羅世洪

【摘要】通過實例，探討了運用演示實驗、探究實驗、數(shù)字化實驗和生活化實驗在高中物理教學(xué)中的運用，幫助學(xué)生簡化物理模型建構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】演示實驗 探究實驗 數(shù)字化實驗 生活化實驗

物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科。物理學(xué)的研究方法通常是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，對物理現(xiàn)象進行分析、概括和總結(jié)，從而建立物理定律，形成物理理論，再回到實驗中去接受檢驗。在高中物理教學(xué)過程中，為了形象地展示物理概念、規(guī)律和定理的形成過程，幫助學(xué)生更加容易理解、掌握相關(guān)知識，巧用實驗教學(xué)，簡化模型建構(gòu)，可以降低學(xué)生的思維難度，解決一些較為復(fù)雜的物理問題。下面筆者結(jié)合平時的教學(xué)實踐，將探討如何利用實驗來幫助學(xué)生簡化建構(gòu)物理模型。

一、物理實驗的界定

物理實驗按照不同的分類方法和研究視角以及指標體系可以分為不同的類型。本文主要介紹演示實驗、探究實驗、數(shù)字化實驗和生活化實驗。演示實驗是指教師利用課堂時間為學(xué)生演示，在操作的同時又引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行觀察、思考和分析的一種實驗教學(xué)方式。探究實驗是指在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識，自己設(shè)計實驗，或者在教師的指導(dǎo)下通過實驗來探索物理規(guī)律，從而獲得新知識。數(shù)字化實驗是指基于計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)來測量或者建立數(shù)字模型，更加準確地反映實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)變化的實驗。例如，DIS Lab實驗、VRML虛擬現(xiàn)實實驗、MATLAB計算機可視化實驗、3D數(shù)字建模及打印類實驗等。生活化實驗是指將生活中的實際現(xiàn)象拿到課堂上作為實驗展現(xiàn)，展示相關(guān)的物理知識。例如，“水流星研究圓周運動”。

二、物理實驗教學(xué)策略與實踐應(yīng)用

1.巧用演示實驗，創(chuàng)設(shè)情境沖突。興趣是學(xué)生最好的老師，在教學(xué)中如果創(chuàng)設(shè)較好的情境，并且具有較強的情境沖突，那么必將引起學(xué)生的興趣，極大的調(diào)動學(xué)生的積極性，提高課堂教學(xué)效率。例如，筆者曾設(shè)計了一個關(guān)于動量守恒方面的演示實驗。實驗的情境是“在天黑路滑（冰面）時，前面一輛車突然熄火，后面的一輛車跟車距離很近，來不及剎車，此時將會發(fā)生什么事情呢？”學(xué)生異口同聲回答，“兩個車撞在一起了”。這時做一個演示實驗：把一輛紅色和一輛藍色的小車放在光滑的導(dǎo)軌上，紅車靜止，給藍車一定速度去撞紅車（兩輛小車相撞端固定有磁鐵）。結(jié)果，出乎意料，藍車馬上停了下來，紅車卻運動了起來。學(xué)生會感到很神奇，注意力也將高度集中。實際上這是動量守恒中的碰撞模型，“質(zhì)量相等，速度交換”的情形。通過這樣的創(chuàng)新演示實驗，學(xué)生建構(gòu)模型更加容易，且記憶深刻。

2.巧用探究實驗，降低思維轉(zhuǎn)換難度。高中物理不僅需要研究物理概念和物理規(guī)律，而且還需要將實際問題轉(zhuǎn)化為物理模型，在這個過程中，就需要從形象思維轉(zhuǎn)化為抽象思維。而這一過程對于一些同學(xué)來說比較困難，若在轉(zhuǎn)換思維的這一規(guī)程中，能夠引入實驗，并且讓學(xué)生自己進行探究，可以降低學(xué)生的思維轉(zhuǎn)換的難度。例如，2017年的全國課標2卷第21題，若直接進行理論講解，不少學(xué)生反映難度較大。若采用實驗探究的方式進行講解，學(xué)生理解起來更容易。

3.巧用數(shù)字化實驗，簡化建模過程。不少同學(xué)感覺高中物理學(xué)習(xí)起來困難，特別是對于高中的一些物理模型或者物理規(guī)律理解起來較為困難。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)電場部分時，對于電場線、等勢面等概念，對于等量異種電荷、等量同種電荷等電場的經(jīng)典模型學(xué)習(xí)困難。若在研究這部分內(nèi)容時引入3D動畫模擬展示電場線的空間分布情況，可以大大降低學(xué)生建模的思維難度。用傳感器和計算機模擬安培力與電流大小或者導(dǎo)線長度的線性關(guān)系，幫助學(xué)生加深理解公式、規(guī)律。

4.巧用生活化實驗，提升核心素養(yǎng)。高中物理歷來重視從“生活走向物理”，很多生活中的物理實驗不僅趣味性強，操作簡易，而且效果明顯。例如，在研究圓周運動這部分內(nèi)容時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行探究活動，可以利用細線、小球制作“圓錐擺模型”“繩模型”；利用彈簧、金屬棒、小球等制作“桿模型”等。學(xué)生通過這樣的生活化實驗，對于圓周運動的各類物理模型以及其適用條件將會理解更加深刻。不但提高了學(xué)生的實踐動手操作能力，并且還有利于學(xué)生的“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”等物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。

實驗教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，多次實踐表明，恰當、適時的引入演示實驗、探究實驗，利用好現(xiàn)代教育技術(shù)手段，并整合傳統(tǒng)實驗、生活化實驗，進而對一些教材上的實驗或者物理問題進行創(chuàng)新實驗設(shè)計，不僅可以幫助學(xué)生簡化物理建模過程，更加深刻理解物理規(guī)律，而且還將大大降低學(xué)生的思維難度，提高課堂教學(xué)效率，并提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

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