利用綜合實踐活動拓寬高中物理實驗教學(xué)

秦洪強

【摘要】物理實驗是高中物理教學(xué)中的重點內(nèi)容，通過實驗創(chuàng)造實踐契機，對激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣、全面培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)有著重要意義.但目前高中物理實驗教學(xué)存在現(xiàn)實困難，亟需扭轉(zhuǎn)實驗教學(xué)內(nèi)容少、時間少、契機少的局面.本文從綜合實踐活動視角出發(fā)，探究拓展高中物理實驗教學(xué)內(nèi)容與路徑的策略，意在通過綜合實踐活動優(yōu)化高中物理實驗教學(xué)，提高實驗教學(xué)水平與質(zhì)量.

【關(guān)鍵詞】高中物理；實驗教學(xué)；綜合實踐

高中物理實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)中有著重要地位，但受實驗教學(xué)特殊形式的影響，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)無法保證所有學(xué)生獨立實驗，且學(xué)校素材有限、教學(xué)時間有限，諸多大型實驗無法進行.因此，應(yīng)通過綜合實踐活動彌補課堂教學(xué)的不足，延伸物理實驗教學(xué)，豐富實驗內(nèi)容，拓展教學(xué)路徑，加強學(xué)生實驗技能與素養(yǎng)的培養(yǎng).基于此，關(guān)于利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學(xué)的研究具有重要現(xiàn)實意義.

1 利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學(xué)的價值

綜合實踐活動是一項以專門培養(yǎng)學(xué)生實踐學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)的教育活動，在活動過程中學(xué)生有充足的自主實踐時間、動手操作空間，并在親身體驗中深化對知識的理解，可以高效完成教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)活動的針對性與科學(xué)性.

利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學(xué)，為實驗教學(xué)找到了新的途徑，可以有更充足的時間、更合適的契機豐富學(xué)生的實驗體驗，并讓學(xué)生在動手操作實驗過程中內(nèi)化理論知識、建構(gòu)物理思維、發(fā)展綜合能力[1].同時，物理實驗具有一定難度，并非簡單的操作即可完成，學(xué)生需要利用知識化解一次次的失敗，因此，也對學(xué)生的綜合素質(zhì)進行了鍛煉，無論是與人交流、運用工具，還是從物理實驗本身出發(fā)，學(xué)生均將有更深刻的、具體的認識.

2 利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學(xué)的策略

2.1 基于綜合實踐活動，拓寬實驗教學(xué)內(nèi)容

目前，高中物理實驗教學(xué)內(nèi)容多局限于書本，實驗類型單一、內(nèi)容缺乏創(chuàng)新、實驗?zāi)Ｊ铰浜?，且諸多教師為了簡化實驗教學(xué)，降低教學(xué)工作難度，經(jīng)常省略實驗操作，利用多媒體播放視頻觀察實驗過程，嚴(yán)重影響了實驗教學(xué)的效果.無法讓學(xué)生通過真實的體驗，直觀地感受學(xué)習(xí)實驗知識，不利于學(xué)生物理思維與學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展.因此，借助綜合實踐活動契機，應(yīng)積極地拓展實驗教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生參與實驗、自主體驗創(chuàng)造契機.

以人教版高中物理必修一第四章“運動和力的關(guān)系”中“牛頓第二定律”為例，基于拓展實驗教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)設(shè)計如下綜合實踐活動方案.

2.1.1 活動主題

牛頓第二定律相關(guān)知識在社會中有著廣泛的應(yīng)用，動車、汽車等交通運輸工具中使用的加速度計均以其為理論基礎(chǔ)研發(fā).且教學(xué)目標(biāo)中也指出，應(yīng)給予實驗引導(dǎo)學(xué)生探究物體運動過程中加速度與物體受力、質(zhì)量之間的關(guān)系，從而能夠正確運用牛頓第二定律知識解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象或解決相關(guān)問題.基于此，本次綜合實踐活動以牛頓第二定律知識為核心，通過實驗使學(xué)生制作一種能夠測量加速度大小的裝置.從而確定活動主題為：自制加速度測量儀.

2.1.2 活動規(guī)劃

本次活動綜合考查的物理知識較多，如勻變速直線運動規(guī)律、胡克定律、受力分析等.且需要學(xué)生完成三項任務(wù)：一是探究加速度與力、質(zhì)量之間的定性關(guān)系，二是探究加速度大小與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系，三是構(gòu)思如何根據(jù)牛頓第二定律制作加速度測量儀.

2.1.3 活動過程

任務(wù)一 由教師先演示實驗裝置，要求學(xué)生自主完成兩個實驗.實驗過程中均需要控制抓夾使處于相同水平線上的小車運動，小車上系細線連接砝碼盤.一個實驗需要觀察質(zhì)量相同的小車在鉤碼個數(shù)不同時的運行速度，學(xué)生發(fā)現(xiàn)砝碼盤中鉤碼個數(shù)較多的小車運行速度更快，先到達終點；另一個實驗需要觀察放置相同數(shù)量鉤碼時，不同質(zhì)量小車的運行速度，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身質(zhì)量小的小車運行速度更快，先到達終點.通過任務(wù)一的實驗活動，學(xué)生總結(jié)出物體的加速度大小與物體質(zhì)量、所受合外力大小有關(guān)，當(dāng)物體質(zhì)量一定時，其所受的合外力越大產(chǎn)生的加速度越大；所受合外力一定時，本身質(zhì)量越大產(chǎn)生的加速度越小.

任務(wù)二 將任務(wù)一中獲取的實驗結(jié)果記錄到實驗報告中，并基于數(shù)據(jù)繪制a-F與a-1m 的圖象.基于此，學(xué)生總結(jié)出物體加速度大小與物體質(zhì)量、所受合外力之間的關(guān)系，與物體本身質(zhì)量成反比、與所受合外力大小成正比，即α∝F、α∝1m.而通過移項則可以基于這兩個式子推導(dǎo)出牛頓第二定律：F=kma，因質(zhì)量1kg的物體獲得1m/s2的加速度需要1kg·m/s2的力，后人為了紀(jì)念牛頓，則將1kg·m/s2稱為1牛頓，從而簡化牛頓第二定律公式為：F=ma[2].

任務(wù)三 本環(huán)節(jié)需要制作加速度測量儀，教師應(yīng)以問題啟示學(xué)生加深思考，制作出測量儀成品.先利用多媒體播放視頻，視頻內(nèi)容為：小車頂部系細線懸掛小球，汽車以一定加速度向右運動、以更大加速度運動、做減速運動.引導(dǎo)學(xué)生觀察，分析做不同運動時的現(xiàn)象，并嘗試分析小球偏轉(zhuǎn)角度是否會影響小車的加速度大小，球向左偏轉(zhuǎn)時小球的加速度，小球所受合外力發(fā)生變化時加速度的變化，小球加速度方向與小球所受合外力相同時汽車加速度與方向的變換，從而分析出牛頓第二定律具有矢量性、同體性、瞬時性.基于此，利用矩形紙板、輕質(zhì)細桿、小鐵球制作簡易加速度測量儀，需要先在紙板上畫出標(biāo)尺線，將小鐵球拴在輕質(zhì)細桿下端作為指針；再對輕質(zhì)細桿的位置進行調(diào)整，使其與標(biāo)尺線重合，并固定輕質(zhì)細桿上端，使其能夠連帶小球在紙板面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，從而完成簡易的加速度測量儀制作.如果想要更深度的拓展，可以引導(dǎo)學(xué)生探索如何利用輕質(zhì)細桿偏轉(zhuǎn)角度表示加速度刻度、分析刻度特點、如何保證刻度均勻，制作刻度具有線性關(guān)系的加速度測量儀.

在本次活動中，學(xué)生通過動手實驗完成了牛頓第二定律的推理，并在此基礎(chǔ)上拓展實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生動手完成加速度測量儀的制作，使學(xué)生對牛頓第二定律的內(nèi)涵有了更深刻的理解，探索了如何證明加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系，從而也對牛頓第二定律在實際生活的應(yīng)用有了簡單了解，有利于物理邏輯思維的構(gòu)建以及學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展.

2.2 基于綜合實踐活動，拓寬實踐教學(xué)路徑

高中物理綜合性較強，實驗內(nèi)容也相對復(fù)雜，基本以教師示范為主，學(xué)生自主實驗較少且效果并不理想，不利于知識的理解與實驗素養(yǎng)的培養(yǎng).而綜合實踐活動為高中物理實驗教學(xué)創(chuàng)造了新的契機，將課堂上無法完成的實驗轉(zhuǎn)移到綜合實踐活動中，既可以給予學(xué)生自主實驗的空間，也可以拓展教學(xué)內(nèi)容，且將學(xué)生組成不同的實驗小組，獨立完成實驗項目，改變教師示范為主的教學(xué)模式，也使高中物理實驗教學(xué)有了新的路徑[3].

以人教版高中物理選擇性必修第二冊第一章“安培力與洛倫茲力”中“磁場對通電導(dǎo)線的作用力”為例，以拓展實踐教學(xué)路徑為目標(biāo)，設(shè)計如下綜合實踐活動方案.

2.2.1 活動主題

蕩秋千是受到多民族喜愛與歡迎的一項游藝競技項目，高中生在生活中也體驗過蕩秋千，并且了解秋千的持續(xù)振蕩需要人力的持續(xù)作用，那么是否可以不用人力使秋千持續(xù)振蕩.該設(shè)想提出后立即吸引了學(xué)生的注意力，從而本次綜合實踐活動以“自制電磁蕩秋千”為主題，從生活中的真實場景出發(fā)，通過動手實驗掌握、理解安培力.

2.2.2 活動規(guī)劃

安培力是電磁學(xué)部分的核心知識，具有承前啟后的作用，通過本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)能夠減輕后續(xù)學(xué)習(xí)洛倫茲力、法拉第電磁感應(yīng)定律等知識的負擔(dān).且安培力在現(xiàn)實生活中也有著廣泛的應(yīng)用，在本次活動中以實驗為契機讓學(xué)生認識與掌握安培力、探究安培力方向以及大小.

2.2.3 活動過程

在活動中先播放蕩秋千的視頻，設(shè)置“秋千是如何擺動起來的？如何利用所學(xué)物理知識使秋千持續(xù)擺動？”等問題引導(dǎo)學(xué)生思考，點出本次活動主題“自制電磁蕩秋千”.并將學(xué)生分成實驗項目小組，每組3～5人，先為學(xué)生發(fā)放一個由磁鐵、電池、漆包線所組成的簡易電磁秋千，指導(dǎo)學(xué)生觀察接通電路時秋千的擺動情況，從而認識安培力、明確安培力的方向.

任務(wù)一 認識安培力.記錄接通電路瞬間秋千下擺的擺動情況，說明使秋千擺動的力是什么力.并由小組共同還原教材中的實驗裝置，將一段導(dǎo)體棒懸掛在蹄形磁鐵的兩極之間，并與電磁秋千結(jié)合，形成圖1所示裝置，觀察通電與不通電時導(dǎo)體棒的位置.學(xué)生們發(fā)現(xiàn)通電時導(dǎo)體棒處于蹄形磁鐵內(nèi)且發(fā)生運動，從而確定磁場可以對通電導(dǎo)線產(chǎn)生力的作用，這種力則是物理學(xué)中的安培力.

任務(wù)二 探究安培力的方向.基于自主動手搭建的實驗裝置，觀察改變蹄形磁鐵方向以及電流方向后導(dǎo)體棒的擺動方向，從而對安培力方向進行判斷.學(xué)生們觀察實驗現(xiàn)象，并以圖象的方式說明了安培力方向與電流、磁場方向的關(guān)系.為了方便記憶，教師對如何判斷安倍力的方向做出總結(jié).即將左手伸開，拇指垂直于其余四指，且均與手掌處于相同平面內(nèi)，使磁感線以垂直形式穿過手心，拇指方向為安培力方向、四指方向為電流方向.

任務(wù)三 探究安培力的大小.為小組布置如下探究任務(wù)：如何改變秋千下擺所受安培力方向？如何控制秋千擺動幅度？推導(dǎo)安倍力大小表達式，并改變實驗中導(dǎo)體棒的長度，讓學(xué)生觀察不同長度導(dǎo)體棒通電下的運動情況.此外，還應(yīng)探究通電導(dǎo)體電流方向不與磁場方向垂直時安培力的大小，從而明確改變秋千擺動時安培力大小的方法.

在本次活動中，由學(xué)生組成若干個學(xué)習(xí)小組完成實驗項目，教師以設(shè)置問題進行引導(dǎo)，對安培力相關(guān)知識展開了更深入的探索，使學(xué)生逐漸具備把控復(fù)雜實驗的能力，也使實驗教學(xué)通過新穎的途徑完成[4].

3 結(jié)語

綜上所述，物理綜合實踐活動能夠彌補物理實驗課堂教學(xué)的不足，拓展實驗教學(xué)內(nèi)容、拓寬實驗教學(xué)途徑，在培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)方面有著重要價值.應(yīng)在教學(xué)中積極發(fā)揮綜合實踐活動的價值，不斷開發(fā)新型的活動形式，使活動更加豐富，持續(xù)助力物理實驗教學(xué)水平與質(zhì)量的提升.

參考文獻：

[1]潘家料，林國.基于核心素養(yǎng)的高中物理實驗探究課堂評價設(shè)計[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2022（10）：107-109.

[2]鄭禹.基于物理核心素養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)策略研究[D].大連：遼寧師范大學(xué)，2022.

[3]李明杰.高中物理教學(xué)中提高學(xué)生綜合實踐能力的策略分析[J].數(shù)理化解題研究，2020（03）：68-69.

[4]吳燦銘.基于項目式學(xué)習(xí)的高中物理綜合實踐活動研究[D].漳州：閩南師范大學(xué)，2022.