巧设实验提高解决物理抽象问题的效率

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qlj403740087
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  目前,不少老师认为做物理实验耽误时间,效率不高,还不如“讲”和“练”来得快,且考试效果有明显差距.但从培养学生动手、观察、分析探究等基本物理素养来看,是天壤之别,是有和无的关系.尤其对于一些抽象的问题,没有实验做为支撑,学生只能停留在表象的记忆上面,谈不上深层的理解,应用更不谈.
  物理是建立在实验基础上的一门学科,普朗克说物理不能单靠“思维”来获得,还必须致力于观察和实验.但现如今,为了应对升学考试,有不少老师把该做的实验,都变成了“讲”实验,学生所期盼的分组实验课,经常被“讲、练”实验课所取代.原因是老师认为“讲”实验的效率更高.尤其是在考试中,“讲”出来的实验课有时比做出来的实验课考试效果还要好.
  笔者认为,从短期的考试分数来看,讲实验似乎也能达到一定的效果,考试获得一定的分数.但从培养学生动手、观察、分析探究等基本物理素养来看,是天壤之别,是有和无的关系.尤其对于一些抽象的问题,没有实验做为支撑,学生只能停留在表象的记忆上面,谈不上深层的理解,应用更不谈.所以时间一长,必然又回到原先的未知层面.为此,老师又通过二轮、三轮的复习来加以弥补.其实这是一种高投入低产出的“高能耗”教学行为,受困于眼前的分数,不少老师又不得不周而复始的重复着这种教学方法.笔者从事多年的教学感受到,大胆的开展实验活动,尤其是有针对性的设计一些简易新鲜的实验,不仅能充分实现物理教学大纲的要求,而且能加深对抽象问题的理解,对提升学生学习的兴趣,提高学习成绩也大有裨益.
  本人在一次开设“华东六省一市”示范课的准备过程中,选上的课题是人教版必修2的第五章第一节《曲线运动》.这一节的人教版旧版本是分为两节内容:即第一节是《曲线运动》,第二节是《运动的合成与分解》.但新版教材将其合为一节内容,课堂教学的容量增加了,难度也加大了.而且这一节的抽象概念和问题相对比较多,如运动同时性问题、运动独立性问题等.这些概念比较抽象,单靠讲授和练习,只能是暂时记住了,即机械的记忆,但并没有理解.为了将抽象问题形象化、具体化,以降低理解难度,本人在教材的基础之上,设计改装了两个实验,用来直观清晰的反应这两个抽象问题,效果非常好.
  实验一用码表计时红蜡块在气垫道轨上的运动.分运动与合运动的同时性以及分运动之间的独立性问题,因为其抽象,一直是老师教学的一个难点,也是高一学生学习的一大障碍, 为了解决这一问题,本人设计了用码表记录红腊块在做不同运动方向运动的时间,然后进行对比分析,探求规律和特点.
  第一步,老师演示红腊块匀速上升,之前先找一名同学上来计时,记下红腊块的匀速上升时间,并将时间写在黑板上;第二步,将气垫道轨调整水平,将红腊块放在导轨上,先用磁铁控住腊块静止,然后轻轻推一下,使其匀速前进,让学生观察红腊块的运动.第三步,将一块提前准备好的透明有机玻璃板,竖直放于气垫道轨前,再重复做一遍实验,并让一名同学用红色水笔标下蜡块的实际运动轨迹,第一名同学依然记下腊块运动到顶端的时间.
  实验现象1计时结果表明,红蜡块两次运动到顶端的时间相同.
  老师提问,时间相同说明什么问题?
  学生分组讨论,最后得出结论:红蜡块在参与水平方向的运动时,它的竖直方向运动速度和时间并没有受到影响.由此教师很容易引导归纳出什么是运动的独立性.
  实验现象2学生用红水笔标出的点迹在一条直线上,能说明什么问题?
  学生再分组讨论,得出结论:红蜡块实际运动是匀速直线运动,即水平和竖直都做匀速运动时,它的合运动一定也是匀速直线运动.教师进一步概括,由矢量的运算法则——平行四边形定则知道,两个分速度都是匀速直线运动,它的合速度一定是匀速直线运动.并且它们运动的时间总是相同的,由此得出什么是运动的同时性及表达式.
  实验二曲线运动速度方向的描绘.在曲线运动这一节,速度方向的研究也是本节的教学重点之一.高一学生对沿切线方向的概念理解和接受有一定困难,为了给学生一个直观清晰的切线方向的概念,本人设计了一个陀螺的实验.实验中所用的陀螺,是经简单改造而成:将实验室用滑板一端的滑轮卸下,作为陀螺的转盘,滑轮的轴低端很尖,可以控制陀螺在某一位置转动.然后用旧的水笔心,截取2厘米左右,用打火机稍微加热,待软化后按压在滑轮的转轴上,作为旋转手柄,为了加固,可以再滴加一点502胶水.
  实验过程在实物展台上来做,第一步让陀螺快速转动起来,待稳定后,用滴管向陀螺上滴2-3滴红墨水,學生会看到红墨水被甩出,形成很多的细线,并很快在纸面上形成一个发散状的圆环面,非常美观.第二步用力将陀螺的圆心在纸上压出一个点,此点为刚才做圆周运动的圆心,以该点为圆心,陀螺的半径为半径画圆.第三步用直尺沿任意一条被甩出红线,反向延长,引导学生观察,再沿不同方向画出几条,由实验现象要求学生研讨分析,能得到什么结论?
  实验现象:所有被甩出的红墨水形成的红线,反向延长都和圆相切.
  分析结论:实验结果表明,每一条被甩出的红线反向延长,都与圆相切,可以判定红墨水被甩出时,都是沿着圆上的切线方向.也就是说在圆上做圆周运动时,每一点的运动方向都是沿这一点的切线方向.
  这一实验是在实物展台上完成,学生可以很清晰看到整个实验的全过程,尤其是当沿红线反向延长后,和圆刚好相切这一演示过程,让学生清楚的看到,红墨水飞出的方向就是它在圆上的该点的切线方向.与其他的实验比较,学生是通过自己的观察和老师的实际画图演示而得到的结论,将原本抽象的问题,通过实验演示,准确、清晰的展现在学生面前,有利于学生的掌握和接受,影响会更加深刻.
  结语物理实验对理解和掌握物理概念和规律,对物理知识的巩固和运用有着重要的作用.对于一些抽象的问题,我们可以通过巧设物理实验,将抽象问题形象化具体化,降低理解的难度,从而提高学习物理的效率和兴趣.
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