对抗性物理实验的开发与利用，本文主要内容关键词为：物理实验论文,对抗性论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学是一门以实验为基础的自然科学，在教学过程中巧妙利用小实验，不仅能加深学生对物理概念的理解和培养学生的物理思维品质，还能激发学生的学习动机。物理实验应该具有可重复性与实验结果的一致性。然而，如果实验器材精度不同，或者个人操作技能悬殊，实验结果就会有所差异，再根据实验结果进行评分，便形成了“竞赛”的雏形。因此，我们尝试性地将对抗性物理实验定义为：一类具有竞赛性质的物理小实验。在课堂上，利用低成本教具开发并使用对抗性物理实验，有利于课堂氛围的调动、物理核心素养的培育、学困生自我效能感的提升。 一、对抗性物理实验案例 （一）跳跃的硬币 （1）实验概述。桌面上放有5分钱的硬币（不可部分露出桌面），用力吹起，使硬币“跳进”前方的盘子中。两人合作，一个人负责吹起硬币，一个人适当移动盘子来接住硬币，如图1所示。每组有3min时间练习，练习结束后每组有1min时间吹硬币，最后以碗中硬币数比胜负。（硬币与碗口距离约为15cm） （2）现象与相应核心概念。对着硬币上方吹气，硬币能短时间跳跃：空气流速越大气压越小。所吹气流越“猛”硬币跳起越高：气压差越大，对物体运动状态改变就越显著。在此基础上该现象可用来模拟台风对建筑的危害。
（二）看谁胃口大 （1）实验概述。提供以下材料：新干电池一节，铜丝一根，大铁钉一枚，若干回形针。两人一组，用所给材料制作简易电磁铁，限时5min，准备时间内可以试吸回形针，如图2所示。5min后小组拿出制作完成的电磁铁吸引回形针，根据吸引回形针数量评胜负。注意：要将漆包线接口处的漆刮去，只有这样电磁铁才能通电[1]。
（2）现象与相应核心概念。铜丝缠绕越密，吸引的回形针就越多：单位长度线圈匝数越多电磁铁的磁性就越强。实验过后能感受到铜丝和电池发热：体会电流的热效应。只有铁钉尖端才能吸引大量回形针：磁体两端磁场最强。 （三）高脚杯乐器 （1）实验概述。两人一组，每组提供一只高脚杯和适量水。教师规定一组声音的频率和响度值，小组成员通过在杯中加入适量的水，并通过适当的力度敲击或摩擦杯口的方法使高脚杯发声，采用声波分析软件来测量高脚杯发声的响度和频率，最后通过采集值和规定值之间的接近程度（差值的绝对值）来进行评判打分。如图3所示。
（2）现象与相应核心概念。敲击力度越大，声音的响度就越大：声音的响度与振动幅度正相关。高脚杯中的水越多，声音的频率就越低：振动体的质量与发声频率负相关。声波分析软件呈现波形图：直观感受频率、响度不同的声音所对应波形图的差异。 （四）正字反写 （1）实验概述。教师在PPT上展示几组中文词语，四人一组练习正字反写，练习时间为3 min。结束后教师在PPT上展示出另外几组中文单词，每组选派一名代表在黑板上“反写”出相应单词，如图4所示。3 min内正确个数越多者获胜。（可通过手机自拍功能或平面镜验证正确与否）
（2）现象与相应核心概念。学生构想汉字平面镜成像后的结果：平面镜成像的基本原理。 （五）快速清空啤酒瓶 （1）实验概述。4人一组，在比赛前构想快速倒出啤酒瓶中水的方法，讨论时间为2min。每组派一个代表上台比赛：将啤酒瓶装满水后，每小组同时开始倒出瓶子中的水，裁判记录每小组清空瓶子的时间，如图5所示。用时最短的小组获胜。
（2）现象与相应核心概念。将啤酒瓶竖直倒置时水流逐渐变小，最后用时最久：啤酒瓶中的空气变稀薄，气压减小，内外形成较大气压差，导致“水流不畅”。讨论发现，在倒置的同时开始快速旋转啤酒瓶会使啤酒瓶清空速度大幅度变快：旋转啤酒瓶有利于空气进入，使内外气压趋于一致，啤酒瓶中的水在重力作用下快速倾出。倾斜状态倒水的速度比竖直倒置倒水速度快：对学生进行安全教育，遇到紧急情况应该有序疏散，避免拥挤。 二、如何开发和利用对抗性物理实验 限于篇幅，笔者仅举出以上5个对抗性物理实验的例子。其实，对抗性物理实验远不止这些，其涉及领域可以涵盖普通力学、光学、电磁学、热学、流体力学甚至原子物理学等领域。在中学课堂中引入对抗性物理实验能增强课堂趣味性，挖掘出对抗性物理实验背后的物理规律，促进学生对相应规律的理解。对抗性物理实验能让学生参与课堂活动，是深化基础教育改革的有效路径之一，对学生学科核心素养的培育有一定积极意义。那么，如何在物理教学中合理利用对抗性物理实验呢？ （一）利用对抗性物理实验提升学困生自我效能感 物理学科的学困生普遍对物理概念与规律不感兴趣，认为其乏味、枯燥、难度大。教育的公平性要求教师在课堂中尽量关注每一层级的学生，让其参与课堂活动，从而提高其相应能力。对抗性物理实验不同于常规物理实验，其更富有趣味性，对技巧的要求高于对理论的要求。例如，“正字反写”的对抗性实验，可能物理成绩较好的学生不敌物理成绩较差的学生，因为该实验对学生的思维敏捷程度要求较高，学困生如果在这一实验中取得胜利，就会重新审视自己学习物理的能力，提升自我效能感，从而对相应概念的学习也会提起兴趣，这将是一个良性循环的开端。因此，在教学中教师应该倾向于让学困生参与到实验中来，此时的实验不仅具有教学价值，更重要的是在无形中提升了课堂的民主性[2]，对学困生自我效能感的提升有一定积极意义。 （二）通过对抗性物理实验活动课培养学科核心素养 对抗性物理实验不仅能在常规物理课堂中有所渗透，亦可以将其作为活动课的形式开展。物理学科核心素养包含4大要素：物理观念与应用、科学思维与创新、科学探究与思维、科学态度与责任[3]。常规物理课堂需要重点培养学生的物理核心观念并将其运用于问题的解决过程中，而对另外三要素训练不足，这是现阶段的教育评价体系所致。对抗性物理实验活动课可以以“擂台赛”的游戏形式开展，在游戏中，学生能体会如何运用物理知识解决实际问题，感受到只有书面上的物理知识还远远不够，能力与技巧也很重要。一方面，学生将会在游戏中锻炼科学思维，在游戏中培养探究意识。当游戏结束时，教师也应该指导学生有所思、有所得，总结游戏背后的物理规律、物理思维方法。另一方面，对抗性物理实验的开发不是一蹴而就的，教师可以安排学生在“玩”实验之余尝试开发实验。开发实验的过程是利用理论知识的过程，同时对学生创新能力的培养有积极意义。 （三）深挖实验内涵，定性感知与定量教学相结合 对抗性物理实验在一定程度上可以理解为全定性的，其着重强调学生的体验：体验实验带来的感知觉，体验实验带来的思维游戏，体验实验带来的视觉效果，体验实验带来的胜利喜悦感。而相应的教学要建立在这份“定性”的感觉之上，构建科学合理的知识框架。因此，教师应该深挖每一个对抗性物理实验的内涵，让其为教学所用。只有利用好每一个实验，做到定性感知与定量教学相结合，才能使物理教学取得预期效果。
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