巧設物理實驗提升高中物理教學實效

袁小冬

【摘要】巧設物理實驗在高中物理教學中扮演著舉足輕重的角色.通過精心設計的實驗，教師能夠將抽象的物理概念轉化得直觀、生動的實踐體驗，激發學生的學習興趣和探索精神.這種教學方法不僅有助于加深學生對物理知識的理解，更能提升學生的實踐操作能力和創新思維，從而顯著提高高中物理教學的實效性.

【關鍵詞】高中物理；實驗教學；課堂教學

在物理的世界中，每一個現象背后都隱藏著深刻的原理，將這些原理以實驗的形式呈現出來，便是高中物理教學的一大妙招.通過巧設物理實驗，教師不僅能引導學生直觀地理解物理規律，更能激發學生的好奇心和探索欲，讓他們在主動探究中提升物理學習的實效性.

1 當前高中物理實驗教學現狀分析

1.1 傳統實驗教學模式及其局限性

傳統的高中物理實驗教學往往采用“教師演示，學生模仿”的模式，學生在教師的指導下按照既定的步驟完成實驗操作，缺乏自主性和創新性.這種教學模式的局限性在于過于注重實驗結果的正確性，而忽視了實驗過程中的探究性和學生的主體性.學生在這種模式下往往只是機械地重復實驗步驟，缺乏對實驗原理的深入理解和思考，不利于培養學生的科學探究能力和創新思維.

1.2 學生對物理實驗的興趣與參與度現狀

當前，部分學生對高中物理實驗的興趣不高，參與度也較低.這可能是由于傳統實驗教學模式的單一性和枯燥性導致的.學生在實驗過程中缺乏主動性和互動性，無法真正感受到物理實驗的趣味性和實用性.此外，一些學校由于實驗條件有限，無法滿足所有學生的實驗需求，也進一步降低了學生的參與度和興趣.為了改善這一現狀，教師需要巧設物理實驗，增加實驗的趣味性和探究性，同時學校也應加強實驗教學的條件建設，為學生提供更好的實驗學習環境.

2 巧設物理實驗開展物理教學的原則

2.1 針對性原則

針對性原則是指在設計物理實驗時，要根據具體的教學內容、教學目標和學生特點來進行有針對性的設計.不同年級、不同層次的學生對物理實驗的需求和理解能力有所不同，因此教師需要結合實際情況，選擇合適的實驗內容和實驗方式，確保實驗能夠有效地服務于教學目標，幫助學生理解和掌握物理知識.

2.2 探究性原則

探究性原則是指物理實驗應該具有一定的探究性和開放性，能夠引導學生主動參與、積極思考、自主發現物理現象和規律.通過巧設物理實驗，教師可以創設問題情境，激發學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在實驗過程中不斷提出問題、分析問題、解決問題，從而培養學生的科學探究能力和創新思維.

2.3 創新性原則

創新性原則是指在設計物理實驗時，要注重創新性和新穎性，突破傳統實驗模式的限制，引入新的實驗方法、新的實驗手段或新的實驗材料，讓實驗更加生動有趣、富有創意.巧設創新性的物理實驗不僅能夠吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣和參與度，還能夠激發他們的創新潛能，培養他們的創新意識和創新能力.

3 巧設物理實驗開展物理教學的途徑

3.1 利用生活物品進行實驗

利用生活物品進行實驗是將抽象的物理原理轉化為直觀、生動的教學方式.通過引導學生使用身邊的日常物品，如橡皮筋、塑料瓶、紙張等，來模擬和解釋物理現象，不僅能激發學生的學習興趣，還能幫助他們更好地理解物理概念和規律.這種實驗方法簡單易行，成本低廉，非常適合在課堂教學中廣泛應用.

例如

以人教版必修第一冊中的“摩擦力”教學為例.摩擦力是高中物理中一個基礎且重要的概念.為了使學生更直觀地理解摩擦力，教師可以引導學生利用身邊的日常物品進行實驗.

實驗材料

橡皮筋、不同重量的書本、平滑桌面、粗糙桌面（或鋪有砂紙的桌面）.

實驗1

探究摩擦力與接觸面粗糙度的關系

（1）將書本放在平滑桌面上，輕輕推動，感受其滑動的難易程度.

（2）將同一本書放在粗糙桌面或鋪有砂紙的桌面上，再次輕輕推動，與在平滑桌面上的滑動感覺進行對比.

學生可以明顯感受到在粗糙桌面上推動書本所需的力比在平滑桌面上要大，這說明接觸面的粗糙度增加時，摩擦力也隨之增大.

實驗2

探究摩擦力與正壓力的關系

（1）將橡皮筋套在書本上，確保橡皮筋與書本的接觸面緊密且不打滑.

（2）在平滑桌面上，用逐漸增加的力度拉動橡皮筋，觀察書本被拉動的難易程度.

（3）換用不同重量的書本重復上述步驟，比較不同重量書本被拉動的難易程度.

學生會發現，當正壓力（即拉動橡皮筋的力度）增大時，需要更大的力才能拉動書本，同樣的，重量更大的書本在相同力度下更難被拉動.這說明摩擦力與正壓力成正比.

通過這兩個簡單的實驗，學生可以直觀地感受到摩擦力的存在以及其與接觸面粗糙度和正壓力的關系.這種利用生活物品進行實驗的方法不僅簡單易行、成本低廉，還能有效地激發學生的學習興趣和探究欲望，幫助他們更好地理解物理概念和規律.

3.2 創新傳統實驗方法

創新傳統實驗方法意味著打破固有的教學模式，對傳統的物理實驗進行改進和優化.教師可以通過改變實驗條件、引入新的測量技術或設計富有挑戰性的實驗任務，激發學生的創新思維和實踐能力.這種實驗方法鼓勵學生主動探索、發現問題并尋求解決方案，有助于培養學生的科學素養和解決問題的能力.

例如

以人教版必修第一冊中的“自由落體運動”教學為例.為了使學生更深入地理解自由落體運動的規律，并培養學生的創新思維和實踐能力，教師可以對傳統的自由落體實驗進行改進和優化.

傳統實驗方法

通常，學生會使用打點計時器或光電門等設備來測量自由落體物體的速度和加速度.然而，這些方法雖然準確，但缺乏創新性和挑戰性.

創新實驗方法1

利用智能手機和加速度傳感器應用

教師引導學生下載并安裝加速度傳感器應用到手機上.學生將手機平放在桌面上，確保加速度傳感器正常工作.學生將手機從一定高度自由釋放，并記錄下落過程中的加速度變化數據.通過分析加速度數據，學生可以驗證自由落體運動的加速度是否接近重力加速度g的值.

這種方法利用了現代科技手段，使學生能夠更直觀地觀察和分析自由落體運動的過程.同時，智能手機的便攜性和易操作性也增加了實驗的趣味性和實用性.

創新實驗方法2

設計自由落體運動比賽

教師將學生分成若干小組，并為每個小組提供相同規格的小球和測量工具（如卷尺、秒表等）.每組學生需自行設計一個實驗方案，使小球從一定高度自由落下，并準確測量小球的落地時間或落地距離.各組之間進行比賽，比較誰能夠設計出更精確、更創新的實驗方案，并準確測量出小球的落地時間或落地距離.通過比賽的形式，激發學生的競爭意識和團隊合作精神，同時培養他們的創新思維和實踐能力.

這種方法將傳統的自由落體實驗轉化為富有挑戰性的比賽形式，使學生在積極參與的過程中深入理解自由落體運動的規律.同時，比賽的形式也增加了實驗的趣味性和互動性，有助于激發學生的學習興趣和參與度.

3.3 運用現代科技手段輔助實驗

運用現代科技手段輔助實驗是利用計算機、傳感器、數據采集與分析軟件等先進技術增強物理實驗的教學效果.這些科技手段可以實時監測實驗數據，提供精確的測量和分析結果，幫助學生更深入地理解物理現象和原理.此外，虛擬仿真實驗和在線實驗平臺等現代科技手段還可以突破時間和空間的限制，為學生提供更為靈活多樣的學習體驗.

例如

以人教版選擇性必修第一冊中的“驗證動量守恒定律”教學為例.動量守恒定律是物理學中一個基本且重要的定律，其實驗驗證對于加深學生對該定律的理解至關重要.傳統的驗證方法可能受到實驗條件、測量精度和數據處理等方面的限制.然而，通過運用現代科技手段，我們可以有效地輔助實驗，提高實驗的精確度和效率.

實驗方法

（1）實驗裝置與傳感器

使用氣墊導軌和光電門來減少摩擦阻力和空氣阻力的影響，確保實驗物體在近似無阻力的條件下運動.

在氣墊導軌上放置兩個相互碰撞的滑塊，并在滑塊上安裝質量塊以改變它們的質量.

在滑塊經過的路徑上設置多個光電門，用于精確測量滑塊的速度.

（2）數據采集與處理

通過連接到計算機的數據采集系統，實時記錄滑塊經過光電門的時間，從而計算出它們在不同位置的速度.

利用計算機軟件對數據進行處理和分析，如繪制速度-時間圖、計算動量變化等.

（3）虛擬仿真實驗

對于沒有條件進行實物實驗的學生，教師可以利用虛擬仿真軟件來模擬動量守恒定律的實驗.

學生可以在虛擬環境中設置不同的實驗參數，觀察和分析碰撞過程中滑塊的速度和動量變化.

虛擬實驗還可以提供即時的反饋和數據分析功能，幫助學生更好地理解實驗原理和結果.

運用現代科技手段輔助物理實驗不僅可以增強實驗的教學效果，還可以培養學生的科學素養和創新能力.

3.4 設計綜合性、探究性實驗

設計綜合性、探究性實驗是讓學生在教師的引導下，通過自主設計實驗方案、動手操作實驗儀器、觀察記錄實驗現象并分析結果，深入探究物理問題的教學方法.這種實驗方法強調學生的主體性和參與性，鼓勵他們運用所學知識解決實際問題，有助于培養他們的科學探究能力、創新思維和團隊協作能力.通過綜合性、探究性實驗的設計與實施，學生可以更加全面地掌握物理知識，提升物理學科的核心素養.

例如

以人教版必修第三冊中的“導體的電阻”教學為例.電阻定律是描述導體電阻與其長度、橫截面積和材料性質之間關系的定律.為了使學生更深入地理解這一定律，并培養他們的科學探究能力和創新思維，教師可以設計一個綜合性、探究性的實驗.

實驗目的

（1）驗證電阻定律，探究導體電阻與其長度、橫截面積和材料性質的關系.

（2）培養學生的實驗設計能力、動手操作能力和數據分析能力.

實驗器材

導線（不同長度、不同橫截面積、不同材料）、電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線夾、絕緣墊等.

實驗步驟

（1）分組與選題：教師將學生分成若干小組，并讓每個小組自主選擇是探究電阻與長度、橫截面積還是材料性質的關系.

（2）設計實驗方案：小組內成員討論并設計實驗方案，包括實驗電路圖、實驗步驟、數據記錄表等.教師需要在此過程中給予指導和建議.

（3）實驗操作：學生按照實驗方案動手操作實驗儀器，測量并記錄實驗數據.教師在此過程中巡視指導，確保實驗安全順利進行.

（4）數據分析與討論：學生利用測量得到的數據進行分析，驗證電阻定律并討論實驗結果與預期是否相符.教師引導學生分析誤差來源并提出改進意見.

（5）展示與交流：各小組將實驗過程和結果制作成PPT或報告進行展示和交流.其他同學可以提問或提出自己的見解，共同學習和進步.

實驗拓展

為了進一步增強實驗的探究性和綜合性，教師可以設置一些拓展任務，如：

（1）探究溫度對導體電阻的影響；

（2）探究不同形狀（如彎曲、螺旋等）對導體電阻的影響；

（3）設計與制作一個簡單的電阻箱，并標定其阻值.

通過這樣一個綜合性、探究性的實驗設計，學生可以全面深入地理解電阻定律，同時培養他們的科學探究能力、創新思維和團隊協作能力.而教師在實驗過程中的引導和指導也至關重要，需要關注學生的安全、實驗操作的規范性以及數據分析的準確性等方面.

4 結語

綜上所述，巧設物理實驗對于提升高中物理教學實效具有不可替代的作用.通過精心設計的實驗，學生能夠在親身體驗中領悟物理的奧秘，增強學習興趣和動力.因此，教師在物理教學中應不斷創新實驗方法，充分利用現代科技手段，設計更多具有綜合性、探究性的實驗，以激發學生的求知欲和探索精神，培養他們的創新意識和實踐能力，從而有效提高物理教學的質量和效果.