高中物理教學(xué)如何利用實(shí)驗(yàn)量化功能破解學(xué)習(xí)難點(diǎn)

王新興

摘 要：物理是高中課程體系中的重要組成部分，能夠拓寬學(xué)生眼界，培養(yǎng)其思維能力、實(shí)踐能力和想象力。很多物理知識比較晦澀難懂，雖然能夠從生活中找到原型，但學(xué)生對相關(guān)概念理解起來難度比較大。想要提升教學(xué)效率和質(zhì)量，教師可設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，量化實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生充分體驗(yàn)到做實(shí)驗(yàn)的過程，還可更為直觀的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更好的理解和記憶知識點(diǎn)?；诖?，本文對高中物理教學(xué)利用實(shí)驗(yàn)量化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高中物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 量化實(shí)驗(yàn)

和初中物理相比，高中物理會更側(cè)重于定量研究和分析，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)中控制好各個變量，加深對所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知與理解，以保證課堂教學(xué)質(zhì)量和效果。很多物理規(guī)律都可以通過實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出來，讓學(xué)生直觀的感受到物理量之間的定量關(guān)系與特點(diǎn)，從而破解學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

1 量化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

實(shí)驗(yàn)是高中物理教師為了提升課堂教學(xué)效果經(jīng)常采用的一種教學(xué)方式，會利用到各種儀器設(shè)備，以及生活中常見的工具，讓物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，便于學(xué)生觀察和思考。在這種教學(xué)手段的應(yīng)用下，可營造良好的教學(xué)氛圍，讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)環(huán)境中，主動地、積極地培養(yǎng)探究能力。為了更好的達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模谠O(shè)計(jì)量化實(shí)驗(yàn)時，就需要考慮以下幾點(diǎn)原則。

1.1 科學(xué)性原則

物理是由基本概念、理論體系以及自然規(guī)律所組成的科學(xué)，具有精確性、嚴(yán)密性的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的基礎(chǔ)，同時也是重要方式之一，主要目的在于讓學(xué)生更為直觀的了解物理現(xiàn)象，加深對課本內(nèi)容的理解與記憶。量化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性原則，主要體現(xiàn)在這兩個方面：（1）在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，不能出現(xiàn)原則性的錯誤，確保能夠反映出本節(jié)課所需要教授的內(nèi)容，采用合適的實(shí)驗(yàn)方法;（2）在設(shè)計(jì)過程中，要滲透科學(xué)的物理思想和方式方法，引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。比如要通過觀察、比較、推理提出假設(shè)的思想，并將誤差分析應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中。

1.2 趣味性原則

高中生雖然已經(jīng)具備了一定的生活經(jīng)驗(yàn)，其認(rèn)知能力、思維能力也在不斷的發(fā)展，但對很多新鮮事物仍然抱有強(qiáng)烈的好奇心。量化實(shí)驗(yàn)的趣味性原則主要指，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時要以學(xué)生心理發(fā)展特點(diǎn)、認(rèn)知水平等作為主要依據(jù)，確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對學(xué)生來說是新奇的、充滿趣味的，充分調(diào)動其學(xué)習(xí)興趣和積極性。

1.3 顯著性原則

無論是一般的物理實(shí)驗(yàn)還是量化實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)初期都要突出顯著性的原則，即要保證學(xué)生能夠直觀的觀察到物理現(xiàn)象，這樣才能取得理想的教學(xué)效果。否則當(dāng)現(xiàn)象不明顯時，學(xué)生心理會產(chǎn)生落差，甚至失去對物理學(xué)習(xí)的興趣。

2 高中物理教學(xué)利用實(shí)驗(yàn)量化功能破解學(xué)習(xí)難點(diǎn)的策略

2.1 選擇步驟簡單、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)

高中物理中有很多現(xiàn)象都比較直觀，在生活中隨處可見，比如在學(xué)習(xí)“牛頓第三定律”時，學(xué)生對部分概念的理解往往會存在一定偏差，比如作用力與反作用力總是大小相等、方向相反而且總在一條直線上。為了讓學(xué)生更直觀的理解和記憶，教師可利用實(shí)驗(yàn)量化功能，在具體實(shí)驗(yàn)之前可以向?qū)W生講解大致原理和基本技巧。隨后以教材為主，可利用傳感器來探究牛頓第三定律，將學(xué)生分層多個不同的小組來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為每個小組確定主題，例如“拉力實(shí)驗(yàn)”、“壓力實(shí)驗(yàn)”等。主要是因?yàn)檫@兩個實(shí)驗(yàn)進(jìn)展起來比較簡單，而且能夠?qū)旧系母拍钪庇^展現(xiàn)出來。最后，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程中拉力或壓力的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)兩者總是相等的，而且作用力相反，如此一來，即可加深學(xué)生對牛頓第三定律的理解。又比如在學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)定律時，很多學(xué)生可能并不理解哪種情況下會產(chǎn)生電流，對電流產(chǎn)生的條件的掌握并不深入。此時教師可利用到DIS，即數(shù)字化信息系統(tǒng)，這是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過DIS來代替電流計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)踐中直觀的了解到電動勢的產(chǎn)生條件，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證書本上法拉第電磁感應(yīng)定律的相關(guān)內(nèi)容。

2.2 利用量化實(shí)驗(yàn)引發(fā)認(rèn)知沖突

高中生大多通過生活經(jīng)驗(yàn)，以及家長、教師的教導(dǎo)來提升認(rèn)知能力，雖然很多物理現(xiàn)象在生活中隨處可見，但教師仍然可利用精心設(shè)計(jì)的量化實(shí)驗(yàn)，反映出學(xué)生日常生活中根本不會去注意的問題，從而引起認(rèn)知沖突，加深對物理知識點(diǎn)的理解和記憶。如此一來，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓其萌生內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，激發(fā)求知欲。比如摩擦生熱是比較常見的現(xiàn)象，在教學(xué)過程中，教師可以發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對這一章節(jié)的掌握并不理想，甚至?xí)|(zhì)疑木塊和木板在經(jīng)過摩擦之后也會發(fā)熱。教師可準(zhǔn)備木塊、木板、溫度傳感器等，收集木塊和木板在摩擦運(yùn)動過程中的溫度變化，以證實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)過程中，將傳感器和木塊連接起來，推動木塊在木板上勻速前進(jìn)，控制好木塊重量以及推進(jìn)的速度，并記錄溫度隨著運(yùn)動時間變化而變化的情況，隨后繪制出相應(yīng)的折線圖。通過折線圖，學(xué)生能夠更為直觀的認(rèn)識到木塊溫度變化的過程，也能夠消除木塊和木板之間摩擦?xí)鸁岬囊蓡枴?/p>

通過量化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺浞终{(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，尤其是在產(chǎn)生了認(rèn)知沖突的情況下，學(xué)生會帶著求知欲主動參與到課堂中。目前課堂上教師是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者和表演者，學(xué)生參與度不足，為了更好的調(diào)動其積極性，在保證實(shí)驗(yàn)簡單、成功率高的情況下，可以將學(xué)生分層若干個不同的小組，親自動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這種教學(xué)模式的應(yīng)用下，學(xué)生對知識點(diǎn)的理解將會更加深刻，學(xué)習(xí)難題迎刃而解。

2.3 利用量化實(shí)驗(yàn)提高感性認(rèn)識

2.3.1 幫助學(xué)生正確理解物理現(xiàn)象

感性認(rèn)識是思維加工、正確理解物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)和保障，具有調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的作用。通過實(shí)驗(yàn)來獲得的感性認(rèn)識會更加生動，能夠讓學(xué)生對知識點(diǎn)留下更為深刻的印象。比如在學(xué)習(xí)“照度與距離的變化關(guān)系”這一章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容時，很多學(xué)生都知道光的照度會隨著距離的變化而發(fā)生變化，當(dāng)一個物理距離光源越遠(yuǎn)時，其受到的照度也就越小。在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)中，物體和光源之間的距離，以及其變化關(guān)系不容易測定，而在量化實(shí)驗(yàn)下就可以解決這一問題。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以將傳感器、燈泡放置于黑暗的環(huán)境中，控制燈泡輸出功率不變，在滑桿上調(diào)整物體和燈泡之間的距離，記錄不同距離下的照度?？衫脗鞲衅髦苯荧@得照度的相關(guān)數(shù)值，能夠直觀了解到光強(qiáng)隨著光源距離變化而變化的規(guī)律，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3.2 幫助學(xué)生形成正確的物理概念

物理概念是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)，指的是客觀事物的物理共同屬性在人腦中的反映，只有在認(rèn)知能力不斷發(fā)展的過程中，才能夠形成正確的物理概念，這也是解決物理問題的重要手段。比如“電容”就是高中物理中一個十分重要的物理概念，目前很多教材對“電容”也做出了相對精準(zhǔn)的定義，即電荷量與電勢差的比值（Q/U）。這個概念比較抽象，學(xué)生也并不理解電荷量、電勢差到底代表的是什么，如果只單純的按照課本內(nèi)容講解，無疑會增加學(xué)生學(xué)習(xí)難度。如果采用量化實(shí)驗(yàn)的方式，即可將物理概念更直觀的展現(xiàn)，為該章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教師可準(zhǔn)備電源、電容器、電阻、電流傳感器以及若干個導(dǎo)線，利用控制變量法，將同一個電容器在不同電壓下的電荷量和電勢差進(jìn)行對比，讓學(xué)生了解到同一個電容器在不同電壓下，電荷量不同，但是電荷量和電勢差的比值相同，說明電容相等，證實(shí)了課本上的概念。

2.4 利用量化實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)疑難點(diǎn)

2.4.1 解決教學(xué)難點(diǎn)

超重和失重現(xiàn)象是牛頓第二定律教學(xué)中的重難點(diǎn)，很多學(xué)生在沒有接觸相關(guān)概念，或是對知識點(diǎn)掌握不全面的時候，會片面的認(rèn)為只有物體在向下運(yùn)動時才會失重;只有在向上運(yùn)動時才會產(chǎn)生超重。想要僅憑借口頭講解來轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤的認(rèn)知難度比較大，此時可利用量化實(shí)驗(yàn)的方式，并通過繪制圖像來直觀展現(xiàn)物理量的變化，使學(xué)生能夠正確理解超重和失重現(xiàn)象。可將力傳感器和物體上部分進(jìn)行連接，教師用手拿住物體向上運(yùn)動，隨后靜止;再讓靜止的物體向下移動，此時傳感器可記錄物體向上、向下運(yùn)動時的情況。

從圖1中可以看出，0-t1時物體處于靜止?fàn)顟B(tài);t1-t2期間，物體在教師向其施加作用力的情況下上升，并處于超重狀態(tài);t2-t3期間，物體處于失重狀態(tài);t4-t5期間，物體下降過程中處于失重狀態(tài);t5-t6期間，物體下降時處于超重狀態(tài)。通過觀察直觀的圖表，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)該物理現(xiàn)象和其原有的認(rèn)知存在偏差，能夠在糾錯中更深刻的理解該知識點(diǎn)。

2.4.2 解決教學(xué)疑點(diǎn)

高中生已經(jīng)具備了一定生活經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)高中物理之前，也接觸過初中物理的相關(guān)知識，對部分事物和物理原理有著感性認(rèn)識。但是不可避免的會存在著片面認(rèn)知、錯誤認(rèn)知的情況，當(dāng)物理現(xiàn)象和其認(rèn)知不同時，就會給學(xué)生帶來困擾，而量化實(shí)驗(yàn)就能夠有效解決這一問題。比如在學(xué)習(xí)磁場這一章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容時，很多學(xué)生對“通電螺線管哪一點(diǎn)的磁場最強(qiáng)”會心生疑問，因?yàn)榻滩闹惺沁@樣寫的：條形磁鐵在南極和北極的磁性最強(qiáng)。因此學(xué)生會自然而然的認(rèn)為，當(dāng)螺線管通電之后磁場最強(qiáng)點(diǎn)就在南極或北極。教師可準(zhǔn)備干電池、螺線管、導(dǎo)線、磁傳感器等實(shí)驗(yàn)材料，利用導(dǎo)線將電池、螺線管等連接起來，通過傳感器繪制記錄螺線管通電之后的磁場強(qiáng)弱。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)螺線管通電之后，磁傳感器周圍的磁場明顯增強(qiáng)，而且可以直觀的看到，磁場最強(qiáng)點(diǎn)并不在南極或北極，而是在通電螺線管的中間區(qū)域。

量化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚱鸬届柟袒蚋淖儗W(xué)生對物理知識片面認(rèn)知的作用，可加深對課本內(nèi)容、物理概念的理解。當(dāng)教學(xué)過程中遇到了疑難點(diǎn)時，教師可利用量化實(shí)驗(yàn)法;在平日教學(xué)中，也要注意收集學(xué)生反饋的問題，從而改變其錯誤認(rèn)知，提升物理學(xué)習(xí)效率。

2.5 量化實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)建模思想

高中物理的學(xué)習(xí)過程，從某種程度上來看也是理想模型的建立過程，為了讓學(xué)生更好的理解知識點(diǎn)，教師要用學(xué)生聽得懂的語言進(jìn)行優(yōu)化，一步步對其進(jìn)行引導(dǎo)。例如在學(xué)習(xí)“加速度與力的關(guān)系”這一章節(jié)內(nèi)容時，通常會利用到鉤碼和小車進(jìn)行試驗(yàn)，保證小車質(zhì)量不變，通過增減鉤碼質(zhì)量來改變拉力的大小，并做好記錄和分析。在實(shí)驗(yàn)過程中，鉤碼重力幾乎和繩子的拉力相等，但是想要達(dá)到完美狀態(tài)，需要哪些條件呢？但鉤碼質(zhì)量增加到一定程度時，實(shí)驗(yàn)圖像又會呈現(xiàn)出怎樣的特點(diǎn)？這些問題都需要學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)行思考和探索。教師可利用量化實(shí)驗(yàn)的方式，讓學(xué)生深刻體會到建模思想在高中物理學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，以及其作用所在，以此作為有效方式，解決后續(xù)學(xué)習(xí)中遇到的各方面難題。

2.6 量化實(shí)驗(yàn)間的遷移深化對規(guī)律的認(rèn)識

高中物理中很多知識都蘊(yùn)含著生活規(guī)律，可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明。比如“探究功與速度變化的關(guān)系”，能夠采取的實(shí)驗(yàn)方法就是比較多樣的，最常見的就是利用處于拉伸狀態(tài)的橡皮筋來做功，如圖2所示，根據(jù)其做功的倍數(shù)特點(diǎn)來分析小車的速度變化。該試驗(yàn)比較簡單，對工具要求并不高，但是無法控制橡皮筋做功的準(zhǔn)確數(shù)值，會影響到試驗(yàn)結(jié)果。

可在圖2的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和升級，利用了帶有定滑輪的長木板、紙帶、接電源、沙桶等工具，做功數(shù)值相對來說會更加精確，也能夠讓學(xué)生直觀的了解到做功和功能之間的具體關(guān)系，加深對該章節(jié)內(nèi)容的理解。具體如圖3所示。

3 結(jié)語

總而言之，當(dāng)前隨著教育體制改革深化推進(jìn)，高中物理教學(xué)理念、形式等也發(fā)生了較大變化，需要教師尊重學(xué)生的主體地位，采用多樣化的手段來攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)。高中生已經(jīng)具備了一定的理性思維能力，但是在物理學(xué)習(xí)中還是不可避免的會帶有強(qiáng)烈的感性色彩，喜歡憑借主觀經(jīng)驗(yàn)或直接感受來學(xué)習(xí)。在大多數(shù)情況下這種方式是行不通的，反而會加重學(xué)生對知識點(diǎn)的困惑。教師要靈活采用教學(xué)手段，量化試驗(yàn)就是比較良好的方式之一，可充分調(diào)動其學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生善于思考、樂于實(shí)踐的良好習(xí)慣，提升高中物理教學(xué)效果。

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