巧用實驗，激活物理課堂

蔡新如

【摘要】教育改革的不斷深入，對各個教育階段、各科教學的各個方面均帶來一定影響，自然也涉及高中物理實驗教學.在高中物理課程體系中，實驗教學既屬于常規構成部分，也是學生學習與探究物理原理的重要途徑.教師應巧用實驗激活物理課堂，充分發揮實驗的作用，引導學生在實驗助力下思維得以發散，使學生高效率地學習物理.本文針對如何巧用實驗激活高中物理課堂作分析和探討，同時提出部分建議.

【關鍵詞】實驗教學;高中物理;課堂教學

在我國課程體系中，物理學科比較特殊，屬于自然科學范疇，很多理論均由科學家們經過實驗反復探索出來的.實驗是人們研究物理學的常規手段之一，其重要性不言而喻，與理論教學一起構成完整的物理教學體系，兩者相互依存，不可割裂.在眼下的高中物理教學中，教師巧用實驗創新課堂教學形式和內容，激活物理課堂，借助實驗輔助理論知識的教學，為學生提供優質學習契機，帶領學生在實驗輔助下更好地探索物理原理.

1 巧用層次實驗，激活物理課堂

1.1 巧妙設計趣味實驗，逐步增加實驗難度

當前，雖然高中物理教科書中提供有大量的實驗，但是這些實驗比較傳統，要想巧用實驗激活物理課堂，教師首先應巧用一些趣味實驗，調動學生學習興趣的同時激活思維，吸引他們主動學習新知識.不過高中物理教師巧用層次實驗時要意識到這是一項長期工作，根據需求逐步增加實驗難度，維系學生的學習熱情，讓他們的學習注意力始終處于高度集中狀態［1］.

例如

在進行“自由落體運動”教學時，教師可先設計一個趣味性小實驗，拿出一把10cm的鋼尺，隨機邀請一位學生用手緊握鋼尺的上端，同地面有一定的距離且保持垂直關系，另外一位學生則把鋼尺下端圍在兩根手指中間，留有一定空隙，當前一位學生松手時，下面這位學生要馬上夾住鋼尺，看是否能夠成功.經過多人實驗，不少學生都難以順利夾住鋼尺.據此引出問題：當將手指放在哪個位置時能夠夾住鋼尺？引導學生根據上述實驗展開思考，引發他們的認知沖突，使其產生學習新知識的渴望.之后，教師提升趣味實驗難度，拿出一根羽毛與一個小鐵片，現場演示物體自由下落實驗，學生能夠看到鐵片比羽毛先著地，使其思考原因所在，大部分學生都認為是鐵片比羽毛重，然后操作鐵片與羽毛在真空中進行自由下落的實驗，搭配問題：在真空里面，兩者同時落地，但是在空氣中為何鐵片會先落地？學生猜測到可能受到空氣阻力的影響.隨后教師操作讓牛頓管中進入適量的空氣，學生可以聽到氣流發出的短暫聲音，看到羽毛被空氣吹至另外一端，引領學生深入探討，使其繼續研究自由落體運動現象及規律.

1.2 設計循序漸進實驗，逐步增強物理認知

在高中物理課堂教學實踐中，學生的注意力很難長時間地保持集中，巧用實驗可以調節課堂氣氛，使學生在實驗活力下始終保持學習熱情，讓他們高效完成學習任務.因此，教師可設計循序漸進實驗，引導學生由淺入深地探究物理原理，使其全身心參與到各項學習活動中，由此把物理課堂激活，為學生帶來不錯的學習體驗，逐步增強個人物理認知［2］.

例如

在開展“摩擦力”教學時，當學習“動摩擦因數”這部分內容時，教師可以安排一個估測紙與一元硬幣之間動摩擦因數的實驗，鼓勵學生自由討論、設計和制定實驗方案.如把一把50cm長的尺子一端放在木塊上形成斜面，紙張則平整地鋪到斜面上面，斜面在合適的傾斜角度下對這枚一元硬幣產生一定推力，使得硬幣在斜面上面以均勻的速度往下滑，通過測量斜面高度與底邊長度等相關數據，求得紙張與一元硬幣之間的動摩擦因數，即mgsinθ=μmgcosθ，μ=tanθ=hl＝6.423.0=0.28.接著，教師繼續操作實驗：讓這枚一元硬幣從尺子上面以均勻的速度滑下來以后，在水平放置的紙張上進行減速滑行，直到停止，假設μ是0.28，從理論上計算一元硬幣在水平面上的位移，且同實驗測得的數據做對比.本實驗再次用到塑料直尺，不過面對這一情境習題大部分學生都會覺得難度較大，假如可以采用實驗來找到切入點，就可以有效消除他們的畏難心理.之后，教師指導學生親自動手操作如下實驗：先把紙張平整地鋪到尺子上面，同樣利用木塊組建斜面，而且紙沿超出尺子部位和水平面的銜接之處出現一個小圓弧，測量以后發現高h為7.5cm，底邊長度b為10cm，硬幣和斜面底端之間的距離s1為12.5cm，這枚硬幣在斜面上進行下滑時，經過多次實驗操作計算后得出平均水平滑行距離s2為15.3cm，因為銜接的地方動能會出現損失情況，故而實驗結果和理論結果大致相當.

2 巧用思維實驗，激活物理課堂

2.1 激活學生沖突思維，深度探索物理原理

在高中物理課程教學中，當巧用實驗激活課堂時，教師可將實驗流程進行拆分，助推學生深層次理解物理知識，使其將實驗內容同理論知識相關聯起來，通過兩者的結合來訓練學生的物理思維，使其掌握思考與解決物理問題的竅門.教師可利用實驗激活學生沖突思維，使其在整體實驗操作中都能夠做到全神貫注，推動他們全身心地探究物理規律［3］.

例如

以“楞次定律”教學為例，教師先把環跳實驗演示出來，借機發問：金屬環能夠跳起來的原因是什么？學生結合看到的現象簡單思考以后指出可能是受到感應電流的影響.教師順勢引出問題：感應電流方向會受到哪些因素的影響？鼓勵學生大膽思考與想象，主動發表各自的看法與見解，且進行逐一點評，找到一個大多數同學都提到的猜想，即：磁通量發生變化會對感應電流方向產生影響.接著，教師設計教學語言：磁場方向和運動狀態將對磁通量的變化情況產生直接影響，那么感應電流的方向將會受何影響？因為這是兩個完全不同的物理量，教師可提示學生想方設法建立聯系，學生將會聯想到對原磁場方向與感應電流磁場方向進行對比.之后，學生結合受到的思維啟發自主設計實驗，準備好導線、條形磁鐵、線圈和電流計材料組建實驗裝置，繪制電路圖，設計記錄數據的表格，規劃好具體實驗操作步驟，并結合心中疑問進行猜測.在這一環節，教師應做好巡視工作，挑選幾個代表性實驗簡單說明與講解，同步借助多媒體工具展示到大屏幕上，與學生共同分析和探討，最終得到一個易于操作的實驗規劃，讓他們結合相應方案展開操作，使其在表格中認真記錄實驗中出現的數據.

2.2 聯系生活設計實驗，驅使學生深入探究

針對高中物理教學來說，要想通過巧用實驗激活課堂，教師就應關注所授內容和實際生活存在的聯系，掌握好物理和生活之間的銜接點，結合常用的生活現象或者材料設計物理實驗，或直接在課外生活中操作物理實驗，開拓物理實驗空間，真正激活物理課堂，使學生感知到物理和生活的關系，體會到物理的價值，讓他們能夠運用所學知識處理一些實際問題［4］.

例如

在“力的合成與分解”教學中，教師與學生一起走出教室，在校園中選擇一個恰當場地安排拉汽車的實驗.保證場地平整，把一輛汽車行駛至固定臺的前面，確保固定臺和汽車中軸線位于同一條直線之上，而且兩者之間的距離需小于車與牽引繩之間的距離.接著，教師松開汽車手剎，確保牽引繩兩端分別固定在固定臺和汽車拖車鉤之上，尤其是牽引繩需處于水平方向和緊繃狀態，然后將兩個扁平石頭放到汽車前輪之前，緊緊相貼.之后，教師使用手機對實驗過程進行拍攝，（1）讓一位強壯男生在車尾處用力推車，但不會動；（2）讓一位普通女生用力拉固定處汽車拖車鉤上面的牽引繩的一端，能夠輕松地把汽車給拉動起來，注意不能超過石頭.隨后師生共同分析原因所在，教師帶領學生分析一個力可以分解為多個對分力，使學生體會到拉力產生的效果，讓他們根據平行四邊形定則進行繪圖，結合幾何知識找到分力方向和大小.

3 巧用改進實驗，激活物理課堂

3.1 改進原有物理實驗，鍛煉學生動手能力

對于高中物理教學而言，巧用實驗激活課堂時，教師除直接運用課本中提供的實驗，要對原有的物理實驗進行適當的改進，將微觀實驗現象以宏觀化形式來呈現，或者易于動手操作，提升實驗結果精準度等.教師可對之前的實驗裝置、所用材料和操作方式及流程等進行適當改進，吸引學生積極思考、交流和操作，增強他們的動手操作物理實驗的能力［5］.

例如

在教學“探究加速度與力、質量的關系”過程中，教師可對之前的實驗進行適當改建，不考慮氣墊導軌同滑塊間產生的摩擦力，確?；瑝K做勻速運動，結合光電門的應用和功能分別計算出滑塊經過兩道光電門時的實際速度，借助導軌計算出兩道光電門的具體距離，利用公式v22－v21=2as求出a的值.其中研究加速度和力的關系時，教師可引領學生進行如下操作：（1）確保氣電導軌位于水平位置，且可以勻速滑動，將兩個光電門都擺放至導軌之上，和控制閘之間的距離是s=40cm，然后接通氣泵；（2）測得滑塊及其他物品總重為M=420g，將它們擺放至導軌之上，利用一條細線的另外一端連接一個小桶（m′=5g）；（3）接通電源，往小桶中里面添加一個m′=5g的小砝碼，將滑塊釋放，記錄該滑塊經過這兩道光電門的具體時間t1及t2；（4）往小桶中每次放入一個砝碼，重復以上操作，認真記錄數據.之后，學生對得到的數據進行處理，借助物理公式對單位進行統一，結合工具得到加速度和力的具體數據，據此生成散點圖和線性趨勢線，要求他們認真觀察、分析和研究實驗結果，能夠直觀發現各點均位于趨勢線的兩側，且分布均勻，使其確定物體的加速度與力成正比例關系.

3.2 借助信息技術優勢，創新物理實驗形式

在新時期的高中物理教學中，信息技術已經成為常用手段之一，既可用來講解抽象的理論知識，還可輔助實驗教學的順利開展，帶領學生在信息技術下理解實驗原理，增強他們的學習效果.教師可借助信息技術的優勢創新實驗形式，搭配視頻、動畫或者計算機工具來操作實驗，激活物理課堂，幫助學生掃除學習障礙，讓他們輕松掌握物理知識.

例如

在“超重和失重”教學實踐中，教師可借助信息技術手段把模擬乘坐電梯的情況通過實驗模擬出來，學生可以親眼看到電梯在下降與上升過程中出現的差異，并以數字形式表示重力，使學生直觀發現重力出現的具體變化，讓他們嘗試總結超重和失重之間的異同之處和實際特征.之后，教師帶領學生深入分析超重和失重一般是在什么情況下出現的，且利用信息技術手段展示出電梯由1樓上升至5樓這一過程中的“速度—加速度”變化圖象，使其意識到當電梯在做勻速運動時，出現超重的地方是速度由0開始加速運動，出現失重的地方則是速度減到0，其中超重時是加速度向上，失重則相反.

4 結語

總的來說，實驗教學屬于高中物理課程中的特殊構成環節，同理論知識相輔相成.教師需巧用實驗激活物理課堂，注入更多生機與活力，讓實驗展現出自身應有的功效與價值，成為學生學習與探究物理規律及奧秘的常規手段之一，讓學生在實驗設計和操作等活動中理解與掌握物理理論知識，鍛煉物理學習能力與思維能力，培育與發展他們物理學科核心素養.

參考文獻：

［1］周平.核心素養視域下高中物理實驗教學的實踐策略研究［J］.天天愛科學（教學研究），2023（11）：46-48.

［2］王洪彬，賈洪聲.高中物理實驗教學知識結構模型的建構及教學優化策略［J］.學園，2023，16（36）：19-21.

［3］陳新南.以學習進階推動深度學習的高中物理單元教學設計研究［J］.試題與研究，2023（35）：4-6.

［4］費日慶.核心素養背景下信息技術在高中物理教學中的應用策略研究［J］.試題與研究，2023（33）：182-184.

［5］張帆.自主探究模式在高中物理實驗教學中的建構及應用［J］.高考，2023（29）：78-80.