高中物理力學實驗的學習方法及技巧研究

陳 森

(福建省永泰縣第三中學,福建 福州 350709)

力學是高中物理課程體系中的關(guān)鍵構(gòu)成部分,還是學習的重點與難點所在,該部分內(nèi)容較為抽象與復雜,涉及范圍較廣,更是高考中的主要考查點之一,不少題目都同力學實驗有關(guān).而力學知識的學習關(guān)鍵就在于實驗,只有做好力學實驗,才能夠更為直觀、清晰地理解深奧的力學知識.在高中物理力學教學中,教師應格外關(guān)注力學實驗教學環(huán)節(jié)的設(shè)計,傳授給學生正確的學習方法及技巧,使其取得事半功倍的效果.

1 注重理論知識講授,奠定力學實驗基礎(chǔ)

針對任何一門學科來說,要想學好都有一個共性所在,那就是掌握好基礎(chǔ)知識,掌握扎實的基礎(chǔ)知識是形成學科素養(yǎng)的基石.在高中物理力學教學中,教師需注重理論知識的講授,包括概念、原理、定理與規(guī)律等,幫助他們奠定好學習力學實驗的基礎(chǔ),使其在實驗中擁有穩(wěn)固的理論知識做支撐[1].

比如,在進行“科學測量:做直線運動物體的瞬時速度”教學時,教師讓學生回憶勻變速直線運動的規(guī)律,引導學生思考現(xiàn)實生活中物體運動是不是和理論中的一樣.之后,教師設(shè)計導入語言:根據(jù)速度的定義,想要知道物體的速度,需要先知道物體的位移和發(fā)生位移使用的時間,那么,如何才能得知物體的位移與發(fā)生位移使用的時間呢?通過問題,讓學生根據(jù)所學知識進行討論.在學生討論之后,教師向?qū)W生展示電磁打點計時器的圖片,并且講解電磁打點計時器的工作原理:電磁打點計時器是使用交變電源的計時儀器,工作電壓是4～6 V,可以在相同的時間間隔內(nèi),在紙帶上連續(xù)打點.讓電源頻率是50 Hz,每間隔0.02 s打一次點,紙帶上各點之間的距離就是相同間隔時間內(nèi)的位移,兩點之間的點的個數(shù)和打點計時器的時間間隔確定.在講解工作原理之后,引入小車瞬時速度測量實驗,提出問題:小車在重力牽引下速度隨著時間變化的規(guī)律研究中,如何設(shè)計實驗?需要測量哪些物理量?如何測量這些物理量?通過這些問題引導,讓學生結(jié)合理論知識和注意事項,進行實驗設(shè)計操作,掌握物理知識內(nèi)容.

2 巧妙聯(lián)系實際生活,促進力學實驗學習

在高中物理力學教學過程中,教師要創(chuàng)設(shè)與力學現(xiàn)象有關(guān)的情境,將難懂抽象的力學知識放置到具體、形象的情境之中,降低學生的理解難度,助推他們更好地理解力學知識.對此,高中物理教師在力學課堂上應當同實際生活巧妙地聯(lián)系起來,把握好力學同生活間的銜接點,利用各種實驗器材與道具將生活中的力學現(xiàn)象展示出來,直觀地呈現(xiàn)在學生面前,促進他們對力學實驗的學習[2].

例如,在展開“科學驗證:機械能守恒定律”教學時,教師先帶領(lǐng)學生回顧機械能守恒定律的相關(guān)內(nèi)容,如驗證使用什么樣的方法?滿足機械能守恒定律的物體的運動過程有哪些?選擇哪個物理模型開展實驗比較好?原因是什么?通過這樣讓學生進行思考回答,如沿光滑斜面下滑的物體、細線懸掛擺動的物體、自由下落的物體以及彈簧振子等.讓學生思考并且選擇實驗模型,結(jié)合實驗原理開展實驗探究活動.在具體實驗中,要求學生思考測量的物理量,選擇測量儀器.同時,針對測量中的誤差較大問題,讓學生思考如何才能減小誤差,引導學生對實驗進行改進,突破課堂教學難點,培養(yǎng)學生批判思維和創(chuàng)新思維.

3 掌握力學實驗原理,掌握更多設(shè)計方法

在高中物理課程教學中,為學習好力學實驗,就需掌握力學實驗的基本原理,這不僅是設(shè)計力學實驗的前提所在,還是確定力學實驗的方向所在,學生只有理解實驗原理,才能夠明確實驗的目的,設(shè)計出具體步驟,他們才能弄懂實驗中體現(xiàn)而出或者驗證的力學知識.同時,高中物理教師還應幫助學生掌握一些常用的力學實驗設(shè)計方法,包括等效替代法、微量放大法、比值定義法、逐差法和控制變量法等,使其根據(jù)具體實驗選擇相應的方法[3].

在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”教學實踐中,教師結(jié)合之前知識引出問題:加速度的大小與哪些因素有聯(lián)系?通過問題讓學生猜測加速度與力、質(zhì)量有關(guān)系,引入探究實驗活動.在探究實驗設(shè)計時,教師繼續(xù)提出問題:想要探究一個量與兩個量有關(guān)系,可以采取什么方式?通過這樣的方式,讓學生思考探究實驗中需要測量的物理量以及所要用的實驗儀器和方法,教師提示學生可以采用控制變量法,使其按照“提出猜想——設(shè)計實驗——操作驗證——總結(jié)規(guī)律”的流程進行.之后,教師讓學生以小組形式設(shè)計實驗方案,并且讓小組代表簡述自己小組的實驗方案.如方案一:使用氣墊導軌、氣源、兩個光電門、數(shù)字計時器、滑塊、刻度尺、小桶、砝碼以及天平等器材開展實驗活動;方案二:小車、電火花打點計時器、紙帶、長木板、細繩、小桶、砝碼、刻度尺以及墊木等,研究小車的運動;方案三:通過手動控制兩個小車的運動時間相同,通過位移對比加速度.通過這樣的實驗活動,加深學生實驗原理的理解,探究多樣化實驗探究方案.

4 引入小組合作模式,共同完成力學實驗

學習物理實驗,并非教師傳授給學生知識,而是學生要在教師的引領(lǐng)之下,自覺去探究實驗內(nèi)容.由于高中物理力學知識較為深奧與抽象,有時僅僅依靠個人很難順利完成實驗任務(wù)的探究,這時教師就要引入小組合作學習模式,及時轉(zhuǎn)變以往“單打獨斗”式的學習,組織學生以小組為單位展開合作探究,針對遇到的難點、疑點主動交流各自的看法與見解,使其思維發(fā)生摩擦與碰撞,讓他們共同完成力學實驗的學習,并增強探究能力[4].

在“科學測量:用單擺測量重力加速度”教學中,教師可以引入問題:利用單擺測量重力加速度的原理是什么?重力加速度的計算式是什么?測量哪些物理量?之后,讓學生選擇好實驗器材,如球心有孔的金屬球、長度大于1米的尼龍繩、鐵夾、鐵架臺、游標卡尺、米尺和秒表等.之后,讓學生進行實驗活動,在實驗中按照步驟進行操作,做好小組人員任務(wù)分配,如操作、觀察、記錄、匯總等,通過這樣的小組合作活動,得出最后的結(jié)論,并且對誤差進行分析,獲得實驗基礎(chǔ)知識,同時讓學生享受實驗成果,引導學生主動發(fā)現(xiàn)與探究物體的運動.

5 利用實驗發(fā)現(xiàn)不足,提高學生學習效率

教師在力學教學中可以充分借助力學實驗的優(yōu)勢讓學生發(fā)現(xiàn)各自的不足之處,且有的放矢地加以彌補、深化,使其將自己的薄弱知識變得牢固起來,增進實驗同理論之間的聯(lián)系,提高他們的學習效率[5].

在講授“共點力的平衡”過程中,本節(jié)課的難點在于判斷物體是否處于平衡狀態(tài)、平衡狀態(tài)的條件,根據(jù)物體的平衡狀態(tài)選擇合適的方法解決實際問題.課堂上,教師先設(shè)置問題:勻速行駛的汽車,靜止在桌面上的物塊,放在光滑斜面上的小球初速度為0時,它們是否處于平衡狀態(tài)?引領(lǐng)學生從這三個問題切入,幫助他們突破易錯點“保持靜止與瞬時速度為零的不同”.接著,教師指導學生動手操作實驗,根據(jù)實驗分析與總結(jié)平衡的條件,當物體受到兩個共點力作用時,平衡條件為兩個力的大小一樣,方向相反,且位于同一直線上,即為F合=0;當物體受到三個共點力作用時,平衡條件也是F合=0,讓他們通過實驗掌握重點內(nèi)容.之后,教師可以設(shè)計一些練習題,要求學生結(jié)合物體的平衡狀態(tài)選擇適當?shù)姆椒ㄟM行解決,為其提供學以致用的機會,讓他們體會到物理知識的實用性與價值,順利突破難點障礙.

6 及時加強總結(jié)反思,消除力學實驗疑問

高中生在力學實驗學習過程中,通常不是一帆風順的,往往會產(chǎn)生不少疑問,這些疑問雖然阻礙整個學習過程的流暢性,但是能夠為他們的實驗學習明確方向,使其找準深入探究的方向,是增強實驗學習效果的良好契機.所以,在高中物理力學實驗教學實踐中,當遇到一些疑問時,學生應該主動提出來向老師發(fā)問,雙方積極交流與互動,在老師的指點下消除疑問,此外,還要加強對學習行為和過程的反思與歸納,使其查漏補缺,提升他們的實驗理解程度[6].

在力學實驗教學中,不少學生都對“受力分析”感到頭疼不已,當分析一些復雜的受力情況時往往不知道從何處著手,為有效處理這一問題,教師可專門抽取時間與他們一起分析與探究,共同歸納出一個分析物體受力情況的方法:其一,把物體隔離出來,當面對一個比較復雜的受力系統(tǒng)時,先將目標物體從這個系統(tǒng)中單獨分離出來,單獨分析這個物體的受力情況,且判斷出被施加哪些力;其二,把受力分析圖畫出來,結(jié)合物體具體受力情況畫出相應的分析圖,利用圖像直觀、清晰地展示出物體受力情況.

綜上所述,在高中物理教學活動中,教師需高度重視力學實驗教學,結(jié)合高中物理力學知識的特征與規(guī)律安排相應的實驗,帶領(lǐng)學生以掌握扎實的理論知識為基礎(chǔ),注重同實際生活之間的聯(lián)系,為其提供更多親自動手設(shè)計、操作與完成實驗的機會,親身感受到探究力學原理的趣味與魅力,由此訓練與提升他們的實踐能力,繼而促進完整力學知識體系的構(gòu)建.