浅谈高中物理教学中对学生参与演示实验的创新——以《曲线运动》教学为例

何双宝

（海东市第一中学 青海 海东 810700）

引言

在中学物理教学中，演示实验起着探索物理规律、提升学生的洞察力和培养学生的逻辑推理能力等很重要的作用。新课程标准要求学生能自主地参与物理规律的探索，让学生更多地参与到演示实验中，是符合新课程标准要求的。

1.物理教学现状

传统课堂由于进度要求、器材限制、还有与生活实际联系不紧、教师重视程度不够等各方面原因，演示实验学生参与的程度是有限的，但随着人们思想认识不断提高和学校实验条件的不改善、教学设备的进步、教师教学理念更新，为学生能更多地参与到演示实验中创造了条件。

2.合理创新演示，实验开展高中物理教学

“曲线运动”是生活中最常见、物理学中最典型的物理模型，优美的曲线造就的典型模型“平抛运动”和“圆周运动”更是离不开人们的生活。我们不要忘了生活中有很多能够让学生参与到其中的演示实验。结合本校教学实践，我们做了一些有益的尝试。在有趣的体验中，让学生学会曲线运动。

2.1 创设情境，感知运动

会玩就会学，让部分同学参与演示曲线运动方向、条件和曲线运动的处理等实验中。

2.1.1 阅读教材内容，联想生活中雨伞甩水，用硬塑料垫板和木棍制成的陀螺，在白纸上旋转，并在转盘滴上墨水，墨滴的离心是沿直线运动的，多数学生产生了疑问：不该是曲线吗？当学生在教师在启发引导下把直线反向延长，奇妙的是，它居然与陀螺的投影圆相切，学生这才明白，每一小墨滴展示的是陀螺上该点运动的方向即曲线运动方向。实验的过程不是毫无目的的玩，而是要发现出现问题的根源，学生在玩得过程中就找到了学习的乐趣。

2.1.2 怎样处理曲线运动呢？结合教材P3内容和例题，引导学生①自制红蜡块演示；②小球+细线悬挂演示。笔挡细线沿水平方向匀加速移动，小球参与水平方向和竖直方向的运动。学生发现，不管是红蜡块还是小球，都是斜着运动的，当某一方向加速时，运动轨迹居然是曲线。教师应适时启发学生，斜着的曲线运动是不是可以投影到水平方向和竖直方向？从两个演示中体会到曲线运动可以是两个直线运动的合成，而合运动和分运动具有等时性、两个分运动又彼此具有独立性。物理知识并不神秘，必须学会观察实验，思考其中原因，大胆假设，小心求证，才能发现其中规律，进而找到解决问题的办法。

2.1.3 曲线运动条件的研究，自己动手，总结规律，享受成功喜悦。全班同学参与演示，观察合力方向与速度方向不在一条直线上：①斜抛橡皮擦后画出运动轨迹，标出速度方向、受力方向；②细线+小球在水平桌面圆周运动，画出运动轨迹，标出速度方向和受力方向；③部分同学参与演示：小球+磁铁。

其中①斜抛橡皮擦还可以分析上升减速和下降加速的原因。演示实验的效果可以更上一层楼，突出了新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或者被动的袖手旁观就可以得到的。

2.2 循序渐进，激发潜能

提出问题：飞机投弹怎样才能命中目标？平抛运动在空中转瞬即逝，优美的曲线运动随即成为历史，没有留下具体可供研究的东西。要研究平抛运动的特点，必须先得到其运动轨迹。

2.2.1 学生实验研究平抛运动，经历如何得到小球运动轨迹，使用什么器材，有哪些注意事项、怎样证明运动轨迹为抛物线、怎么求初速度、误差来源。做完实验学会利用excel软件处理物理问题；

2.2.2 部分同学参与平抛竖落仪演示，证明合运动和分运动具有等时性、两个分运动具有独立性，体会简单的器材也能解决大的问题。麦克斯韦说：一项演示实验，使用的材料越是简单，学生越熟悉，就越能透彻地获得所验证的结论。

2.2.3 部分同学在教师指导下利用数字化演示仪器和电脑、智慧平台展示对平抛运动轨迹的描绘和处理，展现现代科学技术的魅力，激发全体学生对现代科学技术的兴趣。

2.3 建构模型，总结归纳

动员全体同学参与演示，归纳总结圆周运动的向心力特点，两种探究方式结合起来，为向心力学习、理解、应用做好实验上的准备。

2.3.1 课外活动带学生到操场沙坑，利用塑料袋大中小三个、沙土、纸杯探究，塑料袋的大小可以改变轨道半径、纸杯可以改变沙土质量、角速度大小可以由实验者控制。食指挂上装有沙土的塑料袋，让它沿水平面（竖直平面）做圆周运动。让学生体会到：①m不变、r不变时，ω越大，F就越大；②ω、m不变时，r越大，F越大；③ω、r不变时，m越大，F越大。

2.3.2 经历了操场沙坑利用大中小三个塑料袋、沙土、纸杯的探究，四名同学在教师指导下参与利用向心力演示器探究向心力的实验，其中一名同学把探究过程利用手机的希沃软件投影到屏幕上供全体同学观看，使得大家对演示条件、过程、现象清晰明了，数据记录与处理信手拈来，总结得出向心力表达式F=mω2r也就不在话下。由于目标明确、准备充分、计划得当，学生参与向心力演示器探究实验非常积极，收到了很好的效果。

2.4 提炼模型，回归生活

带领部分同学参与演示：

2.4.1 在水平湿滑的道路上骑车或驾车转弯时，都要减速行驶；在高速公路和铁路弯道处，路基都要设计成倾斜的，这有什么秘密呢？学生只有对水平雪地的直观印象，但当他们参与了转动陀螺上墨滴的离心、漏斗中小球的圆周运动的演示探究和观看两个冰舞者的视频后就恍然大悟。

2.4.2 利用塑料袋+沙土、细线+橡皮擦、笔杆+橡皮演示圆周运动，探究分析水流星临界速度、离心现象等；

2.4.3 利用塑料袋+沙土在台秤演示竖直平面内的圆周运动中的超重失重现象、骑自行车在凹陷路面和凸起路面上行驶，体验拱桥模型中的超重和失重。

让学生参与到曲线运动演示实验的实际操作中，注重探究式教学，采用多元化、多方位的教育形式，是新课程标准的要求。在组织教学中要创设一个良好的探究科学知识的氛围，改变过去以学生观察为主的演示实验模式，让学生积极地、主动地、直接地参与到演示实验中去，让学生的个性得到发展，才能得到展示。同时为以后学习带电粒子在电磁场中的运动做好准备。

很多简单的演示既可以在课堂完成，也可以在课外完成。课外的演示在家中完成，可以改变家庭教育观念，确立会玩才会学，会学定会玩的理念。物理知识离不开生活实际，死读书不接触物是学不好物理的。

3.研究总结与启示

3.1 借助科学方法，渗透物理思想

物理思想是创立和发展物理学科理论的过程，对知识和方法概括而形成的一种科学认识，贯穿于整个物理教学中。所以，如何在教学中渗透物理思想，是值得人们深思的问题。对此，本人在平抛运动的课堂演示实验中采用“运动分解”的方法将复杂的平抛运动分解成两个简单的直线运动，再通过对两个分运动的合成得到平抛运动的规律。这样逻辑结构紧凑、循序渐进的教学方式为学生的思维发展铺设了合理的逻辑通道，使学生在掌握科学方法的同时，充分体味其间的奥妙，进一步使学生对平抛运动的认识由一般方法层面提升至物理思想层面，最后能够形成一种“分解、合成的思想”，从而使得平抛运动的教学效果有一个质的提升。

3.2 结合认知结构，降低教学难度

奥苏贝尔强调，学生的学习应该是有意义的接受学习，即通过新知识与学生认知结构中的已有观念相互作用，引起新旧知识间的同化。据研究表明：当学生在面对一些陌生知识时，焦虑水平会明显上升，这种消极的情绪将会抑制人的思维活动，不利于新知识的同化，所以教学开始，教师就应及时向学生点明。平抛运动在形式上虽然是一个新的运动，但本质仅仅是对前面知识的综合运用。

再结合学生原有的认知结构，把曲线运动包含的知识与直线运动、力的合成与分解和牛顿定律等旧知识紧密联系起来，使学生看到曲线运动不过是直线运动的合成。这样既易于学生对新知识的同化，又增强了学生克服困难的信心。

3.3 演绎推理结论，实验验证规律

曲线运动的教学一直存在着两种不同的路径，一种是实验归纳法，通过观察实验现象，总结运动规律，另一种是理论推演法，在学生原有的知识基础上，经演绎推理得到结果。在深入考量这两种方法的优劣的基础上，本人认为可先采用简单的生活实验让学生认识曲线运动的现象，再引导学生演绎推理，最后再用较为理想化的环境进行实验验证的方式。让学生由表及里的认识知识概念的规律及本质。这种教学设计既可以兼顾二者之长，又能够弥补二者之短，一方面依靠演绎推理层次清晰与逻辑严密的特点，使学生能够系统地获取知识，形成知识网络，另一方面，采用实验法对演绎推理的结果予以验证，加强学生的感性认识。由此看来，该教学设计不但提升了教学的效果，同时也契合了学生的思维水平。

结束语

综上所述，对于学生参与演示实验的创新，在高中物理教学中是一项非常有现实意义的研究，进行演示实验可以让学生体会到物理知识就存在于生活中，把学习自觉地和日常生产生活、工农业、国防和科学技术结合起来，老师教的轻松，学生玩得愉快、学的开心，在潜移默化中达成了物理学科的核心素养。

头脑不是一个要被填满的容器，而是一支要被点燃的火把，我们不但把演示实验做好，而且要积极引导学生参与进来，只有这样才能落实立德树人根本任务，体现物理课程的育人功能。