創新實驗設計 豐富學生體驗
——以“力的作用是相互的”教學為例

(江蘇省蘇州市振華中學校,江蘇 蘇州 215000)

關鍵字：初中物理；相互作用；創新實驗設計;體驗

物理概念、規律比較抽象,對于以感性思維為主要方式的初中生,并不容易理解透徹。在教材原有實驗設計基礎上,有必要針對學生好奇心強的特點,創新實驗設計,讓實驗教學活動更生動、精彩、有趣,將不易觀察和感知的物理現象可視化,促進學生在實驗現象的觀察、體驗中獲得感性認識,通過分析、歸納、推理、抽象等思維活動,建構概念,得出規律,并將理論知識運用于實踐。筆者在“力的作用是相互的”一課的教學中,在創新設計實驗方面進行了嘗試。

1 長氣球實驗

在本節教材中，創設了三個實驗來說明“物體在施力的同時也受力”。

實驗1：如圖1所示,用手指壓鉛筆尖,你的手指有什么感覺？

圖1

圖2

實驗2：如圖2所示,小華和曉明穿著旱冰鞋靜止在地面上。如果小華用力推小明,會發生什么現象？

實驗3：如圖3所示,將固定磁體的小車向固定鐵塊的小車靠近,至一定距離后釋放,固定磁體的小車會運動嗎？

圖3

這三個實驗現象明顯,效果好,讓學生獲得了一定的體驗,但這三個實驗的研究對象都是固體,沒有涉及液體和氣體,學生對“物體間力的作用是相互的”理解就不夠透徹,遇到涉及液體尤其是氣體的力的相互作用問題時,容易犯錯。因此,筆者在教材原有的三個實驗活動之后,創新設計了長氣球實驗。

1.1 實驗步驟

(1) 在螺旋式形狀的長氣球內放入適量藍色玉米粉后充足氣。

(2) 松手釋放氣球,讓學生注意觀察氣球飛出時的現象。

教師松手瞬間,學生觀察到氣球飛出的同時,氣球尾部有藍色粉末向后噴出(如圖4)。

圖4

(3) 由于實驗現象瞬間即逝,借助視頻的慢動作回放,讓學生仔細觀察氣球向前飛出的瞬間細節。

1.2 實驗操作要領

(1) 器材選擇：為了保證氣球在向后噴氣過程中的運動軌跡盡可能是一條直線,且飛得足夠遠,經多次實驗發現螺旋式長氣球效果最佳。

(2) 器材優化：為了增強實驗的可視化效果,在氣球內充入藍色玉米粉末,該粉末是環保無毒材料,可以放心使用。

(3) 細節技巧：為了保證氣球飛出時,氣球尾部藍色粉末隨氣流向后噴出,在松開氣球前應將藍色粉末置于氣球尾部。

1.3 實驗效果分析

該實驗簡單容易操作,可視程度高,現象生動有趣,突破了氣體與其他物體間力的相互作用效應不易觀察、體驗的難點,能讓學生深度體驗力的作用是相互的,激發了學生的好奇心,啟迪了科學思維,幫助學生更好地認識、理解“力的作用是相互的”。

2 遙控玩具直升飛機實驗

“力的作用是相互的”在我們的生活、生產中有著廣泛的應用,例如劃船、游泳、滑雪、直升飛機、火箭升空等等。筆者據多年的教學經驗發現：關于劃船、游泳、滑雪,學生在生活中都有切身體驗和感受,學生認識、分析、理解起來很容易;但直升飛機、火箭升空,由于學生缺乏感性體驗,在認識、理解上存在著一定的困難。因此,在“力的作用是相互的”應用教學環節,筆者設計了如圖5所示的遙控玩具直升飛機實驗。

圖5

2.1 實驗步驟

(1) 在玩具直升飛機螺旋槳還未旋轉處于靜止時,將風車分別靠近直升機螺旋槳上方和下方,讓學生觀察現象。

學生觀察到風車無論位于螺旋槳上方還是下方都不轉動。

(2) 遙控玩具直升飛機,讓飛機懸停在某一高度后,將風車分別靠近直升機螺旋槳上方和下方,讓學生觀察現象。

學生觀察到風車位于螺旋槳的下方時才轉動。

2.2 操作要領

(1) 玩具直升飛機螺旋槳在沒有轉動和轉動時,風車都需要分別靠近螺旋槳上方和下方,借助對比實驗,學生的感性認識才會更深刻。

(2) 教師對玩具直升飛機的操控技術要嫻熟,避免課堂上發生操作失誤,從而達不到預期的教學效果。

2.3 實驗評價

通過上述實驗,學生發現只有當直升機螺旋槳旋轉,且風車處于螺旋槳下方時,風車才會轉動。由此,學生容易明白：直升機懸停時,螺旋槳給空氣向下的力,根據力的作用是相互的,螺旋槳下方的空氣給了螺旋槳向上的力,當這個力與直升機重力達到平衡時,直升機模型可懸停于某個高度。用風車與玩具直升機模型的組合操作,實現了直升機升空原理的可視化呈現,讓學生在感官體驗的基礎上,真正理解直升機升空、懸停原理。并以此認識火箭升空的原理,再去分析、理解其他類似應用的實例,也就不覺得困難了。玩具是實驗教學的重要資源,值得關注,更值得進行應用設計與開發。

3 學以致用——小制作

我們學習物理的最終目的是讓物理運用于社會，服務于社會,讓我們的生活更加豐富多彩,讓物理真正走向社會。因此教師要善于引導學生把課堂中所學的物理知識和方法應用于實際,這不僅能夠加深學生對物理知識的理解,同時能讓學生切實體驗到生活中處處有物理,體驗到物理的價值,從而激發學生學習新的物理知識、解決新問題的強烈欲望。

因此,筆者在課堂的結尾,設計并制作了一架“水力小船”(如圖6),以此引導、鼓勵學生學以致用,課后設計動手制作更多、更優秀的作品。豐富并延伸學生的課后學習體驗,加深學生對力的相互作用的認識和理解,培養學生的想象力和創造力,體現“從生活到物理,從物理到生活”的課程理念。

圖6

通過科技小制作、小發明，可有效地把物理和生活緊密地聯系起來。在物理小制作、小發明的活動中,學生通過自己的思考與設計、動手制作,充分發揮了主觀能動性,這不僅能維持學生學習物理的積極性、興趣,還能加深對所學物理知識的理解、培養動手能力和思維想象力、體驗并感悟到科技的奧秘。

4 結語

在“力的作用是相互的”教學中,筆者在教材原有實驗基礎上,創新實驗設計,將不易觀察、感知的實驗現象可視化,讓學生在實驗活動中有了切身的體驗,學到實驗中所蘊含的物理知識。這樣的實驗既符合學生的認知特點,又能夠有效地激發并保持學生的學習興趣,讓學生通過實驗觀察、體驗后，掌握物理知識和方法,并將其應用于生活實踐中。創新實驗設計不僅有利于激發學生物理學習的興趣,更重要地是培養學生的創新能力和思維品質,提升學生的物理學科核心素養。