論物理教學(xué)中模擬實(shí)驗(yàn)的作用

王昌森

摘 要：對(duì)于新入學(xué)的高一學(xué)生，剛從初中生動(dòng)有趣的感性物理知識(shí)中出來，進(jìn)入高中較為抽象的理性知識(shí)的學(xué)習(xí)，若產(chǎn)生了厭學(xué)的情緒，要想學(xué)好高中的物理知識(shí)，便會(huì)成為一句空話。那么，怎樣解決這個(gè)問題呢？我們知道，實(shí)驗(yàn)?zāi)芗て饘W(xué)生的強(qiáng)烈興趣，煥發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望。然而，在部分學(xué)校，實(shí)驗(yàn)器材不足和部分器材的性能不佳，使許多實(shí)驗(yàn)無法開展，教師就很有必要多設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，多做模擬實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：模擬實(shí)驗(yàn)；學(xué)習(xí)興趣；思維訓(xùn)練

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）3-0056-3

多年來，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：模擬實(shí)驗(yàn)不但能夠起到原有的實(shí)驗(yàn)效果，而且還能激起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)和深厚興趣，更加容易調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和探索的熱情。在物理教學(xué)中有很多值得探討的作用。

1 通過模擬實(shí)驗(yàn)，能夠創(chuàng)設(shè)出形象生動(dòng)、直觀清晰的物理情景，創(chuàng)設(shè)出有聲有色的教學(xué)情境

模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苁钩橄?、難于表達(dá)而又無法演示的實(shí)驗(yàn)形象直觀地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，使學(xué)生易于理解和接受新知識(shí)，同時(shí)貫徹了“從生動(dòng)的直觀到抽象的思維，并從抽象的思維到實(shí)驗(yàn)”的基本認(rèn)知規(guī)律。

例如，在“粗略地測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中，由于組成物質(zhì)的分子很小，不但肉眼不能直接地看到它們，就連光學(xué)顯微鏡也看不到它們。那么，怎樣才能測(cè)出其分子的大小呢？課本中采用“油滴薄膜法”，即把油滴滴到水面上，油在水面上散開，形成單分子油膜的厚度就可以認(rèn)為等于油分子的直徑d，首先測(cè)出油滴的體積V，再測(cè)出油膜的面積S，根據(jù)公式d=V/S，就可以算出油分子的直徑。這樣做在理論上行得通，但是，如果在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)就難以完成。量油滴的體積時(shí)，或多或少總會(huì)殘留一定的油分子，單層油膜分子是看不見的，然而，要擴(kuò)散多大的面積時(shí)才可以認(rèn)為是單分子油膜呢？這就很難確定，同時(shí)也很難形成清晰的物理情景。因此，實(shí)驗(yàn)效果差。

如果通過下面的模擬實(shí)驗(yàn)，效果就大不相同了。通過菜籽輕輕地撒在燒杯中的水面上，形成一層菜籽來模擬單層油膜分子（如圖1），學(xué)生就很容易建立清晰直觀的物理情景。很自然測(cè)出原來菜籽的體積V1，剩余菜籽的體積V2，那么，用去菜籽的體積V=V1-V2；量出燒杯的直徑D，燒杯的面積S=（D/2）2；那么，菜籽的直徑大小d=V/S=（V1-V2）/（D/2）2。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，V1=10 cm3，V2=5 cm3，D=8 cm，代入上式得d=0.1 cm=1 mm，學(xué)生就很容易掌握了這種方法。

如果油分子像菜籽那樣分布在水面上形成一層的話，那么其大小的計(jì)算就跟菜籽的大小計(jì)算方法完全一致。這樣，就給學(xué)生掌握粗略測(cè)量菜籽的方法留下了深刻印象，自然理解了這種測(cè)量方法。

還有分子間的作用力，分子間的動(dòng)能和勢(shì)能等隨距離的變化而變化的規(guī)律，可以通過帶彈簧的兩個(gè)小球去模擬。但應(yīng)注意的是，分子的勢(shì)能跟彈簧的勢(shì)能不同，當(dāng)兩個(gè)分子間的距離等于平衡位置的距離時(shí)，分子勢(shì)能最?。欢鴰椈傻膬蓚€(gè)小球，在平衡位置時(shí)彈簧的勢(shì)能等于零。講到繩子的彈力方向時(shí)，可以通過橡皮筋或彈簧來模擬。通過這些模擬實(shí)驗(yàn)不但使課上得直觀生動(dòng)，而且還能創(chuàng)設(shè)出良好的教學(xué)情境。

2 通過模擬實(shí)驗(yàn)，解析無法看到的抽象的原因，提高學(xué)生對(duì)物理過程探索的熱情，大大加深了理解

例如，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“分子間有空隙的結(jié)論”時(shí)，如果按課本的實(shí)驗(yàn)（如圖2），試管的上部分是水，下部分是酒精，混合之后的體積變小，學(xué)生很容易得到了“分子間有空隙”的結(jié)論?？墒牵旌虾?，分子怎樣分布？分子間的空隙怎樣被占據(jù)的？就很難形象地理解了。但是，如果通過“綠豆”模擬“酒精分子”（有機(jī)物分子），“芝麻”模擬“水分子”（無機(jī)物分子），讓其充分混合后（如圖3所示），學(xué)生就容易得到了原因：“是由于分子的重新分布，原來的分子間的空隙有一部分被占據(jù)了的緣故?！蓖瑫r(shí)，建立了未混合之前分子分布的情景和混合之后分子分布的情景，這樣就大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索的熱情。

還有關(guān)于靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的作用：“既有動(dòng)力作用，又有阻力作用”時(shí)，可以通過有齒的木塊來模擬物體表面的粗糙（如圖4），如果A、B間無相對(duì)滑動(dòng)，其靜摩擦力的作用就容易從實(shí)驗(yàn)中解析，如果A、B間有相對(duì)滑動(dòng)，其滑動(dòng)摩擦力的作用也很容易得到解析。都是下面的齒對(duì)上面的齒起推動(dòng)作用即動(dòng)力作用，反過來上面的齒又會(huì)對(duì)下面的齒起阻礙作用即阻力作用。這樣就可以看到了無法看到的原因，又可以打破學(xué)生認(rèn)為摩擦力只起阻礙作用的定勢(shì)思維習(xí)慣，生動(dòng)形象地理解了摩擦力的作用。再如，為了形象地解析彈力的方向，可以通過鋼片的彈性形變來模擬物體的微小彈性形變，學(xué)生就感到更加形象有趣。

3 通過模擬實(shí)驗(yàn)解決了實(shí)驗(yàn)器材的不足或器材性能的不好

它起到原有的實(shí)驗(yàn)效果，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生思維的積極性，活躍了課堂氣氛，提高了課堂的效果。同時(shí)，又使學(xué)生感到物理知識(shí)和生活的密切聯(lián)系，減輕了學(xué)物理的神秘感和學(xué)生的心理障礙。

例如，“關(guān)于向心力的幾個(gè)實(shí)例”中的“雜技節(jié)目‘水流星’”。通過一個(gè)小桶，裝半桶水，讓其做圓周運(yùn)動(dòng)（如圖5所示），速度足夠大時(shí)，水不會(huì)掉下，可以成功地模擬“雜技節(jié)目‘水流星’”。為什么水不會(huì)掉下？這個(gè)速度要多大？這樣大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生思維的積極性，高度渴求完滿解決問題的欲望，而且解決了物理實(shí)驗(yàn)器材的不足，而自己選擇器材又極為方便。還有生活的實(shí)例，過山車通過最高點(diǎn)時(shí)，人為什么不會(huì)掉下？學(xué)生就自然明白了其中的奧妙。

4 物理實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生的靈活思維遷移能力和掌握物理的一些研究方法

模擬實(shí)驗(yàn)的本身就是一個(gè)向?qū)W生傳播的非語言的教育信息，使物理教學(xué)增添了一個(gè)物化的信息源，使學(xué)生領(lǐng)悟到教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)、獨(dú)到構(gòu)思和組織教學(xué)的良苦用心，引起學(xué)生的共鳴，潛移默化地激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造性，啟迪學(xué)生的思考，培養(yǎng)觀察和思維遷移能力；其次，許多物理學(xué)家對(duì)物理的研究就是把抽象的轉(zhuǎn)化為形象的研究，得到結(jié)論，通過結(jié)論又可以指導(dǎo)抽象問題的研究。這樣可使學(xué)生掌握一些物理的研究方法。

模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芤饘W(xué)生的極大興趣，使人產(chǎn)生積極的情緒和情感。美國心理學(xué)家斯克契德提出了“情緒三要素”。他認(rèn)為，情緒的產(chǎn)生不單純地決定于外界刺激和機(jī)體內(nèi)部的生理變化，而是外部刺激、機(jī)體生理變化和認(rèn)識(shí)過程三者之間相互作用的結(jié)果。而模擬實(shí)驗(yàn)正起到了這良好的外部刺激作用，便會(huì)產(chǎn)生良好機(jī)體的生理變化，從而產(chǎn)生了積極的情緒和情感。同時(shí)，也促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程，使抽象的問題和內(nèi)容通過形象的模擬，通過夸張、放大作用，更便于直觀形象的教學(xué)，突出了重點(diǎn)的、主要的內(nèi)容，促進(jìn)和加深了體會(huì)和理解。學(xué)生學(xué)得容易、有趣又會(huì)促使對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣，使外部刺激起到更大的作用，生理變化而產(chǎn)生更好的情緒和情感。這樣的良性循環(huán)作用，更加有利于課堂教學(xué)情境的展開，更加容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生更加熱情地學(xué)好物理這一學(xué)科。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝步時(shí).中學(xué)物理教學(xué)研究方法論[M].南京：江蘇教育出版社，2013.

[2]白炳漢.中學(xué)物理教學(xué)方法跟蹤研究[M].福州：福建教育出版社，1992.

（欄目編輯 王柏廬）