优化高中物理课堂实验教学的一次有益尝试——“外力作用下的振动”实验教学策略

杨旭峰

（义乌中学 浙江 金华 322000）

物理学是一门以实验为基础的自然科学，加强实验教学是提高物理教学质量的根本途径.物理实验教学对学生形成物理概念，掌握物理规律，培养学生观察能力、动手能力和创新能力都起着重要的作用.新课标要求在高中物理课程实施上要注重自主学习，提倡教学方式多样化；强调教学中要大力加强物理课堂实验，要求教师必须努力完成新课标中规定的每一个实验，强调教师应因地制宜设计简单实验，并使用身边随手可得的物品进行科学探究活动和各种物理实验.物理课堂实验不应再是课堂教学中一个可有可无的附属品，而应成为培养学生动手能力和探究精神的一个有效手段.

现行的课堂实验教学现状大部分是不太令人满意的.由于教师在教学中往往忽略了学生学习知识的自主建构过程，更多采用的是偏重记忆理解、接受式的教学方式，从而导致学生在物理学习中有重结果、轻过程的倾向，轻视科学方法和科学态度的养成.物理教学正因过分强调“学科中心”和“知识系统”，而使物理实验的“学术化”倾向十分明显.国内外的各种调查显示，很多中学生对物理学习的兴趣正在明显降低，甚至一些学生放弃了对物理的学习.导致这一状况的原因固然是多方面的，但物理实验能否激发学生的探究兴趣和求知欲望应是一个主要因素.传统的物理课堂实验教学方式显然已经不再适应当前高中新课程改革的需要，改革传统的物理课堂实验教学方式，使课堂实验教学充分发挥其在素质教育的特殊作用已成当务之急.

基于上述思考，笔者选取人教版《物理·选修3-4》第十一章的最后一节“外力作用下的振动”，从课堂实验教学的角度，进行了一次有益的尝试.

1 设计思路

（1）在教学模式上，从过去的传递式向探究式转型.传统的课堂实验教师做得多、学生主要是看.教师在此过程中扮演着“包办”的角色.而教学活动的主体——学生却很少参与.由于学生缺少“参与”意识，课堂实验教学往往调动不起学生的学习积极性，发挥不了学生的主体作用，以致于他们的独立操作能力及创造力难以培养，使课堂实验教学处于一种尴尬的境地.本节课的教学中，先后设计“受迫振动的频率”、“受迫振动的振幅”等探究性实验，问题提出后，通过实验观察、比较归纳、讨论交流等一系列的教学探究活动，突出学生的主体地位，使他们在学习上获得主动权.充分展现物理学科实验及动手这一特点和魅力.

（2）在教学手段上，更加注重信息技术与物理课堂教学的结合.由于时空、环境的限制，有许多演示实验难以完成或效果不佳，以致学生对许多物理知识难以理解和接受，使教学效果受到影响.DIS实验系统为科学探究提供了全新的实验平台，数据采集由人工转变成智能，图像功能强大.实验探究过程中所用时间短、效率高，给中学物理实验带来了变革，但DIS实验系统的功能还有待进一步开发完善.在此，通过自制简单的实验教具再结合DIS数字信息系统既可开发出“绘制固有振动及阻尼振动位移随时间变化的图像”实验，大大优化实验的教学效果.

2 实验方案

2.1 振动位移 －时间图像

（1）实验装置说明（图1）

1）将位移传感器直接置于滑块的上方，待稳定后将在平衡位置处的位移记为零.

2）滑块在气垫导轨上的振动可近似认为是固有振动，插上风帆后则可认为是阻尼振动.

图1 自制振动位移 －时间图像演示仪

（2）实验操作并得到相关图像

图2

（3）比较.对两种振动进行进一步的分析，并总结出各自的特点.

（4）反思.未插风帆时是否受到阻力？为何又是固有振动呢？

2.2 受迫振动的频率

（1）实验装置说明（图3）.将“弹簧振子”置于装满水的截去瓶颈的可乐瓶中，增加振动的稳定性 ，优化教学效果.

（2）实验操作

第一次演示.逐渐增大驱动力的频率（即增大转速）.

图3 手摇受迫振动演示

现象及结论：受迫振动的频率发生变化，说明肯定不等于固有频率，因为固有频率只有一个.

再次演示.此次教师数摇的次数，学生则数振动的次数.

现象及结论：发现始终吻合，说明受迫振动的频率等于驱动力的频率.

第三次演示.重点观察振幅的变化情况.

现象及结论：振幅随着驱动力的频率先增大后减小，说明振幅并非随驱动力频率做简单的线性变化.

那么当驱动力的频率多大时振幅最大？

2.3 受迫振动的振幅

（1）实验装置说明（图4）

图4 自制共振摆

1）驱动球需比其他小球重一些，横杆所用材料需轻、薄.

2）最左边的单摆可以任意改变摆长.

3）改变摆长即改变了单摆固有周期.

（2）实验操作

1）让左边小球先振，观察其余小球振动情况.

实验现象.左边第二个振幅最大.

原因分析.进水楼台先得月，还是另有蹊跷？

若想让第三个小球振幅最大，有何办法？

2）改变摆长，实验验证想法.

结论：摆长相等（即驱动力的频率等于固有频率），受迫振动的振幅最大——共振.

3 教学反思

优化的物理课堂实验教学要求重视学生的直接经验，尊重学生的想法和主体地位，这就需要教师真正转变教学观念，解放思想，大胆尝试，积极进行思考，探索和创新，争取多路多举，灵活多变的教学方式，充分调整自己的角色以及与学生的关系.优化的物理课堂实验教学需要教师的主导作用贯穿于课堂实验的设计、实施、反馈、改进的全过程，为学生提供尽可能真实的问题情境，提供各种学习资源，处理实验教学学习中出现的各种问题，这就要求教师不断地提高自身的专业素养和教育教学水平.

总之，课程改革，是对教师传统理念的严峻挑战.唯有不断尝试与反思才能以开放的心态完成角色的转型定位，完善自身的知识结构，提高自身结合素质，切实承担起教师教书育人，传承文化的重任.