談物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化教學(xué)的設(shè)計(jì)原則

黃正玉

(深圳市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校,廣東 深圳 518021)

1 “習(xí)題實(shí)驗(yàn)化”的概念界定

習(xí)題實(shí)驗(yàn)化是指在物理學(xué)科的習(xí)題教學(xué)中,為了對(duì)物理概念與規(guī)律、對(duì)象與過(guò)程、現(xiàn)象與結(jié)論有更深刻的理解和認(rèn)識(shí),將習(xí)題情景轉(zhuǎn)化為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)的活動(dòng)總和,是指教師引導(dǎo)下的學(xué)生積極實(shí)驗(yàn)活動(dòng)．目的在于通過(guò)資源建設(shè),提高教學(xué)效率,加深學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的認(rèn)識(shí),轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式,培養(yǎng)探究和實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣和能力,提高解題能力．習(xí)題實(shí)驗(yàn)化的內(nèi)容寬泛,不僅限于課程標(biāo)準(zhǔn)或考試大綱中的物理實(shí)驗(yàn)．

2 “習(xí)題實(shí)驗(yàn)化”的設(shè)計(jì)原則

高三物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化教學(xué)的開(kāi)展,改變了“高一高二改一改,高三繼續(xù)搞題?！钡默F(xiàn)狀．但是高三習(xí)題實(shí)驗(yàn)化也面臨著新的特點(diǎn),應(yīng)該遵循新的設(shè)計(jì)原則．

2.1 趣味性原則

高三教學(xué)時(shí)間緊任務(wù)重,習(xí)題實(shí)驗(yàn)化應(yīng)該遵循趣味性原則．就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)充分考慮高三學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知水平,力求生動(dòng)有趣,能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,始終保持很高的興趣.

圖1

案例1.如圖1所示,在豎直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸長(zhǎng)的輕繩通過(guò)光滑的輕質(zhì)滑輪懸掛一重物G．現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點(diǎn),另一端從B點(diǎn)沿支架緩慢地向C點(diǎn)靠近(C點(diǎn)與A點(diǎn)等高)．則繩中拉力大小變化的情況是

(A) 先變小后變大. (B) 先變小后不變.

(C) 先變大后不變. (D) 先變大后變小.

習(xí)題實(shí)驗(yàn)化方案如下.

方案1.如圖2所示，學(xué)生采用了兩堆書(shū)作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)的底座,保證實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性．用紙做的管狀加筆桿作為支架,用細(xì)線(xiàn)和滑輪做了一個(gè)展示繩子拉力(分力)的變化規(guī)律： (1) 動(dòng)滑輪上的兩根繩子的方向始終保持和豎直方向夾角相等； (2) 將一邊底座整體左右移動(dòng),兩繩子夾角變化,所以繩子拉力變化； (3) 將右邊懸點(diǎn)上下移動(dòng),滑輪移動(dòng),但兩繩子的夾角始終不變．因而繩子的拉力不變．

圖2

方案2.聽(tīng)話(huà)的繩子.

如圖3所示，甲乙學(xué)生各抓住繩子一端,一端不動(dòng),另一端沿豎直方向運(yùn)動(dòng),觀察懸掛重物的滑輪的移動(dòng)方向．可以看到的現(xiàn)象是固定一端的繩子方向始終不會(huì)改變,滑輪沿著繩子上升或下降．

圖3

方案3.猜運(yùn)動(dòng).

一學(xué)生抓住繩子一端固定不動(dòng),背對(duì)懸掛重物和另一學(xué)生．通過(guò)繩子上的力的變化感受猜測(cè)繩子另一端的移動(dòng)方向．

上述的3個(gè)方案均可以演示力的平行四邊形定則,可以驗(yàn)證以下結(jié)論:繩子總長(zhǎng)度不變,重物不變,則繩子拉力只和繩端水平距離x有關(guān)．但是方案2和方案3更具有趣味性,類(lèi)似于我們所說(shuō)的學(xué)術(shù)游戲,這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)肯定深受學(xué)生喜愛(ài),也能提高復(fù)習(xí)效率．

2.2 簡(jiǎn)易性原則

簡(jiǎn)易性原則是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),要盡可能采用較少的儀器,所使用的儀器盡可能簡(jiǎn)單．

圖4

案例2.(2014年廣東省高考題)如圖4所示,上下開(kāi)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(yùn)動(dòng).

(B) 在兩個(gè)下落過(guò)程中的機(jī)械能都守恒.

(C) 在P中的下落時(shí)間比在Q中的長(zhǎng).

(D) 落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大.

習(xí)題實(shí)驗(yàn)化方案如下.

圖5

如圖5，完成小磁鐵在空心塑料管、銅管和裂縫銅管中的下落快慢的對(duì)比實(shí)驗(yàn)．

(1) 非磁性小物體在3根空心管中的下落完全一樣,都是做自由落體運(yùn)動(dòng)．

(2) 小磁鐵分別在完好銅管和塑料管中下落快慢的比較．

(3) 磁鐵在完好銅管和裂縫銅管中的下落快慢的比較．

實(shí)際教學(xué)中,到空調(diào)維修店購(gòu)買(mǎi)大直徑的銅管實(shí)驗(yàn)中兩管距離過(guò)近對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響以及采用鐵架臺(tái)出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)失敗等情景的處理和解決,都不是單獨(dú)做題能達(dá)到的．

本習(xí)題考核的知識(shí)點(diǎn)有法拉第電磁感應(yīng)定律．習(xí)題的難點(diǎn)在于電磁場(chǎng)的抽象性．但通過(guò)習(xí)題的實(shí)驗(yàn)化可以幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解電磁感應(yīng)部分的所有重要規(guī)律——感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、楞次定律、渦流、電磁感應(yīng)中的受力問(wèn)題、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化等．總之,習(xí)題的實(shí)驗(yàn)化可以化抽象為形象,可以幫助學(xué)生提高規(guī)律理解的準(zhǔn)確性．

企業(yè)經(jīng)營(yíng)權(quán)與所有權(quán)分離不清，投資者就是經(jīng)營(yíng)者的企業(yè)大有人在。對(duì)建立企業(yè)內(nèi)部制度重視不夠，內(nèi)部制度殘缺不全，或?qū)嶋H工作中從不執(zhí)行，甚至個(gè)別企業(yè)根本沒(méi)有書(shū)面的內(nèi)控制度。經(jīng)營(yíng)者普遍認(rèn)為，中小企業(yè)規(guī)模小、組織簡(jiǎn)單，很多時(shí)候工作人員都是身兼多職，根本不需要內(nèi)部控制，或者說(shuō)內(nèi)控制度對(duì)其不適用。因長(zhǎng)期受到這類(lèi)觀念的影響，使得他們根本不重視內(nèi)部控制制度的建立和完善，即使勉強(qiáng)建立了內(nèi)部控制制度的初步框架，也只是流于形式，往往毫無(wú)實(shí)效。更別提達(dá)到會(huì)計(jì)法及財(cái)政部頒發(fā)的示范性文件所提出的系統(tǒng)化、規(guī)范化的要求，致使企業(yè)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部控制的目的，不僅給企業(yè)帶不來(lái)好處，還帶來(lái)了諸多的負(fù)面效應(yīng)。

該實(shí)驗(yàn)采用器材:銅管、強(qiáng)磁鐵,對(duì)照用的塑料管．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)充分考慮了簡(jiǎn)易性原則．實(shí)驗(yàn)器材不是實(shí)驗(yàn)室配備的器材,來(lái)源于生活實(shí)際,這就需要教師平時(shí)教學(xué)做個(gè)有心人,注意“瓶瓶罐罐”的收集和合理利用．

2.3 理論聯(lián)系實(shí)際原則

理論聯(lián)系實(shí)際原則是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅有觀察、測(cè)量的過(guò)程,而且需要建立物理模型,對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果要根據(jù)物理模型得出的表達(dá)式進(jìn)行解釋,從而培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

案例3.(2017年全國(guó)高考卷)某學(xué)生自制的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖6所示．矩形線(xiàn)圈由1根漆包線(xiàn)繞制而成,漆包線(xiàn)的兩端分別從線(xiàn)圈的一組對(duì)邊的中間位置引出,并作為線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)軸．將線(xiàn)圈架在兩個(gè)金屬支架之間,線(xiàn)圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線(xiàn)圈下方．為了使電池與兩金屬支架連接后線(xiàn)圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),該學(xué)生應(yīng)將

圖6

(A) 左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉.

(B) 左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉.

(C) 左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉.

(D) 左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉.

習(xí)題實(shí)驗(yàn)化4個(gè)方案如圖7,充分體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的原則,更反映研究過(guò)程中的螺旋式上升的曲折過(guò)程．習(xí)題化方案主要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)模型的建構(gòu),包括線(xiàn)框模型、電刷模型、閉合回路模型、磁場(chǎng)模型等．構(gòu)建理想模型時(shí)學(xué)會(huì)忽略次要因素,抓住主要因素，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力．

(a) 方案1 漆包線(xiàn)恰當(dāng)刮皮

(b) 方案2 銅導(dǎo)線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)

(c) 方案3 電池的旋轉(zhuǎn)

(d) 方案4 磁鐵和電池在鋁板上的滾動(dòng)

圖7

2.4 科學(xué)性原則

習(xí)題實(shí)驗(yàn)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要遵循科學(xué)性原則，必須保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤,這是根本的要求;其次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的教育價(jià)值．

圖8

案例4.如圖8所示,某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道,管道的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h,上下兩面是絕緣板．前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板,兩導(dǎo)體板與開(kāi)關(guān)S和定值電阻R相連．整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B. 方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．管道內(nèi)始終充滿(mǎn)電阻率為ρ的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子),且開(kāi)關(guān)閉合前后,液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下,

均以恒定速率v0沿x軸正向流動(dòng),液體所受的摩擦阻力不變．

(1) 求開(kāi)關(guān)閉合前,M、N兩板間的電勢(shì)差大小U0;

(2) 求開(kāi)關(guān)閉合前后,管道兩端壓強(qiáng)差的變化Δp;

(3) 調(diào)整矩形管道的寬和高,但保持其他量和矩形管道的橫截面積S=dh不變,求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應(yīng)的寬高比d/h的值．

圖9

2.5 與核心考點(diǎn)相結(jié)合的原則

高三選擇可以實(shí)驗(yàn)化的習(xí)題,盡量做到經(jīng)典和核心,經(jīng)典在于模型具有代表性,核心是指高考主干知識(shí)和核心考點(diǎn),通常是高考題．綜合性較強(qiáng)的試題有利于二輪復(fù)習(xí)構(gòu)建知識(shí)框架．選題不再過(guò)分關(guān)注趣味性，選題應(yīng)便于學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn),同時(shí)要求所選問(wèn)題可以層層拓展,舉一反三．

表1是力學(xué)部分復(fù)習(xí)中的幾個(gè)習(xí)題實(shí)驗(yàn)化案例．

表1

續(xù)表

參考文獻(xiàn)：

1 邢紅軍.物理教學(xué)論[M].北京： 北京大學(xué)出版社,2015.

2 黃正玉.物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化的案例分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考, 2014(12)： 39-41.

3 黃正玉.物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化的案例分析(續(xù))[J].物理教師, 2016(5)： 91-93.