創(chuàng)設實驗教學，助推高中物理課堂優(yōu)化

宋曉玲

【摘要】構建高效課堂是一線教師關注的焦點，本文以高中物理課堂教學為探究載體，采取理論與實際案例相結合的方式，從物理課堂教學的“情境導入、探究效率、能力生成”等角度，重點探討創(chuàng)設物理實驗優(yōu)化課堂教學的具體方法與措施，充分體現(xiàn)物理實驗在高中物理教學各個環(huán)節(jié)中的效用，旨在拋磚引玉，希望能夠引起教育同仁進一步關注與思考.

【關鍵詞】高中物理；實驗教學；課堂優(yōu)化

高中物理教學是一個多維開放的過程，多重因素影響著這一過程中學生學習的心理、行為與效果.而精心創(chuàng)設的實驗教學，因其具有的獨特教學功能，可以幫助師生優(yōu)化物理教與學的過程，有助于達成物理教學過程的預設教學目的.對此，筆者做了一定的探索，期待與更多同行深度交流.

1 創(chuàng)設實驗優(yōu)化課堂教學過程的引入

物理課堂教學的引入階段，是整個教學過程的前奏曲，物理學習過程的主體以何種狀態(tài)進入這一過程，對課堂教學效果至關重要，與漫不經(jīng)心、被動狀態(tài)、無興趣狀態(tài)進入這一過程相比，積極、充滿疑惑、滿懷新奇與探索欲望地進入這一過程，更能提高物理學習的效率.而精心創(chuàng)設的實驗教學過程，可使學生學習心理從散漫、被動狀態(tài)迅速進入定向注意與積極主動的狀態(tài)，更高效地調(diào)動感官感知物理情境，思考物理問題.特別是面對實驗過程展示的“出乎意料”的現(xiàn)象、過程、特征，學生訝異之余會感到樂趣，對某些違背直覺的實驗結果，會讓學生產(chǎn)生疑惑，進而激發(fā)出他們積極探究的心理需求.此時的課堂實驗教學過程，可謂“引而不發(fā)，躍如也”，起著積極引領教學進程展開的作用［1］.

例如 在教學“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”內(nèi)容時，其中“滑動變阻器在電路中的連接方式”是跨越初高中的學習主題.不少教師發(fā)現(xiàn)，如果教師照本宣科地講完、學生走馬觀花地完成學習過程，后續(xù)電路部分的學習中涉及滑動變阻器問題，會因學生對滑動變阻器不同的連接方式所具有的物理特性認識不足，屢屢產(chǎn)生錯誤.主要體現(xiàn)在：第一，教師的教學策略往往是從電路結構特征、電路參量變化特點進行逐點詳細講解，給予學生動手、動腦思考的主動性與深度不足；第二，學生的學習認知策略中，認為初中已經(jīng)學過滑動變阻器，高中課堂再學習這一題材，學習思維介入程度較淺.如何化解這一教學過程的癥結？可通過精心創(chuàng)設實驗教學過程，讓學生在具有挑戰(zhàn)性的實驗教學中重新感知、思考認識這一主題.

物理教師展示實驗器材：直流電源（一組電池），開關，導線若干，小燈泡一個，滑動變阻器一個；閱讀教材后，要求學生利用上述器材組裝一個電路，當滑動滑動變阻器的滑片時，控制燈泡亮度按照指定方式變化：①讓燈泡亮度單調(diào)變化;②讓燈泡亮度非單調(diào)變化.學生面對教師提出的實驗探究過程的要求，多數(shù)人在粗淺地閱讀教材后，便迫不及待地紛紛展開討論，提出許多方案，教師一一進行展示，引導學生對各個方案進行比對、總結，基本可歸為兩類：限流式接法與分壓式接法（見圖1）；而且不論哪種接法，對小燈泡的電流、電壓變化的改變都是單調(diào)的，小燈泡亮度變化也是單調(diào)的.于是，不少學生質(zhì)疑老師提出的要求是否合理？教師只需稍稍改變學生們剛才設置的電路，按圖2實驗，就會直觀看到，變阻器滑動時，燈泡亮度可能非單調(diào)變化.

圖1

教師在學生質(zhì)疑中引導學生運用學過的串聯(lián)、并聯(lián)的基本知識，對圖1、圖2的三種電路進行對比、總結，讓學生對電阻的串聯(lián)、并聯(lián)的規(guī)律獲得更為全面、清晰的認識；對變阻器的使用獲得更為深刻的認識.在教與學的主題引入階段，以創(chuàng)設的實驗教學過程引領學生感知、質(zhì)疑、思考，活化物理課堂的生態(tài)，讓學生以積極的課堂學習心理進入滑動變阻器這一學習主題，非常有利于提高物理課堂的效率.

2 創(chuàng)設實驗提升課堂教學中學生探究效率

物理課堂學生探究科學問題的路徑是多樣化的，可以推理（數(shù)學物理的理論演繹、類比、歸納與綜合分析）、實驗試探與驗證、計算機軟件模擬等.其中，直觀、簡潔的實驗試探與驗證，歷來是科學探究的重要手段.而教師利用創(chuàng)設的實驗教學過程，可以助力教師快速抓住學生思維卡頓的契機進行點撥活化思維，把握學生們稍縱即逝的物理學習心理變化的契機，讓學生被便捷的實驗過程抓住注意力與興趣點，主動投身于基于實驗的思考，直接觀察實驗并進而探究、驗證師生雙方提出的物理猜想、數(shù)理邏輯推理的理論結果、計算機軟件模擬的成果等，讓學生建立對物理探究過程的信心，產(chǎn)生物理課堂學習的積極正面的學習情緒的誘導效果，活化課堂氣氛、思維，大面積提升學生課堂真實學習的比例［2］.

例如 在“動量與動量守恒”這一板塊中，教學“彈性碰撞與非彈性碰撞”時，不少物理教師通常面向全體學生，展示、講解基于動量守恒定律與碰撞中能量變化特點，對“彈性碰撞與非彈性碰撞”過程的特點進行數(shù)理推導，并從理論上說明“彈性碰撞”與“非彈性碰撞”所得方程的解表示的物理意義.學生開始聽課時尚有興趣，但是枯燥的解方程過程會使學生興趣漸漸減小，少數(shù)數(shù)學基礎較差的學生甚至于進入迷糊狀態(tài).對此，不少物理教師就弱化數(shù)學推導，直接給出演繹推導的結果.事實證明，學生在處理涉及“彈性碰撞與非彈性碰撞”的問題時，物理方程列式困難、求解更是錯誤百出，對求解的結果物理意義解讀更是困難.

面對這一困局，實際可設置一組創(chuàng)設的實驗進行化解.如圖3，學生分組配發(fā)教師事前準備的簡易器材：刻有軌道槽的泡沫板F、G（取材于廢舊泡沫包裝，學生可以現(xiàn)場用美工刀刻制），半徑等大的鋼球A、B，塑料球C、橡皮泥球D（學生現(xiàn)場涅制），簡易斜槽軌道E（學生現(xiàn)場將另一刻有軌道槽的泡沫板一端墊高即可）.實驗進行三次，每次都是鋼球A充當被撞擊物靜置于水平軌道槽，再分別將B、C、D沿軌道斜槽同一位置滑下后，觀察并記錄它們與A撞擊后的情況，關注A與B、C、D撞擊后的運動距離.若所有球撞擊后的運動看做是勻減速運動，則撞擊后它們的運動位移與撞擊后的速度平方成正比.通過實驗現(xiàn)象的直觀對比，看出三次撞擊的效果差異很明顯，表明“彈性碰撞”與“非彈性碰撞”的過程中，雖然系統(tǒng)動量都守恒，但動能變化差異顯著，利用直觀測量的距離關系可以直接探究、驗證碰撞中動量與能量等物理量的變化特點［3］.

教師可指導學生首先針對上述精心創(chuàng)設的實驗過程展示的“彈性碰撞與非彈性碰撞”的物理圖景，寫出符合過程特征的基本動量關系與能量關系，進行數(shù)理演繹推導.這個簡潔明了的實驗幫助學生將抽象的數(shù)理演繹推導與直觀的物理過程結合起來，清晰化探究思路，大幅縮短了課堂教學時長，同時又保留了傳統(tǒng)教學的優(yōu)點，這是對這部分內(nèi)容教學過程的巧妙優(yōu)化.

3 創(chuàng)設實驗激發(fā)課堂教學中學生創(chuàng)新能力形成

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，是高中物理課堂教學的目標之一，物理教師創(chuàng)設的實驗在這方面具有較高的教育價值.可基于創(chuàng)設的實驗，展示新現(xiàn)象，指導學生提出新問題，發(fā)現(xiàn)、揭示新的物理事實與規(guī)律［4］.

例如 在教學“光的衍射”時，可以在教學過程開始時通過如下的一個隨堂小實驗，引導學生發(fā)現(xiàn)“新問題”，光并非都是簡單地沿直線傳播.每桌配置一個激光筆，一節(jié)電池與導線和小燈泡，兩張A4紙，一把小剪刀，一片刮胡刀片和一根縫衣針；用小剪刀在A4紙上剪出直徑為2～10mm的的一組小圓孔，刮胡刀片在A4紙上輕輕畫出一道縫，縫衣針在A4紙上輕輕戳出一個微小的孔.然后讓小燈泡發(fā)出的光、激光筆發(fā)出的光依次穿過這些小洞、狹縫、微小的孔，看看透射光在另一張白紙上形成的圖案，如圖4所示.學生很驚奇地發(fā)現(xiàn)穿過狹縫的光與穿過微小孔的光都不是沿直線傳播的，而是方向改變了.學生的興趣大增，更為投入地探究光的衍射現(xiàn)象等光的波動過程.

物理課堂也可基于創(chuàng)設的實驗教學過程引導學生探究物理問題解決、闡釋的新思路等［5］.在教學“測量玻璃磚的折射率”時，教師在指導學生完成這一實驗的基本過程后提出新問題：玻璃磚是固體透明材料，采用教材的實驗方案，我們完成了它的折射率測量，但現(xiàn)代科技中還應用大量的其他物質(zhì)狀態(tài)的材料，譬如大家關注的EUV光刻機中，技術專家使用水作為深紫外光的折射材料，實現(xiàn)了光路的精確操控，實現(xiàn)了極小分度的光刻過程.那么，如何測量液體的折射率？課本的方案行嗎？教師要求學生們基于日常生活用具，設計一個簡易的實驗方案.經(jīng)過討論，學生設計了各種方案.其中一個方案用到下列器材：方水槽，水，激光筆，刻度尺，平面鏡，鉛筆.如圖5所示，將激光筆投射激光的角度θ從小到大逐步改變，同時記錄下反射光點在刻度尺上的位置.從記錄的數(shù)據(jù)學生可以迅速畫出光路圖，很有成就感地求出被測量的液體折射率，體驗到創(chuàng)新實驗思路，可以很精彩地完成一次科學探索.

4 結語

教師靈活機動根據(jù)學情、教情需要，精心創(chuàng)設實驗，具有高度的靈活性、便捷性，有機滲透于物理課堂教學過程，教師善加利用，化為教學過程的重要手段，極大促進學生的物理思維過程、增強學生手腦結合科學探索的意識與習慣培養(yǎng)，助力于課堂教學過程的優(yōu)化.

參考文獻：

［1］方秋月.高中物理實驗教學中促進學生創(chuàng)新思維發(fā)展的策略［J］.名師在線，2022（12）：73-75.

［2］盧藝惠.高中物理實驗探究情境的創(chuàng)設和實踐［J］.中學理科園地，2022，18（01）：95-96.

［3］王瑞.高中物理課堂教學真實情境創(chuàng)設的思考［J］.中學物理教學參考， 2020，49（29）：33-34.

［4］劉文豐.核心素養(yǎng)背景下的高中物理實驗教學有效性的對策［J］.新課程，2021（04）：37.

［5］吳業(yè)庭.試析如何在高中物理教學中滲透核心素養(yǎng)培養(yǎng)［J］.高考，2019（35）：76.