跨學科視角下高中物理實驗教學的創新研究

在當今教育改革不斷深入的背景下，跨學科教學逐漸成為教育領域深化改革的研究熱點.高中物理作為一門基礎學科，其實驗教學對于學生理解物理概念、掌握物理規律以及培養科學探究能力具有不可替代的關鍵作用.跨學科視角下的高中物理實驗教學，能夠打破學科壁壘，有機整合不同學科的知識、方法與思維方式，為學生提供更加豐富、多元的學習體驗，有效激發學生的學習興趣和培育創新思維，培養學生解決實際問題的能力.

1物理與數學、計算機融合的實驗案例

例1根據密立根油滴實驗法開展光電效應研究時，測得某金屬材料的遏止電壓 U_c 與入射光頻率 υ 的對應數據如表1所示.

表1

通過對實驗數據進行Excel散點圖擬合，得到 ，如圖1所示.基于該實驗結果，下列選項正確的是（ ）

（A)遏止電壓 U_c 與入射光頻率 v 成正比.(B)該金屬的極限頻率約為 3.4×10¹⁴Hz 業(C）更換不同金屬材料進行實驗，擬合直線斜率將發生顯著改變.（D）本實驗方法可用于測定普朗克常量 h ：

圖1

解析由光電效應方程得 eU_c=E_?km=hυ- W_?0=hυ-hυ_?0 ，解得 hu_hu。，比對圖像發現，遏止電壓 U_c 是關于入射光頻率 υ 的一次函數，但是不成正比，故(A)錯誤;Uc=0.3973-14 （204號 斜率 ，同時： =1.7024，解得U。4.3×10¹⁴Hz ，即該金屬的極限頻率約為 4.3× 10¹⁴Hz ，故(B)錯誤；分析可知，圖像的斜率表示普朗克常量與電子電荷量的比值，不隨金屬的變化而變化，故(C)錯誤;圖像的斜率為普朗克常量與電子電荷量的比值，根據圖像可以求出普朗克常量，故(D）正確.

評析本實驗中，利用Excel軟件能夠對采集到的數據進行實時分析和處理，繪制出 U_c-v 圖像，得到 104-1.7024，使學生能夠更加直觀地觀察實驗規律，進一步加深對實驗的理解.同時，根據 U_c 與 υ 的線性關系，結合函數解析式中斜率和截距的意義，即可求出相關物理量，巧妙地融合了數學知識來解決物理實驗問題.

2物理與化學融合的實驗案例

例2小明采用銅片、鋅片和柑橘制作了簡易水果電池.為了測定該電池的電動勢 E 和內阻 r ，他按照以下步驟展開實驗.

（1）首先使用多用電表的“直流電壓2.5V”檔位對水果電池的電動勢進行初步測量，測得電壓值為 0.95V

（2)將該水果電池接入實驗電路（如圖2所示），電路中包含以下元件：電流表 G₁ （量程為 200μA ，內阻為 10Ω ）、電流表 G₂ （量程為 1mA ，內阻約為10Ω 、滑動變阻器 R₁(0～5000Ω) 、電阻箱 R₂(0～ 9999Ω ，現將電流表 G₁ 與電阻箱 R₂ 改裝成量程為1V的電壓表，電阻箱 R₂ 的阻值應調整為 （20 Ω

圖2

(3）經過正確設置電阻箱阻值、規范連接電路并進行多次測量后，根據實驗數據繪制出如圖3所示的圖線.通過分析該曲線，可計算出水果電池的內阻為 kΩ （結果保留兩位有效數字）

圖3

解析(2)根據 U=I_g(R_g+R₂) ，代人數據可得 R₂=4990Ω

（3）根據閉合電路歐姆定律 I₁(R₂+R_g)=E- Ir，可得I1=（R+Rg） （R+R），則1-I₂ 圖像斜率 結合圖像可得 r= 1000Ω=1.0kΩ. （2

評析測量電源的電動勢和內阻是高中物理中的重要實驗，通過測量水果電池的電動勢和內阻，開展物理與化學融合的實驗教學，在實驗過程中，學生不僅掌握了原電池的相關知識，將銅片和鋅片插入到柑橘中制作簡易原電池充當電源，還培養了學生制作原電池的能力，學會了運用跨學科的思維方式分析問題.這種教學方式有助于學生打破學科界限，培養學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力.同時，實驗現象的趣味性和學科知識的融合性激發了學生的好奇心和求知欲，提高了學生的學習效果.

3結語

跨學科視角下的高中物理實驗教學是教育深化改革發展的必然趨勢，對于提升學生的跨學科綜合素養和實踐創新能力具有重要意義.在物理教學中，教師應積極探索跨學科教學的方法和策略，優化跨學科實驗內容與設計，利用現代教育技術賦能實驗教學，建立科學合理的評價體系，不斷推動高中物理實驗教學方式的創新，培養出具有創新精神和綜合能力的高素質人才.

參考文獻：

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