高中物理力學實驗改進的實踐

范義添

(江蘇省南通市海門實驗學校 226100)

高中物理是一門以實驗為基礎的學科，力學實驗又占據(jù)著重要地位，還是難點之一，通常令師生雙方頭疼不已，成為教育教學中的一個熱點課題.在高中物理力學實驗教學中，部分實驗教學一些效果并不是特別好，對原有實驗裝置或流程進行適當改進相當有必要，教師應結合具體實驗環(huán)境、條件及高中生的身心特點加以改進，輔助他們學好力學理論知識.

一、適當增加課外實驗，提升課堂教學趣味

在高中物理教學中，實驗主要分為教師演示實驗與學生操作實驗兩大類，而實驗來源通常以課內為主，為改進實驗教學質量，教師可適當增加一些課外實驗，以此彌補教材內容的不足，同時提升物理課堂的趣味性與吸引力.由于力現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中相當常見，高中物理教師在力學實驗教學中應該適當增添一些生活化小實驗，輔助學生理解抽象的物理知識.

在展開“摩擦力”教學時，當研究滑動摩擦力時，不少學生錯誤的認識只有滑動的物體才會受到滑動摩擦力的作用，這時為幫助他們正確認識滑動摩擦力的相關知識，教師可以增加一些有趣的小實驗：先在黑板上隨機寫幾個字，再隨機邀請一名同學用黑板擦把這幾個字擦掉.學生可以發(fā)現(xiàn)黑板上的字是在逐漸消失，這說明黑板擦和黑板之間產(chǎn)生的有滑動摩擦力，但是黑板相對應地面而言是靜止的，并沒有運動，不過也受到滑動摩擦力的作用，讓他們明白即使是靜止的物體，同樣也有可能會受到滑動摩擦力的作用.之后，在探究滑動摩擦力的方向時，教師也可引入課外實驗：將毛刷放在桌面上，用力水平拉動，學生觀察毛變彎的方向，引領他們分析滑動摩擦力的方向.

針對上述案例，教師適當增加一些教材之外的實驗，能夠讓力學知識變得更加豐富，雖然實驗操作起來很簡單，但是可以讓學生獲得一定的成就感，使他們的學習情緒高漲起來.

二、有效改進實驗效果，教學內容更加科學

在高中物理力學實驗教學中，教材中安排的部分實驗可視性不強、效果一般，影響學生對實驗過程與結果的觀察，不利于他們對理論知識的理解和掌握.面對這些實驗有效改進效果可謂是勢在必行，高中物理教師在演示這些力學實驗時，需通過改進實驗器材或形式增強效果，提升實驗現(xiàn)象的可視性，將教學內容變得更加科學，為學生提供良好的學習環(huán)境.

例如，在“力的合成和分解”教學實踐中，當學習到“力的分解”時，教師可以對教材中的實驗進行如下改進：將一個橡皮筋套在左手中指上，另外一端系上一個鉤碼，鉤碼一端與手掌之間用一鉛筆支撐，讓橡皮筋、鉛筆和中指形成一個三角形.改進后的實驗裝置極具可控制性，當橡皮筋與鉛筆的位置保持不變時，無論是增加還是減少鉤碼的數(shù)量，學生的手指均可以明顯的感受到力的變化；而鉛筆長度與鉤碼數(shù)量發(fā)生變化時，他們通過上下移動橡皮筋在手指的位置，同樣能夠明顯感受到力在發(fā)生變化.從另一方面來講，改進后的實驗操作起來較為方便，可視性變得更強.學生還可把鉛筆的一頭削尖，讓筆尖同手掌接觸，讓他們感受到刺痛感，使其增強對力的分解效果的體會.

在上述案例中，教師有效改進實驗效果，將教學內容變得更加科學，學生更能體會到力的分解效果，使其理解分力及力的分解的概念，讓他們知道力的分解是力的合成的逆運算.

三、巧妙改進實驗細節(jié)，簡化操作流程難度

在高中物理力學知識教學中，部分實驗操作起來步驟繁雜、難度較大，極易受到一些細節(jié)的影響，而這些細節(jié)往往關系到整體實驗操作的準確性與便捷性.因此，高中物理教師在力學實驗教學過程中，應該認真分析實驗內容，從細節(jié)方面加以改進與優(yōu)化，努力提升實驗的可行性與可操作性，并盡量簡化實驗操作流程和難度，指導學生順利完成實驗的操作.

比如，在講授“實驗：探究平拋運動的特點”過程中，教材安排的實驗中，由于小球的運動時間比較短，學生很難繪制出小球的運動軌跡，教師可以指引學生改進實驗儀器，讓他們利用數(shù)碼相機拍照，且借助幾何畫板將小球的運動軌跡繪制出來.具體來說，在實驗操作中，教師指導學生把數(shù)碼相機安裝好，將快門時間調整至1秒，運用定焦鏡頭，把焦距調整好，當小球開始運動的同時按下數(shù)碼相機的快門，運用閃光燈的曝光把小球在空中的運動軌跡抓拍住，這樣他們能夠輕松得到小球在空中的運動軌跡，使其利用平拋運動豎直分運動的特點探究水平方向分運動的特點.隨后教師引導學生根據(jù)實驗描繪出平拋物體的運動軌跡，判斷軌跡是否是拋物線，求出平拋運動物體的初速度.

對于上述案例，教師巧妙改進實驗細節(jié)，不僅可以降低繪制小球在空中運動軌跡的難度，還可以清晰揭示出小球的運動規(guī)律，讓學生對平拋運動現(xiàn)象產(chǎn)生更為全面與清晰的認識.

四、合理改進實驗誤差，促使結果更為準確

在高中物理力學實驗教學中，不少實驗都會受到多種因素的影響，以至于實現(xiàn)結果同實際結果存在著一定的誤差，根據(jù)誤差來源能夠分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差.其中系統(tǒng)誤差主要是由實驗儀器性能與原理所引起的，很難避免，不過可通過適當改進來降低；而偶然誤差的原因則是學生操作不當，教師要組織他們通過多次反復實驗求得平均值，以此降低誤差.

以“實驗探究加速度與力的關系”教學為例，教師先按照教材要求設置實驗裝置，詢問：在該實驗裝置中，水平方向是不是只受到鉤碼的拉力作用？還有沒有其它力？這個力對實驗結果有沒有影響？怎么消除這一影響？引領學生分析影響實驗的各種因素，對原始裝置進行以下改進：利用斜面讓重力的下滑分力來抵消摩擦力的影響，這樣物體的加速度就完全由力來產(chǎn)生；在同小車相連的細線上增設一個拉力傳感器，能夠直接讀出小車所受的拉力.接著，教師設問：怎么平衡摩擦力？引導學生回答：只要小車運動打出的紙帶上點跡間距相等，表明小車做勻速運動，說明小車的摩擦力平衡的很好，否則重新調節(jié)，以此減少實驗誤差，隨后指導他們結合改進的裝置操作實驗.

這樣教師通過合理改進實驗裝置與增添器材，能夠減少影響實驗結果的因素，讓學生在完美的實驗環(huán)境中研究加速度與力的關系，促使他們運用控制變量法得出更為準確的結果.

五、靈活改進力學實驗，直觀呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象

新一輪教育改革已逐步深入至各個方面，這為高中物理實驗教學的改進指明新的方向，面對一些難以操作，或細節(jié)無法突出、微觀性較強的力學實驗，教師可靈活運用各種方法改進操作裝置或步驟，把部分細節(jié)變得突出，微觀現(xiàn)象變得宏觀化.總的來說，就是把抽象化的力學實驗變得直觀化，由此減少誤差現(xiàn)象的出現(xiàn)，促進學生對理論知識的學習與理解.

在“牛頓第一定律實驗”教學中，教師先分析實驗原型的不足之處：小車的運動軌跡不易控制；接觸面容易起褶皺從而影響小車運動的距離；測量小車運動的距離時可見性差，還容易浪費時間.再進行以下改進：把小車改成小鋼球，同時給它預設運動軌道，從而能有效控制運動軌跡減小實驗誤差；接觸面全都用鐵夾夾住，解決接觸面易起褶皺的問題；在軌道的后側直接安裝刻度尺，讓學生能直接讀出運動的距離.實驗過程如下：

(1)安裝實驗裝置；

(2)讓小鋼球從某一高度滾下經(jīng)過毛巾后停下來，記錄運動的距離；

(3)更換棉皮后從同一高度滾下，記錄運動的距離；

(4)更換成木板后從同一高度滾下，記錄運動的距離；

(5)分析實驗數(shù)據(jù)導出實驗結論.

如此，學生可以在在很短的時間內完成實驗，現(xiàn)象顯得直觀、形象，他們的參與度較高，能夠直接讀出運動的距離，又能把三次實驗的數(shù)據(jù)在刻度尺上標注出來，增強實驗的可比性.

總之，在高中物理力學實驗教學活動中，教師需結合現(xiàn)有的實驗設備加以改進，讓實驗裝置、操作步驟變得愈加簡化、方便與精準，降低學生的學習難度，使其積極踴躍的參與到實驗學習中，促進他們對理論知識的掌握，做到實驗與理論的有機統(tǒng)一.