應用“非常規物理實驗”資源的一節課例
——力的作用是相互的

(江蘇省蘇州市振華中學，江蘇 蘇州 215006)

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1 什么是非常規物理實驗

非常規物理實驗，一般是指利用學生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人體或人體局部以及兒童玩具等開發的一類體現自創性、體驗性、趣味性、簡易性、生活化的物理實驗.

非常規物理實驗的優點在于，學生對生活中經常使用或身邊隨處可見的材料和物品很熟悉，利用它們呈現物理現象，探究其物理屬性或原理，會使學生感到物理學親近、真實、可靠，容易引起學生的興趣、好奇心和認知動機.由于非常規物理實驗所用材料、物品在生活中容易取得，使學生課后自主體驗、親身實踐成為可能，從而能讓學生切身體會到物理與生活、技術、社會的密切關系.非常規物理實驗的自創性、體驗性、簡易性、生活化等特點對于實現物理課程標準提出的“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”三維課程目標具有獨特的教育價值，是常規實驗無法替代的.同時，對于促進物理教師專業水平的提升也有著不可忽視的積極意義.

2 為什么在“力的作用是相互的”一課中采用“非常規物理實驗”資源

“力的作用是相互的”是蘇科版初中物理教材第八章的第四節，這節課的特點是：(1)表面上看內容單調，總體上是定性要求，不易引起學生的興趣；(2)這節課的結論是用歸納法獲得的，需要學生經歷豐富的感性體驗作為學習和理解概念及原理的基礎；(3)在學習這節課的具體內容之前，多數學生的前概念已形成，即普遍存在對力的概念的模糊認識，頑固地認為力的作用是單向的，即施力者不會成為受力者；(4)“力的作用是相互的”在日常生活和科學技術領域有大量和重要的應用，但原理相對復雜.針對上述特點，筆者選擇應用和開發低成本的“非常規物理實驗”進行本節課的教學.采用這一策略主要是基于以下幾點：

(1)“非常規物理實驗”現象新奇、有趣，容易激發學生的興趣和動機

一般情況下，實驗的目的是為了驗證結果，或是展示物理現象、或是探尋物理規律，讓學習者通過實驗掌握相關科學知識.但實驗又不能僅限于常規的流程，如果能利用學生身邊熟悉的物品來展示現象或體驗嘗試，新奇的實驗現象更加生動有趣，更容易激發學生的興趣和動機.如通過“長氣球尾部噴彩色紙屑”模擬反沖運動，說明“力的作用是相互的”，學生課上的體驗性非常深刻，不僅學習興趣得到了激發，并且有效引導了學生學會對物理現象進行深入細致的觀察與思考(如圖1).

圖1

(2)“非常規物理實驗”材料簡易、成本低廉，易于學生自己設計制作

如學生利用橡皮筋和小氣球做形變實驗，可操作性強，合作程度高，實驗很容易成功，能直觀、清晰的說明“力的作用是相互的”(如圖2).這樣的過程能讓學生在設計制作中充分發揮自己的長處，獲得成就感，培養其創新意識和實踐能力.同時體現豐富的物理內涵，凸現科學探究的價值，讓學生在創設問題情景中，與同伴合作，不斷試探，分享經驗，共同提高.

圖2

(3)“非常規物理實驗”對掌握概念、拓展知識有獨到的教學功效

根據學生存在的錯誤前科學概念，教師可以針對性地開發和應用實驗過程，不斷激發學生的認知沖突，有效地建構科學概念，理解科學原理.如設計“用手指壓筆尖”，“直升機模型與紙風車運動”實驗，較好的處理了概念構建與認知沖突的關系，拓展提升了學生的認知水平，讓學生在“動手做”的過程中有所見識，掌握問題研究的科學方法(如圖3).

圖3

3 如何有效發揮“非常規物理實驗”在本節課教學中的作用

本節課教學設計是以“力的作用是相互的”為主線，分兩個階段開展教學活動：一是在教師指導下自主建構對“力的作用是相互的”概念認識；二是師生共同設計和討論“力的作用是相互的”原理的應用實例.

(1)建構科學概念中的實驗教學設計

在課堂教學的第一階段，學生活動圍繞施力的物體是否同時受到受力物體的作用(或受力的物體是否同時對施力物體作用)的問題進行.在播放視頻“拳擊”和“足球比賽”的情景后，提出問題，引發學生思考(如圖4).

圖4

在接下來的探究過程中，教師設計了一系列學生自己易做易體驗的非常規實驗：

實驗1：用手指壓筆尖

如果用鉛筆的筆尖壓向另一手指，筆尖作為施力體對手指作用，學生很容易體驗到施力體對受力體的作用，但反過來，筆尖是否受到手指對它的作用，學生就難以體驗了.所以在這個實驗中，以手指為施力體，讓手指壓筆尖，問學生：你的手指有什么感覺？說明什么問題？

實驗2：甲同學站在一輛滑板小車上推另一輛滑板小車上的乙同學

圖5

通常老師選用穿旱冰鞋的學生推墻的實驗，墻推學生的現象也是很明顯的，但學生可能認為墻推不動，因此才會把人推走.如果選用兩學生對推的實驗，誰是主動施力者也不明顯，所以讓甲同學用力推乙同學的背部(如圖5)，通過猜想和現象觀察，更有利于糾正錯誤的前概念.

實驗3：磁體與鐵塊相互吸引

通常,學生對兩磁鐵間的相互作用是沒有疑義的，但對鐵吸磁鐵卻有些懷疑.因此，該實驗選用鐵塊和磁鐵，并且按下述步驟進行：

如圖6所示，在兩輛小車上分別固定一磁體和一鐵塊.先將固定鐵塊的小車向固定磁體的小車靠近，至一定距離后釋放固定有鐵塊的小車，觀察到吸引現象，說明“磁體能吸引鐵”.再將固定磁體的小車向固定鐵塊的小車靠近，至一定距離后釋放固定磁體的小車，觀察到吸引現象，說明“鐵同時也能吸引磁體”.然后將固定鐵塊的小車與固定磁體的小車相互靠近，至一定距離后同時釋放，觀察到吸引現象，說明“磁體與鐵的吸引作用是同時發生的”.

圖6

實驗4：同種電荷互相排斥

取吸飲料的干燥吸管兩根，用干燥的紙巾在吸管上摩擦，可觀察到兩吸管排斥，說明斥力作用是相互的.

實驗5：體驗摩擦力作用的相互性

讓學生用右手摩擦左手，或用左手摩擦右手，體驗摩擦過程中受的阻礙作用是相互的，同時發生的.

這組實驗設計重點在于引導學生克服并消除存在的“主動施力者不會受力”的錯誤前概念，而且列舉了彈力、摩擦力、磁力和靜電力的實例，從而使學生通過歸納得出有說服力的結論：“一個物體對另一個物體有力的作用時，另一個物體也同時對這個物體有力的作用，即力的作用是相互的”.

在上述通過感性體驗建構概念的基礎上，筆者安排了一組學生自主性實驗，即讓學生自己設計，交流演示并講解，進一步認識“力的作用是相互的”內涵(如圖7).

圖7

學生們設計的實驗主要有：用一只氣球去壓另一只氣球、用一根橡皮筋去拉另一根橡皮筋、用一只彈簧測力計去拉另一只彈簧測力計.

雖然上面實驗的難度不大，但由于學生的可參與度高，不同層次的學生發揮的智慧潛能及各自得到的收獲是不同的，在同伴互助與交流的過程中，他們學會彼此間的合作與取長補短，共同提高，課堂的生成性效應是精彩的.

(2)應用科學知識過程中的實驗教學設計

在這一階段的教學中，筆者考慮圍繞生活中“力的作用是相互的”應用實例以及現代科技領域的相關應用實例進行教學，穿插隨手取材的實驗，使學生直觀而通俗地了解知識應用的原理.教學安排由淺入深，例如，從游泳、劃船，到直升飛機和火箭等.

為使學生更好地感悟知識應用中的創造思想，筆者設計了如圖8所示的活動.

①讓學生閱讀課本中的“奇思妙想”，從解決問題的情景中感受知識的應用.

②在氣球反沖的實驗中，選擇了長氣球，并在球內放入一些小紙屑，將打足氣的長氣球放手，可以明顯看到紙屑

圖8

隨氣流向后方噴出，同時，氣球向前方飛去.

③由兩位學生合作玩“玩具直升機”模型，引導學生觀察直升機模型與紙風車的運動情況，了解直升機升空的原理是“力的作用是相互的”性質的應用.

④在小結階段，展示了往屆學生制作的動力小車和動力小船模型，鼓勵學生課外動手探究，發揮自己的聰明才智.

這些活動讓學生獲得了一種身臨其境的感受，他們在課后不僅會用心關注類似的物理現象，一些興趣和積極性高的學生還會自己動手去做，去探究更深層次的知識應用，如制作“水火箭”之類，進而在親身實踐的基礎上發現科學的無窮魅力.

總之，這節課采用開發非常規物理實驗的資源來組織教學，精心設計了實驗的內容與方式，學生參與實驗的的積極性很高，教學效果也較理想.

參考文獻：

張偉，郭玉英，劉炳昇.“非常規”物理實驗概念探討.物理教師，2006，(8).

劉炳昇.中學理科實驗教學指導——初中物理分冊.南京：江蘇科技出版社，2012.