利用實驗探究突破習題教學疑難

堵健忠　孫林偉

摘 要：在習題教學中借助實驗可以很好地加深學生對物理現(xiàn)象的理解，可以突破學生解決問題中的思維障礙，幫助學生突破習題中所涉及的知識難點，幫助學生再現(xiàn)生產(chǎn)生活中的情景，構建起正確的物理模型，順利解決問題。

關鍵詞：實驗；習題教學；教學效率

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）3-0056-3

實驗可以比較直觀地再現(xiàn)生動、有趣的物理現(xiàn)象。“演示實驗具有趣味性、奇異性、靈活性、直觀性、簡單性、多變性等特點，它往往與生活實際緊密聯(lián)系，能很好地創(chuàng)設新穎、生動、奇特并富有懸念的物理情境，激發(fā)學習興趣，點燃學習熱情，幫助學生理解概念、掌握規(guī)律。”[1]實驗不僅在新課教學中可以發(fā)揮作用，在習題教學中也有重要作用?！霸诹曨}教學中，借助適當?shù)膶嶒?，可以攙扶學生走過思維的沼澤地，促進學生思維發(fā)展。”[2]在習題教學中，當遇到學生對生產(chǎn)生活情景或物理現(xiàn)象不了解、解題思路有障礙、知識難度較大不易理解等困難時，如果能因地制宜地穿插實驗，能激發(fā)學生學習物理的興趣，調(diào)動學生學習物理的積極性和主動性，也能增加學生對物理現(xiàn)象、生產(chǎn)生活情景的理解，從而有效突破問題解決中的難點和思維障礙。

1 自制教具加深對物理現(xiàn)象的理解

物理習題中的一些物理現(xiàn)象，離學生的生活有一定距離，或者學生在日常生活中不留意這些現(xiàn)象，因而對這些現(xiàn)象并沒有很深刻的印象或者認知，這對學生看透現(xiàn)象認識物理本質(zhì)有一定的障礙。在習題教學中，如果通過一些小實驗把題目中的現(xiàn)象演示出來，學生會加深對物理現(xiàn)象的認識，引起學生的有意注意，激發(fā)課堂的活力，這對學生思考問題、認識物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)有很好的促進作用。

例1 如圖1所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置。小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊（ ）

A.在P和Q中都做自由落體運動

B.在兩個下落過程中的機械能都守恒

C.在P中的下落時間比在Q中的長

D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大

本題中小磁塊由相同高度分別從銅管和塑料管中無初速度下落，當小磁塊從銅管中下落時，會產(chǎn)生電磁阻尼，所以在P中下落的時間比在Q中的長。電磁阻尼現(xiàn)象的原理是電磁感應原理，這一現(xiàn)象用楞次定律可以解釋為：閉合導體與磁體發(fā)生切割磁感線的運動時，由于閉合導體所穿透的磁通量發(fā)生變化，閉合導體會產(chǎn)生感生電流，這一電流所產(chǎn)生的磁場會阻礙兩者相對運動。其實，這一現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中應用比較廣泛，例如電磁式電表的表針、電磁制動等。但學生顯然不能把這些現(xiàn)象和所學的物理知識有效地聯(lián)系起來。為了加深學生的印象，可以通過如圖2所示的自制教具把本題的現(xiàn)象演示出來。演示圖2所示的教具時讓強磁鐵分別通過等高的塑料管、鋁管、銅管、銅槽等，比較下落的時間，塑料管最快，金屬管和金屬槽都比較慢，由此加深學生對這一現(xiàn)象的理解。

2 利用實驗突破思維障礙

在處理物理習題時，有時候?qū)W生由于認知能力所限，或者知識儲備不夠，或者思維水平不高，導致思維障礙而不能很好地建立物理模型。此時，教師需要花費很大的力氣去講解，講解是必要的，但有時效果未必理想，往往費了很大精力之后有些學生還是一頭霧水。教師通過語言講解及推理得出的結論，信服度不如讓學生親自動手操作實驗或觀察實驗而得出的結論。在物理習題教學中要多做實驗，尤其是講解和推理困難時，實驗能起到事半功倍的效果，可謂“千言萬語說不盡，實驗一看就明了”。

例2 一小球質(zhì)量為m，用長為L的懸繩（不可伸長，質(zhì)量不計）固定于O點，在O點正下方 處釘有一顆釘子，如圖3所示，將懸線沿水平方向拉直無初速度釋放后，當懸線碰到釘子后的瞬間，下列說法錯誤的是（ ）

A.小球的線速度突然增大到原來的2倍

B.小球的角速度突然增大到原來的2倍

C.小球的向心加速度突然增大到原來的2倍

D.懸線對小球的拉力突然增大到原來的2倍

本題中學生的思維障礙在于：細線碰到釘子后線速度大小為何不能突變，在線速度不變的情況下，分析角速度、向心加速度、拉力等的變化。在一般的講解中不外乎如下三種思路：第一，Δv=at，碰撞瞬間時間極短，趨于零，Δv=0，故而線速度不變；第二，細線碰到釘子時，受力全在豎直方向上，水平方向上（切線方向）沒有受力，根據(jù)牛頓第二定律切線方向沒有加速度，因而速度不變；第三，在碰到釘子的極短時間內(nèi)，小球受到的重力、細線的拉力都不做功，根據(jù)動能定理或者機械能守恒定律，可得線速度大小不變。講解后，不少學生能明白，但是不少學生還是不能夠接受。如果在講解之前，通過一個演示實驗讓學生觀察之后，再進行上述講解，學生的接受情況就截然不同。

演示步驟如下：（1）將一個單擺懸掛在鐵架臺上或者墻壁上；（2）將單擺拉到水平位置，釋放；（3）把釘子置于擺長一半處；（4）觀察當細線碰到釘子的瞬間小球速度的大小有沒有明顯的變化（由此得到小球線速度不能突變）；（5）觀察當細線碰到釘子的瞬間，細線的轉(zhuǎn)動快慢有沒有變化（由觀察結果可以得到小球的角速度在碰到釘子的瞬間發(fā)生突變）。

3 模擬生產(chǎn)生活情景彌補生活經(jīng)驗不足

物理來源于生活，物理上經(jīng)常用生產(chǎn)生活中的情景為背景命制習題。但是，學生的生活閱歷和生活經(jīng)驗有限，很多生產(chǎn)生活中的情景，由于遠離學生的生活，學生往往感到陌生，不能把習題所述情景與物理知識建立正確聯(lián)系，甚至出現(xiàn)誤解。此時，若能利用身邊的一些物品或者實驗裝置，把生活中的情景模擬出來，從而增加學生的感性認識，彌補生產(chǎn)生活經(jīng)驗的不足，化解學生理解的難度。

例3 玻璃板生產(chǎn)線上，寬9 m的成型玻璃板以4 m/s的速度連續(xù)不斷地向前行進，在切割工序處，金剛鉆的割刀速度為8 m/s，為了使割下的玻璃都成規(guī)定尺寸的矩形，金剛鉆割刀軌道應如何控制？切割一次的時間多長？

本題中的情景學生很難理解，很多學生解決本題時，認為割刀垂直于玻璃邊緣切割玻璃，時間t= = s。為了讓學生清楚錯在何處，正確切割方式應怎樣？可讓學生利用教室里學生上美術課的畫板（一塊正方形的木板）代替玻璃和粉筆代替割刀，模擬切割玻璃的情景。具體做法如下：

（1）兩位同學上臺，一個同學把畫板貼在黑板上（如果黑板下邊緣有凹槽，則把畫板放入凹槽，更容易操作），并勻速向右拉動畫板；另外一位同學，用粉筆代替割刀在畫板上勻速畫線；

（2）學生第一次“切割”時，粉筆的速度垂直于畫板，如圖4所示，“切割痕跡”如虛線所示，這樣切割的玻璃不是正方形；

x3）為了探究正確的切割方式，讓學生按照圖5所示的方式“切割”。一個同學向右勻速拉畫板，另一個同學向右下角用粉筆勻速畫線。多訓練幾次后，學生配合默契可得到圖5中虛線所示的“切割痕跡”。為了盡量達到這一效果，課前應指導這兩位演示的同學，反復練習，增強默契。

情景模擬完成后，再畫出速度分解的矢量圖。如圖6所示，把割刀的速度分解為沿玻璃運動方向v1和垂直于玻璃邊緣的方向v2。v1等于玻璃運動的速度，v2是割刀實際切割的速度。根據(jù)勾股定理v = =4 m/s，切割時間t= = s。

參考文獻：

[1]姜峰.物理實驗教學值得注意的十個問題[J].物理教學，2012，34（7）：36.

[2]劉桂枝.挖掘習題資源 創(chuàng)新實驗教學[J].中學物理教學參考，2012，41（3）：43.

（欄目編輯 王柏廬）