物理實驗教學不能“忽悠”

王慶偉

【摘要】物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學在整個物理教學中具有十分重要的作用，隨著對學生核心素養(yǎng)的關注不斷深入和新課程不斷走向深藍，我們不僅要告訴學生探究問題方法，提升他們探究問題的能力，還必須培養(yǎng)他們的科學精神。初中物理這門以探究為基礎的課程，恰好就能勝任這種教育。為了使物理探究實驗能更好地發(fā)揮它的作用，有效地激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生多方面的能力，作為物理教師必須具備新的、先進的實驗教學觀念和方法，對那些傳統(tǒng)的、落后的教學觀念和方法要進行改進，同時對教材中存在不足的實驗操作進行改進。

【關鍵詞】物理實驗 教學 勻速運動 實驗改進

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）32-0161-02

由于初中生認知能力的限制，物理教材中的許多實驗只能是通過實驗現(xiàn)象進行定性研究，通過多次類似實驗推導出物理規(guī)律，而不能通過準確數(shù)據(jù)進行定量研究。這樣的實驗教學能夠較容易的讓學生掌握物理規(guī)律和物理探究的方法，但是相對而言缺乏科學研究的嚴謹性，在一定程度上會影響學生對物理探究方法的錯誤認識。甚至于在一些實驗中的物理現(xiàn)象，由于缺乏有效的科學數(shù)據(jù)分析，很多老師只能通過含糊其辭的“忽悠”來完成課堂教學，使學生對物理規(guī)律一知半解，引發(fā)學生的質(zhì)疑。筆者在教學實踐中就有過這樣的經(jīng)歷。

人教版八年級下冊物理教材第九章第四節(jié)《流體壓強與流速關系》一課，整體教學內(nèi)容是比較單一而簡單的。筆者在教學時，引導學生做了大量的實驗來發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。比如：對著漏斗吹乒乓球，乒乓球不會掉下來；向兩艘并排放置的紙船中間噴水，兩艘紙船向中間靠攏；對著小燒杯杯口水平方向猛的吹氣，里面的乒乓球會跳出來……通過一系列實驗，推導出“流體流速越快的地方壓強越小”的規(guī)律，接下來筆者利用課本器材做實驗對結論進行驗證，結果引出了幾位學生的質(zhì)疑“老師，為什么粗管子的壓強大，細管子的壓強小??？”“因為粗管子里面水的流速慢，所以壓強大，細管子流速快，所以壓強小??！正好驗證了我們剛剛得出的結論！”我“忽悠”道。可是學生繼續(xù)問道“為什么粗管子流速慢些？為什么細管子流速快些？”……我突然間不知道該怎樣回答了？大家都知道，這是高中物理中的連續(xù)性原理，當流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應該相等。但是筆者卻不能對著一群初中生去講高中物理中的連續(xù)性原理吧？沒法子。

在后面講解“飛機的升力”原理時，針對機翼模型，有學生又提出問題“為什么飛機上表面空氣流速快，下表面空氣流速慢？”“有什么數(shù)據(jù)能夠說明流體流速越快的地方壓強越小？”這時候我突然意識到一個問題，學生對通過實驗表象推導出的實驗結論產(chǎn)生了質(zhì)疑！于是，筆者大量搜索相關資料和實驗，最終聯(lián)系到某公司制作如圖的實驗器材。

鼓風機連接紅綠藍三根粗細不同的塑料管，管中分別連接三個壓強傳感器，傳感器與電腦相連，電腦軟件能夠?qū)崟r地將管中壓強變化準確的通過數(shù)據(jù)在電腦上顯示出來。通過科學數(shù)據(jù)的顯示可以充分的證明“流體壓強與流速關系”，由定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治?，增加了實驗結論的可信度。但是依然存在問題：如何說明“粗管流速慢，細管流速快”呢？我一直在想，既然不能講“連續(xù)性原理”，又不能”忽悠”學生，我該怎么辦？唯一的方法，就是用數(shù)據(jù)來證明你看。于是與學生一起，又將三根管子分別開了口子，利用風速測定儀分別測定三個管中的空氣流速，并實時展現(xiàn)在投影上，結果，大家都滿意了。在講到“飛機升力”時，同樣利用風速測定儀分別測出上下表面的空氣流速，解決學生的疑問，并同時利用微型壓強計測出機翼上下表面的壓強，使學生充分理解飛機升力產(chǎn)生的原因。

初中物理教學中有許多測定性實驗，由于學生是初學物理，一些基本的實驗器材需要訓練學生的使用，但實驗器材本身的精確程度以及使用方法的局限性，導致許多實驗結論很難與實際規(guī)律吻合，這時候我們許多老師就開始“忽悠”學生了，甚至直接下結論——“你們做得不對，老師做的就是這樣的，看！與書上的結論一致吧？”

然而真的是這樣嗎？

人教版八年級物理第八章第3節(jié)《測量滑動摩擦力》就是非常典型的例子，書本上的實驗如圖所示。

利用彈簧測力計拉動木塊做勻速直線運動，根據(jù)二力平衡的原理，拉力大小等于摩擦力大小。但是做過實驗的人都知道，這個實驗是很難成功的！因為人的手很難通過主觀判斷，拉動木塊做勻速直線運動，因而彈簧測力計的示數(shù)很難穩(wěn)定下來，這時候大部分人只能隨便讀個數(shù)據(jù)“忽悠”一下學生。然而，具有探究意識的學生是那樣好忽悠的？筆者在講這節(jié)課時，讓學生分組實驗，結果出現(xiàn)了同樣的器材同一小組不同學生測出數(shù)據(jù)不同的現(xiàn)象。是回避矛盾還是承認事實？我選擇了后者。因為這樣不僅可以引發(fā)學生探討成因，還能引導學生踐行實事求是的科學精神。然而，如何加深學生對二力平衡條件的深刻理解如何準確測量數(shù)據(jù)呢？

首先，針對“如何控制木塊做勻速直線運動”的問題，我開始想到了使用勻速電機拉動木塊。實際操作中發(fā)現(xiàn)，雖然勻速電機控制了木塊做勻速運動，但是木塊在運動過程中很難保證做直線運動。從火車在鐵軌上運行受到啟發(fā)，我將木塊固定，制作了一段滑軌，用勻速電機拉動木板在滑軌上做勻速直線運動，根據(jù)運動相對性，木塊相對木板在做勻速直線運動，完美解決第一個問題。

其次，對于彈簧測力計讀數(shù)難的問題，筆者嘗試了用電子測力計代替、將測力計豎直固定等方式改進，結果都不是很理想。如何讓測量數(shù)據(jù)直觀而準確的顯示出來呢？筆者在研究教材過程中發(fā)現(xiàn)，教材多處“擴展性實驗”中用到了傳感器，那么我們何不用拉力傳感器來代替彈簧測力計呢？于是，筆者將拉力傳感器固定在基座上，一端與木塊相連，另一端與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器再與電腦相連，木塊所受摩擦力通過電腦上的相關軟件處理，以圖像和數(shù)據(jù)直觀展示出來，通過實驗驗證，效果良好。

根據(jù)以上的實驗改進，最終我們就得到了一整套探究“影響滑動摩擦力大小因素”的實驗器材。按照實驗要求完成相關實驗，我們最終可以在電腦上得到如下的數(shù)據(jù)。（如下圖）

將每一次實驗的數(shù)據(jù)收集起來，繪制表格。根據(jù)控制變量法，對比數(shù)據(jù)，學生可以很容易的得出結論：滑動摩擦力大小與壓力大小、接觸面粗糙程度有關，壓力越大，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。

參考文獻：

[1]王亞娟. 利用綜合實踐活動拓展初中物理實驗教學[J]. 課程教學研究，2014，（06）：63-66.

[2]於黃忠，劉雪梅. 加強物理實驗管理 提高實驗教學效果[J]. 實驗室研究與探索，2013，（10）：135-137+145.

[3]汪海. 中學物理實驗教學的價值及策略[J]. 教育理論與實踐，2012，（35）：59-61.endprint