優(yōu)化高中物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次有益嘗試
——“外力作用下的振動(dòng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

楊旭峰

（義烏中學(xué) 浙江 金華 322000）

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高物理教學(xué)質(zhì)量的根本途徑.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生形成物理概念，掌握物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力都起著重要的作用.新課標(biāo)要求在高中物理課程實(shí)施上要注重自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化；強(qiáng)調(diào)教學(xué)中要大力加強(qiáng)物理課堂實(shí)驗(yàn)，要求教師必須努力完成新課標(biāo)中規(guī)定的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)因地制宜設(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)，并使用身邊隨手可得的物品進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)和各種物理實(shí)驗(yàn).物理課堂實(shí)驗(yàn)不應(yīng)再是課堂教學(xué)中一個(gè)可有可無的附屬品，而應(yīng)成為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和探究精神的一個(gè)有效手段.

現(xiàn)行的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀大部分是不太令人滿意的.由于教師在教學(xué)中往往忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的自主建構(gòu)過程，更多采用的是偏重記憶理解、接受式的教學(xué)方式，從而導(dǎo)致學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中有重結(jié)果、輕過程的傾向，輕視科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成.物理教學(xué)正因過分強(qiáng)調(diào)“學(xué)科中心”和“知識(shí)系統(tǒng)”，而使物理實(shí)驗(yàn)的“學(xué)術(shù)化”傾向十分明顯.國內(nèi)外的各種調(diào)查顯示，很多中學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣正在明顯降低，甚至一些學(xué)生放棄了對(duì)物理的學(xué)習(xí).導(dǎo)致這一狀況的原因固然是多方面的，但物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芊窦ぐl(fā)學(xué)生的探究興趣和求知欲望應(yīng)是一個(gè)主要因素.傳統(tǒng)的物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式顯然已經(jīng)不再適應(yīng)當(dāng)前高中新課程改革的需要，改革傳統(tǒng)的物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，使課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分發(fā)揮其在素質(zhì)教育的特殊作用已成當(dāng)務(wù)之急.

基于上述思考，筆者選取人教版《物理·選修3-4》第十一章的最后一節(jié)“外力作用下的振動(dòng)”，從課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度，進(jìn)行了一次有益的嘗試.

1 設(shè)計(jì)思路

（1）在教學(xué)模式上，從過去的傳遞式向探究式轉(zhuǎn)型.傳統(tǒng)的課堂實(shí)驗(yàn)教師做得多、學(xué)生主要是看.教師在此過程中扮演著“包辦”的角色.而教學(xué)活動(dòng)的主體——學(xué)生卻很少參與.由于學(xué)生缺少“參與”意識(shí)，課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往調(diào)動(dòng)不起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮不了學(xué)生的主體作用，以致于他們的獨(dú)立操作能力及創(chuàng)造力難以培養(yǎng)，使課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于一種尷尬的境地.本節(jié)課的教學(xué)中，先后設(shè)計(jì)“受迫振動(dòng)的頻率”、“受迫振動(dòng)的振幅”等探究性實(shí)驗(yàn)，問題提出后，通過實(shí)驗(yàn)觀察、比較歸納、討論交流等一系列的教學(xué)探究活動(dòng)，突出學(xué)生的主體地位，使他們在學(xué)習(xí)上獲得主動(dòng)權(quán).充分展現(xiàn)物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)及動(dòng)手這一特點(diǎn)和魅力.

（2）在教學(xué)手段上，更加注重信息技術(shù)與物理課堂教學(xué)的結(jié)合.由于時(shí)空、環(huán)境的限制，有許多演示實(shí)驗(yàn)難以完成或效果不佳，以致學(xué)生對(duì)許多物理知識(shí)難以理解和接受，使教學(xué)效果受到影響.DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為科學(xué)探究提供了全新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集由人工轉(zhuǎn)變成智能，圖像功能強(qiáng)大.實(shí)驗(yàn)探究過程中所用時(shí)間短、效率高，給中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)帶來了變革，但DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能還有待進(jìn)一步開發(fā)完善.在此，通過自制簡單的實(shí)驗(yàn)教具再結(jié)合DIS數(shù)字信息系統(tǒng)既可開發(fā)出“繪制固有振動(dòng)及阻尼振動(dòng)位移隨時(shí)間變化的圖像”實(shí)驗(yàn)，大大優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果.

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 振動(dòng)位移 －時(shí)間圖像

（1）實(shí)驗(yàn)裝置說明（圖1）

1）將位移傳感器直接置于滑塊的上方，待穩(wěn)定后將在平衡位置處的位移記為零.

2）滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的振動(dòng)可近似認(rèn)為是固有振動(dòng)，插上風(fēng)帆后則可認(rèn)為是阻尼振動(dòng).

圖1 自制振動(dòng)位移 －時(shí)間圖像演示儀

（2）實(shí)驗(yàn)操作并得到相關(guān)圖像

圖2

（3）比較.對(duì)兩種振動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并總結(jié)出各自的特點(diǎn).

（4）反思.未插風(fēng)帆時(shí)是否受到阻力？為何又是固有振動(dòng)呢？

2.2 受迫振動(dòng)的頻率

（1）實(shí)驗(yàn)裝置說明（圖3）.將“彈簧振子”置于裝滿水的截去瓶頸的可樂瓶中，增加振動(dòng)的穩(wěn)定性 ，優(yōu)化教學(xué)效果.

（2）實(shí)驗(yàn)操作

第一次演示.逐漸增大驅(qū)動(dòng)力的頻率（即增大轉(zhuǎn)速）.

圖3 手搖受迫振動(dòng)演示

現(xiàn)象及結(jié)論：受迫振動(dòng)的頻率發(fā)生變化，說明肯定不等于固有頻率，因?yàn)楣逃蓄l率只有一個(gè).

再次演示.此次教師數(shù)搖的次數(shù)，學(xué)生則數(shù)振動(dòng)的次數(shù).

現(xiàn)象及結(jié)論：發(fā)現(xiàn)始終吻合，說明受迫振動(dòng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率.

第三次演示.重點(diǎn)觀察振幅的變化情況.

現(xiàn)象及結(jié)論：振幅隨著驅(qū)動(dòng)力的頻率先增大后減小，說明振幅并非隨驅(qū)動(dòng)力頻率做簡單的線性變化.

那么當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率多大時(shí)振幅最大？

2.3 受迫振動(dòng)的振幅

（1）實(shí)驗(yàn)裝置說明（圖4）

圖4 自制共振擺

1）驅(qū)動(dòng)球需比其他小球重一些，橫桿所用材料需輕、薄.

2）最左邊的單擺可以任意改變擺長.

3）改變擺長即改變了單擺固有周期.

（2）實(shí)驗(yàn)操作

1）讓左邊小球先振，觀察其余小球振動(dòng)情況.

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.左邊第二個(gè)振幅最大.

原因分析.進(jìn)水樓臺(tái)先得月，還是另有蹊蹺？

若想讓第三個(gè)小球振幅最大，有何辦法？

2）改變擺長，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證想法.

結(jié)論：擺長相等（即驅(qū)動(dòng)力的頻率等于固有頻率），受迫振動(dòng)的振幅最大——共振.

3 教學(xué)反思

優(yōu)化的物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求重視學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，尊重學(xué)生的想法和主體地位，這就需要教師真正轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，解放思想，大膽嘗試，積極進(jìn)行思考，探索和創(chuàng)新，爭取多路多舉，靈活多變的教學(xué)方式，充分調(diào)整自己的角色以及與學(xué)生的關(guān)系.優(yōu)化的物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要教師的主導(dǎo)作用貫穿于課堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、反饋、改進(jìn)的全過程，為學(xué)生提供盡可能真實(shí)的問題情境，提供各種學(xué)習(xí)資源，處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的各種問題，這就要求教師不斷地提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和教育教學(xué)水平.

總之，課程改革，是對(duì)教師傳統(tǒng)理念的嚴(yán)峻挑戰(zhàn).唯有不斷嘗試與反思才能以開放的心態(tài)完成角色的轉(zhuǎn)型定位，完善自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高自身結(jié)合素質(zhì)，切實(shí)承擔(dān)起教師教書育人，傳承文化的重任.