實驗是最具數(shù)學學科特色的教學內容,同時實驗也是中學生進行數(shù)學知識和規(guī)律探究的重要載體,這么,我們的實驗教學怎樣有效舉辦呢?由于化學課時緊任務重,所以有好多老師才能不做實驗就不做實驗,或則以講實驗來取代做實驗,筆者覺得這樣的做法都是不可取的,我們不僅僅要做實驗,還要滲透創(chuàng)新的意識.新課標在學校化學實驗室資源的開發(fā)方面明晰指明:“除專門配置的實驗器材之外,應提倡師生借助身邊的物品和材料進行化學實驗.”這一理念對中學化學的實驗教學提出了更高的要求:班主任要在教學實踐中借助觸手可及的技術和經驗來進行實驗的創(chuàng)新與開發(fā).這么,創(chuàng)新實驗的相關操作該怎樣來進行呢?筆者覺得可以從以下三點來找尋思路.
1依托身邊的新興技術,提高實驗檢測的簡易性和準度
現(xiàn)代科技的發(fā)展堪稱是日新月異,在為我們的日常生產提供了好多便利的同時,也給數(shù)學教學的實驗設計帶來好多新鮮的思路.新興技術應用于實驗的結果,無論是現(xiàn)象的直觀性、操作的簡便性亦或結果的精確性都不是傳統(tǒng)實驗操作所能比擬的.雖然,技術的革新也充分反映在教材的實驗設計上.
比如,往年物體運動規(guī)律的探究,通常要用到電磁打點計時器打出紙帶,這一設備須要繁雜的電路聯(lián)接,實驗過程中振針與紙帶間的磨擦還給物體的運動帶來了額外的阻力;后來技術的改進帶來了電火花計時器,它的工作電流就是220V,屬于即插即用,無需電路聯(lián)接,但是其通過脈沖放電的方法令墨盒紙盤上的墨盒發(fā)生揮發(fā),因而在紙帶上留下印記,因而避開了振針與紙帶的直接接觸所帶來的磨擦;而且電火花計時器的使用還是未能防止紙帶與限位孔之間的磨擦,物體運動特性的剖析以及加速度的求解還是要對紙帶進行較為繁瑣的數(shù)據(jù)剖析,實驗設備的進一步優(yōu)化就是光電門的使用,它通過計量出遮光板遮住光路的時間,從而確認物體的速率,對時間的檢測全部由電子設備來完成,數(shù)據(jù)運算量減少了好多,并且徹底杜絕檢測儀器與實體的互相接觸,因而不會給物體的運動帶來額外的干擾.
不僅教材中所給實驗器材隨著技術的進步而不斷創(chuàng)新外,我們班主任還應當從技術的發(fā)展出發(fā),將技術創(chuàng)新的相關思路領到實驗教學中來,推動著班主任思索怎么自主開發(fā)實驗教具.
比如,超級電容的出現(xiàn),如今電容值達到100F的電容在天貓、京東等網(wǎng)購平臺可輕松買到,班主任將其用來,直接用于電容器原理的教學,其演示療效遠好于小容量的電容;據(jù)悉還可以對其充電后,將其作為臨時電源用于研究安培力等實驗,療效也很不錯,但是電容器的充放電過程不涉及到物理反應,是一種徹底的環(huán)保型電源,但是充電速率極快,使用壽命長,并能多次使用,性價比極高.
2立足中學生的生活,開發(fā)自制實驗教具
基于“從生活邁向數(shù)學,再由化學邁向生活”的新課程數(shù)學教育理念,如今好多班主任愈發(fā)注重于依托于中學生的生活經驗,創(chuàng)設化學情景,引導中學生認識和學習數(shù)學知識,這一操作手法也一樣可以運用于實驗教具自制的過程中.班主任從中學生的生活場景出發(fā),將中學生生活中的常見物品改導致實驗教具,中學生會愈加形象而具體地理解班主任所授的相關知識,再者,通過這種實驗,中學生都會更為直觀地體驗到學有所用的親切感.
早在上個世紀的80年代,黃恕伯老師在對加速度的教學設計進行改進和創(chuàng)新的時侯,就從生活經驗中找尋創(chuàng)新的靈感來設計實驗教具.按照黃老師相關文獻的敘述,是“馬路上飛馳而過的救護車”給黃老師的思維帶來了打動:“救護車為了能導致路人的及時警覺和避讓,以清脆的警報聲和閃動的燈光給人觸覺和視覺上的雙重剌激.”從這個現(xiàn)象出發(fā),思索“是否在實驗中,以試聽同步的方式將加速度演示下來,給中學生愈發(fā)直觀而強烈的體會呢?”“這樣做有沒有哪些教育學、心理學的根據(jù)呢?”黃老師還進一步從心理學的相關資料中發(fā)覺,人耳對聲音頻度的敏感度遠遠小于視覺對厚度變化的敏感程度.按照這一特性,黃老師設計了一個演示實驗,著重于讓中學生通過愈發(fā)敏感的觸覺來體會加速度的存在.實驗事先打算好一段兩米左右的磁帶,在磁帶上錄好一個不變的樂音.將這段磁帶聯(lián)接在沿坡面下降的貨車后方,而且穿過固定在斜面上的放音盤片上,將盤片接上電源以及音響,這樣,當貨車從左端滑下時才會拖動磁帶,致使放音設備放出聲音,并且由于貨車對磁帶的加速拖動,音箱中聲音的響度也會變高.假如要通過視覺在化學情景中了解加速度這個概念,就除了要觀察到貨車速率的推進,更要聽到貨車速率降低的快慢;而倘若讓人更為敏銳的臟器――耳朵來完成這項任務,就更為直觀了.其實中學生會主動地先在觸覺的體驗下自發(fā)建立加速度的概念,班主任再引導她們將視覺和觸覺相結合,把觸覺上的體會遷移到視覺上,多渠道地認知化學概念,則更便于中學生的理解和把握.這樣教學,中學生除了能很輕松地辨析“速度大”和“速度變化得快”的不同含意,甚至還可以結合觸覺和視覺的綜合感知來理解“加速度漸漸減少的加速運動”等更為復雜的運動類型.這些依托中學生所熟知的生活情景自制化學實驗教具的形式,很值得我們的借鑒.
筆者也在教學過程中進行過類似的嘗試.例如由嬰兒的靜電屏蔽服得到靈感,將手機置于金屬袋子中,給中學生演示靜電屏蔽的原理;從手機頻閃拍照的功能得到思路,用頻閃拍照技術來研究通常化的勻變速直線運動、自由落體運動和平拋運動.中學生看見自己手邊的器材都能演示出如今生動而又飽含理智思維的實驗,感到激動之余,課后也紛紛自我動手著手實驗,這一點讓筆者也很是沮喪.
3改建現(xiàn)有實驗思路,提升中學生對實驗現(xiàn)象和結果的認識
好多傳統(tǒng)的實驗思路因為設計原理的局限,可能在實際教學過程中是不實用的,除了達不到預期的療效高中物理實驗創(chuàng)新教具,甚至可能給中學生的認識帶來欺騙.對這種實驗,班主任勿必要掙開傳統(tǒng)實驗設計框架的禁錮,敢于創(chuàng)新,對實驗進行整修,使其能更好地為我們的教學活動服務.
比如,選修一“探究加速度與力、質量的關系”這一實驗的設計思路中,有關貨車拉力的獲取,傳統(tǒng)的實驗操作思路中,都是以兩側所懸重物的重力來取代,這或許存在著科學性上的錯誤:貨車在被重物拖動的過程中實現(xiàn)加速的同時,重物自身也在發(fā)生加速運動,則重物處于失重狀態(tài),繩子上的拉力要大于重物的重力.其實,班主任在課堂上會預先補充說明:這兒的取代是近似化的處理.并且這一個實驗置于《牛頓運動定理》這一章的第二節(jié),擺在牛頓第二定理之前,相關說明都是慘白無力的,它給了中學生一個錯誤的前概念,而這個前概念在中學生后續(xù)聯(lián)接體問題處理時帶來十分嚴重的干擾.因而,班主任在實際教學時,要敢于對傳統(tǒng)實驗進行革新:在聯(lián)接貨車和重物的細線中段接入一個微型的數(shù)顯型力傳感,直接將這個拉力讀出高中物理實驗創(chuàng)新教具,則能完全回避原有思路的負面影響.或則不回避這兒存在的實驗偏差和中學生一起做實驗,描點連圖,發(fā)覺規(guī)律在F(mg)比較小的時侯a與F成反比,在F(mg)比較大的時侯a與F不成反比,從而拋出“m較小”這個實驗的前提條件,等學到牛頓第二定理在對這個條件進行豐富和理論闡述.
改建現(xiàn)有的實驗思路,還包括實驗觀念的創(chuàng)新,尤其是演示實驗要改變班主任講中學生看的傳統(tǒng)做法,讓中學生多參與,提升中學生直接經驗的獲得率.
比如:在“楞次定理”一節(jié)教學中涉及到演示實驗,筆者覺得完全可以放手讓中學生自主探究,班主任邊講邊提出問題引導,讓中學生自己做、觀察記錄電壓方向與電壓表表針偏轉方向的關系,原線圈的電壓方向與吸鐵石運動方向的關系,重復進行.最后,引導中學生討論、探究、對比,總結得出感生電壓所造成的磁場方向與吸鐵石運動方向的關系,讓中學生用科學的語言進行描述,并解釋所觀察到的現(xiàn)象,因而順理成章地寫出“楞次定理”,從而得到具象的經驗.
由此可見,化學實驗的創(chuàng)新并不難,我們欠缺的是突破墨守成規(guī)的勇氣,當思路扭轉過來然后我們每越過的一小步,都能結出豐碩的創(chuàng)新之果.班主任靈活選料、巧妙設計實驗教具,并將它們有機地融入中學數(shù)學的教學實踐中.這除了有助于中學生數(shù)學思維品質的提高,更能讓中學生發(fā)覺化學實驗的客體竟與自己的生活這么接近,她們的心靈會遭到強烈的驚艷,學習激情會為此而被進一步燃起.相應的,我們的數(shù)學教學效率會為此而被更大程度的提升.