中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的來源

殷竹花

摘? 要：隨著新課程改革的深入推進(jìn)，對傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念、器材選擇、現(xiàn)象觀察和數(shù)據(jù)處理等方面都提出了新的挑戰(zhàn)。作者通過舉例簡單闡述了物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的來源，旨在提高學(xué)生的觀察能力，探究能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新;核心素養(yǎng)

引言

物理學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是其研究問題的最基本手段。課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出要把培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能作為學(xué)科教學(xué)的目的之一，要培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力以及分析能力。在當(dāng)前中學(xué)教育課堂上，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以教師授課為主，此種模式難以落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新則有助于實(shí)現(xiàn)國家要求的立德樹人目標(biāo)。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新可以從哪些方面開展，筆者通過查閱文獻(xiàn)與親身體驗(yàn)，簡單介紹如下：

一、化抽象物理概念為形象探究實(shí)驗(yàn)

為了闡述新知識的物理規(guī)律，教材通常會引入新的物理量或物理概念，闡述各物理量之間的關(guān)系。但單純口頭講授物理概念，不利于學(xué)生深入理解其物理內(nèi)涵與本質(zhì)。為此，借助簡易實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，有助于學(xué)生形成正確的物理觀念，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。例如在人教社2019年版的普通高中（以下簡稱“人教社”）《物理必修一》教材中，《摩擦力》一文給出求滑動(dòng)摩擦力的公式F=uN，學(xué)生容易把正壓力N錯(cuò)理解為物體的重力。為了深化學(xué)生對正壓力N的理解，丘禮賢在《探究小車（自行車）前后輪剎車距離與摩擦力的關(guān)系》一文中，用簡易的玩具小車演示前后輪剎車距離與摩擦力的關(guān)系，幫助學(xué)生正確理解正壓力。

學(xué)生通過對探究實(shí)驗(yàn)的觀察和思考，不僅對物理內(nèi)涵的掌握更加牢固，而且培養(yǎng)了觀察能力，激發(fā)求知欲，有助于促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

二、化定性實(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要組成部分。中學(xué)物理包含定性和定量實(shí)驗(yàn)。通常，定性實(shí)驗(yàn)?zāi)艽致耘袛嘁蛩厥欠翊嬖冢约八鼈冎g的大致關(guān)系。為了更加精確的得到某些物理量之間的關(guān)系，往往需要通過定量實(shí)驗(yàn)來解決。

例如在人教社《物理選擇性必修二》教材中，為了探究通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力與哪些因素有關(guān)，教材設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)來定性探究通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力的影響因素。磁感應(yīng)強(qiáng)度是電磁學(xué)中一個(gè)非常重要的物理量，如果能定量分析磁感應(yīng)強(qiáng)度，能夠加深學(xué)生對其物理內(nèi)涵的理解。筆者在《用電流天平測安培力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)》中，設(shè)計(jì)制作了電流天平來定量描述安培力的影響因素。在該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，筆者利用電流天平的基本原理來定量測量線圈所受的安培力，并求出線圈所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。

通過定性到定量實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變，不僅對學(xué)生的操作能力、數(shù)學(xué)素養(yǎng)提出了更高的要求，而且使學(xué)生對物理量和物理規(guī)律有更加深刻的理解，深化了學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與探究精神。

三、化粗糙器材為精細(xì)器材

課程標(biāo)準(zhǔn)提出，要讓探究成為科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式。要進(jìn)行合理有效的實(shí)驗(yàn)探究，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材往往成為了探究實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。教材中的很多傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)存在器材粗糙、實(shí)驗(yàn)誤差較大和實(shí)驗(yàn)結(jié)論說服力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。如果改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，精細(xì)操作，可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)論，將會提升實(shí)驗(yàn)的預(yù)設(shè)效果。例如在人教社《物理必修一》教材《探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律》實(shí)驗(yàn)中，由于彈簧測力計(jì)本身結(jié)構(gòu)以及操作讀數(shù)、作圖等方面的誤差較大，不能很好地呈現(xiàn)力的合成規(guī)律。為此，古福榮在《力的平行四邊形定則探究儀的制作》一文中對課本的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了改進(jìn)：通過在同一水平面上移動(dòng)滑輪的位置來避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中用測力計(jì)操作時(shí)產(chǎn)生的誤差;繩子的節(jié)點(diǎn)和滑輪的位置可以任意調(diào)節(jié)，操作簡單;繩子所受的拉力等于滑輪下懸掛鉤碼的重力，三邊拉力成整數(shù)倍關(guān)系，方便作力的圖示，結(jié)論比較明顯。通過對實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn)，不僅能幫助學(xué)生更好的理解實(shí)驗(yàn)原理，而且能增加學(xué)習(xí)興趣與培養(yǎng)探究精神，提高物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、化細(xì)微現(xiàn)象為顯著現(xiàn)象

在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常需要觀察和記錄一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象細(xì)微且短暫，不容易觀察。對此，需要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)來放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。以有利于于學(xué)生觀察與記錄，改善實(shí)驗(yàn)效果。人教社《物理選擇性必修二》教材在《探究影響感應(yīng)電流方向的因素》實(shí)驗(yàn)中，在磁鐵插入和拔出線圈時(shí)，通過觀察靈敏電流計(jì)指針的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)來判斷感應(yīng)電流方向。由于偏轉(zhuǎn)時(shí)間很短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，學(xué)生對電流方向判斷不清。為了解決該問題，洪華標(biāo)在《楞次定律的創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)》一文中，對這一探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)：利用紅藍(lán)二極管的發(fā)光情況來確定感應(yīng)電流的方向，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，結(jié)論清晰。將細(xì)微實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為顯著現(xiàn)象，不僅實(shí)驗(yàn)演示效果好，而且能極大地引起學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

五、化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法為信息技術(shù)手段

在實(shí)驗(yàn)過程中，需要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、整理、計(jì)算、分析、擬合等，進(jìn)而獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果、發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中往往采用公式法或圖像法等方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這引起的實(shí)驗(yàn)誤差相對較大，如果可以運(yùn)用信息技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)和編輯實(shí)驗(yàn)處理程序，就可以有效降低實(shí)驗(yàn)誤差。例如在人教社《物理必修三》教材《測量電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻》的實(shí)驗(yàn)通過使用公式法、圖像法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析誤差。但學(xué)生對于誤差的分析往往較難掌握。熊亮在《基于信息技術(shù)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)——以“測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻”為例》一文中，采用了MATLAB自編的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。這樣既可以快速處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性，又可以準(zhǔn)確直觀地得出教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

六、課程小結(jié)

對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新是物理教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。物理課堂教學(xué)，要高度重視物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究分析能力、感受物理學(xué)的奧妙、增強(qiáng)實(shí)踐意識、養(yǎng)成良好的習(xí)慣、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等。通過對物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，不僅能夠幫助教師更有效的完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到良好的教學(xué)效果，而且能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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