当学生已初步具备实验技能时,对可以通过实验来探索研究的一些验证或寻找物理规律的课题,采用师生协调活动进行探索性实验的研究式教学方法。
例如初中物理在做好“研究滑动摩擦”、“研究液体的压强和深度的关系等探索性学生实验的基础上,可以有计划地把“验证阿基米德定律的实验”、“研究功的原理的实验”和“验证欧姆定律的实验”等验证物理规律的演示实验,改为在教师启发指导下师生协调活动的探索性实验。因为在学习这些课题时的学生已有的知识和实验技能已具备了通过实验来探索、研究这些规律的基础和条件,在教师启发指导下,可以让学生自己去探索这些规律。
这里以“阿基米德定律”的教学为例,教学过程分为五个环节:
(1)启发学生联系“井里提水”和“河水中游泳跟海水中游泳的对比”等生活经验,对“决定浮力大小的因素”进行“科学猜想”,提出:①浮力的大小可能跟物体浸入液体里的体积有关;②浮力的大小还可能跟液体的密度的关。然后引导学生设计实验来验证上述“猜想”的正确性,从而让学生了解浮力的定性规律。
(2)引导学生分析实验结果,对“浮力大小的定量关系”提出进一步猜想:“浮力的大小是否跟排开液体的重量有关?”教师要抓住时机启发学生运用已有的知识和实验技能设计实验,来分别测量出“浮力的大小”和“被排开的液体的重量”,以便探索这两个量之间的关系。(www.daowen.com)
通过课堂讨论,学生设计多种实验方案,并相互补充、纠正,其中有的设计既简单、结果误差又小。学生通过实验得出“浮力的大小等于金属块所排开水的重量(F浮=G排)”的正确结论。
(3)教师介绍阿基米德在当时条件下(尚未发明弹簧秤、天平,因而还不能直接测出浮力的大小)巧妙的实验设计思想和实验方法,再让学生用图中的实验装置做实验,同样得出浮力大小的定量关系式:F浮=G排,使学生从中得到启发,有助于开拓他们的科学思维。实验还证明了这个结论也适用于部分浸在水里的物体,而且同样适用于其他液体,从而验证了新的“猜想”的正确性。
(4)在学生质疑的基础上,教师有的放矢地提出错误的“猜想”;“浮力的大小是否跟物体的形状有关?是否跟物体浸没入液体中的深夜有关?”引导学生分别设计相应的实验来研究这些问题,最后一一予以否定,摒弃了与浮力无关的因素,从而消除了学生的疑点。
(5)总结出阿基米德定律:F浮=G排=ρ液gV排,并从理论上对阿基米德定律进行初步的论证,指示浮力产生的原因是水中的向上和向下的压强差对物体造成的压力差,这一点在所有液体中是一致的。从而实现了理论论证和实验结果的统一。这样,把有关水的浮力的实验推广到一般液体就有了理论根据,进而推广到流体也同样适用。
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