增強實驗效果提升探究效率的策略
——以“摩擦力”實驗教學為例

江蘇省儀征市第三中學(211400) 毛福文

實驗是物理的基石,實驗教學是物理教學的根基,是學生學習物理的樂趣所在。沒有實驗,物理將會變得枯燥乏味,學生學習起來毫無興趣。教學中,教師要想方設法開設物理實驗,開設有趣有效的物理實驗是教師教學的首要任務。尤其是初中階段,學生心智尚處在快速發展期,對抽象的理論推導和概念理解有一定的難度,但是他們對實驗中涉及的觀察、操作、探究等興趣濃厚。通過實驗可以很好的培養學生的觀察能力、直覺思維,從而將物理學習的難度降低,提升學生的學習興趣和動力。在教學中,一些實驗由于沒有注意細節,導致實驗效果不佳,不能發揮應有的作用。

1 增強可視性

觀察對實驗而言非常重要。有了觀察,才可能從中發現問題、提出猜想,進而設計實驗方案進行實驗驗證,得出結論,完成探究過程。所以說觀察是一切探究過程的起點。在實驗中,學生是實驗觀察的主體,因此實驗設計一定要考慮學生能否方便快捷地觀察實驗現象、記錄實驗數據,否則實驗就失去了應有的探究價值。

在人教版“摩擦力”一節的教學中,學生首先要通過二力平衡的原理學會如何測量滑動摩擦力的大小,其實驗裝置如圖1所示,這是本實驗的第一個環節,也是關鍵環節。實驗中,若是教師演示,學生觀察,只有前面靠近講臺的學生可以觀察到實驗過程、現象、彈簧秤讀數,其他學生無法觀察到整個實驗過程,因此有必要對實驗進行改進,提高學生的可視性。

圖1 測量滑動摩擦力的大小實驗裝置

第一,利用信息化手段將教師實驗過程投影到大屏幕上。這樣做有兩個好處,其一是將實驗器材、彈簧秤讀數放大,有利于學生清晰觀察；其二是將學生對實驗的觀察方式變成多維立體的,觀察效果更好。

第二,將演示實驗變成分組實驗。通過教師演示,放大投影之后學生對實驗的基本步驟、注意事項有所了解,然后將學生2～4人為一組,開展實驗探究。在探究過程中不僅學生主動性得到增強,而且學生與實驗器材距離更近,觀察更容易。

2 提高可操作性

實驗的可操作性對實驗的成功率、實驗的效果影響很大。實驗可操作性,需要教師考慮到器材使用的簡便性、學生實驗技能、實驗原理的可行性等方面。有些實驗其原理沒問題,器材操作也很簡單,但是對實驗者的操作技能要求太高,初中學生幾乎不可能完成,這樣的實驗其效果將會大打折扣,學生在實驗中普遍受挫,打擊了學生學習的積極性。

人教版“摩擦力”一節中“研究影響摩擦力大小的因素”實驗裝置如圖2所示。通過實驗讓學生完成表1后得出結論。本實驗看起來簡單,但實際操作卻非常困難,原因在于學生要準確測出滑動摩擦力的大小,要用彈簧秤勻速拉動木板,這一點初中學生幾乎不可能做到。

圖2 研究影響摩擦力大小的因素實驗裝置

表1 實驗操作

為了增加實驗的可操作性,讓學生能順利完成實驗,可將裝置改進為如圖3所示。木塊A通過彈簧與豎直擋板連接,實驗中只要將木塊B拉出,不論是勻速拉出,還是加速或減速拉出,由于木塊A保持靜止不動,其所受摩擦力與彈簧拉力二力平衡,滑動摩擦力大小通過彈簧秤的示數即可得到。

圖3 改進實驗裝置

3 增加趣味性

實驗的趣味性是實驗能夠吸引學生的關鍵,設計有趣的實驗可以將學生的注意力聚焦到課堂探究中,提高課堂探究的效率。設計實驗時教師就需要考慮學生對什么感興趣,實驗的素材盡量貼近學生生活實際,盡量利用學生身邊的一些物品來完成實驗,另外還可以設計一些讓學生感到意外、覺得驚奇的“非常規”物理實驗。“非常規”物理實驗是指有目的地選擇“實驗室之外的其他存在物”開展的體驗性、趣味性物理實驗教學活動。

實驗1：難分難解的書。將兩本厚度相同的書,逐頁交叉對插,如圖4所示,然后讓兩個學生各自抓住一本書,學生發現很難將兩本書分開。引導學生思考：平時很容易分離的書,現在為何難以分開?

圖4 難分難解的書實驗現象

實驗取材于生活中的常見物品,與學生生活密切相關,且實驗現象明顯、實驗結果出乎意料,學生對實驗表現出極大的興趣。

4 滲透創新性

要培養具有學科素養,能夠適應未來社會變革,推動社會發展的公民,就要培養學生的創新意識和創新能力。物理是基礎教育階段的重要課程,理應肩負這樣的使命。學生創新意識和創新能力的培養需要在日常課堂教學中逐步滲透,不放過任何契機。實驗是物理教學的重要內容,也是可變性最多、最靈活的教學內容,通過對實驗器材、原理、數據處理等方面的改進,可以很好地對學生進行創新意識和創新能力的培養。

人教版“摩擦力”一節中研究滑動摩擦力大小的因素的實驗,在測量滑動摩擦力大小時,操作困難,為了克服這一困難,將實驗裝置進行改進(見圖3),這樣就避免了木板一定要做勻速直線運動的難題。解決老問題卻帶來新問題,圖3中滑動摩擦容易測量,操作也更加方便,但是由于彈簧秤的自重會導致實驗中彈簧秤的示數出現偏差,實驗中彈簧秤很難處于水平狀態,拉力與摩擦力就不在一條直線上,使得實驗誤差增大。為了實驗更精確,還需要對實驗裝置做進一步改進,如圖5所示。利用定滑輪改變力的方向,克服了前面遇到的難題,實驗操作更加順暢。當然,圖5實驗也并非完美無瑕,實驗時要注意：第一,彈簧秤自重可能導致其初始讀數不為零,實驗前需要調零；第二,滑輪處有摩擦,實驗時選用分度值較大的彈簧秤。教學中為了培養學生的反思能力、創新意識,可以引導學生對圖5中的實驗裝置提出質疑,反思何處不夠理想,讓學生思考有無更好的解決辦法。在完成研究影響滑動摩擦力大小的因素的實驗后,還要引導學生思考：你猜想還有沒有其他因素影響滑動摩擦力的大小?如何驗證?這些開放性的問題對學生思維造成有力沖擊,增強學生的反思意識、批判意識,從而培養他們的創新精神。

圖5 實驗改進圖