關于高中物理實驗創新的幾點想法お

徐小琴

實驗是最具物理學科特色的教學內容，同時實驗也是學生進行物理知識和規律探究的重要載體，那么，我們的實驗教學如何有效開展呢？因為物理課時緊任務重，所以有很多老師能夠不做實驗就不做實驗，或者以講實驗來代替做實驗，筆者認為這樣的做法都是不可取的，我們不僅僅要做實驗，還要滲透創新的意識.新課標在中學物理實驗室資源的開發方面明確指明：“除專門配置的實驗器材之外，應倡導師生利用身邊的物品和材料進行物理實驗.”這一理念對高中物理的實驗教學提出了更高的要求：教師要在教學實踐中利用觸手可及的技術和經驗來進行實驗的創新與開發.那么，創新實驗的相關操作該如何來進行呢？筆者認為可以從以下三點來尋找思路.

1 依托身邊的新興技術，提升實驗測量的簡易性和準度

現代科技的發展可謂是日新月異，在為我們的日常生產提供了很多便利的同時，也給物理教學的實驗設計帶來很多新鮮的思路.新興技術應用于實驗的結果，無論是現象的直觀性、操作的簡便性亦或結果的精確性都不是傳統實驗操作所能比擬的.其實，技術的革新也充分反映在教材的實驗設計上.

例如，以往物體運動規律的探究，一般要用到電磁打點計時器打出紙帶，這一設備需要繁瑣的電路連接，實驗過程中振針與紙帶間的摩擦還給物體的運動帶來了額外的阻力；后來技術的改進帶來了電火花計時器，它的工作電壓就是220 V，屬于即插即用，無需電路連接，而且其通過脈沖放電的方式令墨粉紙盤上的墨粉發生揮發，從而在紙帶上留下印記，因此避免了振針與紙帶的直接接觸所帶來的摩擦；但是電火花計時器的使用還是無法避免紙帶與限位孔之間的摩擦，物體運動特點的分析以及加速度的求解還是要對紙帶進行較為繁雜的數據分析，實驗設備的進一步優化就是光電門的使用，它通過計量出遮光板擋住光路的時間，進而確認物體的速度，對時間的測量全部由電子設備來完成，數據運算量減小了很多，而且徹底避免測量儀器與實體的相互接觸，因此不會給物體的運動帶來額外的干擾.

除了教材中所給實驗器材隨著技術的進步而不斷創新外，我們教師還應該從技術的發展出發，將技術創新的相關思路拿到實驗教學中來，推進著教師思考如何自主開發實驗教具.

例如，超級電容的出現，現在電容值達到100 F的電容在淘寶、京東等網購平臺可輕松買到，教師將其拿來，直接用于電容器原理的教學，其演示效果遠好于小容量的電容；此外還可以對其充電后，將其作為臨時電源用于研究安培力等實驗，效果也很不錯，而且電容器的充放電過程不涉及到化學反應，是一種徹底的環保型電源，并且充電速度極快，使用壽命長，并能多次使用，性價比極高.

2 立足學生的生活，開發自制實驗教具

基于“從生活走向物理，再由物理走向生活”的新課程物理教育理念，現在很多教師更加側重于依托于學生的生活經驗，創設物理情境，引導學生認識和學習物理知識，這一操作手法也一樣可以運用于實驗教具自制的過程中.教師從學生的生活場景出發，將學生生活中的常見物品改造成實驗教具，學生會更加形象而具體地理解教師所授的相關知識，此外，通過這些實驗，學生還會更為直觀地體驗到學有所用的親切感.

早在上個世紀的80年代，黃恕伯老師在對加速度的教學設計進行改進和創新的時候，就從生活經驗中尋找創新的靈感來設計實驗教具.根據黃老師相關文獻的表述，是“馬路上疾馳而過的救護車”給黃老師的思維帶來了觸動：“救護車為了能引起路人的及時警覺和避讓，以刺耳的警報聲和閃爍的燈光給人聽覺和視覺上的雙重刺激.”從這個現象出發，思考“是否在實驗中，以試聽同步的形式將加速度演示出來，給學生更加直觀而強烈的感受呢？”“這樣做有沒有什么教育學、心理學的依據呢？”黃老師還進一步從心理學的相關資料中發現，人耳對聲音頻率的敏感度遠遠大于視覺對長度變化的敏感程度.根據這一特點，黃老師設計了一個演示實驗，側重于讓學生通過更加敏感的聽覺來感受加速度的存在.實驗事先準備好一段兩米左右的磁帶，在磁帶上錄好一個不變的樂音.將這段磁帶連接在沿坡面下滑的小車后方，并且穿過固定在斜面上的放音磁頭上，將磁頭接上電源以及揚聲器，這樣，當小車從上端滑下時就會拖動磁帶，使得放音設備放出聲音，而且因為小車對磁帶的加速拖動，揚聲器中聲音的音調也會變高.如果要通過視覺在物理情境中了解加速度這個概念，就不僅要觀察到小車速度的加快，更要看到小車速度增加的快慢；而如果讓人更為敏銳的器官——耳朵來完成這項任務，就更為直觀了.當然學生會主動地先在聽覺的體驗下自發構建加速度的概念，教師再引導他們將視覺和聽覺相結合，把聽覺上的感受遷移到視覺上，多渠道地認知物理概念，則更易于學生的理解和掌握.這樣教學，學生不僅能很輕松地辨析“速度大”和“速度變化得快”的不同含義，甚至還可以結合聽覺和視覺的綜合感知來理解“加速度逐漸減小的加速運動”等更為復雜的運動類型.這種依托學生所熟知的生活情境自制物理實驗教具的方式，很值得我們的借鑒.

筆者也在教學過程中進行過類似的嘗試.比如由孕婦的靜電屏蔽服得到靈感，將手機放在金屬盒子中，給學生演示靜電屏蔽的原理；從手機頻閃照相的功能得到思路，用頻閃照相技術來研究一般化的勻變速直線運動、自由落體運動和平拋運動.學生看到自己手邊的器材都能演示出如此生動而又充滿理性思維的實驗，倍感興奮之余，課后也紛紛自我動手著手實驗，這一點讓筆者也很是欣慰.

3 改造現有實驗思路，提高學生對實驗現象和結果的認識

很多傳統的實驗思路由于設計原理的局限，可能在實際教學過程中是不實用的，不僅達不到預期的效果，甚至可能給學生的認識帶來誤導.對此類實驗，教師務必要掙脫傳統實驗設計框架的束縛，勇于創新，對實驗進行改造，使其能更好地為我們的教學活動服務.

例如，必修一“探究加速度與力、質量的關系”這一實驗的設計思路中，有關小車拉力的獲取，傳統的實驗操作思路中，都是以左側所懸重物的重力來替代，這顯然存在著科學性上的錯誤：小車在被重物拖動的過程中實現加速的同時，重物自身也在發生加速運動，則重物處于失重狀態，繩子上的拉力要小于重物的重力.雖然，教師在課堂上會預先補充說明：這里的替代是近似化的處理.但是這一個實驗放在《牛頓運動定律》這一章的第二節，擺在牛頓第二定律之前，相關說明都是蒼白無力的，它給了學生一個錯誤的前概念，而這個前概念在學生后續連接體問題處理時帶來非常嚴重的干擾.因此，教師在實際教學時，要勇于對傳統實驗進行革新：在連接小車和重物的細線中段接入一個微型的數顯型力傳感器，直接將這個拉力讀出，則能完全回避原有思路的負面影響.或者不回避這里存在的實驗誤差和學生一起做實驗，描點連圖，發現規律在F（mg）比較小的時候a與F成正比，在F（mg）比較大的時候a與F不成正比，繼而拋出“m較小”這個實驗的前提條件，等學到牛頓第二定律在對這個條件進行豐富和理論探討.

改造現有的實驗思路，還包括實驗觀念的創新，尤其是演示實驗要改變教師講學生看的傳統做法，讓學生多參與，提高學生直接經驗的獲得率.

例如：在“楞次定律”一節教學中涉及到演示實驗，筆者認為完全可以放手讓學生自主探究，教師邊講邊提出問題引導，讓學生自己做、觀察記錄電流方向與電流表指針偏轉方向的關系，原線圈的電流方向與磁鐵運動方向的關系，重復進行.最后，引導學生討論、探究、對比，總結得出感生電流所引起的磁場方向與磁鐵運動方向的關系，讓學生用科學的語言進行描述，并解釋所觀察到的現象，從而順理成章地寫出“楞次定律”，進而得到抽象的經驗.

由此可見，物理實驗的創新并不難，我們缺乏的是突破墨守成規的勇氣，當思路扭轉過來之后我們每跨過的一小步，都能結出豐碩的創新之果.教師靈活選材、巧妙設計實驗教具，并將它們有機地融入高中物理的教學實踐中.這不僅有助于學生物理思維品質的提升，更能讓學生發現物理實驗的客體竟與自己的生活如此接近，他們的心靈會受到強烈的震撼，學習激情會因此而被進一步點燃.相應的，我們的物理教學效率會因此而被更大程度的提高.