高中物理學生課外實驗模型研究

黃領章

摘 要：本文主要討論高中物理教師在教學過程中，遇到教學難點而學生又難以理解和掌握時，可以開創性地設計一些拓展性，趣味性的實驗，最好讓學生親自動手去做，以利于學生能更好地掌握物理知識和規律。

關鍵詞：拓展性;實驗模型;課外實驗

對物理學科來說，學生從初中進入高中之后，對很多物理知識的教學要求從定性的分析 提高到定量的計算，對學生的思維品質要求有了很大的提高，特別是對農村高中基礎不好，思維不強的學生來說，學習高中物理頓時感到很吃力。這時，我們老師往往是講了基本知識和規律之后，通過大量的練習訓練，讓學生掌握知識和規律，但往往收效不高。這時，我們可以借助適量的實驗手段，去幫助學生更好地理解相關知識點。我們除了在課堂上做好演示實驗之外，可以不斷挖掘、拓展更多的實驗模型，要求學生課外親自動手做一做，獲得切身的體驗，這對于提高教學效果大有幫助。

下面，我根據個人教學過程中的幾個實例，來闡述如何拓展實驗模型，指導學生開展課外實驗。

一、學生自制游標卡尺

長度的測量是高中物理要求學生掌握的基本知識，其中，游標卡尺的使用又是一個重難點。教學中，教師會花大量的時間和精力去講解游標卡尺的原理，并教會學生如何讀數，甚至還給出了公式，讓學生套公式去讀數，學生課堂上似乎也會了，但沒過幾天，又全部忘記了。究其原因，就是對游標卡尺的原理沒有深刻的理解，要是能讓學生親自動手做一把游標卡尺，也許情況就不一樣了。

（一）制作材料

規格為59mm和39mm的PVC線槽各一根，有機板，磁片，單芯紅色膠皮導線（直徑1mm），單芯黑色膠皮鋁線等。

（二）制作方法

取規格為寬59mm，長1500mm的PVC線槽板的上下端邊緣每隔40mm各鉆一個孔，每條邊緣鉆33個孔，再用紅色導線從上下端反復穿過小孔，就形成主尺刻度線。

取規格為寬39mm，長500mm的PVC線槽板一根，按主尺的制作方法，制作10分度的游標尺，將主尺上總長度9個分度對應在游標尺上分成10等份，做成游標尺。

按照實物對應的結構，把游標尺鉗在主尺上，再按相關工藝流程做好內抓，外抓，游標卡尺就做好了。

做出來的游標卡尺是按一定的比例放大的，可以讓學生拿手對實物進行實際測量，讓學生去體會其中的原理。通過學生親自動手去制作游標卡尺，學生會對其原理有深切的體會，會更好地理解，記憶其使用方法。

二、做連接體模型實驗

連接體問題，是力學中的一個典型問題，兩個或以上的物體相互作用，就是連接體，分析時必須用到整體法或隔離法，它體現了整體與局部，局部與局部之間的相互關系。在教學過程中，學生苦于不會選取研究對象，沒有明確的對象思想，思想方法混亂，內力外力不分。

為了讓學生有更深的體驗，我們可以設計一個連接體模型實驗，讓學生體會其中的物理學思想方法。

（一）器材：四塊相同的滑塊，四根相同的輕質彈簧，鉤碼若干只，細繩一條，彈簧稱，打點計時器，紙帶，帶滑輪的長木板。

（二）實驗方案和步驟：①先測出彈簧的勁度示數;②用彈簧稱勻速拉動一塊滑塊，測出滑動摩擦力;③用輕質彈簧將四塊滑塊連接在一起，每塊最前面放置一條;④用細繩系住最前面的彈簧，細繩跨過滑輪，與鉤碼相連;⑤紙帶系在最后的滑塊上，穿過打點計時器;⑥讓滑塊在鉤碼的拉動下，做勻加直線運動，測出加速度。在運動過種中，用帶有刻度的紙條貼在彈簧上，觀察其伸長量，計算每條彈簧的拉力;⑦依次分別取最后一塊滑塊，最后二塊，最后三塊，全部四塊為研究對象，結合牛頓第二定律，列出方程。

（三）分析數據：四個不同的研究對象，質量分別是M，2M，3M，4M，摩擦力分別是f ，2f，3f，4f，那么拉力是什么關系？會不會是F，2F，3F，4F？通過實驗去體驗，去驗證。

這個實驗較為復雜，應在老師的指導下，學生自己動手操作。這個實驗，實質就是在驗證牛頓第二定律實驗的基礎上改進，將一輛小車換成四塊滑塊，在滑塊前加置輕質彈簧，測出拉力大小。通過這個實驗，能讓學生體驗到為什么研究力學問題，進行受力分析時一定要選取研究對象，怎么選取，怎么區分內力和外力，進而掌握整體法和隔離法。

三、可轉動桿與固定桿的彈力方向問題

學生很容易明白，繩子只能對物體施加拉力，并且拉力方向只能沿著繩子方向，但對于桿而言，這要分兩種情況，即固定的不可轉動的桿和鉸鏈連接一端的可轉動的桿，所產生的彈力是不同的。

實驗方案很簡單，找兩根輕桿，其中一根將其一端固定在支架上，用手去作用另一端，發現無論力朝哪個方向，桿都不會動，說明固定桿對物體的作用力可朝任一方向。另一根將其一端用鉸鏈連接在支架上，讓其可自由轉動，用手去作用另一端，發現只有沿著桿的方向拉或推桿時，桿才會不轉動，沿其它方向推或拉桿，桿都會轉動，這說明鉸鏈連接的可轉動桿只能產生沿桿方向的作用力。

以上三個拓展性的實驗，都有別于課本要求的演示實驗和學生實驗，在我們看來，或許并不是“正統”的實驗，甚至不是很嚴密的實驗。但是，作為物理教師，只要能幫助學生加深理解物理知識，都應該想方設法讓學生去嘗試，不必一昧去追求實驗的嚴密性和規范性。在物理教學中，拓展性的實驗隨處可見，只要我們老師多做有心人，用心去發現，就會有收獲。

那么，怎么樣去拓展實驗模型呢，應基于以下幾點原則：

（一）源于教材，高于教材。拓展性實驗是基于教材教學需要，在教材演示實驗和學生分組實驗改進演變而來，如自制游標卡尺，連接體模型實驗等。演示實驗和學生分組實驗是教材的主要組成部分，是基于教學大綱的要求而設的，有很強的知識性，規律性，可操作性，是經過大量的實踐檢驗的。拓展性實驗可以在其基礎上，針對一些知識難點，進行一些改進。比如，學生實驗驗證力的平行四邊形定則，我們可以設計一個實驗，驗證速度的合成的平行四邊形定則。在摩擦力的教學中，我們可以設計出很多實驗，來說明摩擦力與摩擦因數，與正壓力，與運動狀態的關系，還可以驗證不管是靜摩擦力還是動摩擦力，都可作為動力，也可作為阻力等。

（二）源于習題，突破學生思維瓶頸。有些知識點，無論我們老師怎么講，學生怎么做練習，學生都不能深刻地理解。這時，我們作為老師，就應該去想一想，能不能通過某個實驗，讓學生能更好地理解呢？我們在教學中，老師總會歸納出不同的題型，分類給學生講，每類題型都會對應一定的知識點，對于難以突破的知識點，我們老師就可以想方設法設計一些拓展性的實驗，供學生操作練習。因而，拓展性的實驗，很多可以從習題演變而來。比如共點力的平衡，是不是遵守力的平行四邊形定則呢，我們可以設計將一個籃球掛在墻上，用彈簧稱去測量出各個力的大小，看是否遵守力的平行四邊形定則。

（三）注重定性分析。做拓展性的實驗，不必要求所有的實驗都做到嚴密規范，結果準確，定性的分析同樣重要。對物理學來說，定性的分析和定量的計算同樣重要，至于哪些要求定量計算，哪些要求定性分析，這要看教材對知識的實際要求。

（四）安全性和可操作性。任何事情，安全都應該放在第一位。拓展性實驗是我們老師設計出來的，沒有經過專家的論證，有些甚至沒有前人做過，作為老師，一定要充分考慮實驗過程的安全性，實驗可能出現的問題，并設法避免。同時，應該考慮實驗的可操作性，必要時應當有老師現場指導。

總之，鑒于物理學科的特點，我們老師在教學過程中遇到很多問題，學生難以理解，老師都可通過形象的事例，貼切的實驗讓學生更好地理解和掌握，這就是拓展性的實驗。當然，我們應該充分利用學校現有設備條件，很多實驗如果能通過DIS傳感器去做，效果會好很多。即便沒有很先進的設備，像農村高中，也可以利用一些最基本最簡單的器材，做好很多拓展性實驗。