例談高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)

陳磊

摘 要：物理作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的自然科學(xué)類科目，具有集理論與實(shí)踐為一體的特征，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)課程體系中占據(jù)著異常重要的地位。力學(xué)既是物理知識(shí)的基礎(chǔ)，還是高中物理教學(xué)中的重要組成部分，力學(xué)實(shí)驗(yàn)則是各種力學(xué)公式和原理的直接來(lái)源。基于此，本文主要以高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)為探究對(duì)象，同時(shí)分享一系列有效對(duì)策，以供眾多同行參考所用。

關(guān)鍵詞：高中物理;力學(xué)實(shí)驗(yàn);探究教學(xué)

在高中物理課程中，力學(xué)實(shí)驗(yàn)和其他的物理實(shí)驗(yàn)相同，也需要理論和實(shí)踐的統(tǒng)一。但是，在現(xiàn)階段的物理力學(xué)教學(xué)中，注重理論教學(xué)，忽視實(shí)踐操作，使得力學(xué)實(shí)驗(yàn)枯燥無(wú)趣，學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣，他們的思維發(fā)散性與實(shí)踐主動(dòng)性比較缺乏。高中物理教師應(yīng)設(shè)法改變這一現(xiàn)狀，科學(xué)優(yōu)化力學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究方式與流程，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓他們樂于探索力學(xué)的奧秘。

一、巧妙聯(lián)系生活實(shí)際，設(shè)計(jì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

力學(xué)現(xiàn)象在實(shí)際生活中十分常見，高中物理教材中所出現(xiàn)的力學(xué)現(xiàn)象大多都同現(xiàn)實(shí)生活有著密切聯(lián)系，這為力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供良好切入點(diǎn)。高中物理教師在力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需全面發(fā)掘教材中的力學(xué)知識(shí)，把關(guān)鍵內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)，據(jù)此設(shè)計(jì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，使其把深?yuàn)W的力學(xué)現(xiàn)象同生活關(guān)聯(lián)起來(lái)，讓他們更為直觀地了解力學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。

比如：在進(jìn)行“摩擦力”教學(xué)時(shí)，教師先讓學(xué)生思考一個(gè)生活問題：為什么停留在坡路上的汽車不會(huì)下滑？預(yù)設(shè)：因?yàn)槠囐|(zhì)量比較大，不考慮空氣阻力的影響。猜想：因?yàn)槠囀艿降孛娴淖枇ψ饔?。?dāng)他們充分思考以后，使其求知欲望被激發(fā)。接著，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，把一只手按在課桌上面向前移動(dòng)，感受桌面對(duì)于手的前進(jìn)有什么樣的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)桌面阻礙手的前進(jìn)。解析原因：手受到桌面給它的摩擦力。然后教師適時(shí)給出摩擦力的概念，使其思考：為什么概念中要強(qiáng)調(diào)“相對(duì)”？讓他們帶著疑問學(xué)習(xí)新課，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確，然后指導(dǎo)他們學(xué)習(xí)摩擦力的種類及產(chǎn)生條件等知識(shí)。之后，在教學(xué)中，將滑動(dòng)摩擦力大小影響因素作為課堂探究重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生開展討論活動(dòng)，并且做出猜想：滑動(dòng)摩擦力的大小可能跟接觸面的粗糙程度、相對(duì)速度、壓力、接觸面的面積等因素有關(guān)，使其運(yùn)用控制變量法展開探究，讓他們根據(jù)自己選擇的因素設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及記錄數(shù)據(jù)的表格，完成實(shí)驗(yàn)后，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告與同學(xué)相互交流。隨后教師組織學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)歸納結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力大小受到壓力、接觸面粗糙程度因素影響，和接觸面面積以及相對(duì)速度沒有關(guān)系;在壓力固定時(shí)，接觸面粗糙度大，其滑動(dòng)摩擦力越大;在相同的粗糙程度下，壓力越大，其滑動(dòng)摩擦力越大。

如此，教師從生活現(xiàn)象引入摩擦力，營(yíng)造輕松的課堂氛圍，讓學(xué)生從新課一開始就進(jìn)入興奮的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從身邊的事例讓他們親自動(dòng)手體驗(yàn)?zāi)Σ亮Φ拇嬖?，初步感知摩擦力的作用，并提供寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，使其自主選擇研究的課題，給予學(xué)生充足的探究時(shí)間，讓他們動(dòng)手實(shí)踐、討論和交流，最終順利得出影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，真正實(shí)現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)。

二、賦予更多實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，學(xué)生自行探究力學(xué)

在以往的高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，之所以很難獲得好的教學(xué)效果，究其原因主要在于沒有把學(xué)生放在主體地位，以至于他們無(wú)法充分展現(xiàn)個(gè)人能力及潛能，思維受到限制，難以發(fā)散開來(lái)。因此，高中物理教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主操作和完成實(shí)驗(yàn)，使其把所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，從而探究力學(xué)的原理。

在這里，以“牛頓第二定律”教學(xué)為例，教師先演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一：將兩個(gè)完全相同的小車放在兩個(gè)相同的軌道上運(yùn)動(dòng)，小車A通過(guò)滑輪懸掛兩個(gè)鉤碼，小車B通過(guò)滑輪懸掛一個(gè)鉤碼，同時(shí)釋放。實(shí)驗(yàn)二：兩車都掛一個(gè)鉤碼，在小車A上再放幾個(gè)質(zhì)量很大的砝碼，同時(shí)釋放。由學(xué)生自由討論，通過(guò)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苷页黾铀俣扰c力、質(zhì)量之間的關(guān)系？他們總結(jié)后回答：實(shí)驗(yàn)一中小車A受力大，速度變化快，加速度大;實(shí)驗(yàn)二中小車A質(zhì)量大，速度變化慢，加速度小。使其提出猜想：質(zhì)量一定時(shí)，加速度隨力的增大而增大;力一定時(shí)，加速度隨質(zhì)量的增大而減小。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合提供的儀器設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，物體質(zhì)量固定不變，在不同力的作用下，測(cè)量物體的加速度，并且對(duì)加速度和力的定量關(guān)系進(jìn)行分析。使其分組討論，每組設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的原理，結(jié)合他們的討論結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)方案：（1）調(diào)節(jié)軌道，平衡摩擦力;（2）改變桶和沙的質(zhì)量，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出小車在不同拉力作用下的幾條紙帶;（3）根據(jù)紙帶處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成對(duì)應(yīng)的表格，畫出圖像。之后，教師指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)探究，注意控制變量法的使用，讓他們順利探究出小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合力成正比。

對(duì)于本節(jié)課教學(xué)，教師由演示實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課，起到拋磚引玉之效，驅(qū)使學(xué)生產(chǎn)生自行操作實(shí)驗(yàn)探究物理原理的渴望，使其按照提出猜想、討論方法、設(shè)計(jì)方案、歸納注意事項(xiàng)、操作實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)、分析結(jié)論的流程完成實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在定量條件下，探究加速度和力、物體質(zhì)量之間的關(guān)系，借助實(shí)驗(yàn)操作增強(qiáng)自身探究能力，并樹立尊重客觀規(guī)律與實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、親歷力學(xué)實(shí)驗(yàn)流程，促進(jìn)學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)

針對(duì)高中物理力學(xué)教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)有著相當(dāng)關(guān)鍵的地位，通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅能夠降低學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解難度，還可以鍛煉他們的觀察能力、分析能力、思維能力、探究能力及動(dòng)手能力，為其將來(lái)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。這就要求高中物理教師在平常的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，使其體會(huì)知識(shí)的產(chǎn)生與形成過(guò)程，促進(jìn)他們探究能力的提升。

例如：在學(xué)習(xí)“形變與彈力”過(guò)程中，教師先利用多媒體設(shè)備播放撐桿跳高、跳水、蹦床等比賽視頻，指出這都是運(yùn)動(dòng)員運(yùn)用彈性形變時(shí)產(chǎn)生的彈力，然后讓學(xué)生也列舉一些身邊利用彈力的例子，如：拉弓射箭、彈弓等，順勢(shì)引出課題：那么彈力是如何產(chǎn)生的？使其操作小實(shí)驗(yàn)：用手按壓彈簧、海綿和彎曲竹片，說(shuō)出看到的現(xiàn)象，即物體的形狀或體積發(fā)生變化，指出這就是形變，引導(dǎo)他們?cè)诓粨p壞物體的情況下讓物體發(fā)生變化，使其探究橡皮筋、橡皮泥、彈簧、鋼尺等物體的形變。接著，教師在課桌上面放一本書，詢問：桌子會(huì)發(fā)生形變嗎？學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)僅靠肉眼無(wú)法看出桌子是否發(fā)生形變，然后教師演示“任何物體都會(huì)發(fā)生形變”的微小實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹顯示微小形變的裝置，讓入射光的位置不變，將光線經(jīng)M、N兩平面鏡兩次反射，射到一個(gè)刻度尺上，形成一光亮點(diǎn)，用力壓桌面，使其說(shuō)出看到的現(xiàn)象，即為光點(diǎn)在刻度尺上面移動(dòng)，這表明桌子產(chǎn)生形變，導(dǎo)致M、N平面鏡的位置發(fā)生微小變化，讓他們意識(shí)到一切物體在力的作用下都會(huì)發(fā)生形變。教師講述：形變分為彈性形變與塑性形變兩類。設(shè)疑：能夠發(fā)生彈性形變的物體，在任何情況下都是發(fā)生彈性形變嗎？指導(dǎo)學(xué)生操作課本中的實(shí)驗(yàn)，使其處理數(shù)據(jù)與尋找規(guī)律，讓他們了解彈性限度。

針對(duì)本節(jié)課教學(xué)，教師從身邊常見現(xiàn)象入手，利用物體形變過(guò)程，讓學(xué)生深入探究物體形變和彈力的關(guān)系，了解彈力的現(xiàn)實(shí)意義，使其在教師演示實(shí)驗(yàn)與親自操作實(shí)驗(yàn)的相互配合下體驗(yàn)彈力的探究過(guò)程，知道實(shí)驗(yàn)中慣用的假設(shè)推理法與微量放大法，組織學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，開展討論和交流活動(dòng)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究的艱辛和樂趣。

四、積極組織小組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生深入探究力學(xué)

高中物理教材中選編的力學(xué)實(shí)驗(yàn)同初中相比，不僅深度有所提升，難度也有所增大，不少實(shí)驗(yàn)僅靠一個(gè)人很難獨(dú)立完成，這就要用到小組合作，讓學(xué)生都親身參與到力學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究之中，讓他們?cè)诤献髦型瓿蓪?shí)驗(yàn)。同時(shí)，在高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不同學(xué)生的思維、見識(shí)和理解也不同，他們?cè)谛〗M內(nèi)通過(guò)交流能夠相互學(xué)習(xí)與補(bǔ)充，使其深入探究力學(xué)知識(shí)。

舉個(gè)例子，在“力的平衡”教學(xué)中，教師先帶領(lǐng)學(xué)生思考：在怎樣的條件下，物體會(huì)處于平衡狀態(tài)？通過(guò)這樣讓學(xué)生回憶初中物理知識(shí)：在物體不受外力或者兩個(gè)平衡力作用下，物體處于平衡狀態(tài)。設(shè)置疑問：如果在三個(gè)互成角度的共點(diǎn)力作用下，物體處于平衡狀態(tài)，那么這三個(gè)共點(diǎn)力在大小和方向上有著什么樣的條件？使其發(fā)現(xiàn)僅靠原有知識(shí)無(wú)法解答，從而激起探究欲望。接著，教師指導(dǎo)學(xué)生在小組內(nèi)合作操作實(shí)驗(yàn)：在一塊木塊上，系有三根繩子，分別讓三名學(xué)生拉住繩子，互成一定的角度把木塊拉起來(lái)，引出問題：對(duì)木塊受到的三個(gè)力的方向進(jìn)行描述，讓學(xué)生對(duì)木塊進(jìn)行觀察，了解三個(gè)力的方向是繩子拉伸的方向。之后，繼續(xù)提出問題：三個(gè)力的方向有著怎樣的關(guān)系？學(xué)生經(jīng)過(guò)思考說(shuō)出自己的答案，如三個(gè)力的方向不在同一側(cè)、不在同一直線上等，設(shè)疑：會(huì)共面嗎？他們將會(huì)給出不同意見。這時(shí)教師讓組內(nèi)另外一名同學(xué)把一個(gè)白木板貼近木塊，任意調(diào)整三條繩子的方向，使其發(fā)現(xiàn)如果物體在互成角度的三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，這三個(gè)力必共面。隨后教師繼續(xù)提問：如果三個(gè)力共點(diǎn)而且共面，怎樣去探究三個(gè)力之間的關(guān)系？組織學(xué)生開展小組討論活動(dòng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，明確實(shí)驗(yàn)方法：利用三個(gè)彈簧秤互成角度拉繩子，對(duì)繩子方向和彈簧秤讀數(shù)進(jìn)行記錄，在紙上畫出力的圖示，然后教師引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論。

在本節(jié)課教學(xué)中，教師以小組為基本單位指導(dǎo)學(xué)生合作探究力的平衡，這些小組采用不同的方法和思路，各有各的特點(diǎn)，不過(guò)要讓各個(gè)成員在小組內(nèi)協(xié)調(diào)好分工與合作，并創(chuàng)造性地引導(dǎo)學(xué)生借助小組實(shí)驗(yàn)，對(duì)力的平衡條件進(jìn)行探究。在物理實(shí)驗(yàn)中，借助學(xué)生動(dòng)手操作活動(dòng)，加深實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)論掌握，深入理解力的平衡規(guī)律。

結(jié)束語(yǔ)

在高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變過(guò)去“重理論，輕實(shí)踐”的教育觀念，要緊跟時(shí)代潮流與發(fā)展趨勢(shì)，明確學(xué)生的主體地位，把先進(jìn)的教學(xué)理念與寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有機(jī)整合，從生活實(shí)際、制造機(jī)會(huì)、親歷流程與小組合作等多個(gè)視角切入，科學(xué)合理地引導(dǎo)他們探究力學(xué)實(shí)驗(yàn)，使其通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作均能理解力學(xué)的本質(zhì)，增強(qiáng)個(gè)人認(rèn)知。

參考文獻(xiàn)

[1]洪英蘭.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性探究[J].教學(xué)管理與教育研究，2021（7）：90-91.

[2]范義添.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的實(shí)踐[J].數(shù)理化解題研究，2021（9）：49-50.

[3]彭俊勉.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)融合策略分析[J].甘肅教育，2019（18）：190.

[4]張雪.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].高考，2019（32）：177.

[5]楊春弟.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].科普童話，2019（17）：53.

[6]宋曉文，王永久.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法和技巧探討[J].高中數(shù)理化，2019（4）：77.

3336501908285