用实验方式解决习题的实践研究.doc

用实验方式解决习题的实践研究 上虞市春晖外国语学校 徐双华我校承担的用实验方式解决习题的实践研究课题是绍兴市第一批中小学“让教学更有效”学科（初中科学类）教改项目。本课题于2008年7月批准立项，研究时间为1年。现将研究过程总结如下： 一、发现问题做习题是学生学习的一种基本形式，讲解习题是教师开展教学的一种基本方式，特别是每节课后、临近期末和中考的时候，教师布置作业、学生完成作业、教师再讲解作业、学生再订正作业，成为一种习惯。确实，习题自有不可替代的功能，它对帮助理解知识、提升学习能力、检验掌握的程度都有一定的功效，因此，没有一个老师会轻视习题教学，相反，只有变本加厉的增加习题量，而没有不布置、不批改、不讲解作业的。但是，习题教学既然作为一种教学方式，我们有必要去研究、去改革、去改进。那么，我们用什么方法去研究改变呢？下面的一件事例引发了我们的思考。这是一节浮力习题讲解课，我们出示了几个浮力题：例1、弹簧秤下端挂一只装满水的薄塑料袋，秤的读数为20牛，若将它完全浸没在水中，它受到的浮力为 牛，弹簧秤的读数为 牛。例2、海水的密度比河水的密度大，所以轮船从河里开到海里时，船体将 上些，此时船受到的浮力 。（填“增大”、“减小”或“不变”）例3、在一盛满水的烧杯中，漂浮着一冰块，当冰块全融化时，烧杯中的水将（ ）A、下降一些 B、将有部分溢出 C、不溢出也不下降 D、无法确定例4：在一次国际学术会期间，有一位学生向3位著名的物理学家伽其夫、奥本海默和诺贝尔提出了一个有趣的问题：有一个不大的池塘中浮着一只装满石块的小船，假如船上的人把石块投入池塘的水中，水面会有什么变化？结果3位物理学家无一人答对。请你想一想，水面将会发生什么变化？并证明你的判断。按照常规，在学生思考解答后，我们进行了讲解。例1、由于是薄塑料袋，所以薄塑料袋的重不计，水的密度相同，所以水袋在水中悬浮。弹簧秤的读数= F浮G0。例2、根据作业本中的讲解方式如下：轮船在河里和海里都会漂浮在液面上；轮船由河里驶入海里所受浮力不变；海水的密度大于河水的密度；轮船排开较小体积的海水就可获得所需的浮力；轮船由河里驶入海里上浮一些。例3、先根据漂浮条件求出V排=9/10V冰；冰块全融化时质量不变，求出V水=9/10V冰，V排= V水，所以液面不下降也水而不溢出。例4：当装石块的小船漂浮在水面上时，F浮G总G船G石；当把船上的石块投入水中时，F浮G船G石F支；F浮F浮；由阿基米德原理得，浮力减小，排开液体的体积也减小，液面将下降一些。这样的讲解，看上去省时，逻辑性似乎也较强。但从学生的表情中可以看出，有的学生思想不能集中，有的学生听得似懂非懂。结果是学生学得很累，老师也得不到真正的轻松。又由于是下午的课，学生更打不起精神来。回到办公室，其它两位初二科学老师也在，我就倒起苦水来：“我讲的累死，学生却似做梦。你们的情况如何？”“也是半醒半梦的。”另一位老师附和着说。“是啊，只有给他们强烈刺激一下，他们才会清醒点。”还有一位老师半笑着说。对啊，给学生刺激一下，“做实验！”不知是谁先喊了出来，我们三个都不约而同的瞄向讲义，一段沉默后，我们忙着准备了。分头去了实验室、食堂和超市，准备了弹簧秤、烧杯、长透明塑料筒、冰块、薄塑料袋等。于是我们对这四个题分别配备了对应的实验。由于冰熔化成水的时间较长，我们把它放在了第一个做，待快下课时，再作说明（冰从学校食堂中取）。四个实验分别如下：例1：当塑料袋浸没在水中时，弹簧秤的读数一下子下降到零，学生发出了惊奇的感叹声，这一现象对学生来说既形象而又印象深刻。再结合原理的讲解，学生就显得乐学。例2：给学生器材，让学生通过小组讨论，学生很快设计出如图所示的实验，图一模拟船，图二模拟船在河里航行，图三模拟船在海里航行，各做好标记后，则船是上浮还是下沉就很明显了。再请学生来把这个现象解释一下，学生有了主动权，很乐意思考，结合实物也容易说得清。例3：冰在这一节快下课量就熔化了，实验的效果明显。结论也很自然的出现。学生也期待得到原理上的解释。例4：这是一个学生自己根据题目要求设计，学生根据设计要求在讲台上完成的一个模拟实验。第一个图模拟船，烧杯模拟河，钩码模拟石块（也可直接用石块），如图做实验，液面下降很明显（船和河的半径越接近现象越明显）。教师提示分别对船和石块进行分析再综合，有谁能解释清楚这个三大物理学家的难题？我发现这时学生的积极性较高，班级中的确有部分同学在非常积极的思考着，想取得成功，其余同学也在热切的等待着迷底的解开。在这种期待中学习的效果显而易见地比仅对答案好多了。对于大多数的同学来说能看清楚这个现象也是很不错了。对于第四个题，还可以进一步的拓展，把钩码替换成木块，把玻璃杯替换成塑料杯进行实验。可以得到不同的结论。由此，我们在思考：在解答或讲解习题时能不能引进实验这个法宝，让实验在习题中也发挥独特的作用。二、寻找理论学生为什么对纯粹性的讲解显得那么吃力、被动而显不出很好的效果，对实验以后的讲解是那么愉悦、容易接受而有意想不到的效果呢？这得从初中学生的思维特点和实验的奇效分析。心理学告诉我们，初中学生认知心理特点倾向于直接的形象思维，习惯于从实物上进行观察认识。心理学家皮亚杰认为：在初等教育阶段的大多数学生心理发展水平处于由具体运算阶段(具体的逻辑思维时期)向形式运算阶段(无限制的逻辑思维时期)过渡时期，处于“过渡期”的中学生，刚开始的抽象思维仍属经验型的逻辑思维，对抽象事物的理解通常需要借助事物的表象做支持。他们对有直观教具或丰富感性经验做支撑的教材内容容易理解和掌握，而对那些抽象程度高，又缺乏感性知识的材料，普遍感到困难。比如，对牛顿、帕斯卡等力学单位难以理解它们的物理意义；在学习液体内的压强时，由于看不到具体的支撑面，感到难以捉摸等等，往往不能把握其本质，习惯于强行识记，当条件发生一些变化就不知如何分析，而是用公式去乱套。因此，教师应尽可能采用形象、直观的图表、模型、实验和生动的描述来帮助学生顺利完成“再造想像”。其中实验是一个学生既喜欢又能帮助他们理解的好方法。在科学学习中，有许多概念和规律都是比较抽象的，中学生的认识大多建立在日常生活的感性认识上，但仅通过日常经验使学生建立并运用概念和规律是会遇到较大困难的。此时运用实验，就可以提供精心选择的、简化和纯化的素材，使学生对科学现象和规律形成明确、具体的认识。例如平面镜成像的规律。虽然生活中家家户户都在使用平面镜，但是仅靠生活经验的积累，是很难得出像与物等大（特别是在人退后或靠近平面镜时像的大小问题）这一规律的。这是由人的视觉和感觉造成的问题。另外，几块平面镜放在一起的成像规律问题，也不容易通过日常经验总结出来，而通过简单的实验，结果就一目了然了。可以说实验能提供感性认识，奠定学生思维的基础。在习题解答中我们同样可以运用实验这一手段，创设一个适当的解题环境的体验和探索，来钻研和发展学生的思维。三、设计方案1研究目标本课题的主要目标是为了有效解决学生在解题过程中的思维问题，引入实验方法来帮助学生正确认识题意、提高解题能力。让学生认识到实验不仅是提高学习兴趣的最有效途径，也是突破难点的最好方法，从而树立起实验的意识，为今后的学习和工作建立一种思维方式和实践能力。具体目标有：研究用实验来解答习题的可能性，分析用实验来解题的作用。总结归纳七九年级科学中有哪些知识点和习题可以引入实验教学法，并编制典型题目，可以为今后的教学或其他教师提供范本。总结可以运用在习题教学中的实验名称、实验器材和实验方法，可以为实验室或其他教师用。研究习题教学中引入实验法的方式和教法。2研究方法本课题以实践研究法为主，辅以观察调查、资料收集、归纳研究等方法。实践研究是把实践活动和探索活动有机地结合起来，从实际问题出发，通过研究实践，解决问题，进一步指导实践。用实验来解答习题的课题研究，对教师的要求高，没有现成经验参照，工作量大，头绪繁多。我们采用边实践、边总结、边提高的办法，以实际应用为出发点，在应用中开展理论与实践研究、探索规律，坚持在“行动中认识”，在“行动中反思”。做好研究前、中、后期的检测工作和阶段性小结工作。我们结合课题研究过程中出现的问题，采用比较、统计、分析等科学的方法来验证有关的理论，在研究过程中注重相关资料的收集并做详细记录，对自己的实践进行批判性反思。四、进行研究本项目研究周期为一年，具体研究实施经历了前期准备、中期研究、总结提高三个阶段。为保证课题研究的正常开展和深入研究，我们统筹规划、精心安排、分工合作实施。1前期准备阶段2008年4月至2008 年6月是课题研究的准备阶段。这个阶段的主要任务是做好各项准备工作：商讨课题研究；起草课题研究方案；召开课题实验方案验证会，请教研组老师提出意见、补充实验方案。2中期研究阶段2008年8月至2009年4月为开展研究阶段。本阶段首先寻找了一些理论资料来充实研究份量，来发展研究者的水平，然后初步统计了一下初中阶段中对学生来说较难的题目，梳理了一下哪些题目可以通过实验帮助学生理解，并为此去准备一些实验仪器。同时把相关思想和习题应用在课堂上，用实验的方法来帮助学生提高认识、调整学生认识解题的思路。3总结阶段2009年5月至2009年7月是总结阶段。这一阶段我们汇集了课题研究资料，在中期研究的基础上，对收集到的习题进行归类整理，并反馈给不同年级的老师进行教学应用，并写出结题报告。五、功效分析通过分析，我们认为用实验方式来解决习题的功效有以下几点：1增强题目的直观性例1：如图所示，4个相同的水瓶中装着水，水面高度不同，用嘴贴着瓶口吹气，如果能分别吹出“dou(1)”、“mi(3)”、“la(6)”、“duo(i)”四个音阶，则与这四个音阶对应的瓶子序号是 ， ， ， 。在讲解习题时，我拿来8个啤酒瓶依次排开，里面装入不同深度的水，用嘴贴着瓶口吹气，学生一下就安静下来，听到了从“1”到“i”八个音阶。同时我还叫班里的文艺委员用这8个瓶子吹了一首简单的曲子，居然把课堂气氛调动了起来，等平静后给学生解释为什么每个瓶子发出的音调不同。如果纯粹让学生做这道题目，相信有一定的难度，但经过这样的简易实验操作，解决起来就非常直观了，也就非常简单了。而且，如果学生再遇到类似的问题“凭经验，小红可以听出向暖水瓶中灌开水时是否灌满”等题目时都可以迎刃而解。这种方法使学生不仅印象深刻，而且效果好，同时无形中增加了学习科学的兴趣。能促进科学知识的理解，让学生爱学习科学，更喜欢上科学课。2加强事实的客观性在教学电学内容时，学生往往会遇到了这样一个不易理解的问题：例2：如图是某同学用电压表测灯泡两端的电压的电路，由于电压表和灯泡串联接入电路，闭合开关S后，灯泡不亮，但发现电压表有示数，问电路中是否有电流通过？对于这个问题，我们可以用实验的方法来展示一下，以便让学生有一个客观的认识。具体做法：在原电路中用一个灵敏电流表(演示电流表)与电压表串联接入电路，会发现灵敏电流表指针偏幅很大，说明电路中不是没有电流通过，只是因为电流只有几十微安，不能使灯泡发光而已。教师通过这个实验回答了问题，增强了事实的客观性，也使学生明白电灯不亮的根本原因。同时，通过这个实验，学生更好地理解了电压表的正确使用方法，在以后的有关电压表的题目中避免犯类似错误。你看，用实验来解答习题，不仅得到了正确答案，而且还有很多的副产品出来，事半功倍。3增进学习的趣味性激发学生学习兴趣，永远是教师的追求，用实验来解决习题教学也能做到这一点。例3：如何用滑动变阻器对两只灯泡进行双控，即“一只变亮时，另一只变暗。”设计电路并说出理由。对初中生来说，这是一个较难的问题，题目也超出了一定的范围。但对尖子生来说，做一下也有好处。在解题过程中，学生往往受定势思维的影响，总是把电路安装成如下图所示的两种情况。对于这样的两个电路，教师首先应该给予积极的评价，同时要做好实验分析。但实验结果表明这两个电路均属于“双控同变”效果，只能达到同时变亮或同时变暗。根据I=U/R可知，U不变时，滑片P向右移，R总增大，则I变小，所以两灯的亮度同时变小。在此基础上引导学生分析要达到“双控异变”，必须使两灯的电流一个变大，另一个变小。为此，再通过引导，使学生明白应该应当使两灯处在不同的两条支路，然后由变阻器来改变两条支路的电流。在教师指导下，终于安装成了如下图的电路，同时，通过实验演示得到了“双控异变”的效果。然后进行定量分析：当P向上移动，Rpa减小，则通过A灯的电流增大，同时Rpb增大，通过B灯的电流减小，造成A变亮，B变暗。这样实验与习题有机结合使学生兴趣大增，由此得出的知识毋庸置疑。4加大科学的探究性实验是在特定环境中再现的科学现象，给学生提供了感性知识。通过教师指导，师生共同分析，在步步深入讨论的过程中，让学生自已得出结论，掌握科学规律。用实验来解决习题，可发展学生的创造思维，培养学生的动手动脑能力，使实验教学与习题解答相结合具有探究功能。例4：有一根均匀的细木条，在其一端钉入一颗较大的铁钉，放在水和煤油中可直立漂浮于液面。试分析木条在水中和在煤油中直立漂浮时浸没深度h1和h2的大小。对于这个问题，教师完全可以自制一根细木条，钉入一根铁钉，使其直立浮于水中或煤油中。如下左图所示，通过实验，分别在木条上作出记号A和B，不难发现浸入水中的深度小于浸入煤油的深度。然后组织学生进行理论分析：对于漂浮在水和煤油中的问题，可根据物体浮沉原理建立一个桥式方程如下右图，显然，方程中F水浮=F油浮。可依据阿基米德原理将方程展开为：水gV排水=油gV排油。又因为木条均匀，则载面积为S，整理可得出h1/h2=油/水。 通过以上分析，学生很快地将实验结论转化成了理论知识，学生印象深，记得牢。并且可将此知识迁移到轮船从江河里开到海里时，浸水中体积的变化，以及密度计在不同液体中浸没的深度与液体密度大小的关系等等。六、策略分析1重复实验，唤回学生实验情景对哪些器材容易准备，成功率高，现象明显的实验，如能在习题课中再次展示，将使学生回想原先的认识，回忆起实验情景和知识相关点。例如：在复习浮力知识点时，出示下列例题：如图所示的是世界上最长的跨海大桥杭州湾跨海大桥，全长36千米，设计时速100千米。至此上海到宁波的陆路距离缩短了l20多千米。 (1)若某轿车以60千瓦的功率,按大桥设计时速匀速通过大桥需要 小时.轿车在行驶过程中受到的阻力为 牛顿.(2)大桥施工时,要向海中沉放大量的施工构件,假设一正方体构件被缓缓吊入海中(如图甲所示),在沉入过程中,其下表面到水面的距离h逐渐增大,随着h的增大,正方体构件所受浮力F1、钢绳拉力F2的变化如图乙所示。图中反映钢绳拉力F2随h变化的图线是 （填序号）。该正方体构件所受的最大浮力为 牛顿。（海水的密度取1.03103千克/米3）解答此题的关键在于分析图象，如果学生分析有困难，不妨用浮力演示器在课堂上再次演示，同时提问：(1)圆柱体在空气中用弹簧秤称多少牛？(2)当圆柱体缓缓浸入水中时，有什么现象出现？是什么原因造成？请画出圆柱体受力示意图。许多学生很容易观察到弹簧秤示数变小，并分析出是水给圆柱体向上的浮力，很自然根据二力平衡知识，得出F浮=G-G视(3)当圆柱体浸入水中深度越深时，弹簧秤示数怎样变？当圆柱体完全浸没于水中时，随浸入深度增加，弹簧秤示数又怎样变？能否画出弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系图象？能否画出圆柱体所受浮力和圆柱体下表面到水面距离h关系图象？ 此实验在八年级上册浮力教学时已经做过，效果明显，现在再重复一启蒙，学生会很容易观察到当圆柱体开始浸入液体到完全浸没之前，随圆柱体浸入深度增加，弹簧秤示数不断减少，浮力不断增大，当完全浸没后，随圆柱体浸入深度增加，弹簧秤示数不变，浮力亦不变，这样学生很自然画出两幅图，也水到渠成的把上述试题中图象分析清楚了，许多同学有恍然大悟感觉，也就很轻松地解决了此题。 2随手实验，养成学生实验习惯在声现象中，有这么一道题：把一根钢锯条的一端压紧放置在桌面上，让另一段较长的部分悬空并使其振动，我们为什么听不到声音？对于刚接触声现象的人来说，对此类问题肯定会有很多议论和说法：“可能是声音太小”“可能是振动的幅度太小”“可能是耳朵离钢锯条太远”此时，我们不妨引导学生用实验来开展研究。而这种实验的器材是可以随手寻找的。当我们决定用实验来验证时，很快有同学在教室找来一根穿羊肉串的细铁丝，他们用细铁线代替钢锯条在讲台上按题目要求做起了探究性的展示实验，实验马上就有了初步结论，的确听不到声音，表明同学们提出的问题本身是正确的。这时教师提醒同学们说：“注意，同学们提出的问题是较长的部分悬空并振动。”同学们受到启发后，开始改变悬空部分的长度，重复进行实验，随着实验的深入，同学也逐步得出结论：当铁丝悬空的部分变短到一定程度时，就可以听到细铁丝振动发出的声音，再继续变短时，声音的音调明显变高。最后还可以结合教材“次声波和超声波”的内容思考本节实验现象，同学们讨论以后很容易得出结论；当钢锯条较长部分悬空并振动动时；振动的频率应该低于20HZ，这时候的声波是次声波，我们的耳朵无法感知，因此听不到声音。至此，同学们提出的问题得到了圆满的解决。又如：讲杠杆平衡原理时，可让学生在课堂上做这样的实验：用细线系住一根粗细均匀的铁丝中点，铁丝将在水平位置保持平衡，如果将铁丝一端弯折，看看悬挂的铁丝是否还能保持平衡？为什么？铁丝粗细均匀，尽管一端被弯折，但重量并没有改变，为什么不能继续保持平衡？学生通过用手做，动脑想，激起了他们对复习“杠杆平衡条件”课题的兴趣。再如在复习燃烧的条件时，让一段棉线紧密地绕在一根细铜棒上，放在酒精灯上加热一会儿，取下棉线后，学生看见棉线安然无恙，依然未断，惊讶万分，而会引发思考：棉线怎么不断呢？这些有趣的、魔术般的小实验，将学生带进一个个变幻的知识的天地，使学过的知识在这些实验的帮助下得到巩固和提高。可以设想，如果我们直接告诉同学们问题的结论，学习效果可能会大打折扣，最可怕的是，同学们会变成人云亦云、死记结论的习惯，独立思考问题的能力、尊重事实的科学精神就根本无从培养。而通过这样的随手实验，不仅很好地理解了这个问题，同时让学生有了一种认识：要解决问题，实验是种好方法，而实验不一定非要在实验室中才能开展，利用生活中的材料同样能得到实验结论。七、过程反思1把实验还给科学，把课堂还给学生科学是一门以实验为基础的学科，实验是科学的“根”，科学中的习题课仍然改变不了这一规律。认识这点，我们就不再继续洋洋得意于我在习题课中的严密纯逻辑推理了，从而要求学生来硬性的接受我们的那一套。把实验还给科学后，也就把课堂还给了学生，把学生放在主体的位置，多问问学生的想法，多让学生动动手是多么的必要啊。教师的角色是引导，教师的任务是在后场敲好我们的“锣”，打好我们的“鼓”，