例谈自制小实验在高中物理教学中的作用

曹文杰

（苏州市第一中学，江苏 苏州 215006）

物理学是以实验为基础的一门学科，倡导探究性学习是普通高中物理课程标准的基本理念之一.实验教学能活跃课堂氛围，激发学生学习物理的兴趣，启迪和培养学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力，引发学生产生探究知识的内在动力.运用实验这一具体、形象的直观教学手段，可帮助学生建构物理概念，理解物理规律，掌握物理科学方法.在物理新课程教学实践中笔者发现，教材中的很多实验都要用到一些特殊的器材，现实生活中不易找到，学生有距离感，因此笔者创设了一些贴近学生生活的自制小实验，引起了学生的共鸣，收到了良好的教学效果.

1 利用自制小实验来提高学生分析问题的能力

在日常的物理教学中，如能从学生的“最近发展区”出发，设计一些取材容易、贴近学生生活实际的小实验，这不但体现了“从生活到物理，从物理到社会”这一新课程改革的理念，而且能有效提高学生分析问题，解决实际问题的能力.例如，笔者在讲授牛顿运动定律的应用，即超重、失重一课中，就通过自己设计的小实验来引入.

案例1.两个完全相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图1所示，开始时平板及磁铁皆处于水平位置，且静止不动.

实验甲：将AB从原来位置突然垂直向下平移（平板与磁铁之间始终接触），并使之停在位置A′B′处，结果发现两条形磁铁吸在了一起.

实验乙：若将AB突然垂直向上平移（平板与磁铁之间始终接触），并使之停在A″B″，探究其结果.

问：下列说法正确的是

（A）开始时两磁铁静止不动说明磁铁间的作用力是排斥力.

（B）开始时两磁铁静止不动说明磁铁间的吸引力等于静摩擦力.

（C）甲实验过程中磁铁开始滑动时，平板正向下减速.

（D）乙实验过程中磁铁开始滑动时，平板正向上减速.

如实验甲的操作，当学生发现两条形磁铁吸在一起时，开始觉得很奇怪，待笔者把教材相关内容讲解完，再次实验演示后，学生就很容易理解了.原来这是由于平板由静止到突然向下运动有一个向下加速的缘故，当物体失重时，磁铁与平板间的最大静摩擦力减小，当最大静摩擦力小于磁铁间的吸引力时，两磁铁就吸引在了一起.接着笔者让学生探究实验乙的结果.此时大多数学生回答磁铁不会吸引，问其原因，均回答此时物体超重，最大静摩擦力会增大.笔者进行演示实验后，学生惊奇地发现两条形磁铁吸在了一起.再请一位学生上台重复演示，结果仍是相互吸引.这时学生的探究兴趣一下子被引发起来.随之让学生小组合作讨论，慢慢学生就会理解，由运动到突然停止的过程也会产生失重.在此小实验的辅助下，选择题也就迎刃而解了.最后，让学生讨论人站在体重计上下蹲时的称重结果，学生马上就能回答出来.可见，学生不但掌握了超重、失重产生的原因，而且能应用这一原理来有效解决实际生活中的问题.

图1

2 利用自制小实验激发学生的学习兴趣

在课堂教学中，有些理论性较强的内容，学生学习的积极性并不高，但又怕漏听结论的导出过程，因此强制集中注意，很容易产生疲劳.这时如能有一些自制的小实验来激发学生的学习兴趣，则能活跃课堂气氛，调动学生学习的主动性.2010年10月，中央教科院华国栋教授带领“差异教学策略研究”课题专家组来本校调研时，笔者在上“法拉第电磁感应定律”时利用二极管自制了一些小实验，取得了较好的教学效果.

案例2.法拉第电磁感应的小实验.该教学内容教材中有如图2的演示实验，但学生对电表示数的变化反应并不太理解，加上不能亲自进行实验，起不到激发探究兴趣的效果.为此笔者指导平行班中的课外研究性学习小组，利用发光二极管自制了两套小实验装置（每套20个），在课上让学生自己动手操作，探究如何能使二极管发光，以让学生通过自主学习来体验“探究影响感应电动势大小的因素”.

图2

图3

自制实验装置1（如图3）：将发光二极管焊接在小电动机上，学生通过转动电动机的转子使内部线圈切割磁感线产生感应电动势，当电动势大到一定程度时就能使二极管发光（红色发光二极管的压降为2.0—2.2V，黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V，绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V）.

自制实验装置2（如图4）：将发光二极管焊接在电脑电源或者CPU风扇上，学生通过吹气使得风扇转动，带动二极管发光.

这两个实验装置的器材生活中容易找到，其原理相同，都是通过线圈转动，导致磁通量变化产生感应电动势，且变化越快，感应电动势越大，二极管发光越亮.学生在自己实验操作的过程中，相互之间比较，总希望使得自己的二极管更亮，课堂气氛活跃，学生的学习兴趣很浓，通过引导和交流总结，在轻松、活跃的气氛中突破了本节教学的一个重点和难点.评价证实，学生不但对所学知识有了深刻的印象，而且对物理科学的研究方法及其在生产生活中的应用有了新的认识.

图4

图5

3 利用自制小实验来验证物理学规律

高中物理必修2课本在探究平抛运动规律中，教材给出的是如图5的实验装置：通过小锤击打弹性金属片将A水平抛出，同时B球松开，自由下落，观察两球是否同时落地，由此来判断平抛运动的竖直方向是自由落体运动.但这一实验在实际操作中现象并不明显，因为如果小球掉在讲台上，则因下落高度太低，学生很难观察到结果，如果小球落到地面上，则学生只能靠听声音来判断，而且后排同学很难看清和听到.因此在课本中提供了“参考案例”，其中之一是利用数码照相机或数码摄像机记录平抛运动的轨迹.

案例3.数码相机和频闪仪的组合使用.为了让学生深刻理解平抛运动的竖直分量是自由落体运动这一规律，笔者在授课时利用数码相机和频闪仪进行了这一实验，并将数码相机拍摄下来的图像直接输入计算机，学生直观地感受到两个小球任一时刻相对应的竖直高度基本相同.学生不但加深对这一规律的认识，并能激发学生的创造力，在该实验中，学生只要有一个高速频闪仪，就能尝试在家中进行类似的拍摄，并在处理和解决类似问题时能加以运用.

案例4.数码相机的另一妙用——观察红外线.在讲到电磁波谱时，关于红外线，学生因看不见，所以对其非常好奇.此时拿一遥控器对着相机镜头（或者是手机摄像头），按下按键，在屏幕上就会看到亮点在闪烁，这是因为绝大多数数码相机的CCD对红外光都有感应.通过这样的小实验，能让学生对生活现象和规律的理解更加深刻.

实践证明，凡是有演示实验或学生小实验的课，学生知识都掌握得比较好.自制小实验因其贴近生活、新颖且针对性强而更易提高学生学习积极性，会使教学收到事半功倍的效果.

1 教材编写组.物理必修2（第3版）.北京：人民教育出版社，2010.