高中物理教學(xué)中融入趣味性實驗的教學(xué)路徑

■寧夏中衛(wèi)市第一中學(xué) 馬新平

與初中相比，高中物理課程無論是在知識的深度和廣度上，還是在學(xué)習(xí)方法上都有很大的不同，為了增強學(xué)生學(xué)好物理的自信心，讓學(xué)生有一個逐步適應(yīng)和學(xué)會學(xué)習(xí)的過程，教師可以在教學(xué)中融入一些趣味性的實驗，讓學(xué)生動手操作，在實踐活動中獲得成功的體驗，享受其中的樂趣，激發(fā)物理學(xué)習(xí)的熱情，并引領(lǐng)學(xué)生在以后的生活中獨立獲取物理知識、探究物理規(guī)律、解決物理問題等，從而幫助學(xué)生完成學(xué)段的銜接跨度，提升物理學(xué)科成績。

一、高中物理教學(xué)中融入趣味性實驗的重要性

（一）由物理學(xué)科本身的性質(zhì)決定

物理課程本身就是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，物理學(xué)的概念和規(guī)律都是通過前人的實驗證明總結(jié)得出的，物理學(xué)的歷史就是一部不斷提出假設(shè)和猜想，并不斷驗證的實踐發(fā)展史，所以物理學(xué)知識都蘊藏在實驗操作中。高中物理學(xué)科所要求的學(xué)生實驗，是讓學(xué)生在已知的物理實驗結(jié)論上，了解其原理、過程和結(jié)果進(jìn)行的實踐操作。

但是，物理學(xué)知識本身非常抽象，為了更好地讓學(xué)生了解物理結(jié)論和原理、體驗物理科學(xué)探究過程、激發(fā)學(xué)生的興趣與熱情，融入趣味性實驗是一個有效的途徑。

（二）培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維

物理與化學(xué)、生物等課程相關(guān)聯(lián)，具有基礎(chǔ)性、實踐性等特點，學(xué)習(xí)物理也能促使學(xué)生其他學(xué)科思維能力的發(fā)展，在物理學(xué)實驗中訓(xùn)練的動手操作能力對其他學(xué)科的實驗也會有所幫助。物理是理科的奠基性學(xué)科，其他學(xué)科所用到的實驗操作方案或多或少都能在物理實驗中體現(xiàn)，所以教師在引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計物理探究方案、了解物理研究方法、養(yǎng)成物理思維習(xí)慣的同時，也能促使其他學(xué)科能力的提升。

（三）運用物理學(xué)科提升應(yīng)用能力

初中物理課程中有一些動手實踐操作的機(jī)會，但是實驗設(shè)計較為簡單，器材使用不多，教材中已經(jīng)給出了實驗方案，學(xué)生沒有自己設(shè)計實驗方案的機(jī)會，教師也沒有這方面的意識。所以高中階段，教師要鼓勵學(xué)生針對教材中提出的物理問題，自行設(shè)計科學(xué)探究實驗方案，幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)識并解決生活中的實際問題，形成科學(xué)的思維觀念。教師還可以創(chuàng)設(shè)貼近生活的場景，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身的生活經(jīng)驗進(jìn)行知識遷移，以便在生活中真正遇到困難時能夠正確應(yīng)對。

（四）增強核心素養(yǎng)教育

物理課程會涉及物理學(xué)家的事跡，學(xué)習(xí)科學(xué)先輩的精神，教師可以引領(lǐng)學(xué)生了解我國物理領(lǐng)域最新的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)手段，使學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和正確的價值觀，增強學(xué)生的社會責(zé)任感和民族自豪感，建立文化自信，激發(fā)學(xué)生熱愛祖國的情感，幫助學(xué)生樹立科技強國的遠(yuǎn)大理想。物理學(xué)與其他學(xué)科有著緊密聯(lián)系，學(xué)生通過了解物理學(xué)對環(huán)境、生態(tài)等方面的影響，有利于促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)全面發(fā)展。

二、高中物理教學(xué)中融入趣味性實驗的教學(xué)策略

（一）學(xué)生自主參與，提高實踐操作能力

物理教材中本身就為學(xué)生設(shè)計了許多趣味性的實驗，讓學(xué)生動手操作。例如，在學(xué)習(xí)“加速度”相關(guān)知識時，在之前的實驗設(shè)計中，一般是讓學(xué)生利用傳統(tǒng)工具進(jìn)行實驗操作，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，教師可以運用DIS 系統(tǒng)測量小車加速度，作為教材中基礎(chǔ)課程的延伸，讓學(xué)生用多種實驗方式驗證同一原理。學(xué)生剛剛升入高中，進(jìn)物理實驗室的次數(shù)不多，經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)可能對測量加速度的原理還是很模糊，但是換一種方法就能夠加深他們的學(xué)習(xí)印象，從而對知識有更深入的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動手實驗的興趣。

學(xué)生在之前的探究活動中已經(jīng)學(xué)會使用位移傳感器和光電門傳感器，但是對利用數(shù)字化信息技術(shù)進(jìn)行實驗操作還比較陌生，因此本節(jié)拓展課思維跨越較大，超越了學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，教師要進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，先進(jìn)行演示實驗，讓學(xué)生了解本次探究的實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，再讓學(xué)生動手操作，進(jìn)一步理解實驗是用來說明什么問題以及怎樣說明問題的。

教師可以將學(xué)生分成2～3 人一組，通過小組合作的方式培養(yǎng)學(xué)生的合作意識。首先，學(xué)生利用通用軟件和位移傳感器測量小車的加速度，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會加速度的公式，因此教師可以鼓勵學(xué)生利用已學(xué)的理論知識對實驗裝置進(jìn)行改造，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，提高學(xué)生制定科學(xué)探究計劃的能力，動手測量已學(xué)的物理量，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體性。由于本次實驗難度較大，教師要指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計和改裝，學(xué)生設(shè)計出實驗方案后，教師要對其可行性進(jìn)行評估，引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成探究思維，掌握實驗方法。

其次，為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，教師要提醒學(xué)生多次測量求平均值，將測量出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行小組間分享交流，如果得出的測量結(jié)果與其他小組不同，那么就要思考實驗過程中哪里出現(xiàn)了差錯，并共同提出解決辦法。最后，教師可以為學(xué)生布置課后思考作業(yè)：如果要測量實際物體的自由落體加速度，應(yīng)如何設(shè)計實驗方案？讓學(xué)生有意識地將物理知識應(yīng)用到實際生活中，遇到問題從物理學(xué)的角度思考。

（二）實驗拋體運動，體會驗證的重要性

古希臘學(xué)者亞里士多德的觀點是質(zhì)量大的小球下落速度更快，而傳說伽利略做了比薩斜塔實驗，推翻了這個觀點。教師也可以模仿比薩斜塔實驗，將石塊和紙片同時拋出，而石塊先落地，從而引導(dǎo)學(xué)生思考并得出結(jié)論，這樣的結(jié)果是由于受到空氣阻力的影響導(dǎo)致的，然后引出真空實驗教學(xué)，讓學(xué)生觀察總結(jié)影響自由落體運動的因素。教師可以為學(xué)生普及伽利略驗證自己猜想的過程，讓學(xué)生討論伽利略對自由落體運動的研究方法，理解任何推理都需要實驗驗證，體會科學(xué)研究方法對科學(xué)發(fā)展的意義，從而激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情。

高空拋物除了能融入自由落體的趣味性實驗之外，還可以使用彈簧，為胡克定律的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教師取出兩個體積和質(zhì)量相同的小球，將一個小球連接在學(xué)生小時候都玩過的彩色彈簧圈上，另一個小球連接一根細(xì)繩，同時下落，讓學(xué)生思考哪個小球先落地。根據(jù)伽利略實驗，學(xué)生可能認(rèn)為會同時著地，但是當(dāng)教師站在凳子上將兩個小球同時拋下，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)沒有裝彈簧的小球先著地。教師可以在二樓或者三樓將連接彈簧的小球再次拋下，讓學(xué)生在樓下觀察，這時學(xué)生發(fā)現(xiàn)裝有彈簧的小球在空中短暫懸停，因為松手后的一小段時間內(nèi)，彈簧的形變還來不及傳遞到下方，彈簧仍處于拉伸狀態(tài)，因此彈簧仍然能拉住小球，當(dāng)彈簧收縮之后，小球才能迅速落地。

（三）模擬工具設(shè)備，了解工作原理

物理來源于對生活的思考，生活中的許多現(xiàn)象都包含著物理知識，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)物理知識，將課堂中的一些物理問題與生活中的物理知識相結(jié)合，并進(jìn)行趣味性實驗，學(xué)生在直觀觀察和體驗后就能有所發(fā)現(xiàn)，從而更好地理解物理知識。

例如，在學(xué)習(xí)“離心力和向心力”相關(guān)知識時，首先，教師可以讓學(xué)生自己騎自行車，感受高速轉(zhuǎn)彎時受力點是否會發(fā)生偏移；公交車轉(zhuǎn)彎時，為什么乘客都會朝一個方向傾斜，并讓學(xué)生觀察公路拐彎處的傾斜情況，或鐵路拐彎處兩條鐵軌的高度差異，思考為什么這樣設(shè)計，如果不按照這樣的設(shè)計方式會帶來什么樣的隱患，從而將生活中的現(xiàn)象和問題引入物理教學(xué)中。

其次，教師可以拿來一個水桶，讓學(xué)生將桶身扎許多大小相同、分布均勻的小孔，在桶里放一件被水浸濕的衣服，用兩根繩子將桶吊在空中，幾個學(xué)生合作將兩根繩子順著同一方向纏繞，在纏繞過程中注意防止松手，以免水桶提前運動，影響實驗的美觀。纏繞到一定程度時，保證松開手水桶能夠保持一定時間的高速旋轉(zhuǎn)，學(xué)生可以觀察到水桶在高速旋轉(zhuǎn)時，會有水被甩出來，并且被甩出的水是以圓弧形進(jìn)行運動，如果水桶速度在一定的范圍內(nèi)保持足夠長的時間，那么就能將衣服中的水全部甩干，這就是洗衣機(jī)脫干衣物的工作原理。學(xué)生雖然平時都使用過洗衣機(jī)，但是并不知道洗衣機(jī)脫水應(yīng)用了物理學(xué)中的離心力原理。由于衣物與水的質(zhì)量不同，洗衣機(jī)做離心運動時速度就會不同，從而使水與衣物分離，達(dá)到甩干衣物的目的。

教師利用這樣的趣味性實驗活動讓學(xué)生理解離心力，從而更好地投入離心力的學(xué)習(xí)。水滴被甩出來時呈圓弧形，會在地上形成一個好看的類似太陽的圓圈，許多藝術(shù)家也借用這樣的方式繪制成一幅幅畫作，教師可以在多媒體上展示這些藝術(shù)成果，鼓勵學(xué)生用類似的方法制作出具有收藏意義的作品。

（四）使物理貼近學(xué)生生活，聯(lián)系社會實際

日常生活實際中含有大量的物理知識，教師在教學(xué)中可以利用與學(xué)生生活聯(lián)系密切的素材，讓學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)問題，并運用所學(xué)的物理知識去解決生活中的問題。

例如，在“電磁波”相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中，教師可以將微波爐融入一些趣味性實驗。首先，教師為學(xué)生講解微波爐的原理，微波爐是一種高頻率的電磁爐，可以以每秒24億次的頻率產(chǎn)生振動，這種微波可以穿透食物內(nèi)部，從而引起食物中水分子的運動，水分子在運動過程中產(chǎn)生大量的熱量，于是食物就被加熱了。

其次，教師提出問題，你們知道哪些物品是不能放到微波爐中加熱的嗎？學(xué)生可能知道不能把純凈水、錫紙、板栗、葡萄、雞蛋等物品放入微波爐加熱，但是并不知道其中的原理。由于食物爆炸會有一定的危險，教師就可以借助多媒體為學(xué)生播放相關(guān)的科普視頻，讓學(xué)生觀看這些食品在微波爐中加熱后發(fā)生的現(xiàn)象，并從物理的專業(yè)角度向?qū)W生解釋這些現(xiàn)象發(fā)生的原因。如錫紙是金屬制品，在微波爐的電磁場中會大量生熱，甚至產(chǎn)生電火花，所以只要是金屬就不能放入微波爐中加熱；沒有開口的板栗屬于密閉空間，直接放入微波爐加熱，水蒸氣會使內(nèi)部壓力急劇增大，從而引發(fā)爆炸；水放入微波爐加熱之后，拿出來看沒有視覺上的問題，但是水本身會處于“過熱”狀態(tài)，一旦加入其他物質(zhì)，水就會沸騰起來；葡萄含有水分和鹽類等物質(zhì)，相當(dāng)于含有大量電解質(zhì)的封閉水球，當(dāng)與微波爐發(fā)生電磁共振效應(yīng)之后，會產(chǎn)生高溫等離子體，就會自燃；油脂多的肉制品也不能放入微波爐加熱等。學(xué)生不僅在觀看視頻時普及了生活常識，還學(xué)習(xí)到了物理知識，有效鞏固了電磁波的相關(guān)知識。

微波爐除了有存在危險的一面，也有便利生活的一面，教師可以讓學(xué)生使用微波爐加熱饅頭或包子，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，直接加熱的話，饅頭會變得又干又硬，但是如果在饅頭上噴點飲用水，并將饅頭放在盛有水的杯子上面，加熱出來的饅頭就會又松又軟。還有放久受潮重新加熱又變酥脆的餅干或薯片、噴水直接加熱的玉米等。教師將這些操作教給學(xué)生，并將加熱后的食物分給學(xué)生品嘗，在分享美食的同時，向?qū)W生解釋，由于微波爐加熱是由內(nèi)向外的，所以食物中的水分容易丟失，食物就會變硬。然后教師可以鼓勵學(xué)生踴躍發(fā)言，說說自己在生活中發(fā)現(xiàn)的微波爐小妙招或者不能放進(jìn)微波爐加熱的食物，從而在物理趣味性實驗中學(xué)會微波爐的工作原理以及微波爐的正確使用方式等，真正做到物理知識從生活中來，到生活中去。

（五）設(shè)計相關(guān)小型趣味性實驗作業(yè)

在物理教學(xué)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生體驗趣味性的小實驗，也可以設(shè)計一些可以激發(fā)學(xué)生興趣的預(yù)習(xí)作業(yè)和課后作業(yè)。例如，讓學(xué)生坐電梯體驗失重和超重的感覺。當(dāng)電梯上升，準(zhǔn)備運行時，我們會感覺自己的身體在極短時間內(nèi)先變重，然后變輕，當(dāng)電梯勻速上行時，就會有在平地上的感覺了；讓學(xué)生預(yù)習(xí)“靜電”相關(guān)知識，調(diào)查日常生活和生產(chǎn)中利用靜電摩擦的事例，如脫衣服時會有火花產(chǎn)生并發(fā)出噼里啪啦的聲音，用梳子在頭發(fā)上摩擦幾下，就能用靜電將頭發(fā)吸起來；讓學(xué)生調(diào)查生活住房，觀察房子的承重墻和力學(xué)結(jié)構(gòu)等，從而增強學(xué)生在生活中學(xué)習(xí)物理知識的興趣。

三、結(jié)語

綜上所述，教師要不斷挖掘物理教材中的探究實驗，結(jié)合最新的科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略前沿的科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識。另外，教師在課堂教學(xué)和課后作業(yè)中設(shè)計有趣的教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富教學(xué)內(nèi)容，時常讓學(xué)生體會到物理課程的新鮮感，在日常生活中發(fā)現(xiàn)物理知識，學(xué)會從物理的角度去分析和解決問題，將物理知識遷移到實際生活中去，這樣才能有效提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，強化學(xué)生對物理知識的理解，為我國培養(yǎng)物理高端人才。