物理教學(xué)中對比性實驗的運用

趙興彥

實驗是物理學(xué)研究的基本方法之一。近幾年我常在物理教學(xué)中,有目的地安排設(shè)計一些對比性的實驗,幫助學(xué)生形成正確的物理概念,掌握物理規(guī)律,突破難點,消除疑點,收到了較好的教學(xué)效果。

一、運用對比性實驗幫助學(xué)生形成正確的物理概念

有些物理概念比較抽象學(xué)生難于理解,設(shè)計對比性實驗,邊引導(dǎo)邊實驗邊分析,抽象出事物的本質(zhì)特征,幫助學(xué)生形成概念,完成認(rèn)識上的飛躍。例如,大氣壓強這一概念,對初中學(xué)生來說是比較抽象的,教學(xué)中我設(shè)計兩個對比性實驗,每做一個實驗,都引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象,思考問題,分析問題,步步深入。講課開始,教師做“水杯--厚紙片”演示實驗,讓學(xué)生思考,放開手后,厚紙片會不會掉下來?當(dāng)學(xué)生看到厚紙片不會掉下來這個意想不到的現(xiàn)象時,無不感到新奇有趣。這時,教師因勢利導(dǎo)提出:“上述實驗中厚紙片受到哪些向下的作用?為什么厚紙片不會掉下來?”學(xué)生很自然領(lǐng)會到厚紙片不會掉下來一定受到一個向上的壓力作用,這個壓力只能是大氣產(chǎn)生的,由此可見,大氣對厚紙片產(chǎn)生了壓強。

進(jìn)而向?qū)W生提出:“課本上要求做這個實驗時,杯里要裝滿水,若杯里只盛少量水,甚至不裝水,這個實驗?zāi)懿荒艹晒?”為了開闊學(xué)生的思路,又進(jìn)一步提出若用小刀片把厚紙片與杯的接觸處撬開一個小口子,將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?然后再做實驗加以驗證。實驗結(jié)果與分析、推理的一致性,加深了學(xué)生對大氣壓強的認(rèn)識,同時也培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。接著進(jìn)行“馬德堡半球”實驗,證明大氣對任何方向都有壓強,而且大氣壓強可以產(chǎn)生很大的力。從而使學(xué)生對大氣壓的理解具體而鮮明。

二、用對比性實驗糾正學(xué)生的錯誤概念

為了糾正學(xué)生在生活經(jīng)驗中形成的錯誤觀念,建立正確概念,恰當(dāng)?shù)剡\用對比性實驗也能收到較好的教學(xué)效果。例如關(guān)于“自由落體運動”的教學(xué),我針對學(xué)生認(rèn)為質(zhì)量大的物體下落得快,質(zhì)量小的物體下落得慢的錯誤認(rèn)識,設(shè)計了以下的對比性實驗。先從相同高度處同時釋放一個小鐵球和一張紙片,結(jié)果小球下落得快。不少學(xué)生錯誤地認(rèn)為小鐵球質(zhì)量大,下落快,因而得出下落加速度由其質(zhì)量決定的錯誤結(jié)論。此時教師不要急于糾正學(xué)生的錯誤,而是接著分別演示:①兩張相同的紙片,其中一張揉成一個小團(tuán),再從同樣高度同時釋放,結(jié)果觀察到紙團(tuán)下落快。②將一張質(zhì)量較小的小紙片揉成一團(tuán)與一張質(zhì)量較大的紙片,同時從同樣高度開始下落,可觀察到質(zhì)量小的紙團(tuán)反而下落得快。當(dāng)學(xué)生弄清紙片之所以比紙團(tuán)下落得慢是因為空氣阻力對紙片影響大以后,進(jìn)而提出:“如果沒有空氣阻力的影響,將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象”,讓學(xué)生思考。然后再過渡到解決問題的對比性實驗:“錢毛管”實驗。先觀察抽成真空的“錢毛管”中的金屬片、小羽毛、小軟木塞在沒有空氣阻力時,下落加速度都相同。接著打開“錢毛管”上的開關(guān),讓空氣進(jìn)入“錢毛管”里,再把“錢毛管”倒立起來,這時可以看到這些物體下落的快慢是不同的,前后兩次實驗的對比分析,突出了阻力對下落快慢的影響,形成了“重力加速度g與質(zhì)量無關(guān)”的正確概念。

三、運用對比性實驗導(dǎo)出物理規(guī)律

對于學(xué)生易于形成片面認(rèn)識的物理規(guī)律,設(shè)計針對性強的對比性實驗,可以幫助學(xué)生完成認(rèn)識上的飛躍,例如,初中學(xué)生對“二力平衡”條件覺得很簡單,似乎沒有什么困難,但又往往形成片面的認(rèn)識。在課堂教學(xué)中,我從日常生活中吊在電線上的電燈,放在桌子上的書籍等物體保持靜止?fàn)顟B(tài)等實例引發(fā),進(jìn)而做“二力平衡的條件”的演示實驗(課本中安排的),讓學(xué)生仔細(xì)觀察并讀出小車保持靜止時兩邊吊盤里砝碼的重力,并向?qū)W生提出探索性問題:“二力在什么條件下才會平衡?”學(xué)生往往得出片面的結(jié)論:“二力平衡條件是二力的大小相等,方向相反?！边@時引導(dǎo)學(xué)生再仔細(xì)觀察如下兩個有針對性的對比實驗。①兩個力大小相等,方向相反,分別作用在兩個物體上(即用兩個小車拼合在一起代替原來的小車實驗);②兩力大小相等,方向相反,作用在同一個物體(小車)上,但兩力的作用線不在同一條直線上。通過這兩個實驗,學(xué)生自己否定了原先的片面論斷,從而得出科學(xué)的結(jié)論:“作用在一個物體上的兩個力,如果在同一條直線上,大小相等,方向相反,這兩個力就平衡?！?/p>

四、運用對比性實驗理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)

在浮力一課的教學(xué)中,為了揭示浮力產(chǎn)生的原因是水中的向上和向下的壓強差對物體造成的壓力差,我設(shè)計了如下浮力消失和產(chǎn)生的對比實驗,把一塊蠟塊的底面緊壓在平底的玻璃器皿的底面,使之緊密接觸,然后緩慢地注水于容器中,使整個蠟塊都浸沒在水中,蠟塊并不浮起。如果將蠟塊與器皿底接觸處推開一道小縫,讓水浸入,蠟塊則很快就浮起來。通過對比,學(xué)生對浮力產(chǎn)生的本質(zhì)原因的理解就具體而深刻了。