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注重实验方法 培养创新能力

作者:zhangxiuyin 来源: 发布时间:2008年10月08日 点击数:

在图书馆学习

和学生一起活动

 

徐旭东与英国同行亲切交流

“问渠那得清如许,为有源头活水来”。创新离不开已知的知识和经验,而实验是一种基本的科学方法,是发现科学真理的基础,是检验科学真理的唯一标准。教师在实验教学中,恰当地向学生介绍一些实验的设计思想,对于学生深刻地领会实验,启迪学生的创造思维,从而培养学生创新能力是大有裨益的。

一、注重实验研究方法,培养学生创新能力,启发学生发现规律

在中学物理教学中,所涉及到的主要研究方法有:

1、归纳法  这是一种由个别到一般的认识方法,其特点是:实验在前,结论在后。这种实验人们常称为探索性实验,物理学家常常根据研究目的,人为地控制条件,从大量的实验事实中找出普遍特征,形成规律。例如:理想气体实验三定律、欧姆定律、电磁感应现象等,都是从大量的实验中归纳出来的。

在教学中,我们要利用学生的原有知识,引导学生在运用知识的探索中有所“创新”地解决问题,使学生体会创新的艰辛与愉悦,学生在自己“探索”物理规律的实验过程中,可以把动手和动脑结合起来,锻炼和培养自己的创新能力,教师在教学中可以利用新旧知识间的联系提出需要解决的问题,并设计一系列有针对性、启发性的问题,作为铺垫,设计问题时应充分渗透创新能力的培养。为了使创新能力的培养长期化,教师可以有计划地组织学生进行系列化的探索性实验,并把实验内容和生活中的实际总是联系起来,使创新能力的培养和物理知识的学习紧密结合。

2、推理验证法  这是一种推理,判断在前,实验验证在后的研究方法(即演绎法)。物理学家们常常在已知的物理推论或者哲学思想的基础上,经过推理作为假调和预言,通过实验检验它的真实性,最后肯定或否定论断,得出可靠的结论。如麦斯韦电磁理论的建立,就是赫兹通过实验验证,最后得到肯定的。实验验证是想象、推理、判断等思维形式紧密结合起来的方法,是人们的认识能力充分发挥的表现。科学家运用这种研究方法,就能走在实验的前面,推动科学向前发展。而这种研究方法,即能鼓励科学家们大胆设想,勇于创新,发展预见能力,同时又可以无情地否决某些谬误,防止科学家在错误的道路上走得太远。在课堂教学中,努力把验证性的演示实验、学生实验和科学的严密的理论分析结合起来,构成推理、判断、验证、结论这样一个合理的教学程序,就能使学生在掌握规律的同时,学到这种研究方法。通过一定的训练后,学生能通过所学的知识对一些问题进行设想,然后再设计实验进行验证。

二、注重实验设计方法,培养学生创新能力,诱导学生解决问题

在中学物理实验中,所涉及的主要设计方法为:

1、等效法  等效法是物理学研究的重要方法,也是物理实验中常用的方法,是一种精确的定量化的科学。在物理实验中需要准确地测定物理量,但许多物理特征、过程或物理量要想直接观测有困难,可以把所需观测的变量换成其它间接的观察和测量,这就是等效法。用等效的思想即从效果相当的角度进行实验。如“碰撞中的动量守恒”实验中,用小球的水平位移代小球的水平速度;螺旋测微器将其固定刻度上一个螺距的微小长度的变化转换为可动刻度的一周的转动等。

2、控制变量法  在多因素的实验中,可以先控制一些量不变,依次研究某一因素的影响,如“牛顿第二定律”实验中可以先保持质量一定,研究加速度和力的关系;再保持力一定,研究加速度和质量关系。当讲到“气体性质”、研究电阻与哪些因素有关系……学生自然想到是采用控制变量法。

3、累积法  对微小量的测量或某些难以直接准确测量的微小量,可采用累计后求平均的方法,以减少相对误差,提高测量的精确度。如:薄纸的厚度可测量多张后求平均值;金属丝的直径,可密绕多圈量总值,求平均值;单摆的振动周期,应测量多次全振动的时间,然后除以全振动的次数,以减少个人反应时间造成的误差的影响。

4、留迹法  把瞬息即逝的现象(位置、图像等)记录下来。如用闪光照相研究自由落体运动;通过纸带上打出的点记录小球的位置;用描迹法画出平抛物体的运动轨迹;用砂摆显示振动的图像等。

5、模拟法  通过易表现的事物或现象来反映不易表现的事物或现象,是提示事物本质特征的一种间执着而有效的方法。模拟对象与被模拟对象之间有本质上的共同性或形式上的相似性。如利用静电场和电流场遵循的相似性,用电流场来模拟表电场,从而描绘静电场的等势线;在磁体周围均匀地散布细铁屑,通过细铁屑的规则排列,形象地模拟磁体周围的磁感线。

6、放大法  在现象、变化、待测量很小的情况下,可采用放大的方法。放大的方法很多,放大的对象各有不同,以下几种是常用的:

1)光放大  如放大镜、望远镜、显微镜、投影仪等利用光学无件对观察对象的空间尺度所做的放大;

2)电放大  用如扩音器、喇叭等运用电子元件对微小信号进行的放大;

3)机械放大  运用机械放大主要是将微小尺度的变化转换为较大尺度的变化,如游标卡尺利用主尺和游标尺最小分度的差,将游标尺的微小移动转换为游标尺和主尺在较大尺度上的比较进行放大。

学生掌握了这些方法后,如布置了“如何测重力加速度”,学生就能想出很多方法,因此在实验教学中,教师应启发学生认真领会实验的设计方法,以培养学生的创造性思维能力。

 

 

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