——高中物理课堂中增加学生实验感悟来追求有效教学的实践研究
◆ 曹万富 浙江省杭州市萧山第十高级中学 311201
摘 要：本文是笔者通过十多年一线物理教学实践后反思所得，通过应用学生所熟悉的生活材料丰富物理实验器材、修改课本实验的操作或自创物理小实验来增加学生学习物理的感悟，追求物理课堂的有效教学途径，以此希望学生在高中阶段更快更好地融入到物理课堂、事半功倍的学习。也希望得到同行更多地教学建议和指正。
关键词：生活材料 物理实验 感悟 有效教学
虽然高中阶段的学生拥有的联想、应用能力相比初中有很大的提高，具备更成熟的学习心理素养，但是高中阶段的物理课堂所呈现的知识内容较初中的科学更加复杂多样，知识层次也更具深度和广度，想要学好物理就不见得是件容易的事情。因此就要求教师在课堂教学中用得当的方法以助学生有效的学好物理科目。
我们应用过或者经历过的千种方法、万般手段也并非时时有效，结合自己十多年的一线物理教学实践，在此谈谈自己课堂中的一些做法和心得，以期得到大家的共鸣。
一、物理学科学习中实验感悟的重要性
物理学科的核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究和科学态度与责任。而其中实验探究是高中学生学习物理的重要过程和手段。在当前，随着新的高考制度和教育教学理念的推行，研究性学习、探究式教学等也带来了课堂一波又一波的革新。而我们的物理课堂始终坚定的教学目标是“顺应学生发展的需要，为学生更有效地学习提供助力，进一步激发学生的兴趣、提高学生的技能、点燃学生创新的火花，将我们的学生培养成社会需要的人才”。由此我认为应该更多的重视物理的实验教学，除了传统的课堂实验外，其实更多的物理实验就在身边，只要勤于观察、善于思考、勇于实践、敢于创新、时时留意，就会不断发现有利物理教学的素材，进而提升为小实验，应用于教学，活跃学习气氛、丰富学生眼界、增加学生感悟、促成有效学习。
我认为“增加学生的实验体会、感悟，使学生有更多自我的认识、思考、理解，一定是学习物理的一种最有效途径”。那么如何使学生在有限的时间中增加感悟呢？
二、增加学生实验感悟，追求物理有效课堂
1.案例“验证力的平行四边形”
在力学教学中有个力的平行四边形法则。平行四边形定则是数学科的一个定律。两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这个平行四边形的对角线就表示合力的大小和方向，这就叫做平行四边形定则（Parallelogram law）。高中学生需要通过自己动手实验验证此法则。
（1）常规的实验做法和效果
一般课堂及实验室都选橡皮筋为受力物体，将橡皮筋一端固定，用两个互成角度的力F1、F2同时拉橡皮筋的另一端，使其产生一定的伸长。然后用一个力F单独拉橡皮筋，使其产生与两拉力共同作用时相同的伸长，则F与两分力的合力相同。F就是测量出的合力。然后再运用平行四边形定则求出F1、F2的合力。比较F与F1、F2的合力，看两者大小是否相等、方向是否相同。
经过多年教学实践我发现有些学生初次接触时，对平行四边形的验证目的及方法极其不适应，尤其是两次出现了合力，傻傻分不清。在发现了这些学生的问题后，我也设想过很多方法，对教材深挖、对实验步骤再细理，可最终对基础较好和已经理解的学生毫无问题，对一些基础薄弱和物理理解欠佳的学生仍是毫无办法。
（2）应用简易生活素材改善实验效果，增加学生感悟
穷则思变，在新一轮的教学中我对实验大胆地进行了新的尝试，在白纸上正常的做好分力图示及其平行四边形，在透明塑料袋上，记录o点重叠的同时，做出一个力拉的图示。然后把白纸慢慢插入到塑料袋，当o点再次重叠时，比较两个合力的图示。这么做的好处是避免了一开始就一张纸上几个力图的杂乱，还能有个重叠验证的期待和实验结果与预期相近的成就感。后来反馈中得到这样做学生对平行四边形的理解还是基本能到位的，对于那些基础薄弱和物理理解欠佳的学生也是有所帮助。
但是这样做好像与课本教材有些不同，对一心“预习”的某些学生反而迷茫了，再有，对学生展示引领实验的时候课堂投影效果也大打折扣。于是我对着教室里的窗明几净动起了脑筋，教室南窗的两扇窗户可以分开和并拢。在窗户上沿沾上挂钩，在一扇窗户上做两个分力的合成，做出平行四边形及对角线表示的合力；在另一扇窗户上做出效果相同下的一个力拉的图示，然后又慢慢把两扇窗合拢，以此来验证力的平行四边形。这样做既与教材实验教学进度改变不算太大，又解决了部分学生在两个合力上的疑惑。学生对“窗户实验”都是比较新奇，不同于黑板，也不同于实验桌，教师和学生在此次实践教学还是收获了不少。
2.案例“力学中曲线运动的实验教学”
物理力学的必修二教学有必修一的“直线运动上的力与运动”上升到了“曲线运动”，难度上了一个台阶。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆伽利略通过科学推理，认为“如果一切接触面都是光滑的，一个钢珠从斜面的某一高度A处静止滚下，由于只受重力，没有阻力产生能量损耗，那么它必定到达另一斜面的同一高度C。如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况；如果斜面变成水平面，则钢珠找不到同样的高度而会一直保持一种运动状态，永远运动下去”。此时在教学中如果用好实验，也能拉近学生和曲线运动的距离，让学生在学习过程中更有兴趣和更深切的体会。
（1）常规的实验做法和效果
在此学生是初次接触到理想实验，由于真实的斜面往往阻力较大，在教室展示很难实现“理想”，干脆在有些教学过程中直接实验“理想”了。通过预习，教师口述的形式就把实验匆匆一带而过。
（2）改变课本实验提升实验效果，增加学生感悟
在此我将把自己教学上的尝试经历与大家分享。我使用一段较长的电路塑料套管，推荐使用槽路浅的套管，可以在课堂中比较完美的重复出伽利略的斜面实验。先在黑板上画好一条长水平线，两人重复做出伽利略的斜面实验，物体沿塑料管一段下滑，会滑上另一端斜面。当拿小铁球实验时，基本能实现重力大、阻力影响减小，基本到达斜面另一端同样高度，给学生一个真实的实验基础，使他们有了体会的合理外推。
在竖直方向上的圆周运动中，“过山车模型”很好地演示了物体在内轨道运动的情景。也有部分学生对外轨道的运动“拱桥”模型中的失重，会不会腾空十分的不解，借助塑料管，做出“拱桥模型”能十分清晰地演示各种高度下来的小球运动情景。
3.案例“向心力的实验教学”
向心力是普通高中物理曲线运动中的重点、难点，具有承前启后的作用。它既是曲线运动知识的一个拐点，又是曲线运动这章内容拓展的重要基础；学生对向心力概念是比较模糊的，难以清晰区分向心力到底是一种什么样的力。
（1）常规的实验做法和效果
向心力的常规课堂以地球绕太阳运动为背景，得到向心加速度的概念，然后以牛顿第二运动为依据，产生加速度的原因一定是受到了指向圆心的合力。如此逻辑上丝丝入扣，从现象观察再得到物理规律。但对部分高中学生来说，地球绕太阳运动其实在他们心中就是个概念，对圆周运动、对圆周运动的受力体验，感悟都不足。
（2）自创小实验增加实验效果，增加学生感悟
我在课堂教学中设计了这样的一个小实验，一根绳拉着装着水的气球做旋转。这样的实验取材简单、源于生活、操作方便、重点突出，让学生亲身体会到了转动中拉手的力，现象明显，绳子放长放短感受力的大小，气球中水多水少体会到拉力的不同。比起向心力演示仪，更能让学生增加感性认识，印象深刻。接着对具体的物体气球做受力分析，指出向心力是按效果命名也是水到渠成。在此，学生不是简单的看教师演示，而是亲自参与者、亲身体验者，有自己的感悟、有更多的主动性在其中。
三、物理实验课堂的反思和后续追求
1.课堂实验成功并不是唯一目标
在必修一、二教学中有很多力与运动学上的实验，比如练习使用打点计时器、自由落体运动的研究、力的合成分解，探究加速度与力、质量之间的关系、研究平抛运动、探究做功与速度变化的关系等等，其中大部分是认识某种运动、掌握一些物理规律为目的，只要学生按部就班地完成书本实验,得到预想中的结论。但这么一来实验课堂就变成了机械的知识获取的课堂，同一个实验不同的人做会出现不同的结果,同一个实验同一个人做也可能出现不同的结果。实验偏差甚至失误的出现或许是个新学习的机会,我们要鼓励学生之间产生更多地交流互动,不仅要让学生理解实验，更要让学生去理解实验的动态过程以及实验误差产生的原因和解决的方法，促使学生对物理实验有更深刻地认识。
2.物理实验从生活中来到生活中去
课本实验与生活的结合,更能引起学生的共鸣,让学生沿着前人的脚步挖掘物理实验深层次的内涵，更能激发起学生的探究精神。例如必修一45页有个利用自由落体测量反应快慢的小实验，学生做得津津有味。利用一把直尺就能“测量反应时间”。有学生表示不同人次的测量都要进行一次公式和数学计算，何不一次性的在尺子对应位置标识上时间刻度，真正成为测量反应“时间”工具。
在伽利略对自由落体研究、逻辑的力量中，推翻了重物体下落快、轻物体下落慢的不合理结论。请学生思考举例，就有了两张纸巾，一张铺开，一张揉成团，重量相差无几，但下落明显不同。学生们通过随手获得的生活中的素材来进行即时实验并有所收获、有所进步，也是让我们十分欣慰的。
3.实验课堂中师生的共同成长
实验课堂中学生由被动地知识接受者转变为探究者、质疑者甚至创新者，慢慢具有“发现和提出有探究价值的问题；和同学交流实验成果,整合信息,进一步优化实验设想；用实验事实说话,不迷信书本,迷信权威；善于思考,具有质疑精神和批判意识”的品质，学生真正成为课堂的主人。学生的学习也不仅仅只是模仿的技能，更是一种精神和生命活动,时刻充满着未知性和不确定性。教师要引导学生在遵守实验室安全的前提下进行实验，更要时刻和学生一起探讨过程中出现的问题并进行更方位的合作，探索做好引领者的角色。
论文作者:曹万富
论文发表刊物:《教育学文摘》2018年8月总第274期
论文发表时间:2018/8/14
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