創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn) 吸引學(xué)生走進(jìn)物理課堂

楊煥明

(普寧市華僑中學(xué) 廣東 揭陽(yáng) 515300)

吸引學(xué)生走進(jìn)物理課堂的關(guān)鍵是提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣．物理學(xué)的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理課堂必須重視的最重要的教學(xué)內(nèi)容之一．豐富多彩的物理實(shí)驗(yàn)是吸引學(xué)生走進(jìn)物理課堂的重要法寶．新時(shí)代的高中生，由于網(wǎng)絡(luò)和資訊的發(fā)達(dá)，他們的見識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何時(shí)代，教材里的常規(guī)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)不能充分滿足他們對(duì)物理世界強(qiáng)烈的認(rèn)知興趣．因此，物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新是新時(shí)代物理教學(xué)的重要要求．

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是基于新課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念下教師所進(jìn)行的有效嘗試．它使教師從課程的傳播者改變?yōu)檎n程的構(gòu)建者和創(chuàng)造者．它是基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分．它可以促進(jìn)學(xué)生自覺地學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生科學(xué)探究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)等各種能力的培養(yǎng)．

1 物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新需要體現(xiàn)兩個(gè)原則

1.1 要重視學(xué)生的參與

在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生作為教學(xué)的主體．教師要將這一思想在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中體現(xiàn)出來(lái)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與，如此才能在實(shí)踐中更好地理解其中的實(shí)驗(yàn)原理和知識(shí)，培養(yǎng)物理思維，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)事半功倍．

案例1：在“摩擦力”的教學(xué)內(nèi)容中，教師可以安排學(xué)生進(jìn)行拔河比賽．如圖1所示，讓一名男生和一名女生分別用手握住一根橡膠棒的首尾兩端．男生肯定會(huì)獲得第一次比賽勝利．接下來(lái)教師可以在橡膠棒靠近男生的一端涂些油進(jìn)行第二次比賽，這次女生反而獲得勝利．該實(shí)驗(yàn)可以很直觀地演示動(dòng)摩擦因數(shù)對(duì)動(dòng)摩擦力大小的影響．

圖1 案例1圖

案例2:在“力的合成與分解”實(shí)驗(yàn)中，可以讓一個(gè)女生與兩個(gè)男生進(jìn)行拔河，但是兩個(gè)男生要以某個(gè)比較大的角度向兩邊拉，如圖2所示，結(jié)果是女生獲勝．該實(shí)驗(yàn)用一個(gè)反常的結(jié)果說(shuō)明了一個(gè)物理原理，也表現(xiàn)了科學(xué)的力量，使學(xué)生受到了震撼．

圖2 案例2圖

這樣的演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生有機(jī)會(huì)親身體會(huì)和參與，能直觀地感受到結(jié)論，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣大有好處，對(duì)于知識(shí)的理解往往也能起到事半功倍的效果．

1.2 實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新應(yīng)體現(xiàn)趣味性

在具體的教學(xué)過程中，如果有很多學(xué)生說(shuō)不喜歡物理實(shí)驗(yàn)或者上物理實(shí)驗(yàn)課，那幾乎肯定是教師在實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中出現(xiàn)問題，例如操作太過機(jī)械，完全照本宣科，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)毫無(wú)趣味性．學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中的積極性自然會(huì)很低．在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師不應(yīng)拘泥于教材，而是要根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生的實(shí)際情況盡可能設(shè)計(jì)具備趣味性的實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生更樂于見到的方式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理，吸引學(xué)生的注意力，讓他們留下深刻的印象．

案例3：在“互感和自感”一課的教學(xué)中，筆者增加了“千人震”實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生通過親身經(jīng)歷體驗(yàn)到自感的產(chǎn)生．具體過程如圖3所示.

圖3 案例3圖

幾個(gè)學(xué)生手拉手與電感線圈并聯(lián)，再與兩節(jié)干電池和開關(guān)構(gòu)成閉合回路，電路接通穩(wěn)定后筆者突然斷開連接電池的開關(guān)，學(xué)生受到電擊，立即本能地將手甩開．這種有趣和驚險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)于線圈中斷電時(shí)產(chǎn)生的自感現(xiàn)象理解更加深刻，也使得物理課堂更加豐富有趣，更吸引學(xué)生．這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)思維、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力大有益處．設(shè)計(jì)趣味實(shí)驗(yàn)不僅是為了豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)也能激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在輕松愉快的實(shí)驗(yàn)過程中滲透物理知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量．可見，增加實(shí)驗(yàn)的趣味性是創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)原則．

2 物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新有3個(gè)維度

2.1 從思維模式上進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

一些教材中的實(shí)驗(yàn)，用原有的方法雖然也很簡(jiǎn)單熟悉，但學(xué)生思維難以得到啟發(fā)．這時(shí)，不如做一些實(shí)驗(yàn)思路的改變，同時(shí)讓學(xué)生更多地參與，讓他們有更多的體驗(yàn)，效果更好．

案例4：在“力的分解”一課中，學(xué)生對(duì)斜向上的拉力產(chǎn)生的兩個(gè)效果的理解產(chǎn)生困惑．筆者沒有用臺(tái)秤來(lái)做演示，而是讓學(xué)生把手頭兩本書的每一頁(yè)分開交叉重疊在一起放在桌面上，如圖4(a)所示，然后用力把兩本書向兩邊拉開，此時(shí)學(xué)生感覺很困難；接著筆者又讓學(xué)生把一本書放在桌面不動(dòng)，另一本書斜向上拉出，如圖4(b)所示，這一次學(xué)生感覺很容易就做到了．做完實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生分析產(chǎn)生不同結(jié)果的原因，學(xué)生很自然地就能得到斜向上的拉力產(chǎn)生的兩個(gè)效果的結(jié)論．在“探究摩擦力的影響因素”實(shí)驗(yàn)中，同樣也是讓兩本書分頁(yè)交叉重疊，分別向兩邊抽出書，這樣會(huì)很困難．但如果讓學(xué)生把兩本書從空中釋放，然后在掉落過程中分別向兩邊拉出，那就會(huì)非常容易．

圖4 案例4圖

案例5：如圖5所示，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)學(xué)生受力分析的知識(shí)掌握較好后，可以改變思維模式，對(duì)實(shí)驗(yàn)這樣理解，把研究對(duì)象確定為砝碼與砝碼盤和小車整體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只要作為拉力來(lái)源的砝碼數(shù)量變化時(shí)與小車總是聯(lián)系在一起保持總質(zhì)量不變就可以了．在學(xué)生學(xué)習(xí)了“動(dòng)能定理”后，也可以用這套相同的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)探究系統(tǒng)動(dòng)能定理．

圖5 案例5和案例6圖

案例6：同樣的這套器材，稍微改變一下實(shí)驗(yàn)思路和做法，就可以用來(lái)測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)．具體做法如下，在不平衡摩擦力的情況下，讓小車和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器置于高度較低的桌面，釋放小車后，砝碼和砝碼盤很快掉到地上，此后小車將僅在摩擦力作用下(空氣阻力為誤差因素)做勻減速運(yùn)動(dòng)．這樣就可以利用減速過程中紙帶某兩點(diǎn)的速度測(cè)出車與接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)．

可見，從思維模式上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，能夠使學(xué)生更容易理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所包含的物理原理，也能夠使學(xué)生對(duì)于物理原理的理解更深入、更深刻，也更加能夠拓展學(xué)生思維的廣度．

2.2 從技術(shù)手段上進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

從技術(shù)手段上進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即引入一些新的元器件或?qū)嶒?yàn)器材，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)效果更好，或者更適合學(xué)生的認(rèn)知水平，更好地服務(wù)當(dāng)下的教學(xué)．

案例7：如圖6(a)所示，A，B是兩個(gè)非常輕的鋁環(huán)，A環(huán)是封閉的，B環(huán)在某處斷開．當(dāng)條形磁鐵的S極或N極接近A環(huán)，A環(huán)將移動(dòng)遠(yuǎn)離磁體．如果磁鐵被拉出，A環(huán)將向相反方向移動(dòng);當(dāng)磁鐵接近或離開B環(huán)，B環(huán)卻不移動(dòng)．

在演示該實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于環(huán)本身很小，而A環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)又是繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，故操作時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)磁鐵與環(huán)相碰的情況．這一點(diǎn)使操作更難，并使演示效果打了折扣．為了使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，同時(shí)保留原有實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，可以采用如圖6(b)所示的實(shí)驗(yàn)裝置．用兩條細(xì)長(zhǎng)繩(繩較長(zhǎng))一端固定在鐵架臺(tái)上，把A和B兩個(gè)鋁環(huán)分別懸掛在細(xì)長(zhǎng)繩的另一端．這樣改進(jìn)后，A環(huán)運(yùn)動(dòng)仍為轉(zhuǎn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力較小，而且由于繩子較長(zhǎng)，A環(huán)運(yùn)動(dòng)過程中也不容易碰到磁鐵．

圖6 案例7圖

案例8：在“摩擦力”一節(jié)的教學(xué)中，教材中提供的測(cè)定最大靜摩擦力的方法是直接用彈簧測(cè)力計(jì)連接木塊，再用手拉測(cè)力計(jì)．這種方法測(cè)最大靜摩擦力很好，既簡(jiǎn)單實(shí)用又比較準(zhǔn)確．但如果用這種方法測(cè)動(dòng)摩擦力，則顯然存在很大的缺點(diǎn)，甚至可以說(shuō)這樣測(cè)動(dòng)摩擦力是不科學(xué)的．可以對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)，如圖7(a)所示，用一條繩固定住測(cè)力計(jì)的一側(cè)，另一側(cè)連接木塊，木塊放在長(zhǎng)木板上，為了避免測(cè)力計(jì)

與長(zhǎng)木板的摩擦，在測(cè)力計(jì)兩側(cè)要用鐵架臺(tái)把測(cè)力計(jì)固定住，讓測(cè)力計(jì)懸在空中，并保證測(cè)力計(jì)平面與左側(cè)的繩和右側(cè)連接木塊的掛鉤在同一平面上，并與下面的木板平行．沿繩子與測(cè)力計(jì)中軸方向拉動(dòng)下面的木板，木塊與木板發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定時(shí)，此示數(shù)即為木塊與木板的動(dòng)摩擦力．

有條件的話還可以在木塊下面設(shè)置小型傳送帶，如圖7(b)所示，傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)木塊與測(cè)力計(jì)相對(duì)靜止時(shí)，測(cè)力計(jì)即能顯示穩(wěn)定的示數(shù)，該示數(shù)即為木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦力．這樣改進(jìn)后整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程更穩(wěn)定，能準(zhǔn)確讀數(shù)的時(shí)間也更長(zhǎng)．

(a)

(b)

2.3 利用生活中常見的物品自制教具或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

自制教具是對(duì)教材教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)器材的思考和再創(chuàng)造，它是教師綜合創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，讓學(xué)生參與自制教具也能更好地啟迪思維，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)．生活中的各種物品可以說(shuō)是物理實(shí)驗(yàn)器具的巨大寶庫(kù)，只要善于觀察和思考，就能利用它們?yōu)槲覀兊慕虒W(xué)服務(wù)．

案例9：小風(fēng)扇和玩具小車是我們生活中很常見的用品，把兩者組合在一起就能制成一個(gè)很有用的教具．如圖8所示，把一個(gè)帶電池或可充電的小風(fēng)扇固定在一輛玩具小車上(玩具小車要選擇車輪比較容易轉(zhuǎn)動(dòng)的)，當(dāng)風(fēng)扇工作時(shí)，風(fēng)扇受到的反作用力就會(huì)推動(dòng)小車與風(fēng)扇向反方向運(yùn)動(dòng)．用這個(gè)教具可以很直觀形象地演示固體與氣體間的作用力與反作用力，教學(xué)效果非常好．

圖8 案例9圖

案例10：利用圓珠筆芯和尖端的銅筆頭，可以制作一根靈敏多用的小磁針．具體做法如下.

將圓珠筆芯的銅筆頭取出洗凈，剪取一段1 cm長(zhǎng)的圓珠筆芯套在筆頭尖上，把一支磁化的縫衣針用火烤熱后，橫穿過上述圓珠筆芯的頂部，另取一根縫衣針，把有針眼的一端固定在軟木塞(或泡沫塑料)上 ，將銅筆頭套在針尖上，這就制成了一根極其靈敏的小磁針，如圖9所示．

圖9 案例10圖

學(xué)生可以用它與其他儀器配合動(dòng)手做很多實(shí)驗(yàn)：(1)當(dāng)作指南針進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)；(2)磁極間相互作用實(shí)驗(yàn)；(3)奧斯特的電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)；(4)判斷通電螺線管的極性實(shí)驗(yàn)．

這種頗具創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)器具的制作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其最大的特點(diǎn)在于利用身邊常見的物體，制作方法很簡(jiǎn)單，每位學(xué)生都可以自制，而且用途很多，可以解決“磁場(chǎng)”這部分教學(xué)內(nèi)容中的一系列問題，學(xué)生還可以帶來(lái)課堂做實(shí)驗(yàn)．

3 結(jié)束語(yǔ)

在教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新既是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求之一，也是吸引學(xué)生走進(jìn)物理課堂的一大法寶．因此，教師不應(yīng)墨守成規(guī)，應(yīng)該多思考，多研究，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器具，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感受到物理學(xué)的多姿多彩和物理知識(shí)的奇妙之處，從而使他們更愿意走進(jìn)物理課堂，使學(xué)習(xí)事半功倍．