時間:2022-12-27 09:50:00
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[關鍵詞]:
質疑探究能力、合作交流、學會研究、可操作性
課題背景
物理學是一門以實驗為基礎的學科,對物理教學來說其重要方面之一是實驗教學與理論教學相結合,因為通過實驗可以更有效地讓學生體驗科學發展和知識形成的思想和方法。通過聯系實際問題,培養學生的實踐能力、創新精神、可持續發展和適應將來社會的生存能力。“二期課改”總體要求,就是要確立在學習中以“學生為主體”的地位,關注學生已有經驗、興趣愛好和個性特長。實現知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀為一體的教學目標。
著名物理學家楊振寧說:“我在中國學的方法是演繹法,我發現這完全不是費米、泰勒等人的研究方法,他們是從實際實驗的結果中歸納出原理,是歸納法。我很幸運這兩種研究方法的好處都吸收了,這對我的研究工作有很大的影響。”這段話表明實驗作為一種研究科學方法,對人的培養有著一種特別的作用。
探究性實驗是努力改變學生“接受學習”的傳統方式,建立一種讓學生“主動參與、樂于探究、交流合作”的學習方式。配合“二期課改”中的拓展性課程和研究性課程,使之相輔相成。通過探究實驗,有效地促使學生關注和聯系實際問題,體驗科學發展和知識形成的思想和方法,掌握知識的本意和正確的結論。使學生的意志、毅力、情感、價值觀以及與他人的合作交流精神有所提高。也促進了學生在理論學習方面的學習效果,提高了學生的總體學習能力和學習水平。
一、探究性實驗在教學中的作用
普通實驗是在已有的規范程式下由教師指導、幫助完成的,主要為解決學生的基本知識、基本方法、基本技巧,要求學生達到會做規定實驗的基本目標,但缺少培養學生創新精神的功能。為促使學生在新材料、新情境、新問題面前勇敢地質疑,提出問題。改變學生傳統的“接受學習”方式,建立一種讓學生“主動參與、樂于研究、交流合作”的學習方式。探究性實驗教學的開展,能在已有的基礎上有效地激勵學生的個性和已有經驗得到充分的發揮,改變過去由教師包攬教學的局面,給學生以更多的思考、探索、實踐的時間和空間,訓練學生學會獨立和合作探究的能力。不但要能做引入性實驗、驗證性實驗,還要能做探索性實驗,不但要能做實驗、巧做實驗,還要能根據學習和社會生活中的碰到的事例提出問題、選擇課題、設計實驗,探究事物的運動規律。通過探究性實驗的學習和研究,可幫助學生擺脫傳統教學思想的束縛,鼓勵學生的獨立意識和創新精神,培養學生嚴格的科學思想和研究方法,提高建模能力,提高學生的情感、態度和價值觀,延伸學力,展示學生的研究思路和才能。使學生的動手實踐能力、學習理論的內部需要、學習水平等綜合素質有較大提高。
二、探究性實驗應注意的原則
1、探究性實驗課題的選擇,有較強的開放性、實踐性、探究性,所以要注意不同學生的學習群體的認知結構的差異、學生的基礎水平,做到有所區別、有所側重、有的放矢。既要體現學生的自主性,也要結合教師的指導、參謀服務作用,創設師生平等、互相尊重、合作交流的教學氛圍。從學習、社會生活生產中選擇具有實際意義的事例作為課題,但并不是每一項知識都適合學生用探究方法來實驗的,應根據具體情況,作合理的選擇,使課題有較強的科學性和可行性,突出知識本身的特點,安排探究方向和重點,由易到難,逐步提高。使學生從中既能學到探究的思想方法,實踐操作的本領,又能通過質疑、反思、實踐操作,交流、討論、歸納、修正數據獲得成果,得到成功的愉悅。
2、任何實驗必須根據確切的物理原理,如天平就是根據力矩平衡的原理設計制作的,這些實驗原理可以是物理定理、定律或規律。探究實驗是在學生學習了一定的基本概念、定理、規律,掌握了一定的儀器使用方法,控制變量的實驗方法等基礎上進行的,所以,設計和進行一個實驗,必須有清晰的物理原理。這也是一個對學生所學知識的梳理、選擇、整合的過程。
3、由于探究性實驗中涉及較多的儀器器材的應用,有些還需學生自己動手制作相應的實驗構件,所以要注意幾個設計原則。
(1)科學性,科學的方案必須有科學的理論依據和正確的表達方式。
(2)安全性,方案設計時必須考慮安全、可靠,不會對人和儀器、器材造成傷害或損害。學生由于生活實踐經驗不足,有時考慮會欠妥,所以,教師在安全方面必須予以指導、提醒和把關。
(3)可操作性,方案的設計應便于操作、觀察、數據測定、數據處理,以便得出正確的科學的結果。
(4)精確性,所使用的儀器應選擇相應的精密度,操作人員應把握正確的觀察測量方法,如在測時、測距要能讀取正確的數據。盡可能選擇誤差小的方案,并在實驗具體實施前應對方案進行評估,使實驗誤差控制在允許的范圍內。
三、探究性實驗的教學過程
1、問題的提出
物理研究始于問題,問題的提出對物理研究意義重大。物理學家海森堡說:“提出正確的問題,等于解決了問題的一半”。從這個意義上講,應培養學生的“問題意識”,鼓勵學生提出問題,使學生在新材料、新情境、新問題面前勇敢質疑,這樣學生就不再是消極的接受者,而是積極的探索者。在學生提出的問題中,可以選擇探究性學習的課題,同時,作為指導性學習,教師可提出問題讓學生討論,從中選擇課題方向或內容。實踐中,學生提出的問題和方案很多,如:測彈簧玩具手槍子彈出口速度;測彈簧玩具手槍槍機彈簧的勁度系數;自行車行駛中所受阻力和風阻對自行車的影響;家用電器實際功率的測定;不用卷尺測樓房高度;太陽輻射功率等等。
2、方案的確定
問題提出后,要進行選擇評估,由于各人思路不同,同一問題會提出多個方案,有的方案在科學性方面,即理論上是成立的,但在探究性實驗中,實際操作上不可行的,有的方案在科學性方面存在明顯的缺陷,是不可行的,對于這類問題,我們不能簡單地否定,而要給予適當的解釋、引導,否則會影響學生的積極性。經過大家的合作交流探討,確定方案后,就要制定計劃,安排各人分工負職,準備測量器具,制作相關實驗構件,記錄實驗數據,撰寫探究實驗報告等工作。
3、方案的實施
如:測彈簧玩具手槍子彈出口速度實驗。
A根據豎直上拋運動規律,只要測出彈丸上升到最高點所用時間t,據v=gt,就可測出彈丸的出口速度。該方案理論上成立,但在實驗中發現彈丸處于動態中,從出口到最高點的時間t測不準。于是改為測彈丸經最高點返回原出發點的時間,然后忽略空氣阻力,據運動的對稱性,得運動時間t,計算出速度。實際上這是同一類問題,都是測運動時間t時不能正確測定,不能得到正確結果。于是有學生提出,在槍口同一水平面上置一紙板,中間開一小孔,讓彈丸從小孔射出,彈丸返回時擊中紙板,聽到響聲立刻停表,這方法很好,解決了返回時刻不可測難題。但馬上又發現新問題,聽到響聲立刻停表,這里還存在一個人的反應時間,即使用千分之一秒表替換百分之一秒表,也不能解決這難點。顯然實測時間大于實際運動時間,實驗誤差太大,結果不理想。
B根據平拋運動規律,利用平拋運動中物體的水平方向位移和豎直方向位移的等時性,摒棄了運動的時間量,只要測出落點高度和水平位移即可計算出彈丸的出口速度。用公式:h=?.at2.s=vt,即可計算出v=s/t。我指出了方案的可行性,并為提高實驗精度,提醒應注意的幾個問題:1)用水平儀校正彈丸出口速度的水平方向。2)適當增加槍口離地高度,以增加運動時間,減少誤差。學生們理解了實驗中注意的要領,操作時互相探討改進,提高了實驗的精確度。對實驗結果進行數據分析時,學生考慮的相當全面。由于空氣阻力的影響,水平位移的實測值會小于理論值;彈丸運動的時間將大于理論值。據對公式v=s/t的分析,可知測量結果計算得到的值將小于彈丸的實際出口速度。又考慮到玩具手槍彈丸的運動速度不大,空氣阻力對它的影響較小,故只對計算結果略作修正。經多次實驗測定,取其平均值。最后學生得到了較為精確可信的玩具手槍子彈的出口速度。
這個探究性實驗的結果較為理想,在此基礎上我們又有意識地進行了問題的拓展,既然我們得到了子彈的出口速度,那么,相應地我們可以求得子彈出口時的初動能;根據動能定理,又求得了槍機彈簧對彈丸做功的值以及槍機彈簧被壓縮時具有的彈性勢能;進一步,我們又測出槍機彈簧被壓縮時的形變量X,據W=?KX2,又測出了槍機彈簧的勁度系數K。通過對實驗中出現的問題,再一步步予以解決的過程,使學生了解到科學探究的過程中會碰到許多困難,不會象純理論學習中那么簡單,每一步都要經過艱苦的探索。
學生掌握的知識有感性具體階段、理性抽象階段和理性具體階段,這三個階段反映了三個不同的認知水平,它們既有區別,又有聯系,并且呈遞進關系。它引起學生認知結構的整合和重組。而從認同到重組,從接受到探究,是學習心理質的飛躍,這種飛躍不是自然形成的,而是由外部的激勵和內部需要的知識量的積累,而導致的質的變化。探究的過程,反映了學生由認同思維向創新思維發展的過程。探究性實驗教學的目的,正是有意識地促進這一演變的進程。
我們又做了其它幾個探究性實驗,如測定自行車行駛時所受的阻力與車速的關系。車所受的阻力,包括輪子與路面間的阻力,自行車內部的機械摩擦阻力,相對于車速的空氣阻力等,學生應用控制變量法,在路況、車子內部機械摩擦一定的情況下,空氣阻力就較容易測出。對不同風速下的空氣阻力的進行分析、處理,我們就可以得到風阻影響的關系及其圖線。通過這些探索,學生們逐步掌握了科學實驗的一般思想方法和技術方法。
四、探究性實驗教學的評價
1、物理探究性實驗的開設,加深了學生對物理概念和物理規律的理解。物理知識來源于實踐,特別是科學實驗的實踐,通過創設一種類似于學術或學科研究的情境,使之與前人探索物理知識或規律的過程有許多相似之處,讓學生在實驗中發掘已有經驗,運用已學知識,感悟和體會研究物理的思想和方法。通過問題的提出、方案的選擇,培養了學生的擴散思維,通過方案的評估、確定,又培養了學生的聚斂思維。這整個討論、交流、實驗的過程,也正是學生對所學物理知識、物理規律的梳理、整合、重組的過程,通過探究實驗,也使部分學習優秀的學生發現學習中存在的缺陷和不足,開始努力予以改進
2、探究性實驗教學,培養了學生的科學態度和研究問題的探究能力,動手操作的實踐能力。通過問題的提出、方案的選擇、設計,儀器設備的選擇操作,實驗需用構件的動手制作,數據的收集處理,歸納推理等系列訓練,使學生的個性、興趣愛好和已有經驗得到充分的發揮,觀察能力、實踐操作能力得到提高。建模能力和空間想象能力的提高,使學生能對不同設計方案進行可行性評估,舍去不科學的或雖理論上成立但實踐操作上不可行或不精確的方案,這種靈活的思維方式,使學生跳出了死讀書的怪圈。也為學生的后續學習、創新精神、實踐能力和可持續發展打下了良好的基礎。
3、探究性實驗促成了學生的解題能力。學生學習物理,做練習題是不可缺少的重要一環,是幫助學生理解鞏固物理知識的重要手段之一。有些學生往往有這種感覺,聽教師講解時懂了,自己解題時卻又不行了。特別使碰到與實際聯系密切的問題更是無從下手。究其原因,就是學生對自然現象和生活中的物理現象疏于觀察,缺少聯想,不會靈活運用已有知識。通過探究性實驗的設計、操作,能引導學生把所學知識與實際現象聯系起來,建立起清晰的物理模型和物理情境,提高分析問題的空間想象能力,有利于克服片面性,拓展解題思路。比照探究性實驗開展前后,學生的解題思路和能力有了相當大的提高。
根據新的《上海市中學物理課程標準》(試用稿),要求學生能獨立根據實驗目的,設計正確的實驗方案,科學地完成較復雜的實驗任務。物理探究性實驗的開設,給學生提供了相應的時間、空間和環境,學生在教師的指導幫助下,通過自主設想、合作交流,實驗探究的學習方式,在實踐過程中逐漸學會收集、處理和運用信息,合作交流選擇方案,自己動手制作和操作實驗器材,分析歸納得出正確結論,使理論和實踐有機地結合起來。通過這樣的訓練,為學生的實踐能力、創新精神和可持續發展打下了良好的基礎,也為學生的后續學習、以及將來面對社會的生存能力打下了良好的基礎,探究性實驗教學,對于實現“二期課改”的教學目標,也是一個有效的措施。
[主要參考文獻]:
1、《教學科學研究方法基礎》上海教育出版社,1998年版。
2教師引導
對問題進行科學猜想如果學生沒有經過科學猜想就進行實驗設計,學生不知道實驗的目的,實驗設計就難以進行下去,不能培養學生的猜想能力,經歷的探究過程也不能鍛煉創新思維。所以教師必須引導學生根據已掌握的物理知識、隨堂實驗和生活經驗,把學生引入科學猜想的情景,有理有據地對問題進行猜想,明確探究的方向。在探究“影響導體電阻的因素”的教學中,筆者通過下面3個現象引導學生猜想:①滑動變阻器的滑片移動,電阻變化;②使用的是220V的燈泡,燈絲越粗越亮;③電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設計給學生的探究指明了方向,學生一步一步地得出自己的科學猜想。
3教師引導
選用實驗器材如果教師直接給學生提供實驗器材,并介紹各種實驗器材的功能,代替了學生的探究和猜想,學生沒有學會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學生預備多種器材,包括一部分無用器材,讓學生在問題的引導下思考實驗的原理,選用器材,思考有沒有更好的替代器材,有沒有創新,體現探究的開放性。在“測定電池的電動勢和內阻”的實驗中,筆者陳列一些實驗器材:干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等,讓學生選擇器材,自行設計電路圖來完成實驗。筆者用下面的問題來引導學生選擇實驗器材:①需要什么儀器,采用什么樣的電路圖,原理是什么;②選擇什么規格的器材,被測干電池選內阻較大的還是較小的,伏特表選什么量程,安培表選什么量程,滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設計引導學生重視分析實驗器材與實驗目的和原理的聯系,分析為什么要選用這些器材,這些器材有什么用途,把本實驗的知識融合在一起,在分析問題的過程中培養學生獨立思考的能力。
4問題引導
自主設計初始實驗方案學生根據自己的預備物理知識,在教師的問題引導下自主設計檢驗猜想的實驗方案,包括根據實驗要求理解實驗原理、先后測量哪些物理量、具體如何操作、編寫實驗步驟、設計實驗表格等。在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,筆者用下面的問題來引導學生進行初始方案的設計。①物體的加速度與它受的力、質量這兩個因素均有關,應采用什么實驗方法得出加速度與力、質量三者間的定量關系?②這個實驗需要測量的物理量有哪些?③怎樣測量小車的加速度?需要什么器材?請同學們設計一個可行的實驗方案。④我們要讓細線對小車的拉力等于小車受到的合力,怎樣平衡掉阻力?阻力來自哪些方面?怎樣才算平衡掉了阻力?通過以上問題的引導,學生知道了實驗的方法,解決了實驗設計中的困難,最后大多數同學都能設計出自己的實驗方案。
2畢業論文實驗管理建議
2.1進入實驗室的培訓
學生開展實驗前,先將安排在食品微生物實驗室的所有學生集中,針對這些學生進行集中培訓。首先,讓這些學生了解和學習學校及學院有關實驗室的各項規章與制度,如《廣東海洋大學實驗室安全制度》,《廣東海洋大學學生實驗守則》,《廣東海洋大學實驗室儀器設備管理制度》與《廣東海洋大學儀器設備損壞丟失賠償制度》等,讓學生明白怎樣進入實驗,進入實驗室后該如何做,出了緊急情況如何處理及損壞儀器改如何賠償等等。然后,實驗室老師跟指導老師一起對這些學生進行實驗室包括常規常用試劑的配制,基本儀器設備的使用,儀器設備的維護與保養等基礎實驗技能的培訓。因為筆者管理的是食品微生物實驗室,因此結合實際,對學生安排了菌種的接種,培養基的制備,實器材的包扎,高壓滅菌鍋使用,顯微鏡的使用和細菌染色方法(尤其是革蘭氏染色法)等基礎實驗的培訓,介紹了各種實驗技能的操作方法及要點,儀器設備的使用方法,注意事項,儀器設備的維護。之后讓學生一個一個進行動手學習操作,糾正不規范及錯誤動作,讓他們真正學會這些基本的實驗技能。同時,讓學生了解食品的各種表:微生物室管理登記表,如進出實驗室登記表,儀器藥品的領用表,儀器設備借用記錄等等。做到有根有據,有章可循,讓學生明白這些手續是如何辦理與填寫。此外,在培訓會中還規定了實驗室小組長,讓其安排好每名畢業生實驗固定的位置和柜子,安排每天實驗室的值日,其他學生必須聽從小組長安排,讓學生參與到實驗室的管理工作來,以減輕實驗老師的負擔,還能鍛煉學生的管理與自我約束能力。培訓結束后,對這些進入食品微生物室的學生還要進行考核。考核分為筆試和儀器操作考試(輔以口述),成績達95分者方可進入實驗室開展畢業論文實驗。經過培訓與考核,學生就能安全有序,合理正確的開展實驗了。
2.2實驗過程的管理
經過進入實驗室前的培訓與考核,實驗過程中的管理負擔應該會相對少些。實驗過程中,要求學生按時按點到實驗室,并做好考勤登記表。不能像以往散兵游勇似的,每天9點一撥人,10點一撥人,甚至是12點到實驗室的。實驗老師要時常抽查出勤表,了解學生的出勤情況,對于個人出勤少、在實驗室露臉少的學生要督促并警告,而且要及時跟該生的指導老師匯報,讓其指導老師了解學生的具體情況。這樣一方面可以了解學生實驗出勤情況,另一方面可以規范實驗室管理,樹立實驗室管理威信。針對個別學生因為實驗安排需要的特殊情況(如做微生物的生長曲線是),提前申請,可以另行處理。針對學生在實驗過程中時常需要借用藥品試劑、儀器設備,實驗老師規定每周幾個固定的借用時間點,只能在這規定些時間點跟實驗老師借用儀器設備。不能像以往那樣,學生缺什么儀器,缺何種試劑,實驗室老師像保姆似的,必須隨時給準備好。這不僅耽誤老師時間,也對學生也沒有約束作用。規定好借用時間,也有利用督促學生安排好自己的實驗進程。實驗過程,需要使用到大型精密儀器設備,需提前預約好,如果預約好,又沒按時使用的話,要口頭警告,若是再犯此類錯誤,停止使用相關儀器設備一個月。如需要借用一些大型的儀器設備,或者是固定資產,而且使用時間較長的,指導老師需要提前跟實驗室老師溝通協調,并做好借用登記。實驗過程中,遇到實驗理論或者技術問題,學生需及時跟指導老師聯系溝通,實驗室老師如有條件,也可協助解決。如果實驗室進行實驗教學任務的同時,畢業生需要開展畢業實驗,實驗室老師要妥善安排好畢業論文的實驗場所。
2.3實驗結束后的管理
學生畢業論文結束時,實驗指導教師和實驗室老師必須重視收尾工作,首先實驗室老師要檢查學生試劑藥品、儀器設備的歸還及完好情況,督促做好實驗室的清潔衛生,督促學生填寫好有關使用情況登記表,清洗實驗過程所用玻璃器皿,清理實驗所剩的實驗樣品、試劑藥品,對于有毒有害試劑要回收統一處理,對于不按規定執行的學生,實驗室老師要及時上報指導老師和學院,以阻止其答辯工作及其畢業離校事宜。其次,實驗室老師應及時跟其指導老師匯報學生在實驗室的工作情況,這將作為評價學生畢業論文的一個重要參考指標。
化學是一門以實驗探究為基礎的自然科學,初中化學課本中介紹了許多培養學生實驗技能和提高學生實驗探究能力的實驗,化學實驗中的現象的正確分析與描述,對化學知識的掌握和理解有著十分重要的作用。以下探究的是初中化學課本中部分有關實驗的現象是如何正確分析與描述的。
1、用大理石(或石灰石)與稀鹽酸反應制取二氧化碳,其現象之一是溶液中產生大量的氣泡,而不能說有二氧化碳氣體產生或逸出。
氣泡與氣體是有區別的。氣泡是溶解性較小的或難溶的氣體物質從液體中逸出的現象;氣體不是現象,而是生成具體的某氣態物質,它是該實驗最終得出的實驗結論。
從上可以知道,盛大理石(或石灰石)固體的試管里加入稀鹽酸,其現象之一為試管中有大量氣泡產生,該氣體是否是二氧化碳,有待于更深入的、更準確的研究才能鑒定和檢驗出來。肉眼只能看到現象,而不能看到是什么具體物質。如排水集氣法收集氣體時看到的現象是集氣瓶(或試管)中有氣泡產生,而不能說是產生了具體的某氣體物質。同樣鋅與稀硫酸反應的現象之一只能說溶液中有大量的氣泡逸出,而不能說溶液中有大量氫氣的逸出。
通常所說物質之間發生了反應有氣體產生教育學論文教育論文,其實驗現象往往是溶液中產生氣泡,而不是具體的某氣態物質。
2、打開濃鹽酸的瓶蓋,在瓶口上方往往看到有白霧現象產生,這里不能說產生了白煙,也不能說產生了白色的煙霧;紅磷在空氣中燃燒的現象之一為產生了大量的白煙,不能說產生了大量的白霧。
煙與霧是兩個不同的現象。煙是固態物質在空氣中分散成細小的顆粒而形成的一種現象;霧是液態物質在空氣中分散成細小的液滴而形成的一種現象。
濃鹽酸的瓶蓋打開看到有白霧現象產生,是因揮發出的氯化氫氣體與空氣中的水蒸氣結合成鹽酸,而鹽酸在空氣中分散成細小的液滴,故看到白霧;紅磷燃燒生成了白色五氧化二磷固體,而此白色固體在空氣中又分散成細小的顆粒,故產生的現象為煙;如用氯酸鉀與二氧化錳混合加熱制取氧氣,用排水集氣法收集到氧氣的集氣瓶中,往往看到集氣瓶中有白煙產生,這是因為反應生成了白色氯化鉀固體小顆粒而形成的。
又如剛吹滅的蠟燭燭芯的上方往往看到有一縷縷白煙產生,這是因為蠟的燃燒是蠟的蒸氣在燃燒,剛吹滅的蠟燭燭芯的上方有蠟的蒸氣存在,而此白煙是蠟的蒸氣在空氣中冷凝成蠟的白色固體小顆粒形成的。煙與霧可同時存在,如磷在氯氣中燃燒,產生白色的煙霧,因反應生成了三氯化磷細小的液滴和五氯化磷細小的顆粒,故在空氣中形成了白色煙霧的現象。
3、可燃物燃燒現象之一有光和火焰,什么物質燃燒用光或火焰為主的現象來描述呢?
一般對于固體可燃物而言,在燃燒時產生以發光為主的現象來描述的,對于氣體(或蒸氣)和液體可燃物而言,在燃燒時則以產生火焰為主的現象來描述的。如木炭在氧氣中燃燒現象之一為發出白光,鎂在空氣中燃燒現象之一為發出耀眼的白光,它們是以發光為主的現象來描述的,而不能說有火焰現象的產生;氫氣、一氧化碳、甲烷等氣體物質的燃燒,它們是以產生火焰為主的現象來描述的;又如將酒精點燃,其燃燒的現象之一為藍色火焰,酒精雖是液體教育學論文教育論文,在燃燒時酒精受熱變成蒸氣,酒精的燃燒實質是酒精蒸氣的燃燒,故酒精的燃燒是以產生火焰為主的現象來描述的。
有的可燃物雖然是固體,在燃燒時不是以發光為主的現象來描述的,而是以產生火焰為主的現象來描述的,因為此固體燃燒的實質是其蒸氣在燃燒會計畢業論文范文。如硫固體燃燒是硫受熱升華為蒸氣,硫燃燒實質是硫的蒸氣在燃燒,故硫在空氣中燃燒現象之一為產生微弱的淡藍色火焰;蠟也是固體,同樣燃燒時受熱升華為蒸氣,故蠟在空氣中燃燒也是蠟蒸氣在燃燒,所以蠟在空氣中燃燒是以產生火焰為主的現象來描述的。
4、二氧化碳通入澄清石灰水中,其主要現象為澄清石灰水變渾濁,有時也往往說成產生了白色沉淀。
渾濁與沉淀是有區別的。
渾濁通常是指不溶于液體的物質(包括固體和另外某液體)分散在液體里形成的不均一、不透明、不穩定的混合物的現象。如將泥土加入到水中形成懸濁液的現象就是渾濁;將植物油加入到水中形成的乳濁液的現象也是渾濁,它們靜置后都會出現分層的現象。
沉淀通常指的是渾濁的懸濁液中懸浮在液體里不溶的固體物質,由于重力作用發生沉降而析出的過程。
渾濁與沉淀區別是:渾濁是現象,沉淀是過程。
如上述二氧化碳通入澄清石灰水中,澄清石灰水中變渾濁,是因為生成了白色難溶的碳酸鈣物質分散在水中而形成的不均一、不透明、不穩定的混合物的現象,這樣的懸濁液靜置后會出現分層現象,由于難溶的碳酸鈣物質,在重力作用下發生沉降而析出,此時就是通常所說的產生了白色的沉淀。
渾濁與沉淀是有一定聯系的。不溶于液體的物質(包括固體和另外某液體)懸浮在液體里先形成渾濁的現象,然后靜置就會出現分層現象。如果不溶于液體的物質是固體,它形成的懸濁液,靜置后就產生了沉淀。也就是說如果不溶于液體的物質是固體,它形成的懸濁液,先出現渾濁,靜置后才產生沉淀。對于乳濁液中分散在液體里的不溶另外某液滴長久靜置就會出現分層,一般不會沉降而產生沉淀,由于不溶另外某液滴密度較小,因而乳濁液靜置后會出現上浮的現象。
渾濁與沉淀是從兩種不同角度來認識的教育學論文教育論文,通常所說物質之間發生了反應而出現了渾濁的現象,其實質是不溶的固體物質懸浮在液體里形成了不均一、不透明、不穩定的懸濁液。如果說物質之間發生了反應而產生了沉淀,這是指渾濁的懸濁液靜置了以后不溶的固體物質在液體里由于重力作用而沉降析出了。
5、鎂條在空氣中燃燒的現象之一是發出耀眼的白光,有白色固體生成,但不能說有白色固體氧化鎂生成,因為前者為實驗現象,后者為實驗結論。如用大理石(或石灰石)與稀鹽酸反應,其現象之一是溶液中產生大量的氣泡,而不能說有二氧化碳氣體生成,同樣前者為實驗現象,后者為實驗結論。
實驗現象與實驗結論是不同的,實驗現象一般指我們能看到的、聽到的、感覺到的,而實驗結論是依實驗現象或通過更深入的、更準確的研究才能測定出來的,也就是說我們一般能看到的、聽到的、感覺到的是實驗現象,而不是具體的實驗結論。一般而言,實驗現象描述不會出現生成物的名稱,即不含實驗結論。
1.實事求是的科學態度。在實驗教學中,要注意培養學生尊重科學、熱愛科學,養成做實驗時實事求是、嚴肅認真、一絲不茍的科學態度。為此,教師在演示實驗中應該做出表率。萬一實驗未達預期目的,絕不能文過飾非,而應實事求是的分析原因、力求成功。要教育學生尊重科學真理,反對弄虛作假。如在《驗證牛頓第二定律》實驗中,有的同學作出的a-F圖線原來未通過坐標原點而隨意涂改為過原點,教師發現后,在批評的同時應與他們一起查找原因:問題出在“平衡摩擦力”不足或過大上,并要求他們重做實驗力爭得出正確結果,讓他們享受到實驗成功的喜悅,增強對實驗的情感,培養他們尊重實驗事實,注重實驗結果分析,碰到困難不低頭,勇往直前的科學態度。
2.勇于探索的良好品質。科學真理的發現需要人們的不斷探索,跨世紀人才必須具備深入鉆研、勇于探索的良好品質。在實驗教學中,要善于引導學生對實驗原理、方法進行發散性思考。注重物理教學過程與方法這一維目標的達成。
3.真誠團結的合作精神。資源共有、成果共享是現代合格人才應有的觀念,也是全體公民應具備的基本素質。目前學生實驗大多數兩人同桌,這為合作精神的培養創造了有利條件。教師應強調學生實驗中的分工合作,即使是可以單獨完成的實驗,也要共同研究、輪流操作、相互探討,使他們同時分享實驗成果,養成合作研究良好的科研素質。
二、心理素質教育
培養良好的心理素質,這是物理實驗教學實施素質教育的又一任務。實驗教學中應培養的心理素質主要有以下幾個方面:
1.確立正確的學習觀念。新課標的實施要求以物理實驗教學是新課標實施的有效載體,變過去重結、,重學知識、重記知識,為重過程、重運用、重全面素質的提高;能力的培養,不僅僅是練與做:學中練、練中做、做中學、學中悟。物理實驗教學正是要學生去做、去練、去悟。如在《用單擺測定重力加速度》實驗時我們給學生:一條細線、一個小球、一把刻度尺、一個秒表,要求他們課后完成實驗,去練習制成單擺,長度的測量方法,通過比較各小組測量結果,引導他們去悟減少測量誤差的方法,悟出測周期要用積少成多法,要從擺球過平衡位置開始計時的道理。
2.培養濃厚的學習興趣。興趣是一個人獲取新知識、開拓視眼、推動學習的內驅力。因此在實驗教學中,要注意提高演示實驗的趣味性,力求“驚、奇、險”。如我們演示“瓶子吞蛋”(演示大氣壓強的存在)、“筷提沙瓶”(演示摩擦力的作用)、“腳踩釘板”(演示壓力與壓強)、“水中燭焰”(演示平面鏡反射)、“怒發沖冠”(演示靜電現象)等實驗,均能很好的激發學生的求知欲。
3.形成頑強的學習意志。科研歷來不是一帆風順的,會遇到各種困難與障礙。因此,在教學中要注意形成學生碰到困難不退縮,遇到難題不搖頭的頑強意志,例如:在做《用雙縫干涉測波長》實驗時,有些組到下課了也沒調出干涉條紋來,我要求他們借鑒其它組的成功經驗,分析自己失敗的原因。晚自修時再做這個實驗,終于在晚上他們都成功了,此時他們既嘗到了成功的喜悅,更重要的是使得他們不怕困難、迎難而上的頑強學習意志。在實驗教學中,要鼓勵學生以科學家為榜樣,直面困難,持之以恒,認真準確的操作,以頑強的意志去獲得實驗的圓滿成功。三、科學實驗素質教育
培養科學實驗素質,這是物理實驗教學中素質教育的根本任務。也是我們物理教學知識與技能這一維目標達到的基本途經。實驗教學中應培養的科學實驗素質主要有以下幾個方面:
1.深入細致的觀察能力。有目的的觀察能明辨觀察對象的主要特征及變化規律,實驗教學中要教給學生正確的觀察方法,培養學生深入細致的觀察能力。如在觀察光的全反射實驗時,一般學生只注意到全反射的兩個條件,即光要從光密介質射向光疏介質,且入射角必須大于臨界角。
2.選擇器材、方法的能力。實驗器材和方法往往不是現成的,在實驗教學中培養對器材、方法的選擇能力確有必要。如在“伏安法”測電阻時電流表內接和外接的選擇,按教科書給出用“阻值比較法”,我們可增加了“實驗試探法”,為在阻值未知的情況下合理選擇實驗線路提供了方法。
3.排除實驗障礙的能力。我們常在學生實驗中故意設置一些障礙,如提供給學生的電表不指零,要求學生使用前必須先進行機械調零、供芯線短路的導線,要求學生在已接好的電路中查明。
4.處理實驗數據的能力。對實驗數據進行必要的整理處理,以找出規律,得出科學結論,這是科學實驗的重要一環,在實驗教學中應重視對學生處理實驗數據能力的培養。
需要指出的是新課程背景下物理實驗教學尚未得到重視。有些學校在高一、高二實驗復習中僅復習要抽考的幾個實驗。讓我們拋開應試教育的枷鎖,把新課標的實施落到實處在物理實驗教學中切實抓好思想道德素質、心理素質和科學實驗素質教育,為培養開拓型人才而努力!
一、進行比較與歸納,加強物理概念的教學
1.壓力與重力的區別與聯系。在講解壓力概念時,為了讓學生把壓力與重力區分開來,我采用了對比教學法。讓學生認識到壓力與重力是兩種不同性質的力,壓力不一定由物體的重力產生的,但將一個物體放在水平支撐面靜止時,物體對支撐面的壓力大小與物體重力的大小相等,講解時通過畫力的示意圖舉例說明。如:手用力往墻上按圖釘,墻壁受圖釘尖的壓力,壓力方向與墻面垂直。施力者是圖釘,受力者是墻壁,與圖釘受重力大小無關。還可用列表說明,如:以放置在斜面上的質量為m的木塊對斜面產生的壓力為例,說明這兩個力的區別。
施力物體
受力物體
力的作用點
力的方向
力的大小
力的性質
重力
地球
木塊
重心
豎直向下
mg
引力
壓力
木塊
斜面
斜面
垂直于斜面向下
小于mg
彈力
因此,放在水平桌面上的物體,對桌面產生的壓力的大小,等于物體本身重量大小的事實,僅說明壓力在數值上等于物體的重力,方向相同,不能把它們混為一談。
弄清楚了壓力與重力的區別后,在探究壓力作用效果與哪些因素有關時,學生就不會猜想壓力作用效果與重力有關,而會猜想與壓力有關了。這樣將物理量通過比較分析,講深講透,學生自然就可以突破難點了。
2.壓強公式P=ρgh與P=F/S的關系
學完了固體、液體、氣體的壓強之后,學生對于公式P=ρgh與P=F/S的應用經常會混淆,不理解各自的適用范圍。所以跟學生分析它們之間的區別與聯系,有助于學生對于公式與原理的理解,以便能正確的解決實際問題。
(1)公式P=ρgh中的壓強是液體由于自身重力產生的壓強,它不包括液體受到的外加壓強。因而此公式是液體壓強公式。由公式可知,液體的內部壓強只與液體的密度、液體的深度有關,而跟液體的體積、液體的質量無關。由于液體有流動性,能夠傳遞壓強,因而液體壓強規律與固體壓強不同,分析問題時必須考慮其各自的特殊入情入理。我們可采用列表對比、類比分析問題的研究方法,分析下面一下問題。引導學生學習對前后知識的聯系、分析問題的方法。
如將盛一定量液體的容器放置在水平桌面上,容器對桌面產生的壓力、壓強,與液體對容器底產生的壓力、壓強是否一定相等(容器重不計)。請看下表:
作用對象
產生原因
壓力的大小
壓強的大小
對水平桌面
容器和液體都受重力作用
等于容器和水所受的總重,與受力面積無關。
計算方法:F=G
與容器和水所受重力有關,與受力面積有關。
計算方法:p=F/S
對容器底
液體受重力,液體能傳遞壓強
不一定等于液體重,與液體的壓強、底面積有關。
柱體:F=G
上小下大:F>G
上大下小:F<G
計算方法:
F=pS=ρghS
與液體密度、深度有關,與容器形狀、底面積無關。
計算方法:p=ρgh
由上表可知,求固體壓力和壓強時一般先求壓力再求壓強,而求液體壓力和壓強時,一般先求壓強再求壓力。懂得了這個求解順序,再加上對公式意義的理解,以后碰到此類問題時,出錯幾率大大降低了。
(2)公式P=ρgh的適用范圍
這個公式只適用于計算靜止液體的壓強,不適用于計算固體壓強。盡管有時固體產生的壓強恰好等于ρgh。例如,將一密度均勻的高為h的長方體或圓柱體鐵塊放在水平桌面上,桌面受到的壓強為P=F/S=ρgV/S=ρghS/S=ρgh,但這只是一種特殊情況,不能由此認為固體由于自身所受策略而產生的對支撐物的壓強都可以用p=ρgh來計算。
(3)公式P=ρgh與P=F/S的關系
公式P=F/S是壓強的定義式,也是壓強的決定式。無論是固體、液體或氣體,它都是適用,是普遍用的公式。而P=ρgh是結合液體具體情況,利用P=F/S推導出來的,它只適用于計算液體的壓強。能否用公式P=ρgh計算大氣壓強呢?由于液體很難被壓縮,液體的體積不易改變,因而容器內的液體自上而下,其密度都是相同的。由于氣體是可以被壓縮的,氣體的體積容易改變,一定質量的氣體,當外加壓強增大時,它的體積將縮小,氣體密度要增大,所以,在大氣層內不同高度的地方,空氣的密度不一樣,靠近地面的空氣密度比較大,越高的地方空氣的密度越小。由于大氣層中空氣的密度不均勻,因此不能用p=ρgh計算大氣層中某一高度的大氣壓強。
通過以上的分析與比較,學生對于固體、液體、氣體的壓強就有了深刻的理解,分析問題時就能依原理和公式來解決實際問題,同時也培養了學生學習物理知識的技能和方法。
二、加強實驗與探究,重視科學方法的教學
我在教學中盡量多安排探究性學習活動,雖然學校的器材缺乏,分組實驗很難開展,但我一定會盡量的多利用身邊的器材給學生做許多的演示實驗,同時將實驗進行改進,盡量讓學生自己動手用身邊的器材進行一些實驗探究。做演示實驗時,實驗的過程仍然遵循實驗探究的環節,多數程序要求學生來共同完成。在實驗教學中,我的教學程序是:提出問題──進行猜想──設計實驗──進行實驗──歸納分析──得出結論──交流與評估──應用與延伸。
比如,在探究“壓力的作用效果與哪些因素有關”的實驗中,首先通過觀察生活中各種跟壓強有關的現象,了解什么是壓力,知道壓力可以產生一定的作用效果,然后再讓學生進行猜想。“猜想”是一種科學研究方法,在科學探究的學習過程中,猜想有著舉足輕重的地位,它是物理智慧中最活躍的成分,所以平時我很重視這一環節的教學。先讓學生的思維進行擴大和發散,充分發展他們的創新思維,但是為了防止學生胡亂猜想,還要讓學生說出猜想的理由,這樣能去偽存真,去粗取精,從而能讓探究活動順利進行。學生的猜想因素有許多,比如:壓力、重力、質量、受力面積、體積等因素。然后我再引導學生進行分析與篩選,合并與歸納,最后得出壓力的作用效果可能與壓力大小和受力面積大小有關。
猜想之后,再讓學生進行實驗設計,在設計實驗前向學生強調“控制變量法”的科學方法,“控制變量法”是初中物理中常用的探究問題的科學方法。也是我們教學中的重點。當一個物理量與幾個因素有關時,我們一般是分別研究這個物理量與各個因素之間的關系,再進行綜合分析得出結論。這樣就必須在研究物理量同其中一個因素之間的關系時,將另外幾個因素人為地控制起來,使它們保持不變,以便觀察和研究該物理量與這個因素之間的關系,這就是“控制變量法”。有了這種科學的思想,學生的實驗設計是沒有太大的難度的。即先保持受力不變,改變壓力的大小,研究壓力的作用效果與壓力大小之間的關系,然后再保持壓力不變,改變受力面積大小,研究壓力作用效果與受力面積之間的關系。
壓力作用效果如何觀察呢?力是一個看不見摸不著的物理量,如何把壓力的作用效果顯示出來呢?這里又涉及到一個“轉換法”的科學方法的教學。所謂“轉換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。要把壓力的作用效果顯示出來,也就是要讓壓力的作用效果比較顯著,那么在選擇被壓物體(支持物)的時候應該怎么選擇呢?學生一下子就會想到,要選擇比較松軟的表面來做支持面,比如沙子、海綿、軟泡沫、面粉甚至肌肉等。
實驗前期的工作都做好了之后,就可以選擇適當的器材進行實驗了,在實驗觀察的基礎上,自然而然的就能順利的得出實驗結論。
三、重視拓展與應用,引導學生創新
1試件設計
試驗共設計制作3榀1層2跨鋼筋混凝土框架,試件編號為KJ1、KJ2和KJ3,其中試件KJ1和KJ2采用HRB500級鋼筋作為受力主筋,為了與試件KJ2進行對比,具有相近承載力的試件KJ3采用HRB400級鋼筋作為受力主筋。框架柱高h=1800mm(從基礎梁頂算起),2跨跨度均為4000mm,梁截面尺寸為150mm×300mm,柱截面尺寸為250m×250mm,基礎梁橫截面尺寸為600mm×250mm,3榀框架試件尺寸如圖1所示。混凝土設計強度等級為C40,鋼筋混凝土框架柱配筋均為320,對稱配筋。框架梁則按跨編號為KL1、KL2,其配筋如表1所示。3榀試件框架梁的非加密區箍筋配置雙肢8@150,加密區箍筋配置雙肢8@75。縱向受力鋼筋材料性能如表2所示。
2試驗加載及量測
試驗加載采用框架梁跨中集中加載(圖2)。分4個階段進行加載。第1階段,分4~5級加載,每級荷載增量20~40kN,直到框架梁中柱端(C端)、跨中(B、D端)以及邊柱端(A、E端)都出現裂縫,分級卸載。第2階段,首先按第1階段加載方式加載至其卸載時的荷載值,再按框架梁中柱端(C端)計算的承載力分6~7級加載,每級荷載增量為10~40kN,待主裂縫寬度達到0.3mm,分級卸載。第3階段首先分級加載至第2階段卸載時的荷載值,按照第2階段的荷載級差加載,加載至框架梁中柱端(C端)計算承載力的90%,改變級差以計算極限荷載的5%分級加載。試驗量測的主要內容包括:測量梁端、梁跨中、柱頂、1/3柱高以及柱底等關鍵截面的混凝土應變和受拉鋼筋應變;用6個量程50mm的百分表來測量梁跨中以及1/4跨度處的撓度,5個量程10mm的百分表測量柱頂以及柱側向的位移;用6個電子傾角儀測量梁端及邊柱柱頂轉角;用4個量程1mm的千分表測量邊柱柱底的平均位移,用來校核所測混凝土應變;框架梁開裂后,描繪每級荷載作用下裂縫形態并量測記錄縱筋處的裂縫寬度。
試驗結果及分析
1裂縫形態
3榀框架試件在加載過程中,首先框架梁在中柱支座的梁端附近出現第1條裂縫(試件KJ1~KJ3對應的開裂荷載分別為19kN,22kN和21kN),繼續加載,梁跨中附近和邊柱端也出現1條新裂縫,中柱支座端在第1條裂縫靠跨中一側出現1條新裂縫。原有的裂縫寬度進一步增大,在己開展的裂縫相鄰一定間距內又有新裂縫出現,已開展的2條裂縫之間很少再有新裂縫出現。所有裂縫沿豎直方向延伸一定高度以后斜向發展,框架梁柱邊裂縫斜向支座端,跨中裂縫斜向加載點。緊靠柱邊的梁端裂縫沒有傾斜,沿垂直方向延伸。進一步加載,梁跨中的下排鋼筋首先屈服,裂縫寬度加大,梁兩端轉角增大。隨后跨中裂縫發展進一步加速,撓度增大更加明顯。最終跨中受壓區混凝土壓碎(試件KJ1~KJ3對應的極限荷載分別為216kN,200kN和230kN),框架梁裂縫形態如圖3所示。
2裂縫寬度
(一)實驗方案探究設計
實驗方案的探究主要培養學生的工程宏觀分析能力。在傳統的實驗教學模式下,實驗按照統一的方案展開,學生沒有選擇性。這種教學模式適用于理論驗證性的實驗,但在以培養學生工程能力為主的實驗中,就會壓制學生的想象力和主動探究的意識。因此,實驗方案探究是實驗教學策略的最重要部分。實驗的主要目的是認識和探索理論規律,掌握工程技能,應該以問題為驅動開展實驗方案的探究,學生對于老師提出的問題,以分析問題和解決問題為出發點,經過認真思考和研究,自主制定實驗方案,通過搭建實驗對象,準備儀器設備、測量各種工況下的數據,整理和判斷實驗數據和結果的正確性。這就要求實驗具有基于工程的實際背景設計,學生才可能在這種開放性的實驗環境下,對多種可能的實驗方案展開探究。英國開放大學的實驗“能量轉換(EnergyConversion)”是典型的實驗方案探究型實驗。實驗設計背景是銅的工業化生產,實驗問題是如何從銅礦石經過多個環節得到電解銅。教師首先要求學生設計基本方案。學生在實驗前1個月必須預習,由4人組成的實驗小組需要集體制定實驗方案,由于實驗問題本身的開放性,實驗方案也并不是確定的,指導老師只給出一些建議。從粉碎礦石到解析出銅的多步實驗步驟中,有多種途徑可以完成實驗,學生們集體討論得到設計方案。在實驗過程中,方案根據實際情況還繼續修正。完成基本方案設計以后,實驗完成過程也是實驗方案探究過程。學生在實驗室邊實驗、邊觀察、邊記錄、邊討論,每個實驗環節都要求去解答或解決一些相關的問題,如粉碎的效率、溶解濃度以及電解效率等,部分環節還要到計算機上進行數學模型的求解。實驗過程中進行觀察記錄和模型預測,最后對實驗結果進行驗證。實驗結束后,學生還必須根據本星期實驗情況,做口頭報告(Presentation),教師根據學生預習和作業情況、實驗過程的表現以及口頭報告,給出實驗課程的最終評價。可以看出,整個實驗過程就是針對如何從銅礦石得到電解銅的這個具有工程背景的問題,在不斷探究的過程中制定和實施實驗方案的過程,這對學生工程宏觀分析能力的培養大有裨益。
(二)實驗過程探究
實驗過程探究主要培養學生的工程微觀分析與操作能力。傳統工科專業的實驗操作基本是按部就班地完成,對于故障分析與解決、規范操作等重要技能以及如何培養學生的工程意識、工程能力、創新能力還較少涉及,這顯然不能滿足工程應用型人才的培養需求。實驗過程探究式是在實驗過程中,教師給學生一定的引導和提示,讓學生自己通過觀察、思考、動手實施等途徑去獨立探索和研究,自行實現實驗過程的教學策略。概括起來,在實驗過程探究中,學生需要在實驗過程中自主發現問題,分析問題,實施和運行,真正實現探與究的學習過程。在工程實際環境中,觀察與發現各種現象、分析現象之間的聯系。因此在線實驗系統會較為真實地模擬這些現象,學生經過現象分析,確定現象發生的內因與外因;結合理論進行討論,明確調節目標與調節手段,形成解決方案。實驗系統設計必須便于討論和方案設計。華東理工大學DCS實驗是較為典型的實驗過程探究型實驗。實驗主要培訓學生DCS操作能力和故障處理能力。由于DCS系統本身的大多數操作都是基于計算機的操作,因此網上實驗課程的界面仿真DCS系統的計算機控制部分操作的界面。以下用一個簡單的故障處理實驗來說明實驗過程探究的實驗。在實驗中,設計了一個常見的故障處理,在圖1的界面中,學生觀察到粗丙酮塔T-601頂溫度儀表TI-6006出發異常過高報警,系統要求學生調節至正常運行溫度73.0-80.0℃。在觀察到異常過高報警后,學生將按照所學知識和工程常識,作出如下分析:粗丙酮塔頂溫度上升可能有4三個工藝方面的原因,分別是加水量過大、回流量過小或再沸器回水量過小,也有可能是儀表自身故障因素。既然存在這三種可能,就必須通過其他觀察和分析來確定故障原因,因此學生首先需分別檢查相關三個儀表,即加水量儀表FRC-6015,回流量儀表FR-6019,E-601再沸器回水儀表FRC-6014,以確定儀表正常工作。學生觀察到回流量儀表FR-6019讀數偏小,就可以判斷出是因為回流量不足造成塔頂溫度升高。在通過觀察分析找到故障原因后,學生根據工藝理論,確定解決方案,即增大塔頂回流量,需要調節FR-6019儀表。在工程環境中,不能進行一步到位的調節,以免造成大的擾動,需逐步小范圍調整,邊調邊等。因此學生在實施解決方案,必須仔細閱讀操作守則,將溫度調節至正常運行溫度的整個操作過程必須符合現場操作規范。操作實施時,首先將LRC-6023改為手動控制,每次增加調節閥閥位必須小于2%—這是操作守則要求的,如果學生超出這個閥位標準進行調節,訓練中系統將給出警告,在考試中則行為將被記錄,作為扣分依據。每次調節后系統會根據數學模型的計算將相應儀表調至相應位置,學生一邊觀察表顯示情況一邊調解,直至塔頂溫度恢復到73.0-80.0℃,最后將LRC-6023設置為自動控制。可以看出,此實驗在整個故障處理過程中,并不像普通課程實驗制定嚴格的步驟,而是讓學生根據工程實際情況,通過自主觀察分析來制定解決方案,然后根據操作規范來一邊觀察一邊操作運行,整個課程設計與教學過程較好地體現了探究式的教學策略。
二、基于過程考核的在線評價體系
對實驗學習成果進行全面評價是在線實驗的重要環節,這樣才能對學生探究式學習過程進行科學合理的評價。傳統現場實驗模式中以數據處理和實驗報告結果來評價只能作為在線實驗中評價模式的參考。對于參加實驗的學生,主要應考慮的因素是其在實驗的準備情況、在實驗過程中探與究的情況,即觀察問題和分析問題的準確性,設計方案的優劣,操作實施過程的規范性、和其他同學交流情況,以及對理論知識的掌握能力和應用能力,因此必須據此建立新的實驗評價體系,即基于實驗過程考核的評價體系。在線實驗評價體系主要分為理論掌握情況、實驗操作能力、合作交流能力,其中實驗操作能力是最為重要的指標。理論掌握情況主要考察預習思考題,實驗操作能力包括是否選擇了正確的儀器或儀表、設計方案是否適當、操作目標是否達到、操作過程是否規范、數據處理與實驗報告是否符合要求等都可以作為實驗過程考核的指標。同時,每一門實驗課程提供BBS建立單門實驗的學習社區,學習者就一些問題難題發帖,由專門的輔導教師回答問題,并確認學習者所發的有效帖數等。其中實驗操作規范是較為特殊的指標,在工程實際中,操作規范化及其重要,否則將引來災難性后果。因此,必須設定一個閥值,學生如果出現較為嚴重的操作規范問題,不論其他指標分數如何,都將判定為不合格,我們定義為罰指標。本文選取上述7個指標因子構成學生實驗教學的基本評價指標體系,并依次設其為A1,A2,…,A7,其中A6為罰指標因子。通過在線實驗系統中自動記錄實驗儀器選取、操作等參數,對學生實驗過程進行跟蹤。結合在線實驗平臺的應用,在實踐中我們采用了一個有七個參數的指標體系,包括預習思考題分數、實驗儀器選取、實驗方案正確性,操作規范性、數據處理、實驗報告、在學習社區的交流情況。對這七個參數賦予不同的權重就可以得到該學生的最終成績,下面分項說明一下每個指標的含義。由于每個指標因子只反映了學生實驗學習的某個方面的特征,各學校可以根據本校實際情況規定指標因子及其特征值,以及罰指標因子的規定。表1顯示的是華東理工大學指標因子的重要性規定,并因此為權重來加權學生實驗的綜合得分。在指標體系中,各項指標的權重大致說明了其重要性,這七個參數基本上涵蓋了學生從準備到完成全過程的表現情況,對每一個指標賦于權值并最終得到終結性評價課程成績,各項指標的加權和就是實驗評價分數。少數指標雖然權重并不高,由于在工程實踐中具有重要意義,低于一定分數整個實驗過程將評價為不合格。比如在前文提到的DCS實驗中,在多次出現不規范操作并且在系統警告后仍然出現2次以上不規范操作,整個實驗過程將被判定為不合格。對于通過經驗方式得到的實驗過程考核評價體系,在經過一定的數據積累以后,可以進行智能化的處理和分析,為學生提供更優化的實驗方案。比如在DCS實驗中,通過對學生實驗過程數據的分析,得出每個學生的優缺點。在選取的兩個學生中,甲學生雖然分數略高,但操作相關的指標得分都不高,因此在后續實驗中,主要給該學生提供注重操作及規范的實驗,比如開關機實驗和某些故障處理實驗。而乙學生操作和動手能力較好,但不注意理論和實驗設計,以及數據處理等工作,在后續實驗中,應多推送理論學習的模塊,提醒學生注意數據處理和實驗報告的完成。
三、在線實驗系統的設計框架
作為在線實驗系統核心部分的探究式學習模式以及相應的在線評價體系設計完成以后,在線實驗系統框架基本構筑完畢。在線實驗系統應本著簡單、適用、高效的原則,實行通用化、標準化、智能化、人性化的設計思想。學生可以通過在線實驗平臺在教師的指導下進行實驗教學的全過程,而在線實驗平臺則通過記錄學生在線上參加的實驗過程、實驗練習以及培訓交流等情況,實現對學生實驗情況的全程跟蹤管理和對學生實驗教學需求的全面掌握。在線實驗設計的基本架構如圖2所示。可以看出,在框架核心部分的業務層中,支持探究式學習過程是貫穿設計始終的問題,所以應改變原先某些實驗只是為驗證理論的設計,把發現問題、分析問題、設計解決方案、實施解決方案的探究式思路在實驗教學中實現。同時需要學生在各個環節的實驗過程進行完整的記錄,作為其是否按照教學思想完成實驗內容進行考核的依據,同時還可以通過智能化的數據分析和數據挖掘,為學生提供經過優化的個性化實驗教學模塊。組件層和服務層和平臺軟硬件設計相關,在其他文章中有詳細介紹,本文不再贅述。
二、初中化學探究式實驗教學的應用策略
1.科學劃分化學實驗內容。初中化學教材中的實驗可分為兩大類即驗證性實驗、探究式實驗,不同性質的化學實驗,其教學方法也大不相同,教師需科學劃分化學實驗內容,采用不同的方法進行教學。對于驗證性實驗,教師無需投入大量的時間和精力,只需讓學生探究實驗材料、了解相關的實驗現象。而對于探究性實驗,教師需開展探究式實驗教學,不僅要讓學生對實驗材料、實驗步驟以及實驗原理進行了解,而且要鼓勵學生動手操作實驗,以鞏固所學的化學知識,從而使其能夠用所學的化學知識解釋生活中的相關現象,激發其潛在的探究意識。例如,教師可以將初中化學教材中的“二氧化碳的制取”實驗列入探究式實驗,選擇適當的時機開展探究式教學,增加實驗教學的樂趣。首先,教師可以提出問題:為什么二氧化碳不能從濃鹽酸或碳酸鈉中獲取,而能從碳酸鈣以及稀鹽酸中獲取?然后讓學生帶著問題展開小組討論,充分表達各自的觀點,以培養學生的思考能力,最后讓學生動手操作實驗,總結出實驗結論,以提高學生解決問題的能力。通過以上方法開展探究式實驗教學不僅可以加深學生對所學知識的記憶,而且可以增強學生的探究能力,使其能夠在實驗中獲取學習樂趣。
2.合理選擇探究性實驗課題。初中化學教材中融入了許多化學實驗,初中化學教師應合理選擇探究想實驗課題開展探究式教學,以培養學生的探究思維,為其以后的化學學習打下堅實基礎,因此,化學教師需全面分析教材中的實驗課題,從中挑選出適合學生特點的探究課題進行教學。同時,在教學過程中教師應鼓勵學生積極參與化學實驗,并指導學生從易研究、易操作的實驗開始,逐漸激發學生對化學實驗的興趣和信心,在此基礎上,教師需引導學生發現問題、思考問題、探究問題以及解決問題,從而不斷提升學生的實驗能力。例如,在“燃燒的條件”探究課題中,教師首先要指導學生確定探究問題:“燃燒需具備哪些條件?”,讓學生聯系生活實際提出相關猜想,如燃燒要有可燃物、氧氣以及溫度要達到著火點;其次,確立實驗方案,讓學生采用已準備好的實驗器材(如坩堝鉗、小木條、粉筆、酒精燈、蠟燭以及燒杯等)操作實驗、觀察實驗以及分析實驗,最后總結出實驗結論:燃燒需具備可燃物、氧氣或空氣以及溫度達到可燃物的著火點,當以上條件同時滿足時才能燃燒。
3.巧妙創設實驗問題情境。教師在探究式實驗教學中需發揮引導作用,巧妙創設實驗問題情境,以激發學生的好奇心,從而激勵其思考和探究未知的問題。在開展探究式實驗教學中,教師要根據教學實際設計出實驗問題情境,并要確保問題情境具有實踐性、趣味性、開放性、差異性以及挑戰性,以更好的迎合探究式實驗教學的要求。
化學實驗題最能考查學生的思維、表達、探究等各方面的綜合能力。2009年高考課改卷更加注重對化學實驗的考查,突出了實驗在學科中的地位。新課改2009年高考化學大綱強調了對實驗能力和實踐能力的考查,這將更有利于推進中學素質教育的實施。
結合近幾年的高考實驗試題特點以及發展趨勢,本文就高考化學實驗專題復習提出一些建議。
一、準確掌握化學實驗基本技能
高考化學實驗題中既有常見儀器的規格和使用,又有正確操作的了解和錯誤操作的辨別,著重考查考生的實驗基本操作技能。
1.熟悉常用儀器
熟練掌握化學實驗中常用儀器的結構、用途是提高實驗答題能力的必備的基礎。在復習時,建議讓學生接觸感受這些常用儀器,掌握這些常有儀器的名稱,結構,規格,用法及用途。
2.掌握基本操作
基本的實驗操作有藥品的取用、儀器的洗滌、試紙的使用、試劑的存放、物質的分離和提純、物質的檢驗與鑒別等。對化學實驗基本操作的復習,最好讓學生親自動手做。設置不同的實驗情景,積極疏導,大膽動手,多向思考,仔細觀察,認真記錄,做好實驗基本操作。有助于全面提高學生的基礎實驗能力。
二、認真分析課本實驗基本原理
近幾年高考實驗試題傾向于回歸教材,體現了來源于教材又高于教材的特點。問題多圍繞教材實驗展開,如基本操作,變換原理,方法,角度等進行命題,增強教材實驗的開發、遷移、考查學生對實驗的掌握情況。這就要求學生在復習實驗時要多問是什么(即實驗目的)?(即實驗原理)為什么?怎么做(即實驗步驟)?不這樣會產生什么結果(即實驗拓展)?尤其要重視課本實驗,認真做好課本上的演示實驗和學生實驗,認真分析實驗原理,掌握典型的實驗裝置和原理,并進行相應的挖掘和提升。三、注意培養創新意識和能力
應用性和開放性試題已成為高考試題的新熱點,其重點在于考查學生的創新精神。復習時要在實驗原理、實驗目的、實驗步驟、實驗方案以及實驗方案的評價上做文章。教師應引導學生改進、完善、拓展教材實驗,增強實驗的探索性、綜合性,使之更貼近對實際問題的解決,培養學生的創新能力。
“在化學科學的研究中,科學、合理、周密、巧妙的實驗設計,往往能導致化學科學的重大發現。”化學實驗設計也成為對學生各項能力進行綜合測試最好的方法,近年高考實驗方案設計題受到命題專家的青睞,逐漸成為考查的重點。[2]實驗設計是指實驗者在實施實驗之前,依據一定的實驗目的和要求,運用有關的知識與技能,對實驗的儀器、裝置、步驟和方法等在頭腦中所進行的一種規劃。在復習過程中,教師要引導學生綜合運用所學知識,幫助其認識實驗設計的基本原理,了解實驗設計的一般思路和方法,再評價和優化,以提高學生的實驗設計水平,強化創新能力。
四、加強習題選編、訓練和講評