低成本實驗在高中物理習題教學中的應用

張松

摘 要：對于高中物理知識的學習，相關(guān)的物理實驗是必不可少的。物理教師們要發(fā)散自己的思維，用生活中的物品或者低成本的實驗儀器，來進行物理實驗的教學。文章以低成本實驗在高中物理教學中的應用為主題進行全面的分析和探討。

關(guān)鍵詞：低成本實驗 高中物理 習題教學

當實驗研究不僅僅局限于興趣，而是與志趣結(jié)緣時，學生的潛力是無限的，他們的熱情也是巨大的。學生在不斷探索的過程中，不知不覺地培養(yǎng)了質(zhì)疑能力、觀察能力、思考能力，以及嚴謹求實的科學精神，這是作為一個社會人在以后的發(fā)展中最需要的能力和精神。當學生離開學校離開物理后，在他們身上留下的這些品質(zhì)是最可貴的。

1 模擬問題情境，提供實物支撐

很多物理問題來自于生產(chǎn)和生活， 而現(xiàn)在的學生動手機會少， 對生活中的物理現(xiàn)象缺少觀察和深入思考。 由于缺乏經(jīng)驗，學生在解決這些問題時，很難構(gòu)建物理情境。 這些問題如果單純從理論上進行解釋， 極有可能導致教師費盡口舌而學生仍然云里霧里。 案例 1 ：高速公路邊的導向牌用鋼管 a ， b 固定在立柱上，對鋼管 a ， b 受力分析正確的是（ ）

A.a被拉伸，b被壓縮； B.a被拉伸，b被拉伸；

C.a被壓縮，b被壓縮； D.a被壓縮，b被拉伸。

這個習題是必修1彈力一節(jié)課上的一個課后習題，多數(shù)學生無法構(gòu)建起路牌的情境，導致無法喚起記憶表象。為了讓學生有足夠的情境體驗，在課堂上，教師請每位學生拿出物理課本進行體驗。

（1）用右手的食指和中指夾住課本的上半部分，讓課本處在豎直平面內(nèi)，觀察課本的狀態(tài)，感受手指用力的部位。

（2）同時用左右手的食指和中指分別夾住課本的上半部分和下半部分，同樣讓課本處在豎直平面內(nèi)，觀察課本的狀態(tài)，感受兩手分別用力的部位。學生明顯感覺到課本上部手指受到向外拉的力，而下部的手指受到向內(nèi)壓的力，也就是說，上部的鋼管a被拉伸，而下部的鋼管b被擠壓，因此，選項b正確。

2 再現(xiàn)物理過程，深入揭示本質(zhì)

物理習題教學的關(guān)鍵在于讓學生厘清物理過程，但是，在通常情況下學生對物理過程的分析往往停留在紙面上。有時候因為觀察力不強，審題不仔細，遺漏信息或獲取錯誤的信息，或欠缺推理和想像能力，導致構(gòu)建錯誤的物理過程。在習題教學中用低成本的真實的實驗則能反映出物體真實的過程，便于讓學生發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。

案例2：一輕質(zhì)桿上有兩個質(zhì)量均為m的小球a，b，輕桿可繞O點在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，Oa=ab=L，現(xiàn)將桿拉成水平，再靜止釋放，當桿轉(zhuǎn)到豎直方向時，試問：對a球來說，機械能是否守恒？若不守恒，則桿對小球所做的功為多少？在該題中涉及桿的彈力做功問題，這其實是一個非常復雜的問題，因為桿的彈力不一定沿著桿的方向，因此不能確定其方向，那么如何來求其做功呢？盡管從解析中可以用能量的方法來巧妙地解決這一問題，但是很多學生還是不很理解，也許僅用理論分析是不能讓學生明白桿的作用的。筆者在實際教學中為了突破這一難點，制作了以下動態(tài)實驗。在教室里就地取材，找兩個膠帶卷A，B，用膠帶將兩個膠帶卷系在一條線上。膠帶O端抓在手上，將膠帶卷A，B拉至水平并由靜止釋放，會明顯觀察到膠帶圈A比膠帶圈B先到達豎直位置。由于兩膠帶在向下擺動的過程中，膠帶OA拉力與膠帶圈A的速度成直角，OA對A不做功。膠帶AB與膠帶圈A的速度方向成鈍角，對A做負功；膠帶AB與B圈的速度方向成銳角，膠帶AB的拉力對B做正功。該動態(tài)實驗可以讓學生理解案例2中在兩球角速度相同的情況下桿對小球a做負功，對小球b做正功，從而實現(xiàn)了機械能在兩球之間的相互轉(zhuǎn)化。這個實驗取材簡單、實驗巧妙，不費吹灰之力就讓學生明白了為什么桿對小球a做負功。

3 驗證習題結(jié)論，提高感知效果

學生認知結(jié)構(gòu)的不完善容易導致學生對某些習題的結(jié)論充滿懷疑，此時教師可以安排低成本演示實驗來驗證習題的結(jié)論，學生通過親眼目睹實驗現(xiàn)象，順利達到對薄弱知識的鞏固和加深的目的，進而完善自己的認知結(jié)構(gòu)。

案例3：用一根細繩和一根輕直桿組成三角支架，繩的一端吊在手指上，桿的一端頂在掌心。當在A處掛上重物時，繩與桿對手指和手掌均有作用力，對這兩個作用力方向的判斷完全正確的是（ ）

在該案例教學中，讓學生做以下實驗就能達到良好效果：每人一根繩子，一支鉛筆或水筆，一個重物，做通過這樣的實驗，學生自己就能作出正確的選擇。在該實驗中，由于學生身體的一部分作為實驗儀器，在實驗過程中學生的大腦處于興奮狀態(tài)，身體的感覺促使他們的思維積極地活動起來。通過實驗分析，學生會盡力地進行抽象、概括，找到規(guī)律性的東西，并通過體驗得到正確的結(jié)論。

案例4：某物理興趣小組的“水流導光”實驗裝置：在透明長塑料瓶左側(cè)下方開一個小孔，向瓶中注入清水，一股水流便從小孔流出。在瓶右側(cè)將激光筆對準小孔，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)光束并未完全約束在流出的水流中，則

A.可能是水面過低引起的；

B.可能是孔徑過大引起的；

C.需換用波長更大的激光使光完全約束在水流中；

D.需換折射率更小的液體使光完全約束在液流中。

評析：該題來源于人教版高中物理選修3-4第53頁的“做一做”，題中的示意圖也是課本的原圖，體現(xiàn)命題者希望教師在教學過程中重視課堂實驗的命題意圖，在體現(xiàn)對知識和方法考查的同時考查過程和經(jīng)歷。筆者曾用市場上買來的激光筆做過這個實驗，發(fā)現(xiàn)當液面過低時光確實會漏出來。親眼所見和親身體驗這是學生積極學習的動力，我們現(xiàn)在的物理課堂缺少這種“物”的東西，教師喜歡直奔主題——“理”。而從認知的角度來說，“理”建立在“物”的體驗上，只有經(jīng)歷了“物”的美好，才能激發(fā)“理”的本質(zhì)。

結(jié) 語

在物理教學中充分利用與開發(fā)低成本實驗，對于教師來說，利用身邊隨手可得的普通物品做物理實驗大大降低了實驗準備的難度。對于學生來說，低成本實驗拉近了物理與生活的距離，讓學生體會到生活中處處有物理，激發(fā)了學生的學習興趣和探究熱情。因此，教師應做一個有心人，積極開發(fā)積累幫助學生理解概念、形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、掌握規(guī)律的低成本實驗，使學生在掌握知識的同時，從物理實驗中獲得豐富的感性認識、增強探索意識、提高實際操作能力。

參考文獻

[1] 朱鐵成。物理課程與教學研究[M].杭州：浙江大學出版社，2008.

[2] 趙力紅，臧文彧。高中物理探究性趣味實驗[M].杭州：浙江大學出版社，2002.