趣味“游戲”在高中物理教學中的應用

陳 龍 顧榮芳

(無錫市第三高級中學 江蘇 無錫 214028)

體驗到的東西最具真實感，能使人留下深刻印象．我們親身經歷過的事情不容易遺忘，也更易于被我們接受．根據美國緬因州國家物理實驗室的“學習金字塔”模型，在兩周后的平均學習保持率(即兩周后還能記住多少)中，講授式教學的學習保持率最低，僅為5%，而實際演練(即在做中學)的效率可以達到75%以上．這表明只要選對了學習的方式，即學生主動參與學習，就一定會取得非常可喜的效果．

在高中物理教學過程中，常常會出現學生對于一些抽象概念和規律理解困難的現象．教師單純的講授既占用時間又無法達到預期的效果，而中學生的學習興趣持續時間短，這時若設計一個針對性趣味“游戲”，不但可以將抽象的概念具體化，幫助學生理解，還可以拉近物理與生活的聯系，提高學生的學習興趣，讓學生進行親身體驗，進而主動地思考、挖掘游戲后面隱藏的物理知識．教學過程中恰當地增設趣味“游戲”對于構建高效課堂很有幫助．下面結合具體實例和大家分享幾個筆者實踐過的趣味游戲．

1 特殊的拔河比賽

在學習摩擦力的時候，曾碰到如下的問題．如圖1所示，一本大字典置于桌面上，一張A4紙(質量和厚度均可忽略不計)夾在字典最深處．假設字典的質量分布均勻，同一頁紙上的壓力分布也均勻，字典總質量M=1.5 kg，寬L=16 cm，高H=6 cm，A4紙上下表面與書頁之間的動摩擦因數均為μ1=0.3，各接觸面的最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力，重力加速度g取10 m/s2.若將A4紙夾在離桌面高度為3 cm處，要將A4紙從字典中水平向右抽出拉力至少做多少功？(字典固定在桌面上)

圖1 抽出字典中夾的紙

在巡查學生們解答時發現，絕大多數學生只計算了克服一個A4紙與字典書頁之間摩檫力做的功．由此，在筆者開設的“趣味物理”選修課上設計了一個特殊的拔河比賽，讓學生們親身體驗．開始活動前，問：班上哪位學生力氣最大，敢不敢跟老師來一場“拔河比賽”，老師年長一些就用3根手指，參加挑戰的同學可以用兩只手．年輕氣盛的高中男生這還怎么受得了，一時間很多男生舉手要來跟筆者較量．筆者從袋子里拿出一條普通的毛巾，如圖2所示．

圖2 普通毛巾

然后把攤開的毛巾折疊成圖3(a)所示，筆者用3根手指緊緊捏住毛巾的中間處，如圖3(b)所示，請挑戰的學生雙手各拉毛巾的兩端，看是否能把毛巾折疊處拉開．結果是挑戰的學生咬著牙紅著臉，但筆者還是紋絲不動，他們低喪著頭紛紛敗下陣來．見狀筆者內心膨脹了，請兩位大力士共同來挑戰，一人拉毛巾一端，這次筆者“大意了”，很快毛巾就被拉開了，學生們開心地笑了．筆者表示：大意了，再來一次敢不敢來戰？筆者把毛巾多疊了幾層如圖3(c)所示，用一只手緊緊抓住毛巾中間，如圖3(d)所示，請剛剛贏的兩位學生再次來參加比賽，結果大家應該都能猜到，任他們怎么用力，毛巾始終沒被拉開．旁邊觀看的學生們開始沸騰了，一個個開始疑問老師怎么這么有自信．

圖3 用毛巾展示“特殊的拔河比賽”

游戲揭示的物理知識：老師請同學們觀察圖3時中間折疊處毛巾有多少個接觸面， 圖7時中間折疊處毛巾又有多少個接觸面，毛巾比較粗糙，接觸面間施加正壓力，任何兩個接觸面間有相對運動或相對運動趨勢是都會產生滑動摩擦力或靜摩擦力．所以當一只手緊緊握住有多個接觸面的毛巾時，總的最大靜摩擦力很大，很難被拉開．

2 摩擦力方向判斷

人行走(汽車跑動)時地面給人腳(汽車車輪)的摩擦力方向如何?

學生們在學習摩擦力的時候，易知人正常行走時地面給人的腳底的摩擦力是靜摩擦力．但給前腳底和后腳底的摩擦力的方向如何呢?類似的問題，后輪驅動的汽車，地面給主動輪和從動輪的摩擦力方向如何呢？判斷靜摩擦力方向常用的方法是假設接觸面光滑，然后相對運動趨勢就可以凸顯出來，從而得出與相對運動趨勢相反的方向即為靜摩擦力的方向．但上面的問題對于高一的初學者來說，往往難度較大，不容易想象．

在課堂上筆者設計了如下活動讓學生體驗：把從飯店收集回來的幾十只一次性圓截面的筷子平行地鋪在地面上，如圖4(a)所示．然后請學生正常行走時把前腳踏在鋪好的筷子上面，如圖4(b)所示，明顯可以看到這些筷子向前面滾，前腳掌也跟著向前滑；接著請學生正常行走時把后腳踏在鋪好的筷子上面，如圖4(c)所示，明顯可以看到這些筷子向后面滾，后腳掌也跟著向后滑．通過這個游戲可以清楚地把學生們不易想象的相對運動趨勢顯現出來．

圖4 體驗地面對腳的摩擦力

游戲揭示的物理知識：后腳掌相對地面有向后的運動趨勢，所以地面給后腳掌的靜摩擦力向前；前腳掌相對地面有向前的運動趨勢，所以地面給前腳掌的靜摩擦力向后．同樣也可以把遙控玩具汽車前輪和后輪分別放在鋪好的筷子上，打開遙控開關讓汽車啟動，讓學生觀察筷子的滾動方向，從而得知后輪和前輪相對地面的運動趨勢的方向，由此得知地面給前、后輪靜摩擦力的方向．

3 能傾斜著立起來的易拉罐

教師在授新課“重力”的時候，會講到重心的概念，對于形狀不規則或質量分布不均勻物體重心位置的確定通常懸掛一個不規則硬紙板的方法演示實驗(即用懸掛法)，但通常這種紙板質量是均勻分布的．筆者用喝完飲料的空易拉罐代替課本實驗，趣味性更強．問學生們能否讓易拉罐斜著立起來，學生們試了試，發現怎么都立不住．筆者這時提供給學生們一杯水，讓他們往易拉罐里慢慢加入水，每加一定量的水，嘗試能否把易拉罐斜著立起來．嘗試幾次后會發現加入三分之一左右的水時易拉罐最容易斜著站立在桌面上，如圖5所示．

圖5 能傾斜立起來的易拉罐

游戲揭示的物理知識：易拉罐空著的時候其重心幾乎在圓柱體中心(地球對空易拉罐各部分重力的共同作用效果相當于全部集中在圓柱體中心處)，易拉罐所受重力方向豎直向下，桌面對易拉罐的支持力豎直向上，兩者作用力方向不共線，不能滿足二力平衡所以立不住．當加入三分之一左右的水時易拉罐和里面水整體的重心與桌面支持力的作用點在同一豎直線上，重力與支持力可以達到二力平衡，故能斜著站立在桌面上．

4 能裝電荷的碗

在新授課“電容器的電容”，教師引入課題時一般是直接展示工廠正規生產的電容器實物或照片，如電路板上常用的柱形電容器、電扇上用的電容器．雖然這說明電容器在我們的生活中應用廣泛，但學生不能清楚看見其內部的結構，會覺得比較高端，而且不能激發學生的學習興趣．筆者授課時設計了一個趣味游戲．問題：毛皮摩擦塑料棒，有很多靜電產生，有沒有方法像水一樣把它儲存起來加以利用？這個碗行嗎？(展示碗)

兩個一模一樣的金屬碗，在中間放上一層塑料膜，然后把兩個碗疊起來，相互靠近．教師強調，盡管相互靠近，但是被塑料膜絕緣，如圖6所示．3位學生手拉手，第一個學生手托下面的碗，教師用毛皮摩擦PVC棒，把PVC棒和上面的碗的鋁箔紙引線接觸，然后讓第三個學生手觸摸上面碗的碗底．讓學生體驗被電的感覺，并讓學生說說感受，思考說明什么？

圖6 趣味游戲能裝電荷的碗

師：可見這個碗有沒有能力儲存電荷？(生：有)人們就發明了這種可以儲存容納電荷的容器，叫做電容器．

游戲引入的物理知識：很自然地就可以引入能夠儲存電荷的容器叫電容器．借助“兩個金屬碗和塑料膜”讓學生了解電容器的構造．兩個金屬碗相互靠近但絕緣，中間的一層塑料膜起絕緣作用．形形色色、多種多樣的電容器都有3個基本組成：兩個相互靠近但絕緣的導體，中間夾一層絕緣物質——電介質．

正如麥克斯韋所說：一項實驗，使用的材料越簡單，越生活化，學生就越想透徹地獲得實驗中所隱藏的奧秘．在如今各種高科技的實驗設備越來越多地走進中學實驗室的今天，利用日常生活用品來做一些物理實驗，能體現“從生活走向物理”“從物理走向社會”的新課程理念．在物理教學中，希望教師盡可能引導學生利用身邊的日常用品或廢舊用品，設計一些材料易找、裝置簡單、直觀性強、現象明顯的創新小實驗，為學生創造豐富多彩的學習情境，激發他們探索科學的好奇心和求知欲，引發他們學習物理的激情與動力，讓他們在收獲知識的同時，又收獲歡聲笑語．