低成本實驗在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

張松

摘 要：對于高中物理知識的學(xué)習(xí)，相關(guān)的物理實驗是必不可少的。物理教師們要發(fā)散自己的思維，用生活中的物品或者低成本的實驗儀器，來進行物理實驗的教學(xué)。文章以低成本實驗在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用為主題進行全面的分析和探討。

關(guān)鍵詞：低成本實驗 高中物理 習(xí)題教學(xué)

當(dāng)實驗研究不僅僅局限于興趣，而是與志趣結(jié)緣時，學(xué)生的潛力是無限的，他們的熱情也是巨大的。學(xué)生在不斷探索的過程中，不知不覺地培養(yǎng)了質(zhì)疑能力、觀察能力、思考能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)精神，這是作為一個社會人在以后的發(fā)展中最需要的能力和精神。當(dāng)學(xué)生離開學(xué)校離開物理后，在他們身上留下的這些品質(zhì)是最可貴的。

1 模擬問題情境，提供實物支撐

很多物理問題來自于生產(chǎn)和生活， 而現(xiàn)在的學(xué)生動手機會少， 對生活中的物理現(xiàn)象缺少觀察和深入思考。 由于缺乏經(jīng)驗，學(xué)生在解決這些問題時，很難構(gòu)建物理情境。 這些問題如果單純從理論上進行解釋， 極有可能導(dǎo)致教師費盡口舌而學(xué)生仍然云里霧里。 案例 1 ：高速公路邊的導(dǎo)向牌用鋼管 a ， b 固定在立柱上，對鋼管 a ， b 受力分析正確的是（ ）

A.a被拉伸，b被壓縮； B.a被拉伸，b被拉伸；

C.a被壓縮，b被壓縮； D.a被壓縮，b被拉伸。

這個習(xí)題是必修1彈力一節(jié)課上的一個課后習(xí)題，多數(shù)學(xué)生無法構(gòu)建起路牌的情境，導(dǎo)致無法喚起記憶表象。為了讓學(xué)生有足夠的情境體驗，在課堂上，教師請每位學(xué)生拿出物理課本進行體驗。

（1）用右手的食指和中指夾住課本的上半部分，讓課本處在豎直平面內(nèi)，觀察課本的狀態(tài)，感受手指用力的部位。

（2）同時用左右手的食指和中指分別夾住課本的上半部分和下半部分，同樣讓課本處在豎直平面內(nèi)，觀察課本的狀態(tài)，感受兩手分別用力的部位。學(xué)生明顯感覺到課本上部手指受到向外拉的力，而下部的手指受到向內(nèi)壓的力，也就是說，上部的鋼管a被拉伸，而下部的鋼管b被擠壓，因此，選項b正確。

2 再現(xiàn)物理過程，深入揭示本質(zhì)

物理習(xí)題教學(xué)的關(guān)鍵在于讓學(xué)生厘清物理過程，但是，在通常情況下學(xué)生對物理過程的分析往往停留在紙面上。有時候因為觀察力不強，審題不仔細(xì)，遺漏信息或獲取錯誤的信息，或欠缺推理和想像能力，導(dǎo)致構(gòu)建錯誤的物理過程。在習(xí)題教學(xué)中用低成本的真實的實驗則能反映出物體真實的過程，便于讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。

案例2：一輕質(zhì)桿上有兩個質(zhì)量均為m的小球a，b，輕桿可繞O點在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，Oa=ab=L，現(xiàn)將桿拉成水平，再靜止釋放，當(dāng)桿轉(zhuǎn)到豎直方向時，試問：對a球來說，機械能是否守恒？若不守恒，則桿對小球所做的功為多少？在該題中涉及桿的彈力做功問題，這其實是一個非常復(fù)雜的問題，因為桿的彈力不一定沿著桿的方向，因此不能確定其方向，那么如何來求其做功呢？盡管從解析中可以用能量的方法來巧妙地解決這一問題，但是很多學(xué)生還是不很理解，也許僅用理論分析是不能讓學(xué)生明白桿的作用的。筆者在實際教學(xué)中為了突破這一難點，制作了以下動態(tài)實驗。在教室里就地取材，找兩個膠帶卷A，B，用膠帶將兩個膠帶卷系在一條線上。膠帶O端抓在手上，將膠帶卷A，B拉至水平并由靜止釋放，會明顯觀察到膠帶圈A比膠帶圈B先到達(dá)豎直位置。由于兩膠帶在向下擺動的過程中，膠帶OA拉力與膠帶圈A的速度成直角，OA對A不做功。膠帶AB與膠帶圈A的速度方向成鈍角，對A做負(fù)功；膠帶AB與B圈的速度方向成銳角，膠帶AB的拉力對B做正功。該動態(tài)實驗可以讓學(xué)生理解案例2中在兩球角速度相同的情況下桿對小球a做負(fù)功，對小球b做正功，從而實現(xiàn)了機械能在兩球之間的相互轉(zhuǎn)化。這個實驗取材簡單、實驗巧妙，不費吹灰之力就讓學(xué)生明白了為什么桿對小球a做負(fù)功。

3 驗證習(xí)題結(jié)論，提高感知效果

學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不完善容易導(dǎo)致學(xué)生對某些習(xí)題的結(jié)論充滿懷疑，此時教師可以安排低成本演示實驗來驗證習(xí)題的結(jié)論，學(xué)生通過親眼目睹實驗現(xiàn)象，順利達(dá)到對薄弱知識的鞏固和加深的目的，進而完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

案例3：用一根細(xì)繩和一根輕直桿組成三角支架，繩的一端吊在手指上，桿的一端頂在掌心。當(dāng)在A處掛上重物時，繩與桿對手指和手掌均有作用力，對這兩個作用力方向的判斷完全正確的是（ ）

在該案例教學(xué)中，讓學(xué)生做以下實驗就能達(dá)到良好效果：每人一根繩子，一支鉛筆或水筆，一個重物，做通過這樣的實驗，學(xué)生自己就能作出正確的選擇。在該實驗中，由于學(xué)生身體的一部分作為實驗儀器，在實驗過程中學(xué)生的大腦處于興奮狀態(tài)，身體的感覺促使他們的思維積極地活動起來。通過實驗分析，學(xué)生會盡力地進行抽象、概括，找到規(guī)律性的東西，并通過體驗得到正確的結(jié)論。

案例4：某物理興趣小組的“水流導(dǎo)光”實驗裝置：在透明長塑料瓶左側(cè)下方開一個小孔，向瓶中注入清水，一股水流便從小孔流出。在瓶右側(cè)將激光筆對準(zhǔn)小孔，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)光束并未完全約束在流出的水流中，則

A.可能是水面過低引起的；

B.可能是孔徑過大引起的；

C.需換用波長更大的激光使光完全約束在水流中；

D.需換折射率更小的液體使光完全約束在液流中。

評析：該題來源于人教版高中物理選修3-4第53頁的“做一做”，題中的示意圖也是課本的原圖，體現(xiàn)命題者希望教師在教學(xué)過程中重視課堂實驗的命題意圖，在體現(xiàn)對知識和方法考查的同時考查過程和經(jīng)歷。筆者曾用市場上買來的激光筆做過這個實驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)液面過低時光確實會漏出來。親眼所見和親身體驗這是學(xué)生積極學(xué)習(xí)的動力，我們現(xiàn)在的物理課堂缺少這種“物”的東西，教師喜歡直奔主題——“理”。而從認(rèn)知的角度來說，“理”建立在“物”的體驗上，只有經(jīng)歷了“物”的美好，才能激發(fā)“理”的本質(zhì)。

結(jié) 語

在物理教學(xué)中充分利用與開發(fā)低成本實驗，對于教師來說，利用身邊隨手可得的普通物品做物理實驗大大降低了實驗準(zhǔn)備的難度。對于學(xué)生來說，低成本實驗拉近了物理與生活的距離，讓學(xué)生體會到生活中處處有物理，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情。因此，教師應(yīng)做一個有心人，積極開發(fā)積累幫助學(xué)生理解概念、形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、掌握規(guī)律的低成本實驗，使學(xué)生在掌握知識的同時，從物理實驗中獲得豐富的感性認(rèn)識、增強探索意識、提高實際操作能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱鐵成。物理課程與教學(xué)研究[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008.

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