低成本实验在高中物理习题教学中的应用

　　摘 要：对于高中物理知识的学习，相关的物理实验是必不可少的。物理教师们要发散自己的思维，用生活中的物品或者低成本的实验仪器，来进行物理实验的教学。文章以低成本实验在高中物理教学中的应用为主题进行全面的分析和探讨。
　　关键词：低成本实验 高中物理 习题教学
　　当实验研究不仅仅局限于兴趣，而是与志趣结缘时，学生的潜力是无限的，他们的热情也是巨大的。学生在不断探索的过程中，不知不觉地培养了质疑能力、观察能力、思考能力，以及严谨求实的科学精神，这是作为一个社会人在以后的发展中最需要的能力和精神。当学生离开学校离开物理后，在他们身上留下的这些品质是最可贵的。
　　1 模拟问题情境，提供实物支撑
　　很多物理问题来自于生产和生活， 而现在的学生动手机会少， 对生活中的物理现象缺少观察和深入思考。 由于缺乏经验，学生在解决这些问题时，很难构建物理情境。 这些问题如果单纯从理论上进行解释， 极有可能导致教师费尽口舌而学生仍然云里雾里。 案例 1 ：高速公路边的导向牌用钢管 a ， b 固定在立柱上，对钢管 a ， b 受力分析正确的是（ ）
　　A.a被拉伸，b被压缩； B.a被拉伸，b被拉伸；
　　C.a被压缩，b被压缩； D.a被压缩，b被拉伸。
　　这个习题是必修1弹力一节课上的一个课后习题，多数学生无法构建起路牌的情境，导致无法唤起记忆表象。为了让学生有足够的情境体验，在课堂上，教师请每位学生拿出物理课本进行体验。
　　（1）用右手的食指和中指夹住课本的上半部分，让课本处在竖直平面内，观察课本的状态，感受手指用力的部位。
　　（2）同时用左右手的食指和中指分别夹住课本的上半部分和下半部分，同樣让课本处在竖直平面内，观察课本的状态，感受两手分别用力的部位。学生明显感觉到课本上部手指受到向外拉的力，而下部的手指受到向内压的力，也就是说，上部的钢管a被拉伸，而下部的钢管b被挤压，因此，选项b正确。
　　2 再现物理过程，深入揭示本质
　　物理习题教学的关键在于让学生厘清物理过程，但是，在通常情况下学生对物理过程的分析往往停留在纸面上。有时候因为观察力不强，审题不仔细，遗漏信息或获取错误的信息，或欠缺推理和想像能力，导致构建错误的物理过程。在习题教学中用低成本的真实的实验则能反映出物体真实的过程，便于让学生发现问题的本质。
　　案例2：一轻质杆上有两个质量均为m的小球a，b，轻杆可绕O点在竖直平面内自由转动，Oa=ab=L，现将杆拉成水平，再静止释放，当杆转到竖直方向时，试问：对a球来说，机械能是否守恒？若不守恒，则杆对小球所做的功为多少？在该题中涉及杆的弹力做功问题，这其实是一个非常复杂的问题，因为杆的弹力不一定沿着杆的方向，因此不能确定其方向，那么如何来求其做功呢？尽管从解析中可以用能量的方法来巧妙地解决这一问题，但是很多学生还是不很理解，也许仅用理论分析是不能让学生明白杆的作用的。笔者在实际教学中为了突破这一难点，制作了以下动态实验。在教室里就地取材，找两个胶带卷A，B，用胶带将两个胶带卷系在一条线上。胶带O端抓在手上，将胶带卷A，B拉至水平并由静止释放，会明显观察到胶带圈A比胶带圈B先到达竖直位置。由于两胶带在向下摆动的过程中，胶带OA拉力与胶带圈A的速度成直角，OA对A不做功。胶带AB与胶带圈A的速度方向成钝角，对A做负功；胶带AB与B圈的速度方向成锐角，胶带AB的拉力对B做正功。该动态实验可以让学生理解案例2中在两球角速度相同的情况下杆对小球a做负功，对小球b做正功，从而实现了机械能在两球之间的相互转化。这个实验取材简单、实验巧妙，不费吹灰之力就让学生明白了为什么杆对小球a做负功。
　　3 验证习题结论，提高感知效果
　　学生认知结构的不完善容易导致学生对某些习题的结论充满怀疑，此时教师可以安排低成本演示实验来验证习题的结论，学生通过亲眼目睹实验现象，顺利达到对薄弱知识的巩固和加深的目的，进而完善自己的认知结构。
　　案例3：用一根细绳和一根轻直杆组成三角支架，绳的一端吊在手指上，杆的一端顶在掌心。当在A处挂上重物时，绳与杆对手指和手掌均有作用力，对这两个作用力方向的判断完全正确的是（ ）
　　在该案例教学中，让学生做以下实验就能达到良好效果：每人一根绳子，一支铅笔或水笔，一个重物，做通过这样的实验，学生自己就能作出正确的选择。在该实验中，由于学生身体的一部分作为实验仪器，在实验过程中学生的大脑处于兴奋状态，身体的感觉促使他们的思维积极地活动起来。通过实验分析，学生会尽力地进行抽象、概括，找到规律性的东西，并通过体验得到正确的结论。
　　案例4：某物理兴趣小组的“水流导光”实验装置：在透明长塑料瓶左侧下方开一个小孔，向瓶中注入清水，一股水流便从小孔流出。在瓶右侧将激光笔对准小孔，在实验过程中发现光束并未完全约束在流出的水流中，则
　　A.可能是水面过低引起的；
　　B.可能是孔径过大引起的；
　　C.需换用波长更大的激光使光完全约束在水流中；
　　D.需换折射率更小的液体使光完全约束在液流中。
　　评析：该题来源于人教版高中物理选修3-4第53页的“做一做”，题中的示意图也是课本的原图，体现命题者希望教师在教学过程中重视课堂实验的命题意图，在体现对知识和方法考查的同时考查过程和经历。笔者曾用市场上买来的激光笔做过这个实验，发现当液面过低时光确实会漏出来。亲眼所见和亲身体验这是学生积极学习的动力，我们现在的物理课堂缺少这种“物”的东西，教师喜欢直奔主题——“理”。而从认知的角度来说，“理”建立在“物”的体验上，只有经历了“物”的美好，才能激发“理”的本质。
　　结 语
　　在物理教学中充分利用与开发低成本实验，对于教师来说，利用身边随手可得的普通物品做物理实验大大降低了实验准备的难度。对于学生来说，低成本实验拉近了物理与生活的距离，让学生体会到生活中处处有物理，激发了学生的学习兴趣和探究热情。因此，教师应做一个有心人，积极开发积累帮助学生理解概念、形成概念、发现规律、掌握规律的低成本实验，使学生在掌握知识的同时，从物理实验中获得丰富的感性认识、增强探索意识、提高实际操作能力。
　　参考文献
　　[1] 朱铁成。物理课程与教学研究[M].杭州：浙江大学出版社，2008.
　　[2] 赵力红，臧文彧。高中物理探究性趣味实验[M].杭州：浙江大学出版社，2002.

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