羅世洪

【摘要】通過實例，探討了運用演示實驗、探究實驗、數(shù)字化實驗和生活化實驗在高中物理教學(xué)中的運用，幫助學(xué)生簡化物理模型建構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】演示實驗 探究實驗 數(shù)字化實驗 生活化實驗

物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科。物理學(xué)的研究方法通常是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，對物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、概括和總結(jié)，從而建立物理定律，形成物理理論，再回到實驗中去接受檢驗。在高中物理教學(xué)過程中，為了形象地展示物理概念、規(guī)律和定理的形成過程，幫助學(xué)生更加容易理解、掌握相關(guān)知識，巧用實驗教學(xué)，簡化模型建構(gòu)，可以降低學(xué)生的思維難度，解決一些較為復(fù)雜的物理問題。下面筆者結(jié)合平時的教學(xué)實踐，將探討如何利用實驗來幫助學(xué)生簡化建構(gòu)物理模型。

一、物理實驗的界定

物理實驗按照不同的分類方法和研究視角以及指標(biāo)體系可以分為不同的類型。本文主要介紹演示實驗、探究實驗、數(shù)字化實驗和生活化實驗。演示實驗是指教師利用課堂時間為學(xué)生演示，在操作的同時又引導(dǎo)學(xué)生對實驗進(jìn)行觀察、思考和分析的一種實驗教學(xué)方式。探究實驗是指在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識，自己設(shè)計實驗，或者在教師的指導(dǎo)下通過實驗來探索物理規(guī)律，從而獲得新知識。數(shù)字化實驗是指基于計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)來測量或者建立數(shù)字模型，更加準(zhǔn)確地反映實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)變化的實驗。例如，DIS Lab實驗、VRML虛擬現(xiàn)實實驗、MATLAB計算機(jī)可視化實驗、3D數(shù)字建模及打印類實驗等。生活化實驗是指將生活中的實際現(xiàn)象拿到課堂上作為實驗展現(xiàn)，展示相關(guān)的物理知識。例如，“水流星研究圓周運動”。

二、物理實驗教學(xué)策略與實踐應(yīng)用

1.巧用演示實驗，創(chuàng)設(shè)情境沖突。興趣是學(xué)生最好的老師，在教學(xué)中如果創(chuàng)設(shè)較好的情境，并且具有較強(qiáng)的情境沖突，那么必將引起學(xué)生的興趣，極大的調(diào)動學(xué)生的積極性，提高課堂教學(xué)效率。例如，筆者曾設(shè)計了一個關(guān)于動量守恒方面的演示實驗。實驗的情境是“在天黑路滑（冰面）時，前面一輛車突然熄火，后面的一輛車跟車距離很近，來不及剎車，此時將會發(fā)生什么事情呢？”學(xué)生異口同聲回答，“兩個車撞在一起了”。這時做一個演示實驗：把一輛紅色和一輛藍(lán)色的小車放在光滑的導(dǎo)軌上，紅車靜止，給藍(lán)車一定速度去撞紅車（兩輛小車相撞端固定有磁鐵）。結(jié)果，出乎意料，藍(lán)車馬上停了下來，紅車卻運動了起來。學(xué)生會感到很神奇，注意力也將高度集中。實際上這是動量守恒中的碰撞模型，“質(zhì)量相等，速度交換”的情形。通過這樣的創(chuàng)新演示實驗，學(xué)生建構(gòu)模型更加容易，且記憶深刻。

2.巧用探究實驗，降低思維轉(zhuǎn)換難度。高中物理不僅需要研究物理概念和物理規(guī)律，而且還需要將實際問題轉(zhuǎn)化為物理模型，在這個過程中，就需要從形象思維轉(zhuǎn)化為抽象思維。而這一過程對于一些同學(xué)來說比較困難，若在轉(zhuǎn)換思維的這一規(guī)程中，能夠引入實驗，并且讓學(xué)生自己進(jìn)行探究，可以降低學(xué)生的思維轉(zhuǎn)換的難度。例如，2017年的全國課標(biāo)2卷第21題，若直接進(jìn)行理論講解，不少學(xué)生反映難度較大。若采用實驗探究的方式進(jìn)行講解，學(xué)生理解起來更容易。

3.巧用數(shù)字化實驗，簡化建模過程。不少同學(xué)感覺高中物理學(xué)習(xí)起來困難，特別是對于高中的一些物理模型或者物理規(guī)律理解起來較為困難。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)電場部分時，對于電場線、等勢面等概念，對于等量異種電荷、等量同種電荷等電場的經(jīng)典模型學(xué)習(xí)困難。若在研究這部分內(nèi)容時引入3D動畫模擬展示電場線的空間分布情況，可以大大降低學(xué)生建模的思維難度。用傳感器和計算機(jī)模擬安培力與電流大小或者導(dǎo)線長度的線性關(guān)系，幫助學(xué)生加深理解公式、規(guī)律。

4.巧用生活化實驗，提升核心素養(yǎng)。高中物理歷來重視從“生活走向物理”，很多生活中的物理實驗不僅趣味性強(qiáng)，操作簡易，而且效果明顯。例如，在研究圓周運動這部分內(nèi)容時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究活動，可以利用細(xì)線、小球制作“圓錐擺模型”“繩模型”；利用彈簧、金屬棒、小球等制作“桿模型”等。學(xué)生通過這樣的生活化實驗，對于圓周運動的各類物理模型以及其適用條件將會理解更加深刻。不但提高了學(xué)生的實踐動手操作能力，并且還有利于學(xué)生的“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”等物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。

實驗教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，多次實踐表明，恰當(dāng)、適時的引入演示實驗、探究實驗，利用好現(xiàn)代教育技術(shù)手段，并整合傳統(tǒng)實驗、生活化實驗，進(jìn)而對一些教材上的實驗或者物理問題進(jìn)行創(chuàng)新實驗設(shè)計，不僅可以幫助學(xué)生簡化物理建模過程，更加深刻理解物理規(guī)律，而且還將大大降低學(xué)生的思維難度，提高課堂教學(xué)效率，并提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許文龍.新課程理念下高中物理演示實驗教學(xué)研究[D].浙江師范大學(xué)，2009.

[2]鄭振東.高中物理探究性實驗的七個環(huán)節(jié)[J].甘肅教育，2015，（03） ：67

[3]劉曉瑩，張道清.史上十大經(jīng)典物理實驗的教育價值[J].物理通報，2014，（03）：121.

[4]縱榜峰.新課程背景下高中物理實驗教學(xué)有效性的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010.