提高高中物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見度的有效策略

周拱照

摘 要：高中物理很多分組實(shí)驗(yàn)或者演示實(shí)驗(yàn)都存在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見度低的問題，不能很好地達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。本文結(jié)合具體案例闡述了提高高中物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見度的幾種方法，即實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大法、利用“化動(dòng)為靜法”、“化無形為有形”的方法、合理使用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法、學(xué)生親身體會(huì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法等，不斷提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度，完善提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：高中物理實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;可見度

隨著全國新課程改革的推進(jìn)，對(duì)學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新的要求越來越高，而物理有著自己的學(xué)科特點(diǎn)，很多物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)以及理論的建立都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，或者必須得用嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)加以論證。因此通過引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)或者動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，能很好地讓學(xué)生體會(huì)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，獲得本質(zhì)的成型材料，扎實(shí)地掌握物理理論。但是很多實(shí)驗(yàn)中存在著一些缺陷，其中一個(gè)很常見的問題就是可見度低，學(xué)生觀察起來現(xiàn)象不明顯，自然體會(huì)就不會(huì)那么深刻，所以通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，增大實(shí)驗(yàn)的可見度顯得尤為重要。以下介紹幾種提高實(shí)驗(yàn)可見度的方法。

一、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大法

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常常會(huì)碰到要演示一些很微小現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，常規(guī)方法可能難以觀察出來，所以通常會(huì)采用放大的手段。例如：教材里有觀察微小形變的方法，手用力壓桌子，如果單純用肉眼難以觀察出桌子的形變，此時(shí)用平面鏡反射激光，最后投影到天花板上，利用光點(diǎn)反射放大的方法來清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖1;細(xì)管液面升降放大顯示瓶體形變，如圖2。前兩者分別用到了光學(xué)放大和機(jī)械放大，還經(jīng)常用到累積放大和電信號(hào)放大。累積放大如“用單擺測定重力加速度”實(shí)驗(yàn)中，通過測量n次全振動(dòng)的時(shí)間t，從而算出周期T?；蛘咴跍y亮條紋間距時(shí)，我們也是測出n條亮條紋距離a，再求出相鄰的亮條紋間距。這些都是利用放大法提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度。

二、“化動(dòng)為靜”的方法

在物理實(shí)驗(yàn)中，有很多現(xiàn)象是瞬間變化、動(dòng)態(tài)的，根本無法用肉眼觀察，而學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律都是表象—抽象—知識(shí)的過程，如果連表象都無法獲取，肯定會(huì)影響到后面知識(shí)的獲取。所以在這種條件下，教師想辦法讓學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象尤為重要。這種情況建議教師可以采用現(xiàn)代教學(xué)手段“化動(dòng)為靜”。例如：在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)比平拋運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的相同點(diǎn)，我們要觀察平拋運(yùn)動(dòng)演示儀，如圖3。由于自由落體和平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間都非常短暫，根本無法用肉眼觀察出平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上等效為自由落體運(yùn)動(dòng)。此時(shí)我們可以先把實(shí)驗(yàn)過程拍成錄像，然后在多媒體中緩慢播放、暫停播放等，就能彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的缺陷，完成良好的實(shí)驗(yàn)效果。

三、“化無形為有形”的方法

物理涉及了自然界的力、熱、電、光、原子等規(guī)律，其中有很多物理現(xiàn)象是沒辦法直接用肉眼觀察出的，特別是電學(xué)和磁學(xué)部分的，在日常教學(xué)中的應(yīng)用就受到很大的限制，所以要善于利用一些其他輔助儀器或者對(duì)實(shí)驗(yàn)加以改造，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形象明顯地展現(xiàn)出來，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

例如：在探究磁通量變化與感應(yīng)電流方向的關(guān)系時(shí)，教材用到的實(shí)驗(yàn)原理圖，如圖4。

此實(shí)驗(yàn)之前先通過電池判斷電流方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，磁鐵插入與拔出螺線管時(shí)觀察指針的偏轉(zhuǎn)方向，再結(jié)合螺線管導(dǎo)線的繞向，得到楞次定律的結(jié)論。這個(gè)實(shí)驗(yàn)最大的不足就是感應(yīng)電流的方向不能直接看出，而是通過電流表指針偏轉(zhuǎn)方向間接得到。這部分知識(shí)原本就是高中知識(shí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，無法直接獲得感應(yīng)電流的方向又大大增加了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)、理解知識(shí)的難度。如果我們能借助發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦詫?duì)實(shí)驗(yàn)加以改造，把“無形”的電流變成“有形”的光，那么實(shí)驗(yàn)就變得更加直觀、有效，改造后的實(shí)驗(yàn)如圖5所示，兩個(gè)反接的發(fā)光二極管反向并聯(lián)代替電流表的功能，其與螺線管串聯(lián)。當(dāng)條形磁鐵插入與拔出時(shí)，如果上面燈亮說明感應(yīng)電流是向左通過二極管，如果下面燈亮說明感應(yīng)電流是向右通過二極管。此時(shí)，通過觀察二極管的發(fā)光情況，直接判斷出感應(yīng)電流的方向，從而提高了實(shí)驗(yàn)的可見度，降低學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)、掌握知識(shí)的難度，達(dá)到了有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

四、合理使用對(duì)比實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代認(rèn)知理論認(rèn)為：物理概念、規(guī)律的建立首先是對(duì)客觀世界的感知，同時(shí)，知覺在思維活動(dòng)的參與下內(nèi)化為表象，進(jìn)而通過思維活動(dòng)的反復(fù)作用才構(gòu)建起物理概念與規(guī)律。有很多物理規(guī)律所依賴的感性材料，高中生在現(xiàn)實(shí)生活中很少感知過，或者所感知的是錯(cuò)誤的。筆者習(xí)慣利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)或者演示實(shí)驗(yàn)的方法引導(dǎo)學(xué)生洞察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象獲得正確感知，再利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)增大可見度，從而突破教學(xué)難點(diǎn)。

例如：在講解《力的合成與分解》一課時(shí)，在引入課程時(shí)會(huì)采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)。提問學(xué)生：分別用一條細(xì)繩吊起砝碼和兩條細(xì)繩吊起砝碼，哪一次繩子會(huì)斷掉？學(xué)生可能會(huì)覺得用一條繩子吊起容易斷。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先用一條繩子吊起砝碼，繩子不斷。再次用兩條繩子吊起砝碼，緩慢增大繩子夾角，到一定程度時(shí)繩子斷掉。學(xué)生會(huì)覺得不可思議，用這種方法不但增大了可見度，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的好奇心。又如，筆者講到《渦流》這節(jié)時(shí)，自制渦流演示儀，讓一個(gè)小的強(qiáng)磁鐵通過一根長鋁管，強(qiáng)磁鐵下落會(huì)變慢，但如果只有這個(gè)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象不太明顯，此時(shí)我會(huì)多加一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓同樣的小磁鐵通過一個(gè)同樣長度的塑料管。有這么一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的可見度就更高了。

五、學(xué)生親身體會(huì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

聽到不如看到，看到不如親身體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最明顯的莫過于自己親身體驗(yàn)，教師應(yīng)該習(xí)慣在教學(xué)中結(jié)合教材的需要，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生多動(dòng)手，讓學(xué)生多親身體驗(yàn)，從而達(dá)到理解的目的，是我們教學(xué)中急需解決的問題。

例如：筆者講到《自感》這節(jié)時(shí)，課本上的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖6，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，燈泡并沒有立刻熄滅，而是閃亮一下再熄滅。由于實(shí)驗(yàn)的視覺效果差，學(xué)生感受并不深，為了增大可見度，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果和學(xué)生的印象，將斷開實(shí)驗(yàn)電路中的電燈換成若干個(gè)學(xué)生手牽手串聯(lián)，修改后電路如圖7。在閉合電路時(shí)學(xué)生沒感覺，可是當(dāng)斷開開關(guān)時(shí)，學(xué)生都有很明顯觸電的感覺。此時(shí)用到的電源只有兩節(jié)干電池，學(xué)生都有很強(qiáng)的欲望要搞清楚兩節(jié)干電池可以讓人有觸電感的原因，這樣自然就起到了很好的課堂效果，并且經(jīng)過這么一個(gè)體驗(yàn)，也會(huì)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶更加深刻。

結(jié)束語

物理實(shí)驗(yàn)是把抽象、枯燥的物理知識(shí)具體化、生動(dòng)化的有效途徑，增大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度越高，越能刺激學(xué)生視覺，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的思維，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更能起到良好的教學(xué)效果。因此，我們平常在進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的時(shí)候，一定要不斷地進(jìn)行探索創(chuàng)新，不斷提高實(shí)驗(yàn)的可見度，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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