利用教材習(xí)題開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)效率

黃 晶

（江陰市第一中學(xué)，江蘇 江陰 214400）

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)的魅力所在.通過實(shí)驗(yàn)可以極大地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生保持學(xué)習(xí)物理的熱情.在實(shí)際教學(xué)中，物理教師除了要利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成的器材為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，更要重視自己開發(fā)實(shí)驗(yàn)器材并運(yùn)用到教學(xué)中去.教材的課后習(xí)題都是精挑細(xì)選，情景都是比較新穎或者比較經(jīng)典，具有很高的借鑒價(jià)值.此外，開發(fā)實(shí)驗(yàn)、自制教具的靈感還可以來自教材中的課后習(xí)題的啟發(fā).

1 利用課后習(xí)題開發(fā)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的興趣

興趣是最好的老師.興趣是對事物喜好或關(guān)切的情緒，心理學(xué)上指力求認(rèn)識某種事物或從事某項(xiàng)活動(dòng)的意識傾向.興趣可以刺激大腦皮層，進(jìn)行積極地思考，興趣也是一切行動(dòng)的催化劑.只有學(xué)生對物理課堂表現(xiàn)出濃厚的興趣，才會在課堂上跟上教師的思路，學(xué)習(xí)中才會主動(dòng)去探索、思考物理問題，才會發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí).

在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情的重要途徑之一.尤其是用自制教具做的演示實(shí)驗(yàn)，更能吸引學(xué)生.以“力的分解”為例，可以利用粵教版教材課后實(shí)踐欄目中的練習(xí)題，教師自制“一指斷鋼絲”的教具，在課堂上可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

這個(gè)習(xí)題如下.兩條長約12cm的木條用鉸鏈連接成人字形支架.在兩個(gè)L形木塊上各裝一顆羊角眼螺絲，在羊角眼螺絲之間拴上一根細(xì)線，把人字形支架放置在兩個(gè)L型木塊上，通過調(diào)節(jié)細(xì)線的長度來改變?nèi)俗中沃Ъ艿膴A角.如果用一只手指在人字形支架的鉸鏈處用力往下按，如圖1所示，可以輕易地將細(xì)線拉斷.如果用細(xì)鐵絲代替細(xì)線，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)細(xì)鐵絲也可被拉斷.常識運(yùn)用所學(xué)的知識來說明“一指斷鋼絲”的原理.［1］

制作這一教具，木方鉸鏈都比較容易找到，難點(diǎn)在于L形木塊和鋼絲的連接.為此可以用網(wǎng)線中細(xì)銅絲代替鋼絲，用實(shí)驗(yàn)室鐵質(zhì)的小車代替L形木塊，如圖2所示.在教學(xué)中通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)演示，凝聚了學(xué)生的注意力，很好地激發(fā)了學(xué)生的興趣，收到了較好的教學(xué)效果.

圖1

圖2

2 利用課后習(xí)題開發(fā)實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

在物理教學(xué)中，重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破事關(guān)教學(xué)的成敗.只有有效突破教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，才能為學(xué)生后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，掃清學(xué)習(xí)障礙.故而，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師都會花大力氣來設(shè)計(jì)每一節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)的教學(xué)，而實(shí)驗(yàn)是最常用、最有效的手段之一.實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可以是實(shí)驗(yàn)室成套的設(shè)備，也可以只自制教具、甚至生活物品等我們也可以根據(jù)課后習(xí)題來開發(fā)演示實(shí)驗(yàn).

以探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)為例.在粵教版教材中，滑動(dòng)摩擦力大小公式的探究沒有通過實(shí)驗(yàn)得出，而是直接給出：“實(shí)驗(yàn)表明，滑動(dòng)摩擦力f的大小跟接觸面的壓力（正壓力）FN成正比，即f＝μFN”.關(guān)于滑動(dòng)摩擦力的大小雖然學(xué)生在初中已有所知，但是都只是定性的描述.如果直接給出結(jié)論，顯得有些唐突.而有些版本的教材中探究滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)方案又顯得不夠科學(xué).例如人教版教材采用如圖3所示的方案.這樣的方案要彈簧測力計(jì)的讀數(shù)等于木塊所受的摩擦力，對木塊必須是勻速拉動(dòng)，然而這很難做到.為了突破這一教學(xué)的重、難點(diǎn)，可以借鑒粵教版課后的練習(xí)開發(fā)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn).

圖3

圖4

“如圖4所示，物體A重20N，物體B重10N.物體A與B之間、A與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)都相同.用細(xì)線系住物體B，對物體A施加20N水平向右的拉力時(shí)，能將物體A勻速拉出，求接觸面之間的動(dòng)摩擦因數(shù).”［1］

需要的材料有：木塊、長木板2塊（不帶滑輪）、彈簧測力計(jì)、鐵釘、鉤碼.裝置如圖5所示.這樣的裝置只需要拉動(dòng)木塊下面的長木板即可，無論是否勻速，只要長木板在運(yùn)動(dòng)，木塊（含鉤碼）受到的都是滑動(dòng)摩擦力，而且木塊（含鉤碼）受到的摩擦力和彈簧對它的拉力都是二力平衡，這樣保證了實(shí)驗(yàn)中所測量的滑動(dòng)摩擦力的準(zhǔn)確性.要探究滑動(dòng)摩擦力與壓力的關(guān)系只要在木塊上增加鉤碼即可.要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面性質(zhì)的關(guān)系（粗糙程度、材料）等，只需要更換更粗糙的木板，在木板上鋪上毛巾或換成玻璃板、鐵板.

圖5

3 利用課后習(xí)題開發(fā)實(shí)驗(yàn)，突破錯(cuò)誤前概念

在學(xué)生學(xué)習(xí)新的物理概念之前，由于生活經(jīng)驗(yàn)、思維定勢、舊知識的錯(cuò)誤遷移等會在學(xué)生頭腦中產(chǎn)生前概念.這些前概念有些是正確的，有些是錯(cuò)誤的.不破不立，錯(cuò)誤的前概念對學(xué)生學(xué)習(xí)新的正確的物理概念會造成很大障礙.要讓學(xué)生很好地接受、理解、運(yùn)用正確的新概念，就必須想辦法鏟除學(xué)生錯(cuò)誤的前概念.通過實(shí)驗(yàn)的演示，讓學(xué)生親身體驗(yàn)、感知，讓事實(shí)說話，對于錯(cuò)誤前概念的破除，正確新概念的習(xí)得，有事半功倍的效果.實(shí)驗(yàn)的來源依然可以根據(jù)課后的習(xí)題來開發(fā).

以摩擦力的教學(xué)為例，學(xué)生會認(rèn)為“只有運(yùn)動(dòng)的物體才會受到滑動(dòng)摩擦力”、“滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積有關(guān)，接觸面積越大，滑動(dòng)摩擦力越大”等.這兩個(gè)錯(cuò)誤前概念可以由圖5和圖6所示的實(shí)驗(yàn)來解決.當(dāng)拉動(dòng)木塊下面的木板時(shí)，木塊（相對于地面）靜止，但是木塊和木板之間有相對滑動(dòng)，木塊受到了木板施加的滑動(dòng)摩擦力，故而靜止（相對于地面）的物體也可以受到滑動(dòng)摩擦力.然后進(jìn)一步闡釋，研究對象是否運(yùn)動(dòng)要看我們選擇什么參考系，我們所說的運(yùn)動(dòng)在沒有特別說明的情況下是以地面為參考系.而產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力的兩個(gè)物體之間要有相對滑動(dòng)，指的是兩個(gè)物體以對方為參考系是滑動(dòng)的，而以地面為參考系它們中可能會有靜止的物體.后一個(gè)錯(cuò)誤的前概念只要將圖5中減去兩個(gè)鉤碼，拉動(dòng)木塊下的長木板，讀出彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F1.然后換成圖6所示，拉動(dòng)木板，讀出彈簧秤的讀數(shù)F2.實(shí)驗(yàn)中F1、F2大小相同，可以說明滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積無關(guān).

圖6

4 利用課后習(xí)題開發(fā)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建物理情景

建立物理情景是構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)，是建立物理模型的一個(gè)重要步驟.在建立物理情景的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生從物理問題中獲取建立物理情景的重要信息，再對這些信息進(jìn)行必要的加工整理、去偽存真的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考問題.

例如，一根長0.1m的細(xì)線，一端系著一個(gè)質(zhì)量為0.18kg的小球，拉住線的另一端，使小球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，使小球的轉(zhuǎn)速很緩慢地增加，當(dāng)小球的轉(zhuǎn)速增加到開始時(shí)轉(zhuǎn)速的3倍時(shí)，細(xì)線斷開，線斷開前的瞬間線受到的拉力比開始時(shí)大40N，求：

（1）線斷開前的瞬間，線受到的拉力大小.

（2）線斷開的瞬間，小球運(yùn)動(dòng)的線速度.

（3）如果桌面高出地面0.8m，求小球飛出后的落地點(diǎn)與O點(diǎn)的水平距離L.

圖7

求解本題中，學(xué)生常在第3問受阻，最根本的原因就是，沒能建立如圖7所示的物理情景.這里可借助魯科版教材第4章“圓周運(yùn)動(dòng) 離心運(yùn)動(dòng)”一節(jié)課后習(xí)題提供的情景，就可以模擬演示上題中的類似情景：“一把打開的雨傘邊緣半徑為r，且高出水平地面h.當(dāng)該雨傘以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，雨點(diǎn)自邊緣甩出落在地面上形成一個(gè)大圓.試求該圓的半徑.”［2］

其實(shí)這一物理情景，離學(xué)生的生活并不遙遠(yuǎn).當(dāng)雨天來臨時(shí)，學(xué)生打雨傘上學(xué).雨傘上有雨水，會看到有學(xué)生把傘旋轉(zhuǎn)，甩掉上面的水滴，水滴從傘的邊沿飛出，其運(yùn)動(dòng)情景就和該題中的一樣.

為了幫助學(xué)生構(gòu)建這樣的物理情景，找來雨傘一把、弄濕，重現(xiàn)學(xué)生甩雨滴的過程，讓學(xué)生觀察水滴落點(diǎn)到傘中心在地面上投影的距離，然后轉(zhuǎn)至上題，讓學(xué)生嘗試畫出如圖7所示的運(yùn)動(dòng)情景圖.圖畫出來后，問題自然迎刃而解了.物理情景與物理模型的建立，讓抽象的物理知識貼近于現(xiàn)實(shí)實(shí)際生活，貼近學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識有親切感和現(xiàn)實(shí)感，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也豐富了物理課程的形式.

5 在課后習(xí)題中穿插實(shí)驗(yàn)探究，滲透情感態(tài)度價(jià)值觀的教育

要實(shí)現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)，就要在教學(xué)過程中除了讓學(xué)生習(xí)得知識與技能，習(xí)得過程與方法，還要滲透對學(xué)生的情感態(tài)度價(jià)值觀的教育.在物理教學(xué)中，根據(jù)課后練習(xí)提供的情景，利用身邊物品開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)對學(xué)生滲透情感態(tài)度價(jià)值觀的教育，往往會有很好的教學(xué)效果.

以牛頓第一定律的教學(xué)為例，可以利用人教版必修1教材“牛頓第一定律”一節(jié)課后練習(xí)的第2題開發(fā)實(shí)驗(yàn)、模擬情景，進(jìn)行交通安全和對生命情感的滲透教育.“我國道路交通安全法規(guī)定，在各種小型車輛前排乘坐的人必須系好安全帶.為什么要做這樣的規(guī)定？”［2］

本題的情景，可以利用生活中學(xué)生常見的物品來模擬.玩具小車模擬轎車，雞蛋模擬駕乘人員，橡皮筋模擬安全帶，開發(fā)成演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M遇到交通事故時(shí)系安全帶和不系安全帶的的區(qū)別，讓學(xué)生通過情景模擬明白系安全帶的重要作用，并運(yùn)用物理知識分析其原理，使學(xué)生留下深刻的印象.

所用材料：小車、細(xì)木條、502膠水、玻璃膠、衛(wèi)生紙、雞蛋、橡皮筋.

制作方法：（1）在小車?yán)镉?02膠水豎直固定3跟細(xì)木條，1根在后，另外2根在左右，并在另一相同的小車?yán)锾畛洳Ａz，上面為曲面；（2）玻璃膠干后取出，用小刀劃成3部分，分別放在小車上3根木條之間，并用502膠水固定；（3）在細(xì)木條上裹上多層衛(wèi)生紙.

圖8

實(shí)驗(yàn)操作與結(jié)果：（1）將一張桌子緊貼水平放置；（2）將雞蛋放入小車上的3根木條之間，如圖8所示.用力猛推小車，小車與墻壁相撞，雞蛋飛出小車而被擊碎；（3）將另一雞蛋放入小車上的3根木條之間，用數(shù)條橡皮筋套在3根木條上，用力猛推小車，小車即與墻壁相撞，但雞蛋卻安然無恙.（4）引導(dǎo)學(xué)生分析，為何系上安全帶可以起到保護(hù)駕乘人員？原來雞蛋（模擬人）和小車一起保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)小車遇到障礙物發(fā)生碰撞后，小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，速度驟降，而雞蛋（人）由于慣性，還要保持原來的速度.如果沒有系上橡皮筋（安全帶），靠摩擦力不能在極短時(shí)間和極短位移內(nèi)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，于是就會往前飛出或發(fā)生激烈碰撞而造成嚴(yán)重傷害.如果系上橡皮筋（安全帶），在橡皮筋（安全帶）拉力作用下，駕乘人員（雞蛋）能在極短時(shí)間和極短位移內(nèi)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免與小車發(fā)生劇烈碰撞或者飛出去.

顯然，借助實(shí)驗(yàn)?zāi)M生活中的場景，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)、感悟到系安全帶的重要性，再通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，讓學(xué)生產(chǎn)生震撼，這樣的教學(xué)效果比“說教”要好多了.

1 保宗悌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修1［M］.廣州：廣東教育出版社，2005：58，66.

2 廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理1［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011：84.