新課程背景下改進物理實驗教學的實踐與思考

侯群英

(湖州市第一中學 浙江 湖州 313000)

物理新課程標準要求物理實驗貼近學生生活，加強課程與學生生活和現實社會的聯系.實驗是培養學生動手能力的最佳途徑，因此要盡可能地創造條件和不斷改進，讓學生親自動手實驗.筆者結合自己的實踐與思考通過幾個實例談些關于新課程實驗改進的做法.

1 新課程新增學生實驗的操作技巧和裝置改進

1.1 “探究功與物體速度變化的關系”實驗的改進

新課程下的高中物理實驗與原來相比新增了“探究功與物體速度變化的關系”實驗，而此實驗看似簡單做起來難度卻很大.教材上采用的是如圖1所示的實驗裝置.

圖1

在實際操作過程中遇到了以下的困難：

(1)學校實驗室里不具備這樣長度足夠長而且粗糙程度各處幾乎相同的木板.據了解很多學?，F在就用“力的合成”實驗用的板來做，顯然很難成功的.

(2)這樣拉小車在運動過程中小車很容易把橡皮筋壓在底下，運動受到了嚴重的干擾，難以順利進行下去.所以很多教師都沒真正做這個實驗，大都是借用多媒體在課堂上“演說”.有的教師做了實驗，但誤差也相當大，很難說明問題.

鑒于以上兩個難點，有些學校對實驗裝置改進了，如圖2所示.這樣的改進是用了實驗室里最常用的軌道小車來替代木板，解決了剛才講的難題.操作時要注意以下幾點：

(1)兩螺絲要長，要高于小車高度.

(2)兩螺絲間距要寬，否則影響小車前進.這樣做起來盡管比教材中的裝置方便和準確很多，但小車多少還是要受橡皮筋的影響.更麻煩的是由于對小車的拉力方向是在重心的上方，當橡皮筋條數增到4,5條時，小車很容易向前翻.所以必須像圖2那樣在車的后方放上砝碼來解決.但砝碼的高度往往要超過小車，才容易勾到橡皮筋.

筆者建議嘗試做如圖3所示改進.

圖2

圖3

此裝置是利用兩條線.一條線一端固定在小車上，另一端系上一個用大頭針彎成的彎鉤；第二條線一端固定在遠離小車的滑輪上，那一端同樣系上一個用大頭針彎成的彎鉤.將橡皮筋套在兩個鉤上，如圖4所示.同時調整兩條線和橡皮筋在同一高度.若需要幾條橡皮筋隨時可增減，方便易做，而且結果誤差也小了很多.

在用圖4裝置時,務必將橡皮筋放在遠離小車的一端,如圖3所示,否則會被軋到車下. 這樣實驗可以順利進行.但美中不足的是市場上買的橡皮筋很難達到粗細均勻和彈性一致，所以在做實驗之前要挑選好.

圖4

1.2 “用雙縫干涉測量光的波長”實驗的操作技巧

對于新增實驗“用雙縫干涉測量光的波長”，學?；旧隙家雅鋫淞藢ｉT的儀器,如圖5所示.相對前一個實驗來說做成功的概率要高一些，但該實驗比較難調；就算看出條紋來了,也比較暗淡模糊，很難讀準數據.

圖5

筆者認為出現上述情況主要是光線不足.分析原因有以下三點：

(1)電源電壓不夠；

(2)沒有調整到同一高度；

(3)實驗室使用的電源基本上都是小燈泡，是發散光源，所以進入雙縫光線的亮度不夠.

筆者曾在某次研討會上看到一位教師只在兩分鐘內就把一般需要調較長時間得到的條紋輕松獲得，而且清晰、亮度高.究其原因也很簡單，通過教師反復的實踐和改進，問題迎刃而解.經驗告知，電壓一般要調至10 V以上.對于要調整到同一高度，原本應該簡單,但因為是螺絲調整，如果旋轉得不夠緊，遮光筒又不輕,一壓上就要發生下移.所以在放上遮光筒后應繼續微調,或者干脆不旋螺絲直接放在最低點.對于發散光源,不妨在濾光片前放一凸透鏡，效果可提高許多.要提醒的是在調節時先把測量頭拿下，直接從遮光筒看光線的亮度，直到看到比較亮的光線再放上測量頭.如果比較模糊,可以通過拉伸測量頭來調節，就會很快能看到比較清晰的條紋.

2 新課程DIS實驗和傳統實驗的整合

2.1 使傳統實驗儀器與DIS實驗系統相互配合發揮各自優勢

由于DIS數字化實驗系統能實時測量隨時間變化的物理量，對動態測量(如位移-時間關系)帶來了極大方便，也更加直觀.例如在繪制彈簧振子或單擺的振動圖像時，傳統的實驗儀器帶來很多不便.我們可以將傳感器與傳統實驗裝置組合，借助原有實驗裝置的結構原理，發揮數字化實驗的優勢.在探究彈簧振子的運動規律時，可引導學生對彈簧振子的物理模型進行拓展，分析水平方向單彈簧振子、雙彈簧振子及豎直方向的彈簧振子等.研究水平方向彈簧振子的運動可用氣墊導軌，將氣墊導軌滑塊上固定位移傳感器的發射器作為振子.研究豎直方向彈簧振子的運動時，可直接將位移傳感器的發射器作為振子.這樣的實驗數據依然來自傳統的實驗裝置，只是數據采集和分析處理的手段借助數字化實驗系統得到顯著改觀.圖6和圖7是利用收發一體做單擺振動圖像的實拍圖片.

圖6

圖7

2.2 拓展研究是探索數字化實驗系統與物理課程整合的有效途徑之一

例如，在“自感現象”的教學中，我校多年來都在使用一種成品教板.用燈泡演示自感現象不能確切反映電流和電壓變化的過程.電流較小時燈泡不能發光,由于燈泡無極性，不能顯示電流的方向.另外，實驗器材規格匹配性不好，實驗現象的可見度低等缺點也會使實驗效果不理想.數字化實驗系統用傳感器采集電流、電壓，能實時保持實驗數據并顯示穩定的圖像，可有效地克服上述缺憾.

圖8

圖9

根據圖8所示的電路，用兩個電壓傳感器分別測量兩個支路的電壓，獲得了圖9所示的圖像.圖像清晰地顯示了通電自感和斷電自感過程中兩支路電壓的變化.還可以在支路中接入電流傳感器，分析電流的變化情況.這樣，我們在教學活動中可以先通過傳統實驗儀器引導學生觀察現象，獲得感性認識，激發探究欲望；然后借助數字化實驗系統深入探究自感現象的特點和規律.

2.3 完成傳統實驗無法實現的實驗

如在“電容器和電容”的教學活動中，傳統的實驗是利用平行板電容器與驗電器組合，采用控制變量法定性分析電容的影響因素.該實驗對實驗儀器和實驗環境的要求很高，很難獲得理想的實驗效果，無法顯示電容器充放電過程中電流、電壓的變化，無法研究電荷量與電壓之間的定量關系.運用數字化實驗系統可以快速獲得電流、電壓隨時間變化的關系圖像.通過積分運算獲得電荷量的數值，進而驗證電容公式的正確性，并將定性實驗上升為定量實驗.在學生對電容器的工作原理有了較全面的認識之后，還可以通過分析圖像的細節引導學生認識日常生活中電容器在儲能、延時等方面的應用.

再如，學生對電容器的充放電大多缺乏感性認識,因為這過程太短，傳統實驗無法做到.而新課程要求利用DIS系統電壓和電流傳感器來觀察電容的充放電過程.此實驗在操作過程中要注意以下幾點：

DISV6.0朗威信息化系統實驗室電流電壓傳感器的標準配置是單量程的，電流量程是±1 A，電壓量程是±12 V. 這個實驗的關鍵問題是在這樣的條件下選擇合理的電容值C和電阻值R的大小，既能在實驗室因地取材又能讓“i-t”圖像非常清晰.能夠明顯得出“i-t”過程圖像；根據實際經驗，回路的最大電流最小應該為電流傳感器量程的20%，即I=0.2 A(保證電流測量的精度).整個放電時間在2 s左右(保證時間測量的精度).在實驗中，學生電源輸出電壓為12 V.依據以上條件，通過計算選擇合適的R和C,就可以順利完成此實驗.