優(yōu)化高中物理課堂實驗教學的一次有益嘗試
——“外力作用下的振動”實驗教學策略

楊旭峰

（義烏中學 浙江 金華 322000）

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，加強實驗教學是提高物理教學質量的根本途徑.物理實驗教學對學生形成物理概念，掌握物理規(guī)律，培養(yǎng)學生觀察能力、動手能力和創(chuàng)新能力都起著重要的作用.新課標要求在高中物理課程實施上要注重自主學習，提倡教學方式多樣化；強調教學中要大力加強物理課堂實驗，要求教師必須努力完成新課標中規(guī)定的每一個實驗，強調教師應因地制宜設計簡單實驗，并使用身邊隨手可得的物品進行科學探究活動和各種物理實驗.物理課堂實驗不應再是課堂教學中一個可有可無的附屬品，而應成為培養(yǎng)學生動手能力和探究精神的一個有效手段.

現(xiàn)行的課堂實驗教學現(xiàn)狀大部分是不太令人滿意的.由于教師在教學中往往忽略了學生學習知識的自主建構過程，更多采用的是偏重記憶理解、接受式的教學方式，從而導致學生在物理學習中有重結果、輕過程的傾向，輕視科學方法和科學態(tài)度的養(yǎng)成.物理教學正因過分強調“學科中心”和“知識系統(tǒng)”，而使物理實驗的“學術化”傾向十分明顯.國內(nèi)外的各種調查顯示，很多中學生對物理學習的興趣正在明顯降低，甚至一些學生放棄了對物理的學習.導致這一狀況的原因固然是多方面的，但物理實驗能否激發(fā)學生的探究興趣和求知欲望應是一個主要因素.傳統(tǒng)的物理課堂實驗教學方式顯然已經(jīng)不再適應當前高中新課程改革的需要，改革傳統(tǒng)的物理課堂實驗教學方式，使課堂實驗教學充分發(fā)揮其在素質教育的特殊作用已成當務之急.

基于上述思考，筆者選取人教版《物理·選修3-4》第十一章的最后一節(jié)“外力作用下的振動”，從課堂實驗教學的角度，進行了一次有益的嘗試.

1 設計思路

（1）在教學模式上，從過去的傳遞式向探究式轉型.傳統(tǒng)的課堂實驗教師做得多、學生主要是看.教師在此過程中扮演著“包辦”的角色.而教學活動的主體——學生卻很少參與.由于學生缺少“參與”意識，課堂實驗教學往往調動不起學生的學習積極性，發(fā)揮不了學生的主體作用，以致于他們的獨立操作能力及創(chuàng)造力難以培養(yǎng)，使課堂實驗教學處于一種尷尬的境地.本節(jié)課的教學中，先后設計“受迫振動的頻率”、“受迫振動的振幅”等探究性實驗，問題提出后，通過實驗觀察、比較歸納、討論交流等一系列的教學探究活動，突出學生的主體地位，使他們在學習上獲得主動權.充分展現(xiàn)物理學科實驗及動手這一特點和魅力.

（2）在教學手段上，更加注重信息技術與物理課堂教學的結合.由于時空、環(huán)境的限制，有許多演示實驗難以完成或效果不佳，以致學生對許多物理知識難以理解和接受，使教學效果受到影響.DIS實驗系統(tǒng)為科學探究提供了全新的實驗平臺，數(shù)據(jù)采集由人工轉變成智能，圖像功能強大.實驗探究過程中所用時間短、效率高，給中學物理實驗帶來了變革，但DIS實驗系統(tǒng)的功能還有待進一步開發(fā)完善.在此，通過自制簡單的實驗教具再結合DIS數(shù)字信息系統(tǒng)既可開發(fā)出“繪制固有振動及阻尼振動位移隨時間變化的圖像”實驗，大大優(yōu)化實驗的教學效果.

2 實驗方案

2.1 振動位移 －時間圖像

（1）實驗裝置說明（圖1）

1）將位移傳感器直接置于滑塊的上方，待穩(wěn)定后將在平衡位置處的位移記為零.

2）滑塊在氣墊導軌上的振動可近似認為是固有振動，插上風帆后則可認為是阻尼振動.

圖1 自制振動位移 －時間圖像演示儀

（2）實驗操作并得到相關圖像

圖2

（3）比較.對兩種振動進行進一步的分析，并總結出各自的特點.

（4）反思.未插風帆時是否受到阻力？為何又是固有振動呢？

2.2 受迫振動的頻率

（1）實驗裝置說明（圖3）.將“彈簧振子”置于裝滿水的截去瓶頸的可樂瓶中，增加振動的穩(wěn)定性 ，優(yōu)化教學效果.

（2）實驗操作

第一次演示.逐漸增大驅動力的頻率（即增大轉速）.

圖3 手搖受迫振動演示

現(xiàn)象及結論：受迫振動的頻率發(fā)生變化，說明肯定不等于固有頻率，因為固有頻率只有一個.

再次演示.此次教師數(shù)搖的次數(shù)，學生則數(shù)振動的次數(shù).

現(xiàn)象及結論：發(fā)現(xiàn)始終吻合，說明受迫振動的頻率等于驅動力的頻率.

第三次演示.重點觀察振幅的變化情況.

現(xiàn)象及結論：振幅隨著驅動力的頻率先增大后減小，說明振幅并非隨驅動力頻率做簡單的線性變化.

那么當驅動力的頻率多大時振幅最大？

2.3 受迫振動的振幅

（1）實驗裝置說明（圖4）

圖4 自制共振擺

1）驅動球需比其他小球重一些，橫桿所用材料需輕、薄.

2）最左邊的單擺可以任意改變擺長.

3）改變擺長即改變了單擺固有周期.

（2）實驗操作

1）讓左邊小球先振，觀察其余小球振動情況.

實驗現(xiàn)象.左邊第二個振幅最大.

原因分析.進水樓臺先得月，還是另有蹊蹺？

若想讓第三個小球振幅最大，有何辦法？

2）改變擺長，實驗驗證想法.

結論：擺長相等（即驅動力的頻率等于固有頻率），受迫振動的振幅最大——共振.

3 教學反思

優(yōu)化的物理課堂實驗教學要求重視學生的直接經(jīng)驗，尊重學生的想法和主體地位，這就需要教師真正轉變教學觀念，解放思想，大膽嘗試，積極進行思考，探索和創(chuàng)新，爭取多路多舉，靈活多變的教學方式，充分調整自己的角色以及與學生的關系.優(yōu)化的物理課堂實驗教學需要教師的主導作用貫穿于課堂實驗的設計、實施、反饋、改進的全過程，為學生提供盡可能真實的問題情境，提供各種學習資源，處理實驗教學學習中出現(xiàn)的各種問題，這就要求教師不斷地提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和教育教學水平.

總之，課程改革，是對教師傳統(tǒng)理念的嚴峻挑戰(zhàn).唯有不斷嘗試與反思才能以開放的心態(tài)完成角色的轉型定位，完善自身的知識結構，提高自身結合素質，切實承擔起教師教書育人，傳承文化的重任.