物理
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例谈高中物理实验改进技能(邵合义)
  作者:邵合义(浙江省台州市椒江中学)   发布者:学科专家  发布时间:2011-11-10

  物理是一门以实验为基础的学科,实验是学习物理知识、体验物理乐趣、探索物理规律的重要途径。《普通高中物理课程标准》指出,“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生,为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础”,并建议“突出物理学科特点,发挥实验在物理教学中的重要作用”。物理实验教学不仅仅是物理学科最重要内容之一,更是落实三维目标的一种最佳教学方式和教学过程。
  一个优秀的物理实验必须现象明显、简易方便、主题明确和富于探究。笔者认为教材中提供的一些实验需要改进,方能达到这4个要求。本文结合教学实践案例,谈谈高中物理实验改进的几种常见办法。
  
  巧用投影仪让实验更容易观察
  
  有些物理现象所能显示的变化本来就很微小,不利于远距离观察;测量工具的读数适合近距离教学,不利于教师在讲台上面向全体演示和教学。为了使演示实验现象更清楚,就有必要采用各种放大方法,利用投影仪放大是最佳的方法之一。
  投影刻度读数游标卡尺、螺旋测微计、秒表、万用电表等测量工具的读数教学本身就是难点,也是高考的重难点。教师面对面对学生辅导指导效果较好,而面对全班学生示范几乎无效。但是把游标卡尺、螺旋测微计、秒表等放在投影仪上,使用图像放大功能投影到银幕,放大效果会非常好,刻度非常清晰。
  投影实验过程由于仪器体积比较小、学生近视眼很多、讲台的高度不够高、后排的学生视线很容易被前排学生所挡等原因,许多演示实验不利后排和两边的学生观察。教师可以把投影仪的摄像头对准实验,将实验过程转化到银幕上。有时还可以采取图像冻结功能,进行现象或读数前后对比教学。
  投影实验局部一些实验的重要环节,特别是数据变化、操作细节、重要现象必须让全体学生关注。教师可以用投影仪把这些重要环节投影到银幕上。在有关实验中电阻箱的数字变化、滑动变阻器的触头移动、发光二极管的亮度变化、弹簧秤示数的变化、电表指针移动等细节操作和数据变化有必要突显在银幕上。
  
  利用现代化设备让实验更完善
  
  利用常用仪器、教具进行实验,这是一种最基本的手段。利用电脑、数字实验和数码录像设备进行实验教学,更是教学现代化发展的必然。
  采用数字化实验数字化实验是把传感器和计算机有机整合,能够独立或者与传统的仪器结合起来进行实验,优点是快速、高精度地实时采集数据,自动记录和分析处理。不仅提高教学效率,而且能解决传统实验教学中难以在课堂演示的实验。利用传感器做牛顿第三定律实验,电脑能立即显示出相互作用力大小的关系曲线,直接获得“相互作用力的大小相等方向相反”的结论,还可以获得“相互作用力大小方向关系与物体加速、匀速、减速等运动形式无关”的结论。
  采用Excel处理实验数据把实验数据输入Excel,将依照设定自动完成计算、绘图。在探究加速度与质量的关系式实验中,把质量和加速度的数据输入Excel,采用图表向导中折线图就可以获得反比例曲线;再把质量数据转化成质量倒数的数据,就可以得到正比例曲线。在光的折射定律教学中,根据演示实验获得入射角i和折射角r的一系列数据,引导学生做大量的假设,如i=kr、i=kr2、i=kr-2、i=klgr、sini=ksinr、cosi=kcosr等函数关系,利用Excel计算和画曲线功能,拟合曲线“发现”折射定律。学生在半小时内就可以经历和体会科学家200年的探索过程。 

  使用日用品和玩具让实验贴近生活
  
  演示实验要做到3个简单,即仪器结构简单、操作简单和由演示现象到得出结论的过程简单。瓶瓶罐罐当仪器做实验,效果更贴近学生的生活,往往达到出其不意的效果。用生活中的日常用品和玩具做实验的案例很多。
  演示完全失重现象,可以用一瓶矿泉水做实验。在矿泉水瓶上扎几处洞,水会从洞里喷出,学生知道水从洞里流出是因为水具有重力。把有水的矿泉水瓶在空中抛来抛去,很多学生担心水洒到头上而慌张躲避,结果虚惊一场——由于“完全失重”,水不会从洞里流出。
  研究小车车轮的相对运动及其对地面的摩擦力的方向,可以用玩具电动小车、长条三合板、几只圆柱形铅笔做实验。把铅笔平行等距摆放,上放三合板,把电动小车启动后放在三合板上,就会发现小车和三合板做相对运动,从而判断摩擦力方向,进一步理解相对运动。
  
  用学生肢体让实验更直接
  
  大部分实验都是通过学生的眼睛观察实验,通过学生动手操作实验。实际上有些实验可以让学生亲身体验,这些实验以感性为主,效果很妙,如果配套其他实验,效果非常好。
  在做力的相互作用实验时,可以引导学生用左右大拇指做实验。首先让左手大拇指轻轻压向右手大拇指,体验2只拇指的受力;分开后,再让右手大拇指轻轻压向左手大拇指,体验2只拇指的受力;最后,让2只大拇指互相靠拢挤压,体验2只拇指的受力。学生很容易获得“力的作用是相互的、力大小相等”的结论,甚至获得“相互作用力同时产生不分先后”的结论。也可以让学生用食指敲打桌面,学生会明显感到食指痛感是因为食指受到桌面的反作用力。再配套弹簧秤实验和传感器实验,学生就经历肢体感性实验、传统粗略的定量的实验和现代化的精确的定量实验的不同。
  在滑动摩擦力的方向和大小演示实验中,让学生把手紧紧压在桌面上的同时往回拉,学生就会从手掌肌肉感受到滑动摩擦力的方向。如果让一个学生把手压在另一个学生的手背,他就会体会到“压力越大,滑动摩擦力也会越大”。
  在运动的合成实验中,先让一个学生站着,一手握拳平平伸出,模拟水平匀速运动;后蹲下并缓慢站起,模拟匀速上升;再蹲下缓慢站立,同时握拳平伸,感受拳头同时做向上匀速运动和水平匀速运动,别的学生观察到拳头是做倾斜的匀速直线运动。
  
  略加改进提高实验的效率
  
  教材提供的有些实验方案,效果欠佳,需要进行改进。通常花点心思,略加改进,就可以增加效果。
  改进实验方法在演示静摩擦的大小与滑动摩擦力的大小的关系时,教材采用用手直接拉弹簧秤的方法(图1甲),手拉的力很不均匀,弹簧秤指针会不稳定,效果很差。略加改进,如图1乙,用手拉木板,实验即容易成功。
  
  改换实验重要器材探究加速度与力、质量的关系的实验是很难成功的,定量的研究图像法更是无从下手。根本原因:一是平衡摩擦不好把握,二是恒力F=mg太大误差很大,恒力太小则小车又不动。如果采用气垫导轨来减小摩擦,分别用5 g、10 g、15 g、20 g的钩码替代恒力,则实验效果很好。
  改换观察仪器在楞次定律的实验中,利用灵敏电流计观察感应电流的方向,指针先偏向一个方向再返回,甚至来回摆动。接线柱在底部也不容易观察。笔者采用红色和黄色2种发光二极管,如图2所示,通过二极管发光情况就可以知道感应电流的方向,而且根据亮度可以判断感应电流的大小。
  
  改进实验顺序在做牛顿管实验中,通常步骤是先演示鹅毛等在空气中下落,再演示把牛顿管抽成真空后的现象,如此,在教室里抽气过程时间长、噪音大。如果先在实验室把牛顿管抽成真空,演示物体在真空中下落,再演示在空气中的情况,则可以缩短由现象到结论的时间。
  添加一点附件在自感现象实验中,添加二极管,采用二极管和小灯泡串联(图3),有利于判断感应电流的方向。在运动合成实验中,难以判断玻璃管里的红色蜡块是做匀速上升运动。如果在玻璃管上等距扎上3条橡皮筋,让学生用秒表、手表以及手机的秒表功能粗测时间,就可以解决这个问题。
  
  实验始终是物理教学的重要环节之一,是提高学生的科学素养、创新精神、实践动手能力的重要途径,也是实施物理新课程改革的重要条件和重要的课程资源。因此,在新课程教学中不仅仅要重视实验,更要通过各种途径改进实验,改善实验。
  (作者单位:浙江省台州市椒江中学)

 
  相关评论 点击数:605     评论数:1    
游客     发表评论于:2012-1-25 17:08:14
A provcoiatve insight! Just what we need!
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