利用綜合實踐活動拓寬高中物理實驗教學

秦洪強

【摘要】物理實驗是高中物理教學中的重點內容，通過實驗創造實踐契機，對激發學生的物理學習興趣、全面培養學生的物理核心素養有著重要意義.但目前高中物理實驗教學存在現實困難，亟需扭轉實驗教學內容少、時間少、契機少的局面.本文從綜合實踐活動視角出發，探究拓展高中物理實驗教學內容與路徑的策略，意在通過綜合實踐活動優化高中物理實驗教學，提高實驗教學水平與質量.

【關鍵詞】高中物理；實驗教學；綜合實踐

高中物理實驗教學在培養學生物理學科核心素養中有著重要地位，但受實驗教學特殊形式的影響，課堂教學環節無法保證所有學生獨立實驗，且學校素材有限、教學時間有限，諸多大型實驗無法進行.因此，應通過綜合實踐活動彌補課堂教學的不足，延伸物理實驗教學，豐富實驗內容，拓展教學路徑，加強學生實驗技能與素養的培養.基于此，關于利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學的研究具有重要現實意義.

1 利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學的價值

綜合實踐活動是一項以專門培養學生實踐學習能力為目標的教育活動，在活動過程中學生有充足的自主實踐時間、動手操作空間，并在親身體驗中深化對知識的理解，可以高效完成教學目標，提高教學活動的針對性與科學性.

利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學，為實驗教學找到了新的途徑，可以有更充足的時間、更合適的契機豐富學生的實驗體驗，并讓學生在動手操作實驗過程中內化理論知識、建構物理思維、發展綜合能力[1].同時，物理實驗具有一定難度，并非簡單的操作即可完成，學生需要利用知識化解一次次的失敗，因此，也對學生的綜合素質進行了鍛煉，無論是與人交流、運用工具，還是從物理實驗本身出發，學生均將有更深刻的、具體的認識.

2 利用綜合實踐活動拓展高中物理實驗教學的策略

2.1 基于綜合實踐活動，拓寬實驗教學內容

目前，高中物理實驗教學內容多局限于書本，實驗類型單一、內容缺乏創新、實驗模式落后，且諸多教師為了簡化實驗教學，降低教學工作難度，經常省略實驗操作，利用多媒體播放視頻觀察實驗過程，嚴重影響了實驗教學的效果.無法讓學生通過真實的體驗，直觀地感受學習實驗知識，不利于學生物理思維與學科素養的發展.因此，借助綜合實踐活動契機，應積極地拓展實驗教學內容，為學生參與實驗、自主體驗創造契機.

以人教版高中物理必修一第四章“運動和力的關系”中“牛頓第二定律”為例，基于拓展實驗教學內容目標設計如下綜合實踐活動方案.

2.1.1 活動主題

牛頓第二定律相關知識在社會中有著廣泛的應用，動車、汽車等交通運輸工具中使用的加速度計均以其為理論基礎研發.且教學目標中也指出，應給予實驗引導學生探究物體運動過程中加速度與物體受力、質量之間的關系，從而能夠正確運用牛頓第二定律知識解釋生產生活中的現象或解決相關問題.基于此，本次綜合實踐活動以牛頓第二定律知識為核心，通過實驗使學生制作一種能夠測量加速度大小的裝置.從而確定活動主題為：自制加速度測量儀.

2.1.2 活動規劃

本次活動綜合考查的物理知識較多，如勻變速直線運動規律、胡克定律、受力分析等.且需要學生完成三項任務：一是探究加速度與力、質量之間的定性關系，二是探究加速度大小與力、質量之間的定量關系，三是構思如何根據牛頓第二定律制作加速度測量儀.

2.1.3 活動過程

任務一 由教師先演示實驗裝置，要求學生自主完成兩個實驗.實驗過程中均需要控制抓夾使處于相同水平線上的小車運動，小車上系細線連接砝碼盤.一個實驗需要觀察質量相同的小車在鉤碼個數不同時的運行速度，學生發現砝碼盤中鉤碼個數較多的小車運行速度更快，先到達終點；另一個實驗需要觀察放置相同數量鉤碼時，不同質量小車的運行速度，學生發現自身質量小的小車運行速度更快，先到達終點.通過任務一的實驗活動，學生總結出物體的加速度大小與物體質量、所受合外力大小有關，當物體質量一定時，其所受的合外力越大產生的加速度越大；所受合外力一定時，本身質量越大產生的加速度越小.

任務二 將任務一中獲取的實驗結果記錄到實驗報告中，并基于數據繪制a-F與a-1m 的圖象.基于此，學生總結出物體加速度大小與物體質量、所受合外力之間的關系，與物體本身質量成反比、與所受合外力大小成正比，即α∝F、α∝1m.而通過移項則可以基于這兩個式子推導出牛頓第二定律：F=kma，因質量1kg的物體獲得1m/s2的加速度需要1kg·m/s2的力，后人為了紀念牛頓，則將1kg·m/s2稱為1牛頓，從而簡化牛頓第二定律公式為：F=ma[2].

任務三 本環節需要制作加速度測量儀，教師應以問題啟示學生加深思考，制作出測量儀成品.先利用多媒體播放視頻，視頻內容為：小車頂部系細線懸掛小球，汽車以一定加速度向右運動、以更大加速度運動、做減速運動.引導學生觀察，分析做不同運動時的現象，并嘗試分析小球偏轉角度是否會影響小車的加速度大小，球向左偏轉時小球的加速度，小球所受合外力發生變化時加速度的變化，小球加速度方向與小球所受合外力相同時汽車加速度與方向的變換，從而分析出牛頓第二定律具有矢量性、同體性、瞬時性.基于此，利用矩形紙板、輕質細桿、小鐵球制作簡易加速度測量儀，需要先在紙板上畫出標尺線，將小鐵球拴在輕質細桿下端作為指針；再對輕質細桿的位置進行調整，使其與標尺線重合，并固定輕質細桿上端，使其能夠連帶小球在紙板面內自由轉動，從而完成簡易的加速度測量儀制作.如果想要更深度的拓展，可以引導學生探索如何利用輕質細桿偏轉角度表示加速度刻度、分析刻度特點、如何保證刻度均勻，制作刻度具有線性關系的加速度測量儀.

在本次活動中，學生通過動手實驗完成了牛頓第二定律的推理，并在此基礎上拓展實驗內容，引導學生動手完成加速度測量儀的制作，使學生對牛頓第二定律的內涵有了更深刻的理解，探索了如何證明加速度與力、質量之間的關系，從而也對牛頓第二定律在實際生活的應用有了簡單了解，有利于物理邏輯思維的構建以及學生綜合素養的發展.

2.2 基于綜合實踐活動，拓寬實踐教學路徑

高中物理綜合性較強，實驗內容也相對復雜，基本以教師示范為主，學生自主實驗較少且效果并不理想，不利于知識的理解與實驗素養的培養.而綜合實踐活動為高中物理實驗教學創造了新的契機，將課堂上無法完成的實驗轉移到綜合實踐活動中，既可以給予學生自主實驗的空間，也可以拓展教學內容，且將學生組成不同的實驗小組，獨立完成實驗項目，改變教師示范為主的教學模式，也使高中物理實驗教學有了新的路徑[3].

以人教版高中物理選擇性必修第二冊第一章“安培力與洛倫茲力”中“磁場對通電導線的作用力”為例，以拓展實踐教學路徑為目標，設計如下綜合實踐活動方案.

2.2.1 活動主題

蕩秋千是受到多民族喜愛與歡迎的一項游藝競技項目，高中生在生活中也體驗過蕩秋千，并且了解秋千的持續振蕩需要人力的持續作用，那么是否可以不用人力使秋千持續振蕩.該設想提出后立即吸引了學生的注意力，從而本次綜合實踐活動以“自制電磁蕩秋千”為主題，從生活中的真實場景出發，通過動手實驗掌握、理解安培力.

2.2.2 活動規劃

安培力是電磁學部分的核心知識，具有承前啟后的作用，通過本部分內容的學習能夠減輕后續學習洛倫茲力、法拉第電磁感應定律等知識的負擔.且安培力在現實生活中也有著廣泛的應用，在本次活動中以實驗為契機讓學生認識與掌握安培力、探究安培力方向以及大小.

2.2.3 活動過程

在活動中先播放蕩秋千的視頻，設置“秋千是如何擺動起來的？如何利用所學物理知識使秋千持續擺動？”等問題引導學生思考，點出本次活動主題“自制電磁蕩秋千”.并將學生分成實驗項目小組，每組3～5人，先為學生發放一個由磁鐵、電池、漆包線所組成的簡易電磁秋千，指導學生觀察接通電路時秋千的擺動情況，從而認識安培力、明確安培力的方向.

任務一 認識安培力.記錄接通電路瞬間秋千下擺的擺動情況，說明使秋千擺動的力是什么力.并由小組共同還原教材中的實驗裝置，將一段導體棒懸掛在蹄形磁鐵的兩極之間，并與電磁秋千結合，形成圖1所示裝置，觀察通電與不通電時導體棒的位置.學生們發現通電時導體棒處于蹄形磁鐵內且發生運動，從而確定磁場可以對通電導線產生力的作用，這種力則是物理學中的安培力.

任務二 探究安培力的方向.基于自主動手搭建的實驗裝置，觀察改變蹄形磁鐵方向以及電流方向后導體棒的擺動方向，從而對安培力方向進行判斷.學生們觀察實驗現象，并以圖象的方式說明了安培力方向與電流、磁場方向的關系.為了方便記憶，教師對如何判斷安倍力的方向做出總結.即將左手伸開，拇指垂直于其余四指，且均與手掌處于相同平面內，使磁感線以垂直形式穿過手心，拇指方向為安培力方向、四指方向為電流方向.

任務三 探究安培力的大小.為小組布置如下探究任務：如何改變秋千下擺所受安培力方向？如何控制秋千擺動幅度？推導安倍力大小表達式，并改變實驗中導體棒的長度，讓學生觀察不同長度導體棒通電下的運動情況.此外，還應探究通電導體電流方向不與磁場方向垂直時安培力的大小，從而明確改變秋千擺動時安培力大小的方法.

在本次活動中，由學生組成若干個學習小組完成實驗項目，教師以設置問題進行引導，對安培力相關知識展開了更深入的探索，使學生逐漸具備把控復雜實驗的能力，也使實驗教學通過新穎的途徑完成[4].

3 結語

綜上所述，物理綜合實踐活動能夠彌補物理實驗課堂教學的不足，拓展實驗教學內容、拓寬實驗教學途徑，在培養學生物理核心素養方面有著重要價值.應在教學中積極發揮綜合實踐活動的價值，不斷開發新型的活動形式，使活動更加豐富，持續助力物理實驗教學水平與質量的提升.

參考文獻：

[1]潘家料，林國.基于核心素養的高中物理實驗探究課堂評價設計[J].福建基礎教育研究，2022（10）：107-109.

[2]鄭禹.基于物理核心素養的高中物理實驗教學策略研究[D].大連：遼寧師范大學，2022.

[3]李明杰.高中物理教學中提高學生綜合實踐能力的策略分析[J].數理化解題研究，2020（03）：68-69.

[4]吳燦銘.基于項目式學習的高中物理綜合實踐活動研究[D].漳州：閩南師范大學，2022.