例談高中物理實驗改進技能

邵合義

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗是學習物理知識、體驗物理樂趣、探索物理規律的重要途徑。《普通高中物理課程標準》指出，“高中物理課程旨在進一步提高學生的科學素養，從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個方面培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎”，并建議“突出物理學科特點，發揮實驗在物理教學中的重要作用”。物理實驗教學不僅僅是物理學科最重要內容之一，更是落實三維目標的一種最佳教學方式和教學過程。

一個優秀的物理實驗必須現象明顯、簡易方便、主題明確和富于探究。筆者認為教材中提供的一些實驗需要改進，方能達到這4個要求。本文結合教學實踐案例，談談高中物理實驗改進的幾種常見辦法。

巧用投影儀讓實驗更容易觀察

有些物理現象所能顯示的變化本來就很微小，不利于遠距離觀察；測量工具的讀數適合近距離教學，不利于教師在講臺上面向全體演示和教學。為了使演示實驗現象更清楚，就有必要采用各種放大方法，利用投影儀放大是最佳的方法之一。

投影刻度讀數游標卡尺、螺旋測微計、秒表、萬用電表等測量工具的讀數教學本身就是難點，也是高考的重難點。教師面對面對學生輔導指導效果較好，而面對全班學生示范幾乎無效。但是把游標卡尺、螺旋測微計、秒表等放在投影儀上，使用圖像放大功能投影到銀幕，放大效果會非常好，刻度非常清晰。

投影實驗過程由于儀器體積比較小、學生近視眼很多、講臺的高度不夠高、后排的學生視線很容易被前排學生所擋等原因，許多演示實驗不利后排和兩邊的學生觀察。教師可以把投影儀的攝像頭對準實驗，將實驗過程轉化到銀幕上。有時還可以采取圖像凍結功能，進行現象或讀數前后對比教學。

投影實驗局部一些實驗的重要環節，特別是數據變化、操作細節、重要現象必須讓全體學生關注。教師可以用投影儀把這些重要環節投影到銀幕上。在有關實驗中電阻箱的數字變化、滑動變阻器的觸頭移動、發光二極管的亮度變化、彈簧秤示數的變化、電表指針移動等細節操作和數據變化有必要突顯在銀幕上。

利用現代化設備讓實驗更完善

利用常用儀器、教具進行實驗，這是一種最基本的手段。利用電腦、數字實驗和數碼錄像設備進行實驗教學，更是教學現代化發展的必然。

采用數字化實驗數字化實驗是把傳感器和計算機有機整合，能夠獨立或者與傳統的儀器結合起來進行實驗，優點是快速、高精度地實時采集數據，自動記錄和分析處理。不僅提高教學效率，而且能解決傳統實驗教學中難以在課堂演示的實驗。利用傳感器做牛頓第三定律實驗，電腦能立即顯示出相互作用力大小的關系曲線，直接獲得“相互作用力的大小相等方向相反”的結論，還可以獲得“相互作用力大小方向關系與物體加速、勻速、減速等運動形式無關”的結論。

采用Excel處理實驗數據把實驗數據輸入Excel，將依照設定自動完成計算、繪圖。在探究加速度與質量的關系式實驗中，把質量和加速度的數據輸入Excel，采用圖表向導中折線圖就可以獲得反比例曲線；再把質量數據轉化成質量倒數的數據，就可以得到正比例曲線。在光的折射定律教學中，根據演示實驗獲得入射角i和折射角r的一系列數據，引導學生做大量的假設，如i=kr、i=kr2、i=kr-2、i=klgr、sini=ksinr、cosi=kcosr等函數關系，利用Excel計算和畫曲線功能，擬合曲線“發現”折射定律。學生在半小時內就可以經歷和體會科學家200年的探索過程。

使用日用品和玩具讓實驗貼近生活

演示實驗要做到3個簡單，即儀器結構簡單、操作簡單和由演示現象到得出結論的過程簡單。瓶瓶罐罐當儀器做實驗，效果更貼近學生的生活，往往達到出其不意的效果。用生活中的日常用品和玩具做實驗的案例很多。

演示完全失重現象，可以用一瓶礦泉水做實驗。在礦泉水瓶上扎幾處洞，水會從洞里噴出，學生知道水從洞里流出是因為水具有重力。把有水的礦泉水瓶在空中拋來拋去，很多學生擔心水灑到頭上而慌張躲避，結果虛驚一場——由于“完全失重”，水不會從洞里流出。

研究小車車輪的相對運動及其對地面的摩擦力的方向，可以用玩具電動小車、長條三合板、幾只圓柱形鉛筆做實驗。把鉛筆平行等距擺放，上放三合板，把電動小車啟動后放在三合板上，就會發現小車和三合板做相對運動，從而判斷摩擦力方向，進一步理解相對運動。

用學生肢體讓實驗更直接

大部分實驗都是通過學生的眼睛觀察實驗，通過學生動手操作實驗。實際上有些實驗可以讓學生親身體驗，這些實驗以感性為主，效果很妙，如果配套其他實驗，效果非常好。

在做力的相互作用實驗時，可以引導學生用左右大拇指做實驗。首先讓左手大拇指輕輕壓向右手大拇指，體驗2只拇指的受力；分開后，再讓右手大拇指輕輕壓向左手大拇指，體驗2只拇指的受力；最后，讓2只大拇指互相靠攏擠壓，體驗2只拇指的受力。學生很容易獲得“力的作用是相互的、力大小相等”的結論，甚至獲得“相互作用力同時產生不分先后”的結論。也可以讓學生用食指敲打桌面，學生會明顯感到食指痛感是因為食指受到桌面的反作用力。再配套彈簧秤實驗和傳感器實驗，學生就經歷肢體感性實驗、傳統粗略的定量的實驗和現代化的精確的定量實驗的不同。

在滑動摩擦力的方向和大小演示實驗中，讓學生把手緊緊壓在桌面上的同時往回拉，學生就會從手掌肌肉感受到滑動摩擦力的方向。如果讓一個學生把手壓在另一個學生的手背，他就會體會到“壓力越大，滑動摩擦力也會越大”。

在運動的合成實驗中，先讓一個學生站著，一手握拳平平伸出，模擬水平勻速運動；后蹲下并緩慢站起，模擬勻速上升；再蹲下緩慢站立，同時握拳平伸，感受拳頭同時做向上勻速運動和水平勻速運動，別的學生觀察到拳頭是做傾斜的勻速直線運動。

略加改進提高實驗的效率

教材提供的有些實驗方案，效果欠佳，需要進行改進。通常花點心思，略加改進，就可以增加效果。

改進實驗方法在演示靜摩擦的大小與滑動摩擦力的大小的關系時，教材采用用手直接拉彈簧秤的方法（圖1甲），手拉的力很不均勻，彈簧秤指針會不穩定，效果很差。略加改進，如圖1乙，用手拉木板，實驗即容易成功。

改換實驗重要器材探究加速度與力、質量的關系的實驗是很難成功的，定量的研究圖像法更是無從下手。根本原因：一是平衡摩擦不好把握，二是恒力F=mg太大誤差很大，恒力太小則小車又不動。如果采用氣墊導軌來減小摩擦，分別用5 g、10 g、15 g、20 g的鉤碼替代恒力，則實驗效果很好。

改換觀察儀器在楞次定律的實驗中，利用靈敏電流計觀察感應電流的方向，指針先偏向一個方向再返回，甚至來回擺動。接線柱在底部也不容易觀察。筆者采用紅色和黃色2種發光二極管，如圖2所示，通過二極管發光情況就可以知道感應電流的方向，而且根據亮度可以判斷感應電流的大小。

改進實驗順序在做牛頓管實驗中，通常步驟是先演示鵝毛等在空氣中下落，再演示把牛頓管抽成真空后的現象，如此，在教室里抽氣過程時間長、噪音大。如果先在實驗室把牛頓管抽成真空，演示物體在真空中下落，再演示在空氣中的情況，則可以縮短由現象到結論的時間。

添加一點附件在自感現象實驗中，添加二極管，采用二極管和小燈泡串聯（圖3），有利于判斷感應電流的方向。在運動合成實驗中，難以判斷玻璃管里的紅色蠟塊是做勻速上升運動。如果在玻璃管上等距扎上3條橡皮筋，讓學生用秒表、手表以及手機的秒表功能粗測時間，就可以解決這個問題。

實驗始終是物理教學的重要環節之一，是提高學生的科學素養、創新精神、實踐動手能力的重要途徑，也是實施物理新課程改革的重要條件和重要的課程資源。因此，在新課程教學中不僅僅要重視實驗，更要通過各種途徑改進實驗，改善實驗。

（作者單位：浙江省臺州市椒江中學）