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谈谈“观察力”对物理实验的重要性

2018-07-08 09:39:58 《试题与研究·教学论坛》 2018年3期

郑道峰

“观察对于儿童之必不可少,正如阳光、空气、水分对于植物之必不可少一样。在这里,观察是智慧的最重要的能源。”这句话是苏联著名教育家苏霍姆林斯基对观察的重要性的论述。可以说,观察是一切科学研究的源头,也是任何新发现、新发明的入口。在我国新颁布的多个学科的课程标准中,都强调了观察对学生学习的重要性。

大家都知道,物理是一门以观察和实验为基础的学科,平时教学中我就很注意指导学生进行观察力的锻炼,并注重收集这方面的素材。下面就是我发现的一个比较好的案例。

在复习《浮力》章节时,见到一道如下的习题:

物理实验小组的同学利用可乐瓶与乒乓球做“研究浮力产生原因”的实验,如图所示,将一只塑料可乐瓶剪去底部,把一只乒乓球放在瓶内,从上面倒入水,观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出(图甲),但乒乓球并不上浮,这是因为_________。若用手堵住瓶口(图乙),可观察到乒乓球浮起,这是因为____________。

这道题给出的答案是:乒乓球不受浮力,只受水向下的压力;乒乓球受到浮力的作用,浮力大于乒乓球受到的重力。

对于这道题的答案,第一问没有问题,第二问表面上看这个答案也挺有道理。当时为了激发学生对物理学习的兴趣,就组织学生找来瓶子和乒乓球做了这个实验,结果发现第二空答案有点不对劲。据我们观察,手堵住瓶口后,一瞬间乒乓球就浮了起来。时间这么短,我们十分吃惊,使用秒表测量了一下,从堵住瓶口开始计时,大约0.2s时乒乓球就开始向上运动,而且球在水中上浮所用时间是极其短暂的,根本无法测量出来。这么短的时间内顶多只有几滴水进入瓶子的“脖子”位置,水远远没有充满乒乓球下方的空间,根据浮力产生的原因“物体上下表面压力差”可知:乒乓球下方没有受到水的压力,也就不受浮力作用,所以不是浮力改变了乒乓球的初始状态,这道题恐怕不是纯粹的浮力问题。

当发现这个题目的答案存在疑点之后,我提示学生在观察的时候,不但要仔细看,也要用心思考,要将思维活动渗透在观察当中。同学们重点观察了两个关键细节:(1)手堵住瓶口之前,按照水从乒乓球和瓶颈之间的缝隙中流下的速度,需要2秒多钟能把瓶盖盛满,而乒乓球下方的空间大概有三个瓶盖的容积,随即估算得出的结果是:要将乒乓球下方的空间填满,需要7秒钟左右。(2)手堵住瓶口后,不到1秒钟,球就浮了起来。

两个相差巨大的时间给了同学们信心,确定了乒乓球初始状态不是由浮力改变的。经过反复实验并思考、讨论,最后大家一致认为乒乓球上升的原因应该是这样:乒乓球下方原本是自由空气,手堵住瓶口后,自由空气变成封闭气体,而且这部分气体体积较小,在这么小的空间中,体积有一丁点变化,气压就会产生明显的变化,导致气体对球向上的压力瞬间增大,超过了水向下的压力,球开始向上运动。球离开原来的位置后,球侧面的水就迅速将球下方的空间填满,此时球才真正受到浮力,由于球受到的浮力远大于球的重力,所以球在一瞬间就浮到了水面。

到了这里,我们就破解了心中的疑问,同学们也尝到了细心觀察的甜头。为进一步挖掘观察的魅力,我引导学生反思:为什么很容易忽略气体呢?同学们经过深思总结出:由于瓶颈内部空间太小,空气本身又是无色透明的,就很容易“看不见”它,如果不仔细对比“进入瓶颈中的水的体积”与“瓶颈的容积”的差别就无法发现这个隐秘的情况。所以,以后在观察实验的时候一定要细心,不放过任何一个细节,而且“看”的同时要动脑筋思考,如此才能发现实验现象暗藏的玄机。

经过这样的锻炼,学生不但发现了题目答案的疏漏,而且通过对题目进行深入剖析,使学生的思维能力无形中有了极大的提升,益处多多!

观察力这么重要,那么我们该怎样培养呢?

经过多年的教学及不间断反思,我总结出以下三点:

1.明确观察的目的任务

进行观察之前,老师要先给学生交代清楚观察的目的任务,所谓“有的放矢”,观察的效果才好。反之,如果老师没有交代清楚,效果就比较差。

2.掌握科学的观察方法

明确了观察任务后,接下来就是具体的实施过程。掌握科学的观察方法相当重要,要注意以下几点:

(1)遵循科学的逻辑,就像语文上的说明文观察顺序,常见的如:从上到下、从左到右、从整体到部分再到整体。按照正确的顺序,学生在观察时就不会手忙脚乱。在两年的物理学习中,让学生多加练习,养成良好的观察习惯,这样无论做什么事就能有条不紊,一生受益。

(2)在观察时应当做好记录,尤其是细节。这不仅对于收集和整理所观察的事实是十分必要和有益的,而且也能够提高学生准确的观察力。

(3)培养学生重复观察的习惯。因为人的观察力是有相对限度的,一次观察往往会忽略细小的但却是很有价值的东西,所以要进行重复观察,直到对事物全面掌握。这就好像我们经常讲的“多次实验才能找到普遍规律”。

3.观察的同时渗透思维活动

早在一千多年前,捷克教育家夸美纽斯就已经向人类揭示:观察是综合运用眼、耳、口、鼻、身五种感觉器官齐心协力才能完成的任务。事实上,除了那几种感官外,大脑也是观察活动中不能缺席的重要器官,观察活动离不开思维的渗透。

总之,观察现象是为分析问题服务的,而分析问题实际就是思考的过程,思考又反过来会促进我们更加细致地观察。可以说,观察与思考相辅相成,缺一不可。如果观察力发展了,思维也会随之进步。真正有效的观察是观察与思考相结合,所以,观察和思考的训练是观察力提高的必经之路。

以上是我对“观察力”重要性的一点认识,不当之处,希望各位同仁指正。

(作者单位:河南省巩义市小关镇第一初级中学)