挖掘演示實(shí)驗(yàn)有效因素 培養(yǎng)物理思維能力

陸昌俊

物理是以實(shí)驗(yàn)論證為主的學(xué)科，隨著新課程改革的推進(jìn)，物理教學(xué)中逐步增加了實(shí)驗(yàn)演示講解和實(shí)驗(yàn)課堂的比重.“實(shí)驗(yàn)出真知”，通過演示實(shí)驗(yàn)來講解物理原理和知識點(diǎn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察總結(jié)實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)和有效因素，能夠提高學(xué)生的物理思維能力.筆者以人教版教材為例，從以下三個(gè)方面來論述如何進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué).

一、結(jié)合實(shí)景，引導(dǎo)猜想

猜想是真理的開始，面對物理問題，人們往往按照“發(fā)現(xiàn)問題——提出猜想——做出假設(shè)——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——得出結(jié)論”的思路來解決.通過對實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的細(xì)致觀察，和人對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及表象感性的理解和理性分析，可以合理地提出有創(chuàng)新思維的猜想，提高物理思維和物理能力.

例如，在高一教學(xué)“平拋運(yùn)動(dòng)”時(shí)有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)器械安裝好置于桌面，設(shè)置完成平拋軌道，將小球放置一個(gè)合適的高度，然后在軌道下端放置一個(gè)電壓復(fù)寫板，釋放小球，使小球在白板上留下痕跡，然后重復(fù)上一步驟，使小球多次在相同高度落下，同時(shí)每次下移一定距離的白板，使小球在白板上留下不同運(yùn)動(dòng)時(shí)刻的軌跡.最終以平拋軌道下端為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，畫出網(wǎng)狀格，使軌跡特點(diǎn)能夠在白板上清晰展現(xiàn)，然后讓學(xué)生猜想平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).有的學(xué)生說：“在小球運(yùn)動(dòng)痕跡的每兩點(diǎn)之間，水平方向上的距離基本相等，所以在水平方向上應(yīng)該保持勻速運(yùn)動(dòng)，而在豎直方向上的距離有規(guī)律地逐漸增大，所以猜想可能是勻加速運(yùn)動(dòng)，即s=12at2.”也有同學(xué)說小球做的是無規(guī)則運(yùn)動(dòng).之后再引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手多次展開實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的發(fā)現(xiàn)和猜想.當(dāng)學(xué)生在演示實(shí)驗(yàn)中有了自己的想法和觀點(diǎn)，在之后的檢驗(yàn)中，無論自己的想法和觀點(diǎn)得到了驗(yàn)證還是被推翻，都會(huì)記憶深刻.

二、分析誤差，深度探究

演示實(shí)驗(yàn)可以幫助教師講解課程，也可以引導(dǎo)學(xué)生深度探究物理原理.但是沒有絕對完美的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)存在誤差，教師在演示實(shí)驗(yàn)之后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的誤差，并深入分析誤差產(chǎn)生的原因，以及誤差的處理方法，可以有效地完善實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深對物理知識的探究.

例如，以“伏安法測電阻”這一實(shí)驗(yàn)為例，當(dāng)選用“電流表外接法”測量電阻時(shí)，通常測量出的電阻會(huì)比未知電阻Rx偏小，這是因?yàn)楫?dāng)未知電阻Rx和電壓表V并聯(lián)時(shí)，流經(jīng)電流表A中的電流，也就是電流表A測量出是流經(jīng)未知電阻Rx、電壓表V的電流之和，因?yàn)殡妷罕鞻分走了一部分電流，所以電流表測量出的電流大于真實(shí)流經(jīng)未知電阻Rx的電流，而電壓表V和未知電阻Rx并聯(lián)，則電壓表V表示的電壓是未知電阻Rx兩端的準(zhǔn)確電壓.根據(jù)伏安法原理R測=U測I測=U真IV+IRxU真，則R測=U測I測=URx+UAI真>Rx，導(dǎo)致所測電阻偏大.

三、主題探索，不竭創(chuàng)新

課堂中的演示實(shí)驗(yàn)多為教師演示實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生進(jìn)行觀看，但這樣的演示實(shí)驗(yàn)往往受控于教室場地的限制，不能使每一個(gè)學(xué)生都能看清實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)，若能夠在課堂中設(shè)置幾次由學(xué)生自己探索和設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，將能取得更好的效果.

例如，在教學(xué)“測量電源電阻”時(shí)，教師可給出一個(gè)問題讓學(xué)生進(jìn)行思考解決：測量未知電源的阻值，讓學(xué)生帶著問題自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己動(dòng)手解決問題.現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)阻值為20Ω的定值電阻R0，一個(gè)電壓表V（已知該電壓表的電阻和量程都足夠大，且該表只有刻度而沒有數(shù)值），未知電源E，開關(guān)S和若干根導(dǎo)線.要知道電源的電阻，首先需要知道電源的電壓和電流，但是現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材中沒有電流表，且電壓表也無法讀出具體的刻度值，這看似不可能完成的任務(wù)實(shí)際上是有解決的辦法的.只要學(xué)生稍加思考，就會(huì)發(fā)現(xiàn)斷路時(shí)電壓表也是有負(fù)載的，那么，首先嘗試將電壓表接在未知電源E上，設(shè)電壓表上的刻度值為E=n1v0（n為電壓表指針小格數(shù)，v0為每個(gè)小格代表的電壓數(shù)）；再和定值電阻R0并聯(lián)，接在未知電源E上，則E=n2v0+n2v0R0r，可求出rE=（n1v0-n2v0）R0n2v0.

由學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)疑問，自己帶著問題去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以調(diào)動(dòng)課堂氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性.

總之，教師應(yīng)在平時(shí)教學(xué)中注意方法的使用，以實(shí)驗(yàn)引入知識，講解知識，練習(xí)知識，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察總結(jié)實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)和有效因素，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思考能力，提高學(xué)生的物理思維能力.