淺談高中物理教學中對學生參與演示實驗的創新
——以《曲線運動》教學為例

何雙寶

（海東市第一中學 青海 海東 810700）

引言

在中學物理教學中，演示實驗起著探索物理規律、提升學生的洞察力和培養學生的邏輯推理能力等很重要的作用。新課程標準要求學生能自主地參與物理規律的探索，讓學生更多地參與到演示實驗中，是符合新課程標準要求的。

1.物理教學現狀

傳統課堂由于進度要求、器材限制、還有與生活實際聯系不緊、教師重視程度不夠等各方面原因，演示實驗學生參與的程度是有限的，但隨著人們思想認識不斷提高和學校實驗條件的不改善、教學設備的進步、教師教學理念更新，為學生能更多地參與到演示實驗中創造了條件。

2.合理創新演示，實驗開展高中物理教學

“曲線運動”是生活中最常見、物理學中最典型的物理模型，優美的曲線造就的典型模型“平拋運動”和“圓周運動”更是離不開人們的生活。我們不要忘了生活中有很多能夠讓學生參與到其中的演示實驗。結合本校教學實踐，我們做了一些有益的嘗試。在有趣的體驗中，讓學生學會曲線運動。

2.1 創設情境，感知運動

會玩就會學，讓部分同學參與演示曲線運動方向、條件和曲線運動的處理等實驗中。

2.1.1 閱讀教材內容，聯想生活中雨傘甩水，用硬塑料墊板和木棍制成的陀螺，在白紙上旋轉，并在轉盤滴上墨水，墨滴的離心是沿直線運動的，多數學生產生了疑問：不該是曲線嗎？當學生在教師在啟發引導下把直線反向延長，奇妙的是，它居然與陀螺的投影圓相切，學生這才明白，每一小墨滴展示的是陀螺上該點運動的方向即曲線運動方向。實驗的過程不是毫無目的的玩，而是要發現出現問題的根源，學生在玩得過程中就找到了學習的樂趣。

2.1.2 怎樣處理曲線運動呢？結合教材P3內容和例題，引導學生①自制紅蠟塊演示；②小球+細線懸掛演示。筆擋細線沿水平方向勻加速移動，小球參與水平方向和豎直方向的運動。學生發現，不管是紅蠟塊還是小球，都是斜著運動的，當某一方向加速時，運動軌跡居然是曲線。教師應適時啟發學生，斜著的曲線運動是不是可以投影到水平方向和豎直方向？從兩個演示中體會到曲線運動可以是兩個直線運動的合成，而合運動和分運動具有等時性、兩個分運動又彼此具有獨立性。物理知識并不神秘，必須學會觀察實驗，思考其中原因，大膽假設，小心求證，才能發現其中規律，進而找到解決問題的辦法。

2.1.3 曲線運動條件的研究，自己動手，總結規律，享受成功喜悅。全班同學參與演示，觀察合力方向與速度方向不在一條直線上：①斜拋橡皮擦后畫出運動軌跡，標出速度方向、受力方向；②細線+小球在水平桌面圓周運動，畫出運動軌跡，標出速度方向和受力方向；③部分同學參與演示：小球+磁鐵。

其中①斜拋橡皮擦還可以分析上升減速和下降加速的原因。演示實驗的效果可以更上一層樓，突出了新的知識只能通過實地實驗而得到，不是由自我檢討或者被動的袖手旁觀就可以得到的。

2.2 循序漸進，激發潛能

提出問題：飛機投彈怎樣才能命中目標？平拋運動在空中轉瞬即逝，優美的曲線運動隨即成為歷史，沒有留下具體可供研究的東西。要研究平拋運動的特點，必須先得到其運動軌跡。

2.2.1 學生實驗研究平拋運動，經歷如何得到小球運動軌跡，使用什么器材，有哪些注意事項、怎樣證明運動軌跡為拋物線、怎么求初速度、誤差來源。做完實驗學會利用excel軟件處理物理問題；

2.2.2 部分同學參與平拋豎落儀演示，證明合運動和分運動具有等時性、兩個分運動具有獨立性，體會簡單的器材也能解決大的問題。麥克斯韋說：一項演示實驗，使用的材料越是簡單，學生越熟悉，就越能透徹地獲得所驗證的結論。

2.2.3 部分同學在教師指導下利用數字化演示儀器和電腦、智慧平臺展示對平拋運動軌跡的描繪和處理，展現現代科學技術的魅力，激發全體學生對現代科學技術的興趣。

2.3 建構模型，總結歸納

動員全體同學參與演示，歸納總結圓周運動的向心力特點，兩種探究方式結合起來，為向心力學習、理解、應用做好實驗上的準備。

2.3.1 課外活動帶學生到操場沙坑，利用塑料袋大中小三個、沙土、紙杯探究，塑料袋的大小可以改變軌道半徑、紙杯可以改變沙土質量、角速度大小可以由實驗者控制。食指掛上裝有沙土的塑料袋，讓它沿水平面（豎直平面）做圓周運動。讓學生體會到：①m不變、r不變時，ω越大，F就越大；②ω、m不變時，r越大，F越大；③ω、r不變時，m越大，F越大。

2.3.2 經歷了操場沙坑利用大中小三個塑料袋、沙土、紙杯的探究，四名同學在教師指導下參與利用向心力演示器探究向心力的實驗，其中一名同學把探究過程利用手機的希沃軟件投影到屏幕上供全體同學觀看，使得大家對演示條件、過程、現象清晰明了，數據記錄與處理信手拈來，總結得出向心力表達式F=mω2r也就不在話下。由于目標明確、準備充分、計劃得當，學生參與向心力演示器探究實驗非常積極，收到了很好的效果。

2.4 提煉模型，回歸生活

帶領部分同學參與演示：

2.4.1 在水平濕滑的道路上騎車或駕車轉彎時，都要減速行駛；在高速公路和鐵路彎道處，路基都要設計成傾斜的，這有什么秘密呢？學生只有對水平雪地的直觀印象，但當他們參與了轉動陀螺上墨滴的離心、漏斗中小球的圓周運動的演示探究和觀看兩個冰舞者的視頻后就恍然大悟。

2.4.2 利用塑料袋+沙土、細線+橡皮擦、筆桿+橡皮演示圓周運動，探究分析水流星臨界速度、離心現象等；

2.4.3 利用塑料袋+沙土在臺秤演示豎直平面內的圓周運動中的超重失重現象、騎自行車在凹陷路面和凸起路面上行駛，體驗拱橋模型中的超重和失重。

讓學生參與到曲線運動演示實驗的實際操作中，注重探究式教學，采用多元化、多方位的教育形式，是新課程標準的要求。在組織教學中要創設一個良好的探究科學知識的氛圍，改變過去以學生觀察為主的演示實驗模式，讓學生積極地、主動地、直接地參與到演示實驗中去，讓學生的個性得到發展，才能得到展示。同時為以后學習帶電粒子在電磁場中的運動做好準備。

很多簡單的演示既可以在課堂完成，也可以在課外完成。課外的演示在家中完成，可以改變家庭教育觀念，確立會玩才會學，會學定會玩的理念。物理知識離不開生活實際，死讀書不接觸物是學不好物理的。

3.研究總結與啟示

3.1 借助科學方法，滲透物理思想

物理思想是創立和發展物理學科理論的過程，對知識和方法概括而形成的一種科學認識，貫穿于整個物理教學中。所以，如何在教學中滲透物理思想，是值得人們深思的問題。對此，本人在平拋運動的課堂演示實驗中采用“運動分解”的方法將復雜的平拋運動分解成兩個簡單的直線運動，再通過對兩個分運動的合成得到平拋運動的規律。這樣邏輯結構緊湊、循序漸進的教學方式為學生的思維發展鋪設了合理的邏輯通道，使學生在掌握科學方法的同時，充分體味其間的奧妙，進一步使學生對平拋運動的認識由一般方法層面提升至物理思想層面，最后能夠形成一種“分解、合成的思想”，從而使得平拋運動的教學效果有一個質的提升。

3.2 結合認知結構，降低教學難度

奧蘇貝爾強調，學生的學習應該是有意義的接受學習，即通過新知識與學生認知結構中的已有觀念相互作用，引起新舊知識間的同化。據研究表明：當學生在面對一些陌生知識時，焦慮水平會明顯上升，這種消極的情緒將會抑制人的思維活動，不利于新知識的同化，所以教學開始，教師就應及時向學生點明。平拋運動在形式上雖然是一個新的運動，但本質僅僅是對前面知識的綜合運用。

再結合學生原有的認知結構，把曲線運動包含的知識與直線運動、力的合成與分解和牛頓定律等舊知識緊密聯系起來，使學生看到曲線運動不過是直線運動的合成。這樣既易于學生對新知識的同化，又增強了學生克服困難的信心。

3.3 演繹推理結論，實驗驗證規律

曲線運動的教學一直存在著兩種不同的路徑，一種是實驗歸納法，通過觀察實驗現象，總結運動規律，另一種是理論推演法，在學生原有的知識基礎上，經演繹推理得到結果。在深入考量這兩種方法的優劣的基礎上，本人認為可先采用簡單的生活實驗讓學生認識曲線運動的現象，再引導學生演繹推理，最后再用較為理想化的環境進行實驗驗證的方式。讓學生由表及里的認識知識概念的規律及本質。這種教學設計既可以兼顧二者之長，又能夠彌補二者之短，一方面依靠演繹推理層次清晰與邏輯嚴密的特點，使學生能夠系統地獲取知識，形成知識網絡，另一方面，采用實驗法對演繹推理的結果予以驗證，加強學生的感性認識。由此看來，該教學設計不但提升了教學的效果，同時也契合了學生的思維水平。

結束語

綜上所述，對于學生參與演示實驗的創新，在高中物理教學中是一項非常有現實意義的研究，進行演示實驗可以讓學生體會到物理知識就存在于生活中，把學習自覺地和日常生產生活、工農業、國防和科學技術結合起來，老師教的輕松，學生玩得愉快、學的開心，在潛移默化中達成了物理學科的核心素養。

頭腦不是一個要被填滿的容器，而是一支要被點燃的火把，我們不但把演示實驗做好，而且要積極引導學生參與進來，只有這樣才能落實立德樹人根本任務，體現物理課程的育人功能。