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浅谈中学物理实验创新的策略

所属栏目: 物理论文  更新时间:2021-03-13 点击次数:

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  郭晓青

  物理教师不应满足于物理实验的已有效果,而应致力于提高实验的稳定性、操作性和可见度,在教学实践中激发实验改进的动机,用学科知识分析问题解决的思路,在生活中探求实验改进的途径。

  一、倡导低碳理念,变废为宝——实验生活化

  “瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”成了开发实验资源的真实写照。可乐瓶改装的弹簧振子阻尼振动演示装置,以及用日光灯镇流器制作的千人震,均给学生留下了深刻的印象。这样,对失去使用价值的废物进行修整、改进,甚至进行解剖和重新组装,将其改造成教学资源,正好适应循环经济、节约型社会的时代潮流,用实际行动践行了低碳实用的环保理念,是对学生具体而深刻的技术教育和人文教育。

  针对静电学实验的可见度低、易漏电等困难,我们先后研制了系列实用的实验器材,如“八宝粥罐”导体圆筒(如图2)、“怒发冲冠帽”、PVC电工套管和塑料布摩擦起电器等等,这些其貌不扬的自制教具、仪器,尽管比较粗糙,但它们在课堂教学中却神通广大,破解了难点,解决了问题,效果很好。

  实验改进的灵感来自不懈的探究与思考,实验创新要求我们慧眼独具。如传统的曲线运动速度方向演示实验效果欠佳,如何改进呢?有次无意间发现了磁性橡胶,一个新的实验方案在脑海中形成:把几段磁性橡胶弯成曲线轨道,吸在水平铁板上,然后用粘有红墨水的鼠标球沿轨道内侧运动,观察鼠标球脱离轨道后的运动;去掉一段磁性橡胶后,重复上述操作,可以发现鼠标球脱离轨道后均沿切线运动。本实验中鼠标球的运用可谓是独具匠心,因为其吸水性适中,留下的运动轨迹清晰且均匀,这是通过比较多种器材后才确定的最佳选择,不正说明每个实验细节的改进和创新都包含着许多艰辛?

  物理知识源于生活,具有鲜明的生活性和实用性,因此,在物理课堂教学中,应尽可能创造条件,使学生感受到物理知识及其应用就在身边,激发他们自觉应用物理知识解决问题的兴趣。

  二、改进实验装置,推陈出新——实验精细化

  教材提供的实验方案并不一定是最佳方案,在教学中应该精益求精,力臻完美,如《探究功与速度变化的关系》一课中,教材中使用了如图3所示的实验器材。该实验原理简单,装置也不复杂,但在实验操作过程中,却难以取得令人满意的效果,主要存在以下问题:

  (1)难以保证小车做直线运动,从而导致纸带上的点迹不在同一直线上,同时,增大了运动中的阻力,实验精度低。

  (2)橡皮筋恢复原长后,处于小车运动的前方,容易阻碍小车的运动。

  (3)弹力做功采用倍增法的前提是每条橡皮筋在操作中做功相同,如何才能保证这些规格相同的橡皮筋在实验过程中形变一致?

  在教学实践中,对教材提供实验方案进行了改进,实验装置如下:

  (1)用轨道代替了木板。这样既减小了摩擦阻力,更重要的是保证了小车的直线运动;同时,当橡皮筋恢复原长后,会自行落到轨道之下,解决了橡皮筋影响小车运动的问题。

  (2)为保证橡皮筋在操作中做功相同,设置放手位置的标志,橡皮筋条数增加后而放手位置不变,即可实现橡皮筋在实验过程中形变一致。

  由于成功地克服了诸多缺点,学生在分组实验过程中,操作方便,结论准确,效果良好。

  三、探究科学玩具,激趣增色——实验趣味化

  “科学玩具”是指体现娱乐性并蕴涵着丰富科学内涵的玩具,集科学知识与设计技术于一体。学生在参与活动过程中,不仅有利于他们理解和巩固物理知识,培养联系实际的能力,而且还能丰富知识、开阔眼界,激发他们探索新的物理现象和规律的兴趣,是课堂教学活动的重要补充。

  怪坡现象曾引起人们热议,因为在怪坡上物体由低处往高处看似轻松自如,而从高处往低处却显得十分艰难,其怪因引起了许多同学的兴趣和探究冲动。好奇心是最好的老师,为解释怪坡现象,可自制滚轮装置,进行模拟演示后,引导学生初步分析怪坡现象的成因,鼓励学生上网查阅相关资料,组织小组讨论,开展研究性学习,并对此作出科学合理的解释。

  魔罐外观看似一听普通的饮料,其实却不寻常:让其在水平桌面上滚动,速度逐渐变小,最后竟反向运动,神奇地回到出发点。如果有人质疑桌面是否水平,可以换方向重复前面的演示,结合实验引导学生通过看外形,猜想结构,进行讨论,去伪存真、由表及里。其实正是因为巧妙地运用了机械能守恒定律,实现动能与弹性势能的相互转化,使其变得神秘,显得神奇。让所学规律接受

  实践检验,从而使学生在知识运用过程中,获得更深刻的认识或展开进一步的探讨。

  滚轮装置和魔罐实验密切联系实际,为物理课堂教学开窗,与应用实践搭桥,这样,规律学习过程中,重视学生的情感体验,本着开发学生智力、发展学生能力进行科学玩具的研究,通过自制科学玩具的研制,激起学生的好奇心和学习兴趣,鼓励学生参与课外小制作,引导他们从学习物理到探究物理,全面培养学生科学素养和技术素养,让学生从课堂走向生活,从生活走向物理,从物理走向社会。

  四、接轨现代科技,如虎添翼——实验科技化

  数字化信息系统,是集实验数据采集、显示、分析、处理等功能于一体的实时智能化实验系统,是运用现代信息技术进行教学的一种手段。其特点是数据采集迅速,数据分析准确,曲线拟合合理;数据容量大,图形清晰直观,能显示难以观察的过程,在物理课堂教学中,特别是在实验探究中更能大显身手。数字化信息系统的开发和普遍使用,进一步凸显物理实验的教育功能,大大拓展了学生研究的视界。

  从物理学科特点出发,开展利用“数字化信息系统”的实验研究,同时与研究性学习和科学实践活动结合起来,自主设计实验,改进传统实验,挖掘其实验功能,在物理教学中有很大的施展空间,拓展了高中物理实验创新的新途径。如在“作用力和反作用力的研究”的演示实验中用力传感器代替弹簧秤,当同学对传感器拉或顶时,屏幕上可以实时显示两个传感器的相互作用力随时间变化的曲线实验结果一目了然,过程清晰可见,结论令人信服。

  在《简谐运动》中探究弹簧振子的位移图象时,教材中介绍的频闪照片以及数码相机频闪摄影两种方法,都存在拍摄难度大,数据处理复杂等问题。在教学中,笔者利用数字化信息系统改进了该实验:在气垫导轨上放置滑块(先取下滑块上的小“风帆”),其两端各连接一轻质弹簧,滑块上固定位移传感器发射装置,将位移传感器接收装置与数据采集器相连,将实验所测数据实时输入计算机,再以时间为横轴,以位移为纵轴,作出弹簧振子的位移图象,使弹簧振子运动过程中位移与时间关系一目了然。数字化信息系统的引入,简化了实验操作,突出了弹簧振子运动过程中位移与时间关系的研究,可见度大,可信度高,有效地提高了课堂效率。

  另外,在研究阻尼振动时,只要在该装置的滑块上插上一叶“风帆”以增大阻力,利用数字化信息系统可以非常直观地显示阻尼振动中振幅的变化,效果明显。

  五、开展实验设计,学以致用——实验探究化

  学生实验有利于提高学生实验操作技能,但要培养学生的探究性研究能力,必须加强学生实验设计训练。在学