創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)，助推高中物理課堂優(yōu)化研究

與其他學(xué)科不同，物理是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實驗教學(xué)是必不可少的部分，可以說沒有實驗的物理教學(xué)是不完整的。因此，實驗教學(xué)在物理課堂中占據(jù)舉足輕重的地位，對實驗教學(xué)進(jìn)行精心創(chuàng)設(shè)，可以使物理課堂教學(xué)得到優(yōu)化，同時對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)有著積極作用。

一、創(chuàng)設(shè)實驗，提高課堂教學(xué)的針對性

隨著新課改的不斷推進(jìn)，構(gòu)建高效課堂是一線教師重點關(guān)注的話題。高中物理是一門具有極強(qiáng)綜合性和實踐操作性的學(xué)科，由于學(xué)生生長環(huán)境、個人經(jīng)歷和興趣愛好不同，使他們的物理學(xué)習(xí)能力有所差異，在此背景下，教師可以通過創(chuàng)設(shè)實驗，提高物理教學(xué)課堂的實效性，設(shè)計與學(xué)生能力相符的實驗過程，確保課堂教學(xué)的針對性和有效性，讓學(xué)習(xí)能力不同的學(xué)生都能在實驗過程中獲得成長。在創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)中，教師可以通過問題設(shè)計和互動交流的方式，在實驗過程中設(shè)計合理問題，由學(xué)生展開問題分析和討論，采取分層培養(yǎng)的方式，促進(jìn)不同層級學(xué)生的發(fā)展。[1]

例如，在講解“向心加速度”一課時，教師可以根據(jù)教材內(nèi)容，在系有重物的繩子做曲線運動的過程中，讓學(xué)生對繩子的受力情況進(jìn)行分析、探討，教師可對不同層次的學(xué)生設(shè)計與之相符的教學(xué)問題。對于基礎(chǔ)弱的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)基于課本內(nèi)容，找出學(xué)生能理解的基礎(chǔ)知識內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計問題，以便穩(wěn)固學(xué)生的理論知識。而對于普通層次的學(xué)生，教師在設(shè)置問題時應(yīng)側(cè)重于能力轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到實際問題中，充分鍛煉學(xué)生解決問題的能力。針對學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，教師設(shè)計問題應(yīng)當(dāng)以能力延展和知識擴(kuò)充為主，適當(dāng)提升問題的難度。在創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)時，教師采取分層問題設(shè)計，既能提高物理教學(xué)的針對性，又能提高教學(xué)的效率。[2]

二、創(chuàng)設(shè)實驗，優(yōu)化課堂教學(xué)過程的引入

物理課堂教學(xué)的引入階段是教學(xué)過程推進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定了學(xué)生應(yīng)當(dāng)以怎樣的狀態(tài)進(jìn)入物理學(xué)習(xí)中，這對課堂教學(xué)效果有著非常重要的影響。精心創(chuàng)設(shè)的實驗教學(xué)過程，有助于改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，使其從散漫、被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)快速切換到積極主動狀態(tài)，并且將其運用至物理課堂中，能夠豐富學(xué)生的教學(xué)體驗，幫助學(xué)生更好地感知物理情境，充分激發(fā)學(xué)生的探索欲。物理實驗教學(xué)是十分有趣的過程，在探索實驗結(jié)果的過程中，能向?qū)W生展示很多奇妙的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生在驚訝之余感受到物理帶來的樂趣，對于一些違背直覺的實驗結(jié)果，學(xué)生會產(chǎn)生疑問，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。這樣的物理課堂氛圍對教學(xué)的順利推進(jìn)有著積極作用，有助于提高教學(xué)效率。

例如，在學(xué)習(xí)“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”一課時，初中和高中知識會有一定的銜接，如“滑動變阻器在電路中的鏈接方式”，很多教師在教授這一內(nèi)容時發(fā)現(xiàn)，如果只按照書本內(nèi)容講解知識，可以使學(xué)生大致了解文本內(nèi)容，但在后續(xù)的電路學(xué)習(xí)中，會涉及與滑動變阻器相關(guān)的知識，由于學(xué)生對此部分知識的掌握不夠充分，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）教師所采用的教學(xué)策略通常是對電路結(jié)構(gòu)特征和電路參量變化特點展開全面講解，但是課堂中留給學(xué)生的自主空間和時間不足，導(dǎo)致學(xué)生實踐機(jī)會缺乏；（2）從學(xué)生方面來說，他們認(rèn)為自己在初中時已經(jīng)掌握了滑動變阻器的相關(guān)知識，故在高中再次學(xué)習(xí)這一內(nèi)容時，對課堂的投入度不高。那么應(yīng)當(dāng)如何解決這一問題呢？精心創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)能夠幫助學(xué)生重建感知，對物理內(nèi)容展開深入思考。

在“串聯(lián)電路和關(guān)聯(lián)電路”的教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)提前備好物理實驗器材，如直流電源、開關(guān)、導(dǎo)線、燈泡和滑動變阻器。課堂中要求學(xué)生對教學(xué)材料進(jìn)行充分閱讀，然后使用上述材料，進(jìn)行電路組裝，在組裝完成后，對滑動變阻器滑片進(jìn)行滑動，控制燈泡按照指定方式變化：（1）燈泡亮度單調(diào)變化；（2）讓燈泡亮度非單調(diào)變化。對于教師提出的實驗要求，很多學(xué)生僅是對材料進(jìn)行大致閱讀，就立即投入討論中，提出了很多的實驗計劃，教師充分展示實驗操作，引導(dǎo)學(xué)生將具體的實驗操作與其計劃相比較和總結(jié)，大致可劃分為兩種類型：（1）限流式接法；（2）分壓式接法（如圖1）。但是不論哪一種接法，按照要求連接后對滑動變阻器的滑片進(jìn)行波動，都無法讓小燈泡非單調(diào)變化。這時很多學(xué)生會對教師提出的要求進(jìn)行合理的質(zhì)疑，然后教師在剛才的電路基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，設(shè)置為圖2，通過這種方式連接后，在進(jìn)行變阻器滑動時，燈泡就會非單調(diào)變化。

在物理課堂教學(xué)中，通過學(xué)生的質(zhì)疑來完成對學(xué)生的引導(dǎo)，能夠讓學(xué)生充分聯(lián)系以往學(xué)過的串聯(lián)和并聯(lián)知識，對上圖的三種連接方式進(jìn)行比較和總結(jié)，學(xué)生能夠更充分地理解和認(rèn)識到電阻并聯(lián)和串聯(lián)的相關(guān)知識，以創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)方式將學(xué)生引入該課中，能使學(xué)生對物理課堂的參與度更高，能更好地理解、思考和感知物理，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

三、創(chuàng)設(shè)實驗，提升課堂教學(xué)中學(xué)生的探究效率

在物理課堂中，教師通過實驗教學(xué)過程能夠及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維卡頓點，及時對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)狞c撥，促使學(xué)生更深入地投入實驗思考中，對實驗進(jìn)行直接觀察，并展開相關(guān)問題探究，提出無理猜想、數(shù)理邏輯推理的理論結(jié)果、計算機(jī)軟件模擬成果等，幫助學(xué)生建立信心，積極正面地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，從而改善物理課堂氛圍，使學(xué)生對物理課堂的參與度更高。

例如，在講解“動量與動量守恒”內(nèi)容時，在該模塊中會學(xué)到“彈性碰撞與非彈性碰撞”，很多教師在講解內(nèi)容時，通常是對能量守恒定律和碰撞能量變化特點展開詳細(xì)講解，并對其過程展開推導(dǎo)，然后從理論方面對其所表示的物理意義進(jìn)行闡述。在這種教學(xué)方式中，學(xué)生在課堂的開始階段，能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣，但是面對枯燥理論知識的講解，學(xué)生的興趣會逐漸消磨，部分?jǐn)?shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生在進(jìn)行理論推導(dǎo)時會直接進(jìn)入模糊狀態(tài)。因此，很多教師在講解這部分內(nèi)容時會將數(shù)學(xué)推導(dǎo)部分進(jìn)行弱化處理，直接演繹推導(dǎo)結(jié)果。從實踐能夠得知，在學(xué)習(xí)“彈性碰撞與非彈性碰撞”時，學(xué)生很難列出物理方程式，對求解過程更是一知半解，無法充分理解其所表達(dá)的物理意義。

針對這一情況，在實際教學(xué)中，教師可以通過創(chuàng)設(shè)實驗解決。如圖3，在教學(xué)開始前，教師可提前準(zhǔn)備需要使用的物理材料，如有軌道槽的泡沫板F、G、半徑等大的鋼球A、B、塑料球C、橡皮泥球D和簡易斜槽軌道E。此實驗共需進(jìn)行3次，鋼球A均需要作為撞擊物，將其放置于水平軌道槽，并保持在靜止?fàn)顟B(tài)，然后分別從B、C、D沿著軌道斜槽在相同位置滑下，觀察與A的撞擊情況，并做好對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，觀察A在與上述各部位撞擊后的運動距離。在上述各球撞擊后，將其運動看作均減速運動，那么在受到撞擊后，球的運動位移和撞擊后的速度平方成正比。由此實驗學(xué)生能夠清晰觀測到球體的具體運動情況，在經(jīng)過3次撞擊后，效果存在較大的差異性，這就表明“彈性碰撞”與“非彈性碰撞”過程中，兩者都遵循系統(tǒng)能量守恒定律，但是兩者在動能變化方面存在非常明顯的差異，通過對運動距離的測量，能夠更加直觀地觀察到其變化特點，深刻體會到該主題所表達(dá)的物理意義，從而牢固掌握相關(guān)知識。

在這一主題的講解中，教師可以根據(jù)上述實驗過程向?qū)W生展示物理圖景，寫出與之過程特征相符合的基本動量關(guān)系和能量關(guān)系，然后在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)理演繹方式推導(dǎo)過程。教師通過簡單的實驗操作，能將抽象的物理知識直觀且清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，并將物理過程與數(shù)理演繹推導(dǎo)有機(jī)融合；能幫助學(xué)生厘清探究思路；能在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，完成該主題的內(nèi)容講解，并保留傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)點，使物理課堂得到明顯優(yōu)化。

四、創(chuàng)設(shè)實驗，助推課堂教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的形成

隨著新課改的不斷推進(jìn)，對高中物理有了新的教學(xué)要求，需要學(xué)生具備良好的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，而創(chuàng)設(shè)實驗?zāi)軌驖M足這一教學(xué)目的。在創(chuàng)設(shè)實驗的基礎(chǔ)上，向?qū)W生展示物理的新現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生提出新問題，積極探索新的物理規(guī)律。

例如，在學(xué)習(xí)“光的衍射”一課時，在教學(xué)開始前，教師可以進(jìn)行隨堂小實驗，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的問題。自然界中的光大多是沿著直線傳播，但是這并不代表全部，將學(xué)生分為學(xué)習(xí)小組，每組都要配置激光筆、燈泡、A4紙、導(dǎo)線、電池、剪刀、刀片和縫衣針。使用剪刀在A4紙上裁剪出直徑為4～8mm的圓孔，然后使用刀片，在紙張的中心部位劃縫，再使用縫衣針，將紙張戳一小孔。將燈泡和激光筆的開關(guān)打開，將其發(fā)出的光依次穿過小孔洞、狹縫和微孔，然后觀察另一張A4紙上的現(xiàn)象（如圖4）。這時就能發(fā)現(xiàn)，燈泡和激光筆所發(fā)出的光線并非完全是以直線傳播，光的傳播方向發(fā)生了改變，學(xué)生對這一現(xiàn)象十分驚奇，對這一主題內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣會更高，從而全身心投入光的衍射學(xué)習(xí)中。

在物理課堂教學(xué)中，教師可以通過創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)過程，將學(xué)生的注意力吸引到實驗中，引導(dǎo)學(xué)生積極探索物理問題，并尋找問題的解決方法。在學(xué)習(xí)“測量玻璃磚的折射率”內(nèi)容時，教師可以讓學(xué)生參與到實驗過程中，在實驗結(jié)束后提出新問題：玻璃磚是透明固體材料，根據(jù)教材上的實驗操作步驟，能夠?qū)⒉ＡТu的折射率計算出來，但是隨著科技的發(fā)展，新型材料層出不窮，如現(xiàn)階段我們所關(guān)注的EUV光刻機(jī)，是以水作為深紫外光的折射材料，這種材料對光路的操作和控制更加精確，即使極小分度的光刻過程也能體現(xiàn)出來。那么，我們應(yīng)當(dāng)怎樣測量液體的折射率呢？根據(jù)課本中所描述的實驗步驟進(jìn)行操作能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？在這一問題的探究過程中，教師要求學(xué)生從日常生活用具中選擇材料，設(shè)計簡單的實驗方案。然后讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，設(shè)計其認(rèn)為可行的實驗方案。其中某一方案中，需要準(zhǔn)備的材料有水槽、刻度尺、激光筆、平面鏡和水（如圖5）。將激光筆的位置進(jìn)行固定，然后逐漸改變其射出的光與水面的角度，并記錄反射光點在刻度尺上顯示的位置，通過記錄的數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠立即畫出與之相應(yīng)的光路圖，這樣能夠提高學(xué)生的成就感，主動對液體的折射率進(jìn)行計算，學(xué)生的思路更加清晰，能夠更好地完成科學(xué)探索。

五、結(jié)語

在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教學(xué)情況等方面，精心創(chuàng)設(shè)與之相應(yīng)的實驗，并且應(yīng)當(dāng)具備良好的靈活性和便捷性，讓實驗教學(xué)能夠充分滲透到物理課堂教學(xué)中。教師應(yīng)當(dāng)合理利用實驗教學(xué)，將教學(xué)過程具體化和直觀化，最大限度地促進(jìn)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力和動手能力的提升，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索意識，實現(xiàn)高中物理課堂優(yōu)化，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和效率的提升。

參考文獻(xiàn)：

［1］宋曉玲.創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)，助推高中物理課堂優(yōu)化［J］.數(shù)理天地（高中版），2023（4）：65-67.

［2］史天寶.優(yōu)化實驗教學(xué)增加學(xué)生課堂獲得：以高中物理實驗教學(xué)為例［J］.科技資訊，2020（18）：148， 150.

（作者單位：內(nèi)蒙古包頭市包鋼第五中學(xué)）

編輯：趙文靜