中学物理学生实验技能的培养

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  物理学是一门以实验为基础的科学.所有的物理知识,包括物理概念、定律和理论,都是在实验的基础上建立起来的.中学物理学生实验技能主要包括六个方面:一是掌握常用基本仪器的构造、原理和使用,能正确使用仪器进行观察、测量和读数;二是掌握中学有关实验的一般原理和实验方法;三是会正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确的结论;四是了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析;五是会写一般的实验报告;六是初步养成良好的实验习惯,包括爱护仪器、遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等.下面试从两个方面浅谈学生实验技能的培养.
  1 学生实验技能培养的方法
  1.1 培养学生使用基本仪器的技能
  掌握基本仪器的使用,是做好物理实验的基础.基本仪器主要有:刻度尺、量筒、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、天平、温度计、测力计、压强计、打点计时器、电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱、万用表欧姆档等.物理大纲要求”学会正确使用仪器进行观察、测量和读数.“要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练地、正确地读数,在介绍这些基本仪器使用方法时,应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导:
  (1)各种基本测量仪器都有一定的量程.必须要求学生在使用各种基本仪器前,搞清仪器的量程,并且能估计被测对象的情况,选用适当量程,避免超过量程而可能损坏仪器.
  (2)使用测量仪器前通常都要调节零点或校正零点,否则测出的数据就不准确.如:”对电流表、电压表等应学会调整零点,对游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺之类的仪器,还要学会零误差修正,让学生懂得零点是相对的,零误差的修正在生产上有普遍意义.因此,必须使学生养成使用基本测量仪器前调节零点或修正零误差的习惯.
  (3)会正确读数.要让学生掌握读数的一般方法,关键是会读出仪器的最小刻度值,会从最小刻度之间估计出一位有效数字.同时,要学会正确读数的姿势.如:从量筒上读数时,眼视线应与液面保持相平,不能仰视或俯视,若是凹液面读凹处,凸液面读凸处,从电流表、电压表读数时,视线应与刻度盘垂直,并且正对指针,估计读数四舍五入等.
  (4)根据仪器的构造原理,掌握它的使用方法和使用规则.如:天平是根据杆杠的平衡条件制成的,因此,使用前和秤量时都要做到横梁平衡,同时必须严格保护刀口,要让学生理解保护刀口的重要性,从而自觉遵守使用方法和规则;温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的,所以,根据热平衡原理,测量液体时,温度计不能离开液体,而且要在温度计内液柱稳定时读数.显然,培养学生使用基本仪器的技能,必须要注意把掌握仪器的使用方法与理解仪器原理结合起来,这样既有利于巩固基础知识,又能帮助学生理解为什么这样使用仪器;只有理解了仪器原理,使用起来才会更加自觉和主动.
  1.2 培养学生进行实验过程必须掌握的技能
  1.2.1 培养学生掌握实验的一般原理、进行实验设计和实验方法的技能
  首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据,根据实验的原理、要求对实验进行设计,包括用什么物理定律、公式,电学实验用什么电路图等.还要搞清哪些是已知量、被测量,然后选择所需的仪器和实验条件,进而设计好实验步骤,画好记录表格等.其次,培养学生正确调整和安装仪器,正确连接电路的技能.正确的实验,首先是安装、调整好仪器或正确连接电路.如:力学实验中的支架滑轮的安装,牵引线的走向,斜面的架设等,有时要对一些仪器做机械调整或电气调整(对仪器的调零前面已介绍,这里略),电气调整如:使用气垫导轨前必须先调水平位置;在电学实验中,依照电路图连接线路,连线时,应将电路分为主回路和支路,从电源一端开始沿主回路按顺序进行,其次为支路;主回路中必须有开关(先断开);导线最好选用几种颜色,主、支回路分别用一种颜色.往接线柱上接导线时,应按顺时针方向将导线缠上.电路连接后,必须复查,确认正确后方能通电.这种技能的培养,从初中开始应先有示范,让学生模仿学习,然后逐步提高到由老师讲述方法及注意事项,由学生独立去安装、调整.
  1.2.2 培养学生正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确结论的能力
  这是实验能否成功的关键.要培养学生这方面的技能,要求学生集中精力,按实验步骤有条不紊地操作和读取测量数据,有的实验则要求测量或操作时动作迅速,要把握时机,如:温度测量、电学测量.要按实验先后顺序将需要测定的各量测出,并记录下来.读取数据和记录必须注意:①读数要及时,并马上记录;②要记录完整数据,按有效数字的方式记录;③数据的单位要正确.一般要求学生实验前列出表格,表格设计要求:能记录直接测出的各物理量,能记录各次测出的量,能填写计算出来的中间数据和最后数据等内容.
  进行数据处理、运算,对实验结论进行分析.在整理数据时,如发现有不合理的数据,应对该数据补测.要指导学生按有效运算法去处理数据对实验结果进行适当分析讨论,如:讨论 数据说明什么?与理论计算有何偏差?实验过程为何这样设计?实验结果的物理意义(结论)是什么?对一些成绩优良的学生,还可让他们设计某个达到相同目的的实验.对实验能力强的学生,许多深一层次的问题都可以在这里分析研究,从而加强了对学生思维能力的培养,有效地巩固知识,技能更加熟练.
  1.2.3 要使学生了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析
  实验后,要指导学生分析实验误差的原因,说明实验的误差主要有系统误差和偶然误差.系统误差主要是由于仪器本身的缺陷,实验原理、装置不完善而引起的,如:螺旋测微器零点不准;风的吹动使天平产生误差;电表指针不对准零刻度等.减少系统误差的方法是校准仪器,或是改进实验方法.改进实验的方法,可改变仪器的位置或仪器的布置,撤换某件仪器,改变所选取的某个参数,改变实验方法乃至改换实验操作人员等.例如将物体放在天平左、右盘上,分别称衡,可以发现天平不等臂引入的误差.又如精密测量同一单摆在不同摆角的周期值,可以发现周期与摆角有关.偶然误差是在实验条件不变的情况下,对某一物理量进行多次重复测量时,由于各种偶然因素产生的误差.减少偶然误差的办法是多次重复测量取算术平均值,以其平均值为最终的结果.测量次数取多少,要根据偶然误差对被测量影响的大小来确定.如:测量值的有效数值较小时或测量值变动较大时等,应当多测量几次.   综上所述,要培养学生这方面的技能,必须让学生懂得减少误差首先要发现它的存在和来源,其次是确定减少误差的方法.增加测量次数固然可提高平均值的可靠程度,但是作用是有限的,实际上,只有改进实验方法和仪器,才能从根本上改善测量的结果,提高测量精确度.
  1.2.4 会写一般的实验报告
  学生在实验结束后,应根据原始记录和实验时的体会,写出实验报告.实验报告内容主要有:实验名称、目的、器材、原理、方法和步骤、实验数据、数据计算和处理、实验结论及误差分析等.这是一个很重要的技能,对实验报告的写法、格式要严格要求,书写时,要求层次清楚,语言流畅,文字精练、正确,图文并茂,要总结出实验成功的经验或实验失败的原因,使学生将来进行科学实验时能写出自己的实践成果,并让别人看懂.
  在批改实验报告时要注意学生思维的火花,如对某个问题的独特看法,对某项操作的有益建议,对实验的改进意见等,要给予鼓励,并要及时与之讨论,让师生都有所收获.这样做,既延伸了实验课的教学,使之与理论课的教学有了更深层次的交汇与渗透,又是提高学生动手技能的有效渠道.
  1.2.5 养成良好的实验习惯,包括爱护仪器,遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等
  如:做电学实验结束时,应将仪器调到最安全的状态再切断电源,然后拆除连接线,整理好仪器和导线.要经常地对学生进行良好实验习惯的教育,以免损坏仪器及发生实验事故等.
  2 培养学生实验技能的途径
  2.1 实验课是培养学生实验技能的基本途径
  认真上好实验课,既能帮助学生牢固地掌握物理知识,又能培养学生的实验技能,是训练和提高实验技能的基本途径.实验课包括演示实验和分组实验.演示实验是学生使用仪器,进行实验操作典范,它教给学生正确的实验方法.如:如何正确使用仪器、安排实验步骤、操作、读数和记录数据、列表和作图线、分析和推理,得出正确结论及分析误差等.通过大量的演示实验,学生可以在长年累月的耳闻目睹中,潜移默化地学到实验技能.在分组实验中,学生的活动是多方面的,既有思维,又有操作,这就需要发挥教师的主导作用.实验时,教师可先介绍实验目的、方法及注意事项,然后教师在台上做示范,学生在台下跟着教师做,这种方法对于高中起始年级的学生是合适和有效的.学生在教师的步步指导下,养成良好的实验方法、实验修养.随着实验技能的不断提高,逐步培养学生自己设计实验,独立实验的能力.
  2.2 尽可能将演示实验改为分组实验
  如:阿基米德定律、牛顿第二定律等.
  2.3 将验证性实验改为探讨性的实验
  先让学生去研究、探索物理量之间的关系,后总结出物理规律.
  2.4 开辟第二课堂
  第二课堂既可完善、丰富、深化课堂知识,又可培养学生的实验技能.主要形式有:①指导学生进行课外实验;②组织参观活动;③举行操作实验竞赛;④组织课外兴趣小组;⑤举办物理科技晚会等.
  2.5 实验考查
  考查的形式有:①书面实验考试;②实物实验操作的考查.
  总之,学生实验技能的培养需通过多方面的长期培养,但作为中学学生物理实验技能的培养,上述所论及的是最主要、最基本的.因此,抓好上述的技能培养是抓住矛盾的主要方面.本文只是谈些粗浅体会,偏颇之处,在所难免,若有不当,敬请批评.
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