例談自制小實驗在高中物理教學中的作用

曹文杰

（蘇州市第一中學，江蘇 蘇州 215006）

物理學是以實驗為基礎的一門學科，倡導探究性學習是普通高中物理課程標準的基本理念之一.實驗教學能活躍課堂氛圍，激發學生學習物理的興趣，啟迪和培養學生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力，引發學生產生探究知識的內在動力.運用實驗這一具體、形象的直觀教學手段，可幫助學生建構物理概念，理解物理規律，掌握物理科學方法.在物理新課程教學實踐中筆者發現，教材中的很多實驗都要用到一些特殊的器材，現實生活中不易找到，學生有距離感，因此筆者創設了一些貼近學生生活的自制小實驗，引起了學生的共鳴，收到了良好的教學效果.

1 利用自制小實驗來提高學生分析問題的能力

在日常的物理教學中，如能從學生的“最近發展區”出發，設計一些取材容易、貼近學生生活實際的小實驗，這不但體現了“從生活到物理，從物理到社會”這一新課程改革的理念，而且能有效提高學生分析問題，解決實際問題的能力.例如，筆者在講授牛頓運動定律的應用，即超重、失重一課中，就通過自己設計的小實驗來引入.

案例1.兩個完全相同的條形磁鐵，放在平板AB上，磁鐵的N、S極如圖1所示，開始時平板及磁鐵皆處于水平位置，且靜止不動.

實驗甲：將AB從原來位置突然垂直向下平移（平板與磁鐵之間始終接觸），并使之停在位置A′B′處，結果發現兩條形磁鐵吸在了一起.

實驗乙：若將AB突然垂直向上平移（平板與磁鐵之間始終接觸），并使之停在A″B″，探究其結果.

問：下列說法正確的是

（A）開始時兩磁鐵靜止不動說明磁鐵間的作用力是排斥力.

（B）開始時兩磁鐵靜止不動說明磁鐵間的吸引力等于靜摩擦力.

（C）甲實驗過程中磁鐵開始滑動時，平板正向下減速.

（D）乙實驗過程中磁鐵開始滑動時，平板正向上減速.

如實驗甲的操作，當學生發現兩條形磁鐵吸在一起時，開始覺得很奇怪，待筆者把教材相關內容講解完，再次實驗演示后，學生就很容易理解了.原來這是由于平板由靜止到突然向下運動有一個向下加速的緣故，當物體失重時，磁鐵與平板間的最大靜摩擦力減小，當最大靜摩擦力小于磁鐵間的吸引力時，兩磁鐵就吸引在了一起.接著筆者讓學生探究實驗乙的結果.此時大多數學生回答磁鐵不會吸引，問其原因，均回答此時物體超重，最大靜摩擦力會增大.筆者進行演示實驗后，學生驚奇地發現兩條形磁鐵吸在了一起.再請一位學生上臺重復演示，結果仍是相互吸引.這時學生的探究興趣一下子被引發起來.隨之讓學生小組合作討論，慢慢學生就會理解，由運動到突然停止的過程也會產生失重.在此小實驗的輔助下，選擇題也就迎刃而解了.最后，讓學生討論人站在體重計上下蹲時的稱重結果，學生馬上就能回答出來.可見，學生不但掌握了超重、失重產生的原因，而且能應用這一原理來有效解決實際生活中的問題.

圖1

2 利用自制小實驗激發學生的學習興趣

在課堂教學中，有些理論性較強的內容，學生學習的積極性并不高，但又怕漏聽結論的導出過程，因此強制集中注意，很容易產生疲勞.這時如能有一些自制的小實驗來激發學生的學習興趣，則能活躍課堂氣氛，調動學生學習的主動性.2010年10月，中央教科院華國棟教授帶領“差異教學策略研究”課題專家組來本校調研時，筆者在上“法拉第電磁感應定律”時利用二極管自制了一些小實驗，取得了較好的教學效果.

案例2.法拉第電磁感應的小實驗.該教學內容教材中有如圖2的演示實驗，但學生對電表示數的變化反應并不太理解，加上不能親自進行實驗，起不到激發探究興趣的效果.為此筆者指導平行班中的課外研究性學習小組，利用發光二極管自制了兩套小實驗裝置（每套20個），在課上讓學生自己動手操作，探究如何能使二極管發光，以讓學生通過自主學習來體驗“探究影響感應電動勢大小的因素”.

圖2

圖3

自制實驗裝置1（如圖3）：將發光二極管焊接在小電動機上，學生通過轉動電動機的轉子使內部線圈切割磁感線產生感應電動勢，當電動勢大到一定程度時就能使二極管發光（紅色發光二極管的壓降為2.0—2.2V，黃色發光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發光二極管的壓降為3.0—3.2V）.

自制實驗裝置2（如圖4）：將發光二極管焊接在電腦電源或者CPU風扇上，學生通過吹氣使得風扇轉動，帶動二極管發光.

這兩個實驗裝置的器材生活中容易找到，其原理相同，都是通過線圈轉動，導致磁通量變化產生感應電動勢，且變化越快，感應電動勢越大，二極管發光越亮.學生在自己實驗操作的過程中，相互之間比較，總希望使得自己的二極管更亮，課堂氣氛活躍，學生的學習興趣很濃，通過引導和交流總結，在輕松、活躍的氣氛中突破了本節教學的一個重點和難點.評價證實，學生不但對所學知識有了深刻的印象，而且對物理科學的研究方法及其在生產生活中的應用有了新的認識.

圖4

圖5

3 利用自制小實驗來驗證物理學規律

高中物理必修2課本在探究平拋運動規律中，教材給出的是如圖5的實驗裝置：通過小錘擊打彈性金屬片將A水平拋出，同時B球松開，自由下落，觀察兩球是否同時落地，由此來判斷平拋運動的豎直方向是自由落體運動.但這一實驗在實際操作中現象并不明顯，因為如果小球掉在講臺上，則因下落高度太低，學生很難觀察到結果，如果小球落到地面上，則學生只能靠聽聲音來判斷，而且后排同學很難看清和聽到.因此在課本中提供了“參考案例”，其中之一是利用數碼照相機或數碼攝像機記錄平拋運動的軌跡.

案例3.數碼相機和頻閃儀的組合使用.為了讓學生深刻理解平拋運動的豎直分量是自由落體運動這一規律，筆者在授課時利用數碼相機和頻閃儀進行了這一實驗，并將數碼相機拍攝下來的圖像直接輸入計算機，學生直觀地感受到兩個小球任一時刻相對應的豎直高度基本相同.學生不但加深對這一規律的認識，并能激發學生的創造力，在該實驗中，學生只要有一個高速頻閃儀，就能嘗試在家中進行類似的拍攝，并在處理和解決類似問題時能加以運用.

案例4.數碼相機的另一妙用——觀察紅外線.在講到電磁波譜時，關于紅外線，學生因看不見，所以對其非常好奇.此時拿一遙控器對著相機鏡頭（或者是手機攝像頭），按下按鍵，在屏幕上就會看到亮點在閃爍，這是因為絕大多數數碼相機的CCD對紅外光都有感應.通過這樣的小實驗，能讓學生對生活現象和規律的理解更加深刻.

實踐證明，凡是有演示實驗或學生小實驗的課，學生知識都掌握得比較好.自制小實驗因其貼近生活、新穎且針對性強而更易提高學生學習積極性，會使教學收到事半功倍的效果.

1 教材編寫組.物理必修2（第3版）.北京：人民教育出版社，2010.