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1.低浓度含酚废液可加入次氯酸钠或漂白粉,使酚氧化成水和二氧化碳。高浓度可使用丁酸乙酯萃取,再用少量氢氧化钠溶液反复萃取。调节pH后,进行重蒸馏,提纯后使用;
2.低浓度氰化物废液可加入氢氧化钠调节pH为10以上,再加入高锰酸钾粉末(3%),使氰化物分解。若是高浓度的,可使用碱性氯化法处理,先用碱调节pH为10以上,加入次氯酸钠或漂白粉。氰化物分解为二氧化碳和氮气,放置24小时排放。含氰化物废液不得乱倒或与酸混合,生成挥发性氰化氢气体有剧毒;
3.若不小心将金属汞散落在实验室里(如打碎温度计和示波极谱仪操作不慎)必须及时清除。如用滴管或用在硝酸汞的酸性溶液中浸泡过的薄铜片、铜丝收集于烧杯中用水覆盖。散落过汞的地面应撒上硫磺粉,生成毒性较小的硫化汞;或喷上20%三氯化铁水溶液,干后再清除(但该方法不能用于金属表面,会产生腐蚀)。对于含汞废液的处理,可先将废液调至pH=8~10加入过量硫化钠,使其生成硫化汞沉淀,再加入硫酸亚铁作为共沉淀剂,生成硫化铁沉淀可将硫化汞微粒吸附沉淀,然后静置分离,清液可排放,残渣可用焙烧法回收汞或制成汞盐;
4.含铬废液中加入还原剂,如硫酸亚铁、亚硫酸钠、铁屑,在酸性条件下将六价铬还原成三价铬,然后加入碱,如氢氧化钠、氢氧化钙等,使三价铬形成Cr(OH)3沉淀,清液可排放。沉淀干燥后可用焙烧法处理,使其与煤渣一起焙烧,处理后可填埋;
5.含砷废液处理,加入氧化钙,使pH为8,生成砷酸钙和亚砷酸钙沉淀,在Fe3+存在时共沉淀。或使溶液pH大于10,加入硫化钠,与砷反应生成难溶、低毒的硫化砷沉淀。产生含砷气体的试验在通风橱中进行;
6.用碱将废液pH调至8~10,生成Pb(OH)2和Cd(OH)2沉淀,再加入硫酸亚铁作为共沉淀剂,沉淀物可与其它无机物混合进行烧结处理,清液排放。
实验室废液的处理
实验中经常会产生某些有毒的气体、液体和固体,都需要及时排弃,特别是某些剧毒物质,如果直接排出就可能污染周围空气和水源,损害人体健康。因此,对废液和废气、废渣要经过一定的处理后,才能排弃。
产生少量有毒气体的实验应在通风橱内进行。通过排风设备将少量毒气排到室外,使排出气在外面大量空气中稀释,以免污染室内空气。产生毒气量大的实验必须备有吸收和处理装置。如二氧化氮、二氧化硫、氯气、硫化氢、氟化氢等可用导管通入碱液中,使其大部分吸收后排出,一氧化碳可点燃转成二氧化碳。少量有毒的废渣常埋于地下(应有固定地点)。下面主要介绍一些常见废液处理的方法。
(1) 无机实验中通常大量的废液是废酸液。废酸缸中废酸液可先用耐酸塑料网纱或玻璃纤维过滤,滤液加碱中和,调pH至6~8后就可排出。少量滤渣可埋于地下。
(2) 废铬酸洗液可以用高锰酸钾氧化法使其再生,重复使用。氧化方法:先在110~130℃下将其不断搅拌、加热、浓缩,除去水分后冷却至室温,缓缓加入高锰酸钾粉末。每1000mL加入10g左右,边加边搅拌直至溶液呈深褐色或微紫色,不要过量。然后直接加热至有三氧化硫出现,停止加热。稍冷,通过玻璃烧芯漏斗过滤,除去沉淀;冷却后析出红色三氧化铬沉淀,再加适量硫酸使其溶解即可使用。少量的废铬酸洗液可加入废碱液或石灰使其生成氢氧化铬(Ⅲ)沉淀,将此废渣埋于地下。
教师在需要运用控制变量法进行解题时,需要引导学生理解“控制什么?改变什么”,“如何控制?如何改变?”等,这些都是帮助学生研究和解决问题的关键。如在进行导体中的电流与电压、电阻的关系实验中,如果引导学生探究导体的电流与电压的关系,就需要在保持电阻不变的情况下改变导体两端的电压,以观察电流随电压的变化关系。在此实验中,如何改变导体两端的电压呢?办法就是调节滑动变阻器,改变导体两端的电压。如果让学生去探究导体中的电流与电阻的关系,需要控制导体两端的电压不变。教师在实验中要换用不同大小的电阻(即改变电阻),以使学生观察电流随电阻的变化情况。那么,又如何保持导体两端的电压不变呢?办法就是要调节滑动变阻器,使导体两端的电压保持不变。又如在研究影响动摩擦力大小因素的实验中,如果研究滑动摩擦力大小与压力大小关系,就需要控制接触面的粗糙程度不改变,而要改变压力大小,就要观察滑动摩擦力与压力大小的关系。如何控制不变?办法就是要始终保持木块的底面与木板接触。如何改变压力大小?办法就是在木块上添加砝码改变压力。当然,在此实验过程中,教师还可引导学生观察掌握测定滑动摩擦力大小的方法――用弹簧测力计拉着木块在水平上木板上作匀速运动,记下弹簧测力计的示数即为摩擦的大小。再如研究液体蒸发的快慢与哪些因素有关,研究压力作用的效果(压强)与哪些因素有关,研究决定电阻大小的因素,研究电功、焦耳定律、电磁铁磁性强变等等的影响因素,都可以使用这种方法。总之,控制变量法在初中物理科学探究的实验过程中经常用到,教师要重视此法的运用。
二、重视类比法运用,引导学生在逻辑推理中掌握知识所谓物理类比法,是指在物理实验教学过程中,教师引导学生将研究的物理对象与熟悉的物理对象相比较,找出它们的某些共同点、相似点或有联系的特征,从而据此推测出待研究的对象还可能具有熟知对象的另一些特征。物理类比法是一种逻辑推理的方法,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理方法。初中物理教学中,学生学会运用类比法,可以有效地把验的对象和熟知的对象进行对比,把未知的东西与已知的东西对比,能以旧带新,启发思想的火花,实现从形象思维到抽象思维的飞跃,有效地掌握物理知识、发展智力、培养能力,从而更好地提高课堂学习的效率。如在“电压”一节教学时,教师引导学生把电路模型类比水路模型,从而引入电压的概念。在教学中,教师通过引导学生观察课本中提供的水路模型和电路中形成电流的原因,然后将两幅图进行类比分析,找出二者之间的一一对应关系,比如阀门对开关、水轮对灯泡、水泵对电源、水路对电路、水流对电流等等,进而理解水流的形成是因为有水压,那么,电流的形成是因为有电压。如此,学生就很容易通过这种类比的学习方法,理解了电压是电流形成的原因,而电源是提供电压的装置。
(一)基础设施落后,实验设备缺失
中学的物理教材中,编写有大量的物理实验教学内容,有教师演示的实验内容,也有学生分组合作实验内容,还有课后动手实验内容,但是从农村物理教学的方式和教学内容看来,却很少有真正做到或者是做好的实验。农村中学物理实验教学的薄弱,并不是教育制度的问题,也不是教师教学方法的问题,而是受制于实验设备缺失、基础设施落后的窘况。很多的物理实验要求具备现代化的电子器材甚至需要用到远程教育设备,但是由于学校地处农村,交通及通讯都有诸多不便,这些基础的实验设施就很少能够落实到位。物理实验设施设备是进行物理实验教学的最基本要素,但对于农村的中学而言,这正是致命的短板,对物理实验教学效率的提升无疑是最致命的影响。
(二)学生基础不牢,动手能力较弱
农村的教学模式相对封闭,不像城区的学校,可以通过校地共建、多校互动等宽泛的教育教学模式来增加学生的阅历和实践能力,极大地拓宽学生的知识面。但是农村的中学由于不具备此类基本条件,且与其他优质教育的通讯不便,就严重制约了农村学生知识面的拓展。对于很多初学物理的学生而言,由于知识面不够宽,基础知识不牢固,所以学起来会相对困难。多数学生存在“基础知识薄弱,动手能力不强”的双重问题。加之物理实验器材的匮乏,更是使得绝大部分实验仅靠教师口头描述,由立体的动手操作转化为平面的书面教材。一方面是学生基础知识的欠缺,另一方面是实验器材的稀缺,这对学生物理实验教学无疑是两个巨大的制约条件。
(三)管理维护不善,设备损坏严重
农村的中学,本就奇缺的物理实验器材还存在另一个致命的问题――维护与更新困难。对于实验器材而言,定期的维护和更新有助于延长器材的使用寿命,从而助推实验教学质量稳步提升,但是对于农村的中学而言,对物理器材的维护和更新几乎是不现实的事情。一方面,学校缺乏专业的人事力量去维护所有的实验器材;另一方面,长期超负荷的使用?ξ锢硎笛槠鞑牡乃鸹堤乇鹧现亍U馐怯捎谂宓闹醒?实验器材十分有限,但是为了尽可能满足物理实验教学的需要,所有的器材几乎都处在超负荷使用的行列里,加之缺乏维护,实验器材损坏情况十分严重。
(四)实验内容老旧,教学方法落后
基于农村中学实验器材极其有限的状况,大多数物理实验都得不到实践,学生真正能够亲自动手体验的物理实验,仅限于器材支持的实验内容,老旧的实验内容逐渐磨蚀了学生的兴趣和信心;另一方面,教师的教学方法也很大程度上影响到物理实验教学增效。由于缺乏对外的交流学习,农村教师大多数处在一个相对封闭的工作空间,由于缺乏交流与学习,老旧落后的教学方法逐步吞噬着学生对物理实验课程的兴趣和信心。
二、农村初中物理教学增效的几点建议
(一)科学管理,充分利用学校可用资源
农村的中学,实验器材稀缺但并不是没有,要科学地、充分地开发实验室的资源,正确使用实验器材,提高实验器材的利用率。首先应该做到科学地管理和维护实验器材,定期对实验器材进行保养和修复;其次,要充分开放实验室,开放实验器材,除了物理课程上的实验教学时段,要充分将实验器材提供给需要的学生,以供其完成物理实验课堂外的物理实验。只有通过彻底改变封闭式的实验室管理方式,才能够充分发掘实验器材的教学功用,促进和鼓励学生进行实验探究,提高课余实验实践在学生物理学习中的比重。
(二)打破常规,努力建立互动教学关系
基于农村学生基础知识相对薄弱,动手能力相对较弱的现状,农村的初级中学应努力打破常规的办学模式,努力探索与城区学校的互动教学关系。依托有限的通讯和交流机制,尽可能全面化地建立远程互动教学机制,努力为学生创建“走出去”的学习机制,促进学生拓宽知识面,增加对物理实验教学的理解和实践,从而提升动手实践能力。
(三)自制教具,尽力弥补实验器材短板
农村中学物理实验教学的短板在于实验器材的缺乏,但生活处处有物理。物理教师可以充分发挥想象和观察能力,引导学生利用生活中常见的器材自制教具,或综合利用其它学科的教具。如,在学习声音、音调问题的时候,可以利用试管,引导学生向空试管中吹气、加少量的水再吹气等,以此让学生体会声音和音调的差异。实际的教学中还有很多瓶瓶罐罐都可以做成实验的教具,通过这样的方式可以尽力弥补实验器材短板。
(四)创新教法,积极探寻全新教学模式
安乐死是英文单词Euthanasia的中译,Euthanasia一词来源于古希腊语,意思是美好的死亡、快乐的死亡、无痛苦的死亡。日本学者将Euthanasia翻译为“安乐死”,这一译称为中国学者所接受[1]。实施安乐死一般遵循以下原则:①尽量减少动物的痛苦,尽量避免动物产生惊恐、挣扎、喊叫。②注意实验人员安全,特别是在使用挥发性麻醉剂(乙醚、安氟醚、三氟乙烷)时,一定要远离火源。③方法容易操作。④不能影响动物的实验结果。⑤尽可能缩短致死时间,即安乐死从开始到动物意识消失的时间。⑥判定动物是否被安乐死,不仅要看动物呼吸是否停止,而且要看神经反射、肌肉松弛等状况[2]。
1物理方法致死
1.1急性失血法
此法应用于大鼠和小鼠等小动物时,常是剪断动物的股动脉,放血致死。可以采用摘眼球法,在鼠右侧或左侧眼球根部将眼球摘去,使其大量失血致死。如果是犬、猫或兔等稍大型动物应先使动物麻醉、暴露股三角区或腹腔,再切断股动脉或腹主动脉,迅速放血。动物在3~5 min内即可死亡[3]。采用急性失血法动物十分安静,对动物的脏器无损害,但器官贫血比较明显,若采集组织标本制作病理切片时可用此法。
1.2断头法
此法适用于鼠类等小动物,可用直剪刀,也可用断头器。断头法处死动物时间短,并且脏器含血量少,若需采集新鲜脏器标本可采用此法。断头法会引起血液循环的突然中断和血压的迅速下降并伴随意识的消失,只能用于恒温动物。对于变温脊椎动物不推荐用断头法,因为它们相对能更高的抵制缺氧[4]。
1.3空气栓塞法
当空气注入静脉后,可阻塞其分支,进入心脏冠状动脉可造成冠状动脉阻塞,发生严重的血液循环障碍,动物很快死亡。此法适用于较大动物的处死,家兔、猫用此法需注入20~40 mL空气,犬致死的空气剂量为80~150 mL。由于应用此法后,动物死于急性循环衰竭,所以各脏器淤血十分明显。
1.4断髓法
此法适用于小鼠、大鼠等小动物。用于家兔时可敲击延髓致死,用木锤用力锤动物的后脑部,破坏延脑,动物痉挛后死亡,简单迅速。用于蟾蜍、蛙类可直接捣毁脊髓,将金属探针插入枕骨大孔,破坏脑脊髓使动物死亡,操作过程中要防止毒腺分泌物射入实验者眼内。
2化学药物致死
常用安乐死药物有:吸入式麻醉剂(包括CO2、CO、乙醚、三氯甲烷等)、氯化钾、巴比妥类麻醉剂、二氯二苯三氯乙(DDT)等。
2.1药物吸入
药物吸入致动物死亡适用于啮齿类,如小鼠、大鼠、豚鼠等小动物,操作简单,是实验中安乐死的常用方法。因CO2无毒,制备方便,效果确切,是最常用的致死药物。对1日龄的雏鸡研究表明,CO2是有效的安乐死试剂,它几乎不引起痛苦,抑制神经紧张活动,在5 min之内引起动物的死亡。CO2浓度越高,动物失去意识的时间就越短。当CO2浓度增长缓慢时,也会延长动物失去意识的时间[5]。可以采用特制的安乐死箱,能使CO2气体充满整个箱室,确保麻醉致死效果和人员安全[6]。
2.2药物注射
药物注射是通过将药物注射到动物体内,使动物致死。这种方法适用于较大的动物,如兔、猫、犬等。
氯化钾适用于家兔和犬,可采用静脉注射的方式。高浓度的钾可使心肌失去收缩能力,心脏急性扩张,致心脏迟缓性停跳而死亡[7]。实验证明注射氯化钾后细胞损伤严重,线粒体肿胀很明显,嵴模糊不清,细胞核明显异常[8]。家兔和犬的致死量分别为10%氯化钾5~10、20~30 mL。
巴比妥类麻醉剂适用于兔、豚鼠,用药量为深麻醉剂量的25倍左右。一般用量为90 mg/kg,约15 min内死亡。该类药物能抑制丙酸氧化酶系统,从而抑制中枢神经系统(特别对大脑皮质及下丘脑),使反射机能逐渐消失[9]。也有人称用麻醉方法处死实验动物不应称为安乐死,这是按照设定程序“必须将其适时处死”,选用了无痛方法[10],在应用上还存在争议。
DDT适用于豚鼠、兔、犬。豚鼠致死量为3.0~4.4 mg/kg,家兔为0.5~1.0 mg/kg,犬为0.3~0.42 mg/kg[11]。豚鼠皮下注射,家兔和犬静脉注射。其机理可能与DDT 损伤细胞修复和免疫抑制有关,并能诱导肝微粒体酶系统,使某些酶发生抑制,而且本身经肝代谢而表现肝毒性作用[12]。
3特殊实验动物的处死
处死昆虫一般用烫死法,快速,可避免昆虫挣扎或人的抓捏而造成虫体的损伤。很多直翅目昆虫的腿可能会因剧烈的抽搐而脱落,可在制作昆虫标本时用万能胶粘上去,不会影响虫体的完整和美观[13]。处死青蛙时可用酒精麻醉,用镊子夹取一浸透95%酒精的棉球,塞入青蛙口腔中,三四分钟后,青蛙便瘫倒不动,效果极佳。也可用香烟麻醉,向装有青蛙的瓶里吹几口烟,盖紧瓶盖,几分钟后,青蛙瘫倒不动[14]。狐的处死方法为将人用氯化琥珀酞胆碱针剂1支(2 L,内含100 mg)稀释100倍,注入其心脏中,狐在10~60 s内昏迷,4~7 min内死亡,昏迷后即可取皮[15]。
随着时代的进步与发展,科学工作者在从事生命科学研究时,对待实验动物,越来越考虑到动物福利的问题。动物福利是社会进步和经济发展到一定阶段的必然产物,体现了人与动物协调发展的趋势。应爱护和善待实验动物,树立人性化的实验精神。这样不仅能保证实验动物的质量,确保实验结果的可靠性和准确性,还能培养良好的临床心理,实现人性化的实验与教学。
参考文献:
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[10] 用麻醉方法处死实验动物不应称为安乐死[J].中国超声医学杂志,2009(1):643.
[11] 何诚.实验动物学[M].北京:中国农业大学出版社,2006:347.
[12] 韩中明,李章,乌垠.乙醇与DDVP或DDT对大鼠的联合毒理作用[J].吉林大学学报(医学版),1990,16(6):559-561.
二,农村初中物理实验教学中存在的问题及对问题的分析。
随着“普九”工作的开展,使各校都建成了了标准的物理实验室、并配备了相应的教学仪器,大大改善了学校的教学环境。但是在我们农村物理实验教学过程中还存在着很多的问题,主要表现在以下几个方面:
1、受客观条件制约,致使实验教学不能正常开展。
2、因教师、学生对物理实验重视不够,使物理实验不能正常开展。
3、由于受“应试教育”的影响,将实验习题化,变演示实验、学生实验为教师讲实验,学生背实验。
4、教师预先选择好实验仪器,设计好实验步骤,学生按教师设计的模式进行实验。
5、相关的管理,监督机制不到位,激励机制不健全。
6、学校缺少对实验研究与开发的团队。
7、多媒体教学与实验教学的关系处理不恰当,全盘用课件代替实验。
8、学生存在着害怕心理.
存在以上问题的原因主要有以下几个:
(1)办学条件方面的原因
大多数农村中学物理实验仪器、实验设施极度缺乏,虽然部分学校经“普九”对物理仪器进行了配备,但部分易损易耗仪器得不到及时修理或补充,致使实验教学无法正常开展或很少开展;另外,农村住校生多,布置课后回家准备的材料经常做不到;班额过大,学生分组探究实验做起来很难,往往达不到预期效果;已有器材也存在老旧,无法正常使用等等问题对我们实验教学也产生了很大的影响。
(2)来自教师方面的原因
第一,农村中学物理教师实验素养参差不齐,实验技能技巧、设计实验的能力不强,部分物理教师没有接受过专业的实验培训,没有实验操作经验。有些教师虽然经过正规实验训练,但不善于进行实验教学,设计实验的能力得不到提高。
第二,有些教师对实验教学存在认识上的误区,不愿意开展实验教学。这主要表现为:①认为“做实验不如讲实验,不如做实验练习题”;②认为做实验浪费时间,影响教学进度,而考试时又很少考学生实验操作,即使对学生进行实验考查也不影响笔试成绩;③认为物理现象简单、司空见惯,没有重做实验的必要;④有些实验以前做过,但效果不好,不愿意设计新的方案进行实验教学;⑤有些实验准备费时,不愿意多用时间去准备;⑥有些教师怕学生在实验操作过程中损坏仪器;⑦随着现代信息技术的发展,教师们学习及使用多媒体进行教学,在我们的物理教学中以多媒体为主的辅助教学手段的应用喧宾夺主,使个别教师产生依赖心理,有了多媒体辅助教学手段就丢实验教学。
第三,有些教师因在思想上对实验教学重视不够,从而不愿意钻研实验教学方法,导致实验教学方法单一,不能达到预期效果。
第四,从目前农村初中物理教师的队伍来看,呈现专业化教师偏少,而且课时负担过重,很少有时间和精力研究实验教学。
(3)来自学生方面的原因.
很多学生由于对实验器材不太了解,往往怕弄坏,存在着害怕心理,所以在实验课堂上,表现得紧张、不敢动手、怕弄坏仪器,这给实验教学带来了障碍,从而学生学习态度消极, 对教师的依赖性很强。老师怎么说, 他们就怎么做,解决问题束手无策,害怕教师提问, 甚至回避老师;有些学生没有养成良好的实验习惯,在实验中不遵守规则,不按操作要求做实验,造成仪器损坏,从而影响实验正常开展。另有部分学生错误地认为“实验费时,考试不考动手操作”,没有必要花费这些时间,缺乏主观能动性;对一些难度较大的实验,学生不易做成功,不能获得成功的成就感,慢慢就会对实验失去兴趣和信心。
三、改变农村实验教学现状的对策:
1、建立健全学校对实验教学资金的投入制度,在教育经费中划出一定的资金用于实验教学,并由各级部门监督落实到位,确保专款专用。,更新仪器设备及定期补充易耗品。
2、建立健全实验教学的管理监督制度,并有专人负责落实到位,而不流于形式。使物理实验保质保量的开展。
3、利用星期六星期日两天时间安排学生收集一些实验用的物品如废旧材料、玩具、生活物品、废旧的材料、毛边材料等。使用生活物品、废旧的材料、毛边材料、人体或人体局部、儿童玩具等做物理实验开发低成本的实验。
4、进行有效的、有针对性的物理实验教学教研活动,或教师的专项培训,转变老师的教学观念,提高物理老师的实验教学技能,使我们实验教学水平有所提高。
1.1演示实验要做到目标明确
演示实验是初中物理实验教学重要的组成部分,也是培养学生的基本实验能力和素养的教学环节所在.在物理实验教学的初期,教师要充分发挥演示实验的积极教学功能,要透过演示过程来帮助学生构建较为牢固的实验基础,让学生对于各种常规实验器材的一些正确操作方法,实验的基本技能等都有所掌握.在实际教学中,教师首先需要做到的就是让演示实验教学目标明确,并且要具备较好的科学性,这样才能够真正发挥演示实验的教学指导作用,并且让学生的实验基础更加牢固.
如果是要引入新课,演示大气压存在,教师可以通过演示让小试管沿着大试管上升的实验,在课堂教学中创设物理情景、激发学生兴趣.教师可以用一根较细的试管放在一根粗细适当的装满水的试管内,将试管翻转过来,口向下.学生意外发现:水向下流,小试管不是落下而是上升了.这个现象出乎学生意料,使课堂气氛顿时活跃起来,不用教师多讲,他们就立即产生强烈的求知欲,为接下来大气压概念的引入起了很好的铺垫.教师在设计演示实验时一定要目标明确,这样,实验的感染力才会更强,更能够吸引学生的注意力.
1.2实验仪器结构简单,现象明显
演示实验是让学生透过观察来捕捉相应的实验现象,进而分析探究出相应的物理学原理的教学过程.基于这样的教学理念,教师在设计演示实验时应当尽可能做到实验仪器简单化,并且让实验的现象更为明显.这会让学生观察起来更加方便,实验过程带给学生的触动也会更为直接.在这样的基础上学生对于知识要点的感受才会更加直观,演示实验所要收获的预期的教学效果才会更为理想.
例如在振动产生声音的实验中,用小锤敲击音叉,虽然能听到声音,但振幅比较小,难以观察到振动现象.教师为了让实验现象能够更加明显,让学生观察起来更为方便,可以借助一些器材来证明音叉在振动,即把泡沫小球放在发声音叉上,看见小球在跳动不停,由此就证明了音叉在振动.只有通过明显的实验现象,学生才能观察到更多的事物,学生对于物理学原理的感受才会更加直观,这也会加深学生对于实验中包含的知识点的认识.
2自主探究实验的优化
2.1给予学生充裕的探究时间
自主探究实验是非常重要的一类实验教学类型,这种实验模式对于训练学生的实验操作技能,考察学生的知识掌握程度以及锻炼学生的问题解决能力都能够发挥非常显著的效果.在进行这类实验教学时,教师要把握几个相应的原则.首先,有的物理实验是要在反复操作的基础上获取大量实验数据,在对于数据的归纳整理的基础上来获取实验结果的.对于这样的实验过程,教师一定要给予学生较为充裕的探究时间,要让学生在反复的实验操作中来获取大量的实验结果分析所需要的数据.在充裕的数据的支撑下整理出来的实验结果才会更加准确.因此,对于那些比较费时的实验教师要让学生耐心地将实验进行到底,这样才能够保障最后获得准确的实验结论.
以“探究导体中电流与电压的关系”的实验为例,实验过程可归结如下:
(1)如图1所示连接电路,将导体甲连入M、N两点,电键处于断开状态.
(2)闭合电键,记下相应的电流表示数和电压表示数.
(3)改变电池的节数,再记下两组不同电压下对应的电流值.
(4)用乙导体替换甲导体,重复上述实验.
要从此实验最后归纳出实验结果,必须对于上述的实验流程反复操作,只有获取了大量的实验数据后总结出的实验结果才能够符合规律.因此,教师要留给学生充裕的实验探究的时间,让学生首先充分积累实验数据,这样才能够最后获得准确的实验结果.
2.2注重探究实验的可操作性
探究性实验本来就对于学生的实验操作能力、问题分析能力以及知识应用能力提出了较为全面的要求,是对于学生综合能力素养的一种全方位考察.在这样的基础上,教师在设计探究性实验时一定要对于实验的可操作性进行合理的把握.实验难度要适中,要让学生有较为充裕的探究空间.且实验的操作过程大部分学生都有能力完成,对于结果的分析探究也要基本符合学生的认知水平.这样的实验内容学生才能够自主完成,这种实验过程也是学生间通过有效的自主探究所能够完成的学习任务.
以“探究平面镜成像规律”的实验为例.这个实验在操作上并不难,但是却需要学生对于实验的过程以及实验的每一个环节都有良好的把控.学生要仔细记录下实验中的各种现象,这些都会为后续的结果分析带来辅助.如图2所示,实验过程可归结如下:
(1)在水平桌面上铺一张白纸,纸上竖直放一块玻璃板作为平面镜.
(2)在玻璃板前放置一支点燃的蜡烛A,在玻璃板后放置一支等大、未点燃的蜡烛B.
(3)移动玻璃后的蜡烛B,直到从玻璃板前各个位置看去,玻璃板后的蜡烛B看上去好像被点燃一样,这个现象表明了像和物体的大小相等.在纸上记下这个位置,其目的是确定虚像的位置.
(4)测量出两支蜡烛到玻璃板的距离.发现:距离相等.
(5)观察蜡烛A和蜡烛B的连线.发现:连线垂直于玻璃板.
(6)若要判定所成的像的虚实,应该在像的位置放一块光屏,通过玻璃板观察上面是否成像来进行判断.
学生要对于实验展开的每一个环节和步骤都有良好的把握,对于实验中需要记录的数据也要记录清楚.这个实验在操作上并不复杂,实验过程也是绝大部分学生有能力完成的.这样的实验就能够充分锻炼学生的实验技能与素养,并且能够为学生探究能力的形成与深化带来有效的促进作用.
3学生分组实验的优化
1.初中物理教学中常用的教学方法
物理学科教学与一般的学科不同,不只要进行单纯的理论教学,物理教学中还有实践教学与实验教学,要引导学生从实验教学中探求出物理知识,将理论知识与实践知识结合起来。因此,在初中物理教学中,一般采取以下三种教学方式,分别是实验教学法、理论教学法与习题教学法。首先,是理论教学法。教师通过对教材的深入研究,对物理的理论教学深入的研究与探讨,使学生明白理论教学的重点、难点与要点,初中物理是学生接触物理的初始阶段,学生在学习的时候比较困难,特别是在新课程改革深入实施的今天,初中物理教学要更加注重走向生活化,理论知识的讲解要与学生的实际生活相结合,教师要注重通过案例教学,引导学生自主去探索相关的物理知识与物理规律,这样学生对物理知识的理解才会更加深刻。对于初中的物理教学来说,理论知识一般包括物理概念与物理规律,物理的概念与规律共同形成了物理的知识体系,教师需要利用自己的教学经验与生活经验创设物理学习的情境,从而不断感受物理知识,引导学生逐渐发现问题,分析问题,从而解决问题。其次,在实验教学法中,实验教学是初中物理教学的重要组成部分,初中物理的实验一般有演示实验、学生实验与课外实验,通过这些不同类型的实验教学,有利于培养学生的物理学习兴趣,有利于更好地提高物理的教学效果。在初中物理教学中,主要的实验方式就是演示实验。具体来说,演示实验就是学生的学习中引导学生掌握感性知识的重要性,不断培养学生的观察与想象能力,教师在进行演示实验之前,要做好充分准备,实验设备、实验资料都要确保万无一失,实验效果要更加清晰明了,以更好地满足学生的学习需要。同时,学生的自主实验也是必不可少的一部分,学生的自主实验,有利于学生更加深刻地理解相关的知识,唯一需要注意的是,在学生进行实验的时候,教师要进行有效指导,在学生做实验的时候进行巡视,及时发现学生在实验中的各种问题。最后,是习题教学法。在初中物理教学中一个非常重要的方法就是习题教学法。这种教学方法,有利于学生更好地巩固知识,有利于教师获得学生学习反馈,在教师讲解清楚相关的理论与概念后,习题法有利于学生将知识更好地运用到实际生活中,激发学生学习的积极性。
2.初中物理教学方法的优化
各种教学方法的科学化与优化能促进教学工作,在上文中我叙述了几种常见的教学方法,下面将具体来谈谈如何将这些教学方法优化,以提升教学的有效性。首先,是理论教学法与实验教学法的优化。物理中的很多知识都是通过具体的实验学习更加有效率,因此,若想促进学生更好地学习,就要在传统的教学方法上不断地创新,实现各种教学方法的优化组合。因此,在初中物理教学中,要正确处理理论教学、实验教学、教学方法与学生学习能力之间的关系,引导学生大胆动手做实验,大胆质疑提问题。这样学生的学习才会更加具有创新性。其次,教师要将理论教学与习题教学结合在一起。理论教学是让学生有效地掌握各种物理知识与物理概念,习题教学则是理解这些概念背后的真正含义,理论教学是为习题教学奠定知识的基础,习题教学可促进学生巩固已有知识,因此教师在教学中要将这两种教学方法有效地融合在一起,在讲解一部分知识后,就要让学生做习题,对这些知识加以充分利用。在这个过程中,教师要引导学生进行合作、交流与讨论。从本质来讲,每个物理问题都是一个实际问题,其中蕴含着许多物理知识,教师要引导学生进行深入讨论。除了这些学习方法,还要不断采取其他学习方法,挖掘学生的学习潜力,提升教学效率。
总而言之,在初中物理教学中,需要结合新课程改革的实际情况,结合学生的学习基础,对教学方法进行选择与优化,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习积极性,提升初中物理教学的有效性。
【中图分类号】G633.7
随着新课标的颁布,高中物理教材也在随之发生变化。在高中物理教学中,最为重要的一项演示实验就是“观察电容器充、放电过程”。有许多新版本的教材都对这一实验作出了不同的描述,实验的主要目的就是让学生理解电容这一物理量的内涵,并通过观察电容器的充电放电现象来明确电容器所具有的储存电荷的本领。通过沪科版的新教材来了解并解析高中物理电学实验资源开发与能力培养的研究。
一、高中物理的实验
在新课标的要求下,物理教师应该在教学过程中高度重视有关物理实验方面的教学,并且通过实验教学,让学生们学会基本的实验步骤与技能从而发现探索科学奥秘的乐趣,对物理产生浓厚的兴趣。通过做实验,不但能够培养学生的动手操作能力还能够培养学生的团结互助的团队精神,全面地提高学生的科学素养。
高中物理相对于初中物理来说,要进行更加深入的探索与研究。这就要求学生拥有独立完成实验的能力,科学探究和实验设计的能力。高中物理实验的基本方法主要有四点:一是设计实验方案,二是对实验器材的选择,三是对实验数据的记录和处理,四是对实验误差的分析。
(一)设计实验的步骤
1、明确实验目的
实验目的是教材中所要求学生完成的实验项目,是整个实验的中心,在明确实验目的后,根据所学的实验原理,实验室所提供的实验材料和老师的指导,完成实验。
2、要选择可行的实验方案
由于同一个实验目的可以有好几种实验理论作基础,所以会出现多种可选的实验方案,我们要依据四点来选择可行性的实验方案。一是要有科学性:实验方案要有科学理论作为依据,符合物理学基本原理;二是要有可行性:在实验过程中不能出现安全隐患,导致器械和人身受到伤害;三是要有精确性:任何实验中都会伴有一些误差,当然,我们要选择误差小的实验方案;四是要简便、直观:实验设计方案要方便操作者操作和读数,对数据进行整理,这就要求所选方案要简洁直观。
(二)选择实验器材
拿电学实验为例子,电学实验的主要器材包括:电表,滑动变阻器,电源,导体等器材。那么在选择器材方面,我们也要考虑四点因素。一是安全因素: 在正常使用电源、电阻、和电流表的时候所通过的电流不能超过所允许的最大电流;二是:误差因素:选用电流表、电阻和电压表应选用尽量减少误差的;三是方便操作:选滑动变阻器的时候要求即能满足实验要求又能方便调节;四是要根据实验的要求:要注重实验的实际操作性,搭配好电源与其他用电器材。
(三)处理实验数据
1、直接比较法:有些简单的实验可通过对其物理量的直接测量就可得出实验结果,就可以使用直接比较法来处理。
2、平均值法:一般在同一y量环境下,所测得的物理量的值都不尽相同,出现这种状况的时候,比较适合平均值法的使用,这样会更接近真实值。
3、列表法:把在实验中所测得的数据列成表格,可以直观地看到各个物理量之间的联系,有助于对问题的分析。
4描迹法:“研究平抛物体的运动”实验通常采用描迹法。
(四)分析实验误差
首先要找到实验误差的来源,并且通过改进实验条件和实验数据的合理处理来减小实验误差。减小误差的方法:一是在实验前仔细地校准测量表,二是要选择适当量程和精确度的电表,三是通过完善实验步骤和方法来减小误差,四是多求几次平均值,五是对实验数据的恰当处理。
二、实验资源开发与能力培养
在高中物理的教学过程中,实验是非常关键且重要的环节,由此看来实验资源更是重中之重。目前,物理基础教育题材的改革的重要难点就是科学探究。这就要求教师不断充实自己,学习最新的科学实验成果,增加见识和知识根据教材设计相应的探究性课题,带领学生在多元的环境下学习,培养学生独立思考的能力、创新思维和独立动手操作能力,激发学生对科学探究的兴趣和热情,培养出具有科学精神的创新型人才。
物理的应用非常地广泛。在日常生活中、生产实践中和科学研究领域中都充当着重要角色。因此在学习物理的过程中,我们更要注重教材的理论知识与实践的结合,注重实践问题的研究,在传授课本中的知识理论的同时还要联系生活实际来拓展学生的知识层面,提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。树立与同伴合作互助的团队协作精神。培养了学生对科学实验探索的能力和兴趣,不仅可以提高学生的考试成绩,更为他们今后在科学探索领域的发展提供了扎实的基础。
总 结:通过解析高中物理电学实验资源开发与能力培养的研究,培养了学生对物理实验的独立操作能力。
例如“密度”教学时,就可以指导学生“实验探索”,教师对教材可作创造性的处理,而不必完全形式化的依据教材展开和进行。密度是初中力学中非常重要的概念,也是个教学难点。首先教师提出问题,教师拿出两块大小不同涂上颜色的金属块,问学生能否很有把握的判定它们是否属于同种物质?当学生感到困难时,教师指出:鉴别物质可以根据物质的特性来鉴别,只凭气味、颜色、软硬等这些物质的明显特性来鉴别是不够的,我们还必须探索物质的一种更隐蔽的特性,这种特性可以从物质的质量和体积的关系中发现。要求学生分组讨论,设计出研究几种物质的质量与体积关系的实验方案。教师可根据学生的实际水平,进行诱导启发:每一种物质的质量与体积能够改变(如分别取几块大小不同的铁、铝等固体,几杯体积不同的水、酒精等液体),分别测出每一种物质几组对应的质量和体积,再来研究质量和体积之间的关系。接着让学生分组设计实验,开展全班讨论,确定出最佳实验方案,让学生自选器材,分组实验,得出数据,引导学生分析数据,对于同种物质体积越大,质量越大,让学生猜想,它们之间可能存在什么关系,估计学生会说:质量与体积成正比。教师指出:质量与体积究竟是不是成正比关系,必须通过数据处理才能下结论。当学生发现同种物质质量与体积比值是一个恒量(成正比),不同种物质其比值不同,便可找出物质隐蔽着的重要特性m/v,其大小是由物质种类所决定的,反映了物质种类的一种特性,物理学上把物质具有这种特性叫做密度。这创设情景置疑,让学生动手实验主动探究,发现物理规律,当实验探索发现伴随着学生的学习过程时,学习将会充满乐趣,将会产生强大的学习动力。
2.引入生动有趣的事例,激发学生的学习兴趣。
由于初中学生的好奇心强,对周围出现的新奇事物或事例都想探知是什么、为什么。因此在讲课的时候也可以从学生的日常生活经验引入,可尽量将一些枯燥的内容变为惹人探求、希望解决的有趣问题中去,寓难点于设疑之中,寓难题于趣味之中,寓知于乐,以趣激学。
例如在讲磁现象时,事先在袖筒里放一块磁铁,然后对学生故弄玄虚的运气练功做“臂吸铁球”表演,学生看过惊愕不已,当拿出磁铁以后,全班同学都捧腹大笑,由此导入新课。又如学过反射定律之后,向学生提出一个这样的问题:枪口正对着观察者,子弹刚出膛的镜头是摄影师实地拍摄的吗?显然不会有哪一位摄影师会愚蠢到站到枪口前去拍摄这样的镜头。熟悉的现象,陌生的问题,这就必然驱使着学生另辟思路,开动脑筋去探个究竟,从而调动了学生学习物理知识的积极性。
3.恰当处理教材,力求教学内容新颖别致。
在教学中,教者既要深挖教材,以教材内容为依据,以学生基础为参照组织教学,但又不能仅仅局限于教材,被教材所奴役,仅仅为完成教材内容而教学。教者应学会对教材内容的优化处理,充分显示物理的趣味性、实用性。丰富、有趣、新颖、别致的教学内容能使学生产生新鲜感,引出好奇心,激起同学们的浓厚兴趣。例如学习运动与相对静止时,教材中以卡车和联合收割机的图为例,引导学生认识相对静止。这个例子对于有些山区来说,离学生的生活太远,非常陌生,无任何感性认识,不利于学生的理解。笔者在教学时,找了一位同学,进行现场演示。首先笔者与这位同学以不同的速度向着不同的方向行走;然后以不同的速度向着相同的方向行走;再以相同的速度向着相同的方向行走。在学生观察的基础上让其比较笔者与该学生的位置有无变化,再通过分析归纳,学生很容易就能理解并得出结论。通过这样简单的处理,使学生积极参与到教学活动中。不仅使课堂气氛更加活跃,充分调动了学生学习的积极性和主动性,而且还降低了难度,使学生认识到物理与生活的紧密联系,感受到物理的趣味性。
4.创造成功体验,提高学生的学习兴趣。
每个人都有一种自我实现、获取承认、取得成功的愿望和需要。成功时,会情绪高昂、兴趣倍增;多次努力仍然失败时,就会产生畏难情绪,影响积极性。一般说来,在刚开始学习物理时,学生参与学习的兴趣是很浓厚的。此时,如果有了成功的收获就会使兴趣得到加强,进而强化学习物理的动力,否则屡屡的失败就会抵消原来的兴趣。因此,教师给学生创造成功的机会,往往是有效提高学生学习兴趣的方法。在教学中,教师可以结合教材和学生实际,设置教学内容的层次与梯度,根据学生的智力发展创设更多的条件让每个学生都能取得学习上的成功,使他们获得心理上的满足。
一、中学物理教学“过程与方法”目标的内涵
“过程与方法”目标的提出旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从而培养学生科学探究的能力,以增进对科学探究方法与过程的理解。
二、中学物理观察、实验方法与能力的培养策略
物理教学离不开物理的观察和实验,培养学生的物理观察方法、物理实验方法将有助于科学探究过程的顺利展开,从而有助于物理教学“过程与方法”目标的实现。具体培养策略如下:
1.培养学生观察物理现象的兴趣
在具体策略上应关注以下两点:(1)运用物理学家通过观察物理现象而获取本质认识的一些实例来教育学生。(2)积极开展新颖的能够使学生内心感到震撼的观察物理现象的活动。
2.培养学生良好的物理观察品质
在具体策略上应关注以下三点:(1)明确观察的目标。(2)培养学生全面、客观、实事求是的观察态度。(3)培养学生敏锐、精确、深刻的观察能力。
3.引领学生掌握正确的观察方法
观察方法的程序:(1)指导学生确定观察的目的和任务。(2)指导学生制订观察方案。(3)指导学生进行实际观测。
三、物理思维方法与能力的培养策略
物理教学“过程与方法”目标的实现要靠科学探究这一主渠道,而科学探究离不开物理思维,物理思维的方法和能力决定着科学探究的质量和效果,它直接关系到物理教学“过程与方法”目标的实现。
1.分析与综合方法与能力的培养策略
具体培养策略如下:(1)要让学生领悟分析与综合的辩证关系。(2)要让学生明确运用分析与综合方法时“重点分析什么”和“怎样进行综合”。(3)要让学生掌握几种常用的分析与综合方法。
2.归纳与演绎方法与能力的培养策略
具体培养策略如下:(1)要引导学生深刻认识和理解归纳与演绎的实质和辩证关系。(2)要使学生认识和理解归纳与演绎的实质和辩证关系是掌握并能灵活运用归纳与演绎方法的前提。(3)教学中可结合举例来阐明归纳与演绎方法的具体应用。(4)要用归纳与演绎方法的案例来潜移默化地影响学生。
对于初中物理的教学来说,依靠死记硬背,题海战术已经不能适应新形势下教育发展的需要了,作为教师必须敢于尝试不同的教学模式和方法,以便提高物理教学和学习的效率。按照新课改的教育理念和素质教育发展的要求,现在的课堂教学主角应该是学生,而不再是一味的教师说教,教师应该把课堂归还给学生。探究式教学就是应对新形势下物理教学的需要,倡导以学生为主体,不断激发学生的主动性和参与意识,对于提高初中物理的教学效率有着很大的促进作用。
一、转变思想观念,突出学生的主体地位
由于教育制度和教学现实状况的限制,以往传统的常规教学模式大多都是教师是课堂的主角,至于教授的内容、方法、形式都是有教师直接决定的,学生只能是一味的跟随老师的步伐,在教学的活动中,学生一般都是被动的接受和聆听,几乎没有自主探究、合作学习与发表意见或建议的机会,在此环境下,很多学生的积极性和主动探究性都得到了一定程度上的扼杀。随着社会的发展,人们的思想发生了巨大的变化,人们对教育的质量和教育的目标发生了极大的转变,人们开始关注学生的成长,关注学生能力的培养,开始探究如何最大化的促进学生的发展。有效的教学评价已经不在是分数,而是学生综合素质的提高。探究式教学就是以学生为主体,不断激发学生自主探究、分析和解决问题的主动性,发挥学生的主管能动性,采取主动的受教,让学生敢于尝试,亲自动手,自主地尝试、操作、观察、动手、动脑,完成探究活动,让学生真正做到学以致用。
二、创新教学模式,注重激发学习兴趣
在初中物理教学课堂,开展有效的探究式教学,首先就要引导学生,使他们有学习的欲望和探究的期盼,这就要求初中物理教师,要依据学情和教学的内容,不断的创新教学模式,探究新的教学方法,实现教学的知识性和趣味性的结合,让学生有兴趣,喜欢上探究问题和主动分析问题。学习兴趣是学生学习的动力源泉,而学习兴趣的激发途径很多,主要的还是要依靠教师教学模式和教学方法的刺激,让学生在课堂上精力充沛,对问题充满好奇要想实现探究式教学,就必须革新教学方法,激发学习兴趣。
三、创设问题情境、启发学生猜想
物理学家爱因斯坦说过:“我没有什么特别的才能,不过喜欢寻根到底地追问问题罢了”,又说到:“发现问题比解决问题更重要。” 因此,创设积极思维的问题情境,让学生大胆的提出科学的猜想,和形成假设的能力,这是探究性学习在课堂上需要解决的第一个问题,同时也是鼓励学生大胆猜想,养成积极思考问题的习惯的行之有效的途径,例如,我在引导学生猜想影响蒸发快慢因素的教学中提出问题:“一件湿衣服在变干的过程中,我们都知道衣服上的水份的蒸发的快慢往往是不一样的,那么,水份蒸发的快慢与哪些因素有关呢?我们怎样做到使这件衣服干的快一些(也即影响衣服上水份蒸发快一点的因素是什么?)。
通过学生分组讨论,他们提出了以下一些解释:
(A)晾在有阳光的地方干得快;
(B)夏天比冬天干得快;
(C)用熨斗加热干得快;
(D)通风的地方干得快;
(E)电吹风吹干得快
(F)把衣服展开干得快
(G)干燥的天气比潮湿的天气干得快
其中有一个学生提出了跟气压有关的猜想,还有一个学生提出了酒精泼在衣服上比水泼在衣服上干起来要快,这现象是否说明蒸发快慢与液体的种类也有关系呢?我分别把学生提出的假设一个一个写在黑板上。
又如在探究凸透镜成像规律的实验时,要使物体在光屏上成放大的像时物体的位置,学生在学习物体在光屏上成缩小像的基础上,知道了物体可放的位置还有四种情况,因此学生分别提出了以下几种猜想:
(A)物体放在二倍焦距上;
(B)物体放在一倍焦距和二倍焦距之间;
(C)物体放在焦点上;
(D)物体放在焦点以内;
以上学生提出的几种猜想是否都能使物体在光屏上成放大的像,必须要通过探究实验来验证我们提出的猜想是否是正确的。
因此,在实验之前我要求学生大胆猜测实验的现象,实验后,发现有的猜想是不科学的,这时我给他们分析其中的原因,让学生明白刚才的猜测想象缺乏科学根据,因此是错误的。
实践证明,培养学生的猜测勇气和想象力是培养创新思维的有效方法。在培养学生的猜测勇气和想象力过程中,学生的活动应该是科学的、积极的,最终要把他们引向科学的创造。
针对学生提出的问题,让学生自己设计实验方案、动手实验、观察现象、分析问题、得出结论。这样,通过创设问题情境,引导学生提出问题,有助于激发学生解决问题的动机,让学生主动探究物理中的实验规律,从而解决生活中的实际问题,达到学以致用的目的。
四、落实素质教育,整合启发性和探索性
初中物理教学要想实现有效的探究式课堂,作为物理教师必须给与足够的和清晰的认识,转变固执的滞后的教育观念,强化素质教育的理念,在教学的过程中,践行启发性和探索性的统一。探究式教学,前提是有探究的问题和知识,这需要老师对课堂内容进行有效的整合,对教学内容和过程进行巧妙的设计,探究式的问题设置除了有效的激发学生学习的动力和学习的兴趣之外,还要能挖掘学生学习物理的潜能和探索精神,有利于课堂内容的消化和吸收。有效的整合教学内容的启发性和探究性,还要留给学生足够的思考空间,尊重学生,对于可能出现的问题进行针对性的评析和指导,让学生感受到探究问题的乐趣和满足感。