象和实验中的物理现象,有时是稍纵即逝。只有认真、仔细地观察,才能捕捉到所要观察的现象;只有深入地观察,才能发现细微的变化和隐蔽的特征。再如,在研究超重和失重现象时,观察站在磅秤上的人下蹲和起立两过程中磅秤读书的变化,将运动过程与磅秤的读数的变化一一对应,从而对超重和失重的本质和产生原因能更加充分的理解。
第三、实验能培养学生探究未知现象的能力,学会运用科学方法有目的地去尝试实践。
科学家提出某些假设或预见,为对其进行证明,筹划适当的手段和方法,根据由此产生的现象来判断原设计假设,或预见真与否即为科学实验。而学生探究实验虽然有别于科学家的探究,但其思路、过程、方法与目的有其类似之处。同样,学会科学的探究方法,对培养学生的创新能力,提升学生思维品质,养成细致、缜密的习惯,完善探求未知世界的能力等都有莫大的帮助。
如在单摆的碰鼻实验中,为什么每次都能有惊无险?学生猜想可能是单摆在摆动过程中遵循机械能守恒。这就需要学生设计实验方案,如何测量下摆的高度和到最低点的速度,而高度的测量可以转化为测量摆长和最大偏角;速度测量的方案就更多了,光电门测速度,平抛测速度等等。通过对实验数据处理,揭示其遵循的规律。通过评价、交流和反思,分析实验产生误差的原因,为更好地改进实验方案提供依据。