高中物理力學(xué)實驗的學(xué)習(xí)方法及技巧研究

摘 要：物理作為一門實驗性、邏輯性與理論性較強的科目，高中物理尤為如此，不僅教師感到難教，學(xué)生也認(rèn)為難學(xué)，令師生雙方頭疼不已，尤其是在實驗學(xué)習(xí)中，他們更是遇到不少障礙.雖然力學(xué)屬于高中物理教學(xué)中的基礎(chǔ)部分，但是同初中相比難度與深度均有所提升，其中在力學(xué)實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生感覺十分吃力，教師需傳授一些學(xué)習(xí)方法及技巧，幫助他們學(xué)習(xí)好力學(xué)實驗，使其更好地掌握力學(xué)知識.

關(guān)鍵詞：高中物理；力學(xué)實驗；學(xué)習(xí)方法及技巧

中圖分類號：G632 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）24-0083-03

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：陳森（1973.11-），男，福建省永泰人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

力學(xué)是高中物理課程體系中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，還是學(xué)習(xí)的重點與難點所在，該部分內(nèi)容較為抽象與復(fù)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(xué)實驗有關(guān).而力學(xué)知識的學(xué)習(xí)關(guān)鍵就在于實驗，只有做好力學(xué)實驗，才能夠更為直觀、清晰地理解深奧的力學(xué)知識.在高中物理力學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)格外關(guān)注力學(xué)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，傳授給學(xué)生正確的學(xué)習(xí)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(xué)實驗基礎(chǔ)

針對任何一門學(xué)科來說，要想學(xué)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(xué)科素養(yǎng)的基石.在高中物理力學(xué)教學(xué)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(xué)習(xí)力學(xué)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(xué)測量：做直線運動物體的瞬時速度”教學(xué)時，教師讓學(xué)生回憶勻變速直線運動的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)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(xué)生根據(jù)所學(xué)知識進行討論.在學(xué)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(dǎo)，讓學(xué)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(xué)實驗學(xué)習(xí)

在高中物理力學(xué)教學(xué)過程中，教師要創(chuàng)設(shè)與力學(xué)現(xiàn)象有關(guān)的情境，將難懂抽象的力學(xué)知識放置到具體、形象的情境之中，降低學(xué)生的理解難度，助推他們更好地理解力學(xué)知識.對此，高中物理教師在力學(xué)課堂上應(yīng)當(dāng)同實際生活巧妙地聯(lián)系起來，把握好力學(xué)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(xué)現(xiàn)象展示出來，直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，促進他們對力學(xué)實驗的學(xué)習(xí)^［2］.

例如，在展開“科學(xué)驗證：機械能守恒定律”教學(xué)時，教師先帶領(lǐng)學(xué)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(xué)生進行思考回答，如沿光滑斜面下滑的物體、細(xì)線懸掛擺動的物體、自由下落的物體以及彈簧振子等.讓學(xué)生思考并且選擇實驗?zāi)Ｐ?，結(jié)合實驗原理開展實驗探究活動.在具體實驗中，要求學(xué)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(xué)生思考如何才能減小誤差，引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行改進，突破課堂教學(xué)難點，培養(yǎng)學(xué)生批判思維和創(chuàng)新思維.

3 掌握力學(xué)實驗原理，掌握更多設(shè)計方法

在高中物理課程教學(xué)中，為學(xué)習(xí)好力學(xué)實驗，就需掌握力學(xué)實驗的基本原理，這不僅是設(shè)計力學(xué)實驗的前提所在，還是確定力學(xué)實驗的方向所在，學(xué)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(xué)知識.同時，高中物理教師還應(yīng)幫助學(xué)生掌握一些常用的力學(xué)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(yīng)的方法^［3］.

在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(xì)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(xué)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(xué)實驗

學(xué)習(xí)物理實驗，并非教師傳授給學(xué)生知識，而是學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)模式，及時轉(zhuǎn)變以往“單打獨斗”式的學(xué)習(xí)，組織學(xué)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(xué)實驗的學(xué)習(xí)，并增強探究能力^［4］.

在“科學(xué)測量：用單擺測量重力加速度”教學(xué)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(xué)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(biāo)卡尺、米尺和秒表等.之后，讓學(xué)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(xué)生享受實驗成果，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)效率

教師在力學(xué)教學(xué)中可以充分借助力學(xué)實驗的優(yōu)勢讓學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)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(dǎo)學(xué)生動手操作實驗，根據(jù)實驗分析與總結(jié)平衡的條件，當(dāng)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(dāng)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(xí)題，要求學(xué)生結(jié)合物體的平衡狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行解決，為其提供學(xué)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(xué)實驗疑問

高中生在力學(xué)實驗學(xué)習(xí)過程中，通常不是一帆風(fēng)順的，往往會產(chǎn)生不少疑問，這些疑問雖然阻礙整個學(xué)習(xí)過程的流暢性，但是能夠為他們的實驗學(xué)習(xí)明確方向，使其找準(zhǔn)深入探究的方向，是增強實驗學(xué)習(xí)效果的良好契機.所以，在高中物理力學(xué)實驗教學(xué)實踐中，當(dāng)遇到一些疑問時，學(xué)生應(yīng)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(xué)習(xí)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(xué)實驗教學(xué)中，不少學(xué)生都對“受力分析”感到頭疼不已，當(dāng)分析一些復(fù)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(dāng)面對一個比較復(fù)雜的受力系統(tǒng)時，先將目標(biāo)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(yīng)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(xué)活動中，教師需高度重視力學(xué)實驗教學(xué)，結(jié)合高中物理力學(xué)知識的特征與規(guī)律安排相應(yīng)的實驗，帶領(lǐng)學(xué)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(xué)原理的趣味與魅力，由此訓(xùn)練與提升他們的實踐能力，繼而促進完整力學(xué)知識體系的構(gòu)建.

參考文獻：

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［3］ 陳磊.例談高中物理力學(xué)實驗探究教學(xué)［J］.高考，2021（35）：17-18.

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［5］ 范義添.高中物理力學(xué)實驗改進的實踐［J］.數(shù)理化解題研究，2021（09）：49-50.

［6］ 楊細(xì)斌.高中物理力學(xué)實驗有效教學(xué)策略［J］.科普童話，2020（08）：63.

［責(zé)任編輯：李 璟］