利用综合实践活动拓宽高中物理实验教学

秦洪强

【摘要】物理实验是高中物理教学中的重点内容，通过实验创造实践契机，对激发学生的物理学习兴趣、全面培养学生的物理核心素养有着重要意义.但目前高中物理实验教学存在现实困难，亟需扭转实验教学内容少、时间少、契机少的局面.本文从综合实践活动视角出发，探究拓展高中物理实验教学内容与路径的策略，意在通过综合实践活动优化高中物理实验教学，提高实验教学水平与质量.

【关键词】高中物理；实验教学；综合实践

高中物理实验教学在培养学生物理学科核心素养中有着重要地位，但受实验教学特殊形式的影响，课堂教学环节无法保证所有学生独立实验，且学校素材有限、教学时间有限，诸多大型实验无法进行.因此，应通过综合实践活动弥补课堂教学的不足，延伸物理实验教学，丰富实验内容，拓展教学路径，加强学生实验技能与素养的培养.基于此，关于利用综合实践活动拓展高中物理实验教学的研究具有重要现实意义.

1 利用综合实践活动拓展高中物理实验教学的价值

综合实践活动是一项以专门培养学生实践学习能力为目标的教育活动，在活动过程中学生有充足的自主实践时间、动手操作空间，并在亲身体验中深化对知识的理解，可以高效完成教学目标，提高教学活动的针对性与科学性.

利用综合实践活动拓展高中物理实验教学，为实验教学找到了新的途径，可以有更充足的时间、更合适的契机丰富学生的实验体验，并让学生在动手操作实验过程中内化理论知识、建构物理思维、发展综合能力[1].同时，物理实验具有一定难度，并非简单的操作即可完成，学生需要利用知识化解一次次的失败，因此，也对学生的综合素质进行了锻炼，无论是与人交流、运用工具，还是从物理实验本身出发，学生均将有更深刻的、具体的认识.

2 利用综合实践活动拓展高中物理实验教学的策略

2.1 基于综合实践活动，拓宽实验教学内容

目前，高中物理实验教学内容多局限于书本，实验类型单一、内容缺乏创新、实验模式落后，且诸多教师为了简化实验教学，降低教学工作难度，经常省略实验操作，利用多媒体播放视频观察实验过程，严重影响了实验教学的效果.无法让学生通过真实的体验，直观地感受学习实验知识，不利于学生物理思维与学科素养的发展.因此，借助综合实践活动契机，应积极地拓展实验教学内容，为学生参与实验、自主体验创造契机.

以人教版高中物理必修一第四章“运动和力的关系”中“牛顿第二定律”为例，基于拓展实验教学内容目标设计如下综合实践活动方案.

2.1.1 活动主题

牛顿第二定律相关知识在社会中有着广泛的应用，动车、汽车等交通运输工具中使用的加速度计均以其为理论基础研发.且教学目标中也指出，应给予实验引导学生探究物体运动过程中加速度与物体受力、质量之间的关系，从而能够正确运用牛顿第二定律知识解释生产生活中的现象或解决相关问题.基于此，本次综合实践活动以牛顿第二定律知识为核心，通过实验使学生制作一种能够测量加速度大小的装置.从而确定活动主题为：自制加速度测量仪.

2.1.2 活动规划

本次活动综合考查的物理知识较多，如匀变速直线运动规律、胡克定律、受力分析等.且需要学生完成三项任务：一是探究加速度与力、质量之间的定性关系，二是探究加速度大小与力、质量之间的定量关系，三是构思如何根据牛顿第二定律制作加速度测量仪.

2.1.3 活动过程

任务一 由教师先演示实验装置，要求学生自主完成两个实验.实验过程中均需要控制抓夹使处于相同水平线上的小车运动，小车上系细线连接砝码盘.一个实验需要观察质量相同的小车在钩码个数不同时的运行速度，学生发现砝码盘中钩码个数较多的小车运行速度更快，先到达终点；另一个实验需要观察放置相同数量钩码时，不同质量小车的运行速度，学生发现自身质量小的小车运行速度更快，先到达终点.通过任务一的实验活动，学生总结出物体的加速度大小与物体质量、所受合外力大小有关，当物体质量一定时，其所受的合外力越大产生的加速度越大；所受合外力一定时，本身质量越大产生的加速度越小.

任务二 将任务一中获取的实验结果记录到实验报告中，并基于数据绘制a-F与a-1m 的图象.基于此，学生总结出物体加速度大小与物体质量、所受合外力之间的关系，与物体本身质量成反比、与所受合外力大小成正比，即α∝F、α∝1m.而通过移项则可以基于这两个式子推导出牛顿第二定律：F=kma，因质量1kg的物体获得1m/s2的加速度需要1kg·m/s2的力，后人为了纪念牛顿，则将1kg·m/s2称为1牛顿，从而简化牛顿第二定律公式为：F=ma[2].

任务三 本环节需要制作加速度测量仪，教师应以问题启示学生加深思考，制作出测量仪成品.先利用多媒体播放视频，视频内容为：小车顶部系细线悬挂小球，汽车以一定加速度向右运动、以更大加速度运动、做减速运动.引导学生观察，分析做不同运动时的现象，并尝试分析小球偏转角度是否会影响小车的加速度大小，球向左偏轉时小球的加速度，小球所受合外力发生变化时加速度的变化，小球加速度方向与小球所受合外力相同时汽车加速度与方向的变换，从而分析出牛顿第二定律具有矢量性、同体性、瞬时性.基于此，利用矩形纸板、轻质细杆、小铁球制作简易加速度测量仪，需要先在纸板上画出标尺线，将小铁球拴在轻质细杆下端作为指针；再对轻质细杆的位置进行调整，使其与标尺线重合，并固定轻质细杆上端，使其能够连带小球在纸板面内自由转动，从而完成简易的加速度测量仪制作.如果想要更深度的拓展，可以引导学生探索如何利用轻质细杆偏转角度表示加速度刻度、分析刻度特点、如何保证刻度均匀，制作刻度具有线性关系的加速度测量仪.

在本次活动中，学生通过动手实验完成了牛顿第二定律的推理，并在此基础上拓展实验内容，引导学生动手完成加速度测量仪的制作，使学生对牛顿第二定律的内涵有了更深刻的理解，探索了如何证明加速度与力、质量之间的关系，从而也对牛顿第二定律在实际生活的应用有了简单了解，有利于物理逻辑思维的构建以及学生综合素养的发展.

2.2 基于综合实践活动，拓宽实践教学路径

高中物理综合性较强，实验内容也相对复杂，基本以教师示范为主，学生自主实验较少且效果并不理想，不利于知识的理解与实验素养的培养.而综合实践活动为高中物理实验教学创造了新的契机，将课堂上无法完成的实验转移到综合实践活动中，既可以给予学生自主实验的空间，也可以拓展教学内容，且将学生组成不同的实验小组，独立完成实验项目，改变教师示范为主的教学模式，也使高中物理实验教学有了新的路径[3].

以人教版高中物理选择性必修第二册第一章“安培力与洛伦兹力”中“磁场对通电导线的作用力”为例，以拓展实践教学路径为目标，设计如下综合实践活动方案.

2.2.1 活动主题

荡秋千是受到多民族喜爱与欢迎的一项游艺竞技项目，高中生在生活中也体验过荡秋千，并且了解秋千的持续振荡需要人力的持续作用，那么是否可以不用人力使秋千持续振荡.该设想提出后立即吸引了学生的注意力，从而本次综合实践活动以“自制电磁荡秋千”为主题，从生活中的真实场景出发，通过动手实验掌握、理解安培力.

2.2.2 活动规划

安培力是电磁学部分的核心知识，具有承前启后的作用，通过本部分内容的学习能够减轻后续学习洛伦兹力、法拉第电磁感应定律等知识的负担.且安培力在现实生活中也有着广泛的应用，在本次活动中以实验为契机让学生认识与掌握安培力、探究安培力方向以及大小.

2.2.3 活动过程

在活动中先播放荡秋千的视频，设置“秋千是如何摆动起来的？如何利用所学物理知识使秋千持续摆动？”等问题引导学生思考，点出本次活动主题“自制电磁荡秋千”.并将学生分成实验项目小组，每组3～5人，先为学生发放一个由磁铁、电池、漆包线所组成的简易电磁秋千，指导学生观察接通电路时秋千的摆动情况，从而认识安培力、明确安培力的方向.

任务一 认识安培力.记录接通电路瞬间秋千下摆的摆动情况，说明使秋千摆动的力是什么力.并由小组共同还原教材中的实验装置，将一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极之间，并与电磁秋千结合，形成图1所示装置，观察通电与不通电时导体棒的位置.学生们发现通电时导体棒处于蹄形磁铁内且发生运动，从而确定磁场可以对通电导线产生力的作用，这种力则是物理学中的安培力.

任务二 探究安培力的方向.基于自主动手搭建的实验装置，观察改变蹄形磁铁方向以及电流方向后导体棒的摆动方向，从而对安培力方向进行判断.学生们观察实验现象，并以图象的方式说明了安培力方向与电流、磁场方向的关系.为了方便记忆，教师对如何判断安倍力的方向做出总结.即将左手伸开，拇指垂直于其余四指，且均与手掌处于相同平面内，使磁感线以垂直形式穿过手心，拇指方向为安培力方向、四指方向为电流方向.

任务三 探究安培力的大小.为小组布置如下探究任务：如何改变秋千下摆所受安培力方向？如何控制秋千摆动幅度？推导安倍力大小表达式，并改变实验中导体棒的长度，让学生观察不同长度导体棒通电下的运动情况.此外，还应探究通电导体电流方向不与磁场方向垂直时安培力的大小，从而明确改变秋千摆动时安培力大小的方法.

在本次活动中，由学生组成若干个学习小组完成实验项目，教师以设置问题进行引导，对安培力相关知识展开了更深入的探索，使学生逐渐具备把控复杂实验的能力，也使实验教学通过新颖的途径完成[4].

3 结语

综上所述，物理综合实践活动能够弥补物理实验课堂教学的不足，拓展实验教学内容、拓宽实验教学途径，在培养学生物理核心素养方面有著重要价值.应在教学中积极发挥综合实践活动的价值，不断开发新型的活动形式，使活动更加丰富，持续助力物理实验教学水平与质量的提升.

参考文献：

[1]潘家料，林国.基于核心素养的高中物理实验探究课堂评价设计[J].福建基础教育研究，2022（10）：107-109.

[2]郑禹.基于物理核心素养的高中物理实验教学策略研究[D].大连：辽宁师范大学，2022.

[3]李明杰.高中物理教学中提高学生综合实践能力的策略分析[J].数理化解题研究，2020（03）：68-69.

[4]吴灿铭.基于项目式学习的高中物理综合实践活动研究[D].漳州：闽南师范大学，2022.