例談高中物理力學實驗探究教學

陳磊

摘 要：物理作為一門應用性極強的自然科學類科目，具有集理論與實踐為一體的特征，實驗教學在整個課程體系中占據著異常重要的地位。力學既是物理知識的基礎，還是高中物理教學中的重要組成部分，力學實驗則是各種力學公式和原理的直接來源。基于此，本文主要以高中物理力學實驗為探究對象，同時分享一系列有效對策，以供眾多同行參考所用。

關鍵詞：高中物理;力學實驗;探究教學

在高中物理課程中，力學實驗和其他的物理實驗相同，也需要理論和實踐的統一。但是，在現階段的物理力學教學中，注重理論教學，忽視實踐操作，使得力學實驗枯燥無趣，學生逐漸喪失學習興趣，他們的思維發散性與實踐主動性比較缺乏。高中物理教師應設法改變這一現狀，科學優化力學實驗的探究方式與流程，調動學生的積極性，讓他們樂于探索力學的奧秘。

一、巧妙聯系生活實際，設計力學實驗探究

力學現象在實際生活中十分常見，高中物理教材中所出現的力學現象大多都同現實生活有著密切聯系，這為力學實驗教學的開展提供良好切入點。高中物理教師在力學實驗教學中，需全面發掘教材中的力學知識，把關鍵內容與學生的實際生活聯系起來，據此設計力學實驗，使其把深奧的力學現象同生活關聯起來，讓他們更為直觀地了解力學知識的本質。

比如：在進行“摩擦力”教學時，教師先讓學生思考一個生活問題：為什么停留在坡路上的汽車不會下滑？預設：因為汽車質量比較大，不考慮空氣阻力的影響。猜想：因為汽車受到地面的阻力作用。當他們充分思考以后，使其求知欲望被激發。接著，教師帶領學生一起做一個小實驗，把一只手按在課桌上面向前移動，感受桌面對于手的前進有什么樣的作用，結果發現桌面阻礙手的前進。解析原因：手受到桌面給它的摩擦力。然后教師適時給出摩擦力的概念，使其思考：為什么概念中要強調“相對”？讓他們帶著疑問學習新課，使學生的學習目標更明確，然后指導他們學習摩擦力的種類及產生條件等知識。之后，在教學中，將滑動摩擦力大小影響因素作為課堂探究重點，引導學生開展討論活動，并且做出猜想：滑動摩擦力的大小可能跟接觸面的粗糙程度、相對速度、壓力、接觸面的面積等因素有關，使其運用控制變量法展開探究，讓他們根據自己選擇的因素設計實驗及記錄數據的表格，完成實驗后，寫出實驗報告與同學相互交流。隨后教師組織學生根據實驗歸納結論：滑動摩擦力大小受到壓力、接觸面粗糙程度因素影響，和接觸面面積以及相對速度沒有關系;在壓力固定時，接觸面粗糙度大，其滑動摩擦力越大;在相同的粗糙程度下，壓力越大，其滑動摩擦力越大。

如此，教師從生活現象引入摩擦力，營造輕松的課堂氛圍，讓學生從新課一開始就進入興奮的學習狀態，從身邊的事例讓他們親自動手體驗摩擦力的存在，初步感知摩擦力的作用，并提供寬松的學習環境，使其自主選擇研究的課題，給予學生充足的探究時間，讓他們動手實踐、討論和交流，最終順利得出影響滑動摩擦力大小的因素，真正實現探究式學習。

二、賦予更多實驗機會，學生自行探究力學

在以往的高中物理力學實驗教學中，之所以很難獲得好的教學效果，究其原因主要在于沒有把學生放在主體地位，以至于他們無法充分展現個人能力及潛能，思維受到限制，難以發散開來。因此，高中物理教師應當為學生提供力學實驗機會，讓學生自主進行實驗設計，自主操作和完成實驗，使其把所學的理論知識運用到實驗實踐中，從而探究力學的原理。

在這里，以“牛頓第二定律”教學為例，教師先演示實驗。實驗一：將兩個完全相同的小車放在兩個相同的軌道上運動，小車A通過滑輪懸掛兩個鉤碼，小車B通過滑輪懸掛一個鉤碼，同時釋放。實驗二：兩車都掛一個鉤碼，在小車A上再放幾個質量很大的砝碼，同時釋放。由學生自由討論，通過這兩個實驗能不能找出加速度與力、質量之間的關系？他們總結后回答：實驗一中小車A受力大，速度變化快，加速度大;實驗二中小車A質量大，速度變化慢，加速度小。使其提出猜想：質量一定時，加速度隨力的增大而增大;力一定時，加速度隨質量的增大而減小。接著，教師引導學生結合提供的儀器設計一個實驗，物體質量固定不變，在不同力的作用下，測量物體的加速度，并且對加速度和力的定量關系進行分析。使其分組討論，每組設計一個實驗方案，并說明實驗的原理，結合他們的討論結果得出實驗方案：（1）調節軌道，平衡摩擦力;（2）改變桶和沙的質量，利用打點計時器打出小車在不同拉力作用下的幾條紙帶;（3）根據紙帶處理實驗數據，完成對應的表格，畫出圖像。之后，教師指導學生獨立完成實驗探究，注意控制變量法的使用，讓他們順利探究出小車質量一定時，加速度與合力成正比。

對于本節課教學，教師由演示實驗導入新課，起到拋磚引玉之效，驅使學生產生自行操作實驗探究物理原理的渴望，使其按照提出猜想、討論方法、設計方案、歸納注意事項、操作實驗、處理數據、分析結論的流程完成實驗，引導學生在定量條件下，探究加速度和力、物體質量之間的關系，借助實驗操作增強自身探究能力，并樹立尊重客觀規律與實事求是的科學態度。

三、親歷力學實驗流程，促進學生探究發現

針對高中物理力學教學而言，實驗有著相當關鍵的地位，通過實驗不僅能夠降低學生對理論知識的理解難度，還可以鍛煉他們的觀察能力、分析能力、思維能力、探究能力及動手能力，為其將來的學習做好鋪墊。這就要求高中物理教師在平常的力學實驗教學中，引導學生親身經歷整個實驗流程，使其體會知識的產生與形成過程，促進他們探究能力的提升。

例如：在學習“形變與彈力”過程中，教師先利用多媒體設備播放撐桿跳高、跳水、蹦床等比賽視頻，指出這都是運動員運用彈性形變時產生的彈力，然后讓學生也列舉一些身邊利用彈力的例子，如：拉弓射箭、彈弓等，順勢引出課題：那么彈力是如何產生的？使其操作小實驗：用手按壓彈簧、海綿和彎曲竹片，說出看到的現象，即物體的形狀或體積發生變化，指出這就是形變，引導他們在不損壞物體的情況下讓物體發生變化，使其探究橡皮筋、橡皮泥、彈簧、鋼尺等物體的形變。接著，教師在課桌上面放一本書，詢問：桌子會發生形變嗎？學生觀察后發現僅靠肉眼無法看出桌子是否發生形變，然后教師演示“任何物體都會發生形變”的微小實驗，簡單介紹顯示微小形變的裝置，讓入射光的位置不變，將光線經M、N兩平面鏡兩次反射，射到一個刻度尺上，形成一光亮點，用力壓桌面，使其說出看到的現象，即為光點在刻度尺上面移動，這表明桌子產生形變，導致M、N平面鏡的位置發生微小變化，讓他們意識到一切物體在力的作用下都會發生形變。教師講述：形變分為彈性形變與塑性形變兩類。設疑：能夠發生彈性形變的物體，在任何情況下都是發生彈性形變嗎？指導學生操作課本中的實驗，使其處理數據與尋找規律，讓他們了解彈性限度。

針對本節課教學，教師從身邊常見現象入手，利用物體形變過程，讓學生深入探究物體形變和彈力的關系，了解彈力的現實意義，使其在教師演示實驗與親自操作實驗的相互配合下體驗彈力的探究過程，知道實驗中慣用的假設推理法與微量放大法，組織學生主動參與實驗過程，開展討論和交流活動，體會實驗探究的艱辛和樂趣。

四、積極組織小組實驗，學生深入探究力學

高中物理教材中選編的力學實驗同初中相比，不僅深度有所提升，難度也有所增大，不少實驗僅靠一個人很難獨立完成，這就要用到小組合作，讓學生都親身參與到力學實驗的探究之中，讓他們在合作中完成實驗。同時，在高中物理力學實驗教學中，不同學生的思維、見識和理解也不同，他們在小組內通過交流能夠相互學習與補充，使其深入探究力學知識。

舉個例子，在“力的平衡”教學中，教師先帶領學生思考：在怎樣的條件下，物體會處于平衡狀態？通過這樣讓學生回憶初中物理知識：在物體不受外力或者兩個平衡力作用下，物體處于平衡狀態。設置疑問：如果在三個互成角度的共點力作用下，物體處于平衡狀態，那么這三個共點力在大小和方向上有著什么樣的條件？使其發現僅靠原有知識無法解答，從而激起探究欲望。接著，教師指導學生在小組內合作操作實驗：在一塊木塊上，系有三根繩子，分別讓三名學生拉住繩子，互成一定的角度把木塊拉起來，引出問題：對木塊受到的三個力的方向進行描述，讓學生對木塊進行觀察，了解三個力的方向是繩子拉伸的方向。之后，繼續提出問題：三個力的方向有著怎樣的關系？學生經過思考說出自己的答案，如三個力的方向不在同一側、不在同一直線上等，設疑：會共面嗎？他們將會給出不同意見。這時教師讓組內另外一名同學把一個白木板貼近木塊，任意調整三條繩子的方向，使其發現如果物體在互成角度的三個共點力作用下處于平衡狀態，這三個力必共面。隨后教師繼續提問：如果三個力共點而且共面，怎樣去探究三個力之間的關系？組織學生開展小組討論活動，設計實驗思路，明確實驗方法：利用三個彈簧秤互成角度拉繩子，對繩子方向和彈簧秤讀數進行記錄，在紙上畫出力的圖示，然后教師引導學生完成實驗并得出結論。

在本節課教學中，教師以小組為基本單位指導學生合作探究力的平衡，這些小組采用不同的方法和思路，各有各的特點，不過要讓各個成員在小組內協調好分工與合作，并創造性地引導學生借助小組實驗，對力的平衡條件進行探究。在物理實驗中，借助學生動手操作活動，加深實驗方法和結論掌握，深入理解力的平衡規律。

結束語

在高中物理力學實驗探究教學活動中，教師應轉變過去“重理論，輕實踐”的教育觀念，要緊跟時代潮流與發展趨勢，明確學生的主體地位，把先進的教學理念與寶貴的教學經驗有機整合，從生活實際、制造機會、親歷流程與小組合作等多個視角切入，科學合理地引導他們探究力學實驗，使其通過實驗操作均能理解力學的本質，增強個人認知。

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