巧设物理实验提升高中物理教学实效

袁小冬

【摘要】巧设物理实验在高中物理教学中扮演着举足轻重的角色.通过精心设计的实验，教师能够将抽象的物理概念转化得直观、生动的实践体验，激发学生的学习兴趣和探索精神.这种教学方法不仅有助于加深学生对物理知识的理解，更能提升学生的实践操作能力和创新思维，从而显著提高高中物理教学的实效性.

【关键词】高中物理；实验教学；课堂教学

在物理的世界中，每一个现象背后都隐藏着深刻的原理，将这些原理以实验的形式呈现出来，便是高中物理教学的一大妙招.通过巧设物理实验，教师不仅能引导学生直观地理解物理规律，更能激发学生的好奇心和探索欲，让他们在主动探究中提升物理学习的实效性.

1 当前高中物理实验教学现状分析

1.1 传统实验教学模式及其局限性

传统的高中物理实验教学往往采用“教师演示，学生模仿”的模式，学生在教师的指导下按照既定的步骤完成实验操作，缺乏自主性和创新性.这种教学模式的局限性在于过于注重实验结果的正确性，而忽视了实验过程中的探究性和学生的主体性.学生在这种模式下往往只是机械地重复实验步骤，缺乏对实验原理的深入理解和思考，不利于培养学生的科学探究能力和创新思维.

1.2 学生对物理实验的兴趣与参与度现状

当前，部分学生对高中物理实验的兴趣不高，参与度也较低.这可能是由于传统实验教学模式的单一性和枯燥性导致的.学生在实验过程中缺乏主动性和互动性，无法真正感受到物理实验的趣味性和实用性.此外，一些学校由于实验条件有限，无法满足所有学生的实验需求，也进一步降低了学生的参与度和兴趣.为了改善这一现状，教师需要巧设物理实验，增加实验的趣味性和探究性，同时学校也应加强实验教学的条件建设，为学生提供更好的实验学习环境.

2 巧设物理实验开展物理教学的原则

2.1 针对性原则

针对性原则是指在设计物理实验时，要根据具体的教学内容、教学目标和学生特点来进行有针对性的设计.不同年级、不同层次的学生对物理实验的需求和理解能力有所不同，因此教师需要结合实际情况，选择合适的实验内容和实验方式，确保实验能够有效地服务于教学目标，帮助学生理解和掌握物理知识.

2.2 探究性原则

探究性原则是指物理实验应该具有一定的探究性和开放性，能够引导学生主动参与、积极思考、自主发现物理现象和规律.通过巧设物理实验，教师可以创设问题情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望，让学生在实验过程中不断提出问题、分析问题、解决问题，从而培养学生的科学探究能力和创新思维.

2.3 创新性原则

创新性原则是指在设计物理实验时，要注重创新性和新颖性，突破传统实验模式的限制，引入新的实验方法、新的实验手段或新的实验材料，让实验更加生动有趣、富有创意.巧设创新性的物理实验不仅能够吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣和参与度，还能够激发他们的创新潜能，培养他们的创新意识和创新能力.

3 巧设物理实验开展物理教学的途径

3.1 利用生活物品进行实验

利用生活物品进行实验是将抽象的物理原理转化为直观、生动的教学方式.通过引导学生使用身边的日常物品，如橡皮筋、塑料瓶、纸张等，来模拟和解释物理现象，不仅能激发学生的学习兴趣，还能帮助他们更好地理解物理概念和规律.这种实验方法简单易行，成本低廉，非常适合在课堂教学中广泛应用.

例如

以人教版必修第一册中的“摩擦力”教学为例.摩擦力是高中物理中一个基础且重要的概念.为了使学生更直观地理解摩擦力，教师可以引导学生利用身边的日常物品进行实验.

实验材料

橡皮筋、不同重量的书本、平滑桌面、粗糙桌面（或铺有砂纸的桌面）.

实验1

探究摩擦力与接触面粗糙度的关系

（1）将书本放在平滑桌面上，轻轻推动，感受其滑动的难易程度.

（2）将同一本书放在粗糙桌面或铺有砂纸的桌面上，再次轻轻推动，与在平滑桌面上的滑动感觉进行对比.

学生可以明显感受到在粗糙桌面上推动书本所需的力比在平滑桌面上要大，这说明接触面的粗糙度增加时，摩擦力也随之增大.

实验2

探究摩擦力与正压力的关系

（1）将橡皮筋套在书本上，确保橡皮筋与书本的接触面紧密且不打滑.

（2）在平滑桌面上，用逐渐增加的力度拉动橡皮筋，观察书本被拉动的难易程度.

（3）换用不同重量的书本重复上述步骤，比较不同重量书本被拉动的难易程度.

学生会发现，当正压力（即拉动橡皮筋的力度）增大时，需要更大的力才能拉动书本，同样的，重量更大的书本在相同力度下更难被拉动.这说明摩擦力与正压力成正比.

通过这两个简单的实验，学生可以直观地感受到摩擦力的存在以及其与接触面粗糙度和正压力的关系.这种利用生活物品进行实验的方法不仅简单易行、成本低廉，还能有效地激发学生的学习兴趣和探究欲望，帮助他们更好地理解物理概念和规律.

3.2 创新传统实验方法

创新传统实验方法意味着打破固有的教学模式，对传统的物理实验进行改进和优化.教师可以通过改变实验条件、引入新的测量技术或设计富有挑战性的实验任务，激发学生的创新思维和实践能力.这种实验方法鼓励学生主动探索、发现问题并寻求解决方案，有助于培养学生的科学素养和解决问题的能力.

例如

以人教版必修第一册中的“自由落体运动”教学为例.为了使学生更深入地理解自由落体运动的规律，并培养学生的创新思维和实践能力，教师可以对传统的自由落体实验进行改进和优化.

传统实验方法

通常，学生会使用打点计时器或光电门等设备来测量自由落体物体的速度和加速度.然而，这些方法虽然准确，但缺乏创新性和挑战性.

创新实验方法1

利用智能手机和加速度传感器应用

教师引导学生下载并安装加速度传感器应用到手机上.学生将手机平放在桌面上，确保加速度传感器正常工作.学生将手机从一定高度自由释放，并记录下落过程中的加速度变化数据.通过分析加速度数据，学生可以验证自由落体运动的加速度是否接近重力加速度g的值.

这种方法利用了现代科技手段，使学生能够更直观地观察和分析自由落体运动的过程.同时，智能手机的便携性和易操作性也增加了实验的趣味性和实用性.

创新实验方法2

设计自由落体运动比赛

教师将学生分成若干小组，并为每个小组提供相同规格的小球和测量工具（如卷尺、秒表等）.每组学生需自行设计一个实验方案，使小球从一定高度自由落下，并准确测量小球的落地时间或落地距离.各组之间进行比赛，比较谁能够设计出更精确、更创新的实验方案，并准确测量出小球的落地时间或落地距离.通过比赛的形式，激发学生的竞争意识和团队合作精神，同时培养他们的创新思维和实践能力.

这种方法将传统的自由落体实验转化为富有挑战性的比赛形式，使学生在积极参与的过程中深入理解自由落体运动的规律.同时，比赛的形式也增加了实验的趣味性和互动性，有助于激发学生的学习兴趣和参与度.

3.3 运用现代科技手段辅助实验

运用现代科技手段辅助实验是利用计算机、传感器、数据采集与分析软件等先进技术增强物理实验的教学效果.这些科技手段可以实时监测实验数据，提供精确的测量和分析结果，帮助学生更深入地理解物理现象和原理.此外，虚拟仿真实验和在线实验平台等现代科技手段还可以突破时间和空间的限制，为学生提供更为灵活多样的学习体验.

例如

以人教版选择性必修第一册中的“验证动量守恒定律”教学为例.动量守恒定律是物理学中一个基本且重要的定律，其实验验证对于加深学生对该定律的理解至关重要.传统的验证方法可能受到实验条件、测量精度和数据处理等方面的限制.然而，通过运用现代科技手段，我们可以有效地辅助实验，提高实验的精确度和效率.

实验方法

（1）实验装置与传感器

使用气垫导轨和光电门来减少摩擦阻力和空气阻力的影响，确保实验物体在近似无阻力的条件下运动.

在气垫导轨上放置两个相互碰撞的滑块，并在滑块上安装质量块以改变它们的质量.

在滑块经过的路径上设置多个光电门，用于精确测量滑块的速度.

（2）数据采集与处理

通过连接到计算机的数据采集系统，实时记录滑块经过光电门的时间，从而计算出它们在不同位置的速度.

利用计算机软件对数据进行处理和分析，如绘制速度-时间图、计算动量变化等.

（3）虚拟仿真实验

对于没有条件进行实物实验的学生，教师可以利用虚拟仿真软件来模拟动量守恒定律的实验.

学生可以在虚拟环境中设置不同的实验参数，观察和分析碰撞过程中滑块的速度和动量变化.

虚拟实验还可以提供即时的反馈和数据分析功能，帮助学生更好地理解实验原理和结果.

运用现代科技手段辅助物理实验不仅可以增强实验的教学效果，还可以培养学生的科学素养和创新能力.

3.4 设计综合性、探究性实验

设计综合性、探究性实验是让学生在教师的引导下，通过自主设计实验方案、动手操作实验仪器、观察记录实验现象并分析结果，深入探究物理问题的教学方法.这种实验方法强调学生的主体性和参与性，鼓励他们运用所学知识解决实际问题，有助于培养他们的科学探究能力、创新思维和团队协作能力.通过综合性、探究性实验的设计与实施，学生可以更加全面地掌握物理知识，提升物理学科的核心素养.

例如

以人教版必修第三册中的“导体的电阻”教学为例.电阻定律是描述导体电阻与其长度、横截面积和材料性质之间关系的定律.为了使学生更深入地理解这一定律，并培养他们的科学探究能力和创新思维，教师可以设计一个综合性、探究性的实验.

实验目的

（1）验证电阻定律，探究导体电阻与其长度、横截面积和材料性质的关系.

（2）培养学生的实验设计能力、动手操作能力和数据分析能力.

实验器材

导线（不同长度、不同横截面积、不同材料）、电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线夹、绝缘垫等.

实验步骤

（1）分组与选题：教师将学生分成若干小组，并让每个小组自主选择是探究电阻与长度、横截面积还是材料性质的关系.

（2）设计实验方案：小组内成员讨论并设计实验方案，包括实验电路图、实验步骤、数据记录表等.教师需要在此过程中给予指导和建议.

（3）实验操作：学生按照实验方案动手操作实验仪器，测量并记录实验数据.教师在此过程中巡视指导，确保实验安全顺利进行.

（4）数据分析与讨论：学生利用测量得到的数据进行分析，验证电阻定律并讨论实验结果与预期是否相符.教师引导学生分析误差来源并提出改进意见.

（5）展示与交流：各小组将实验过程和结果制作成PPT或报告进行展示和交流.其他同学可以提问或提出自己的见解，共同学习和进步.

实验拓展

为了进一步增强实验的探究性和综合性，教师可以设置一些拓展任务，如：

（1）探究温度对导体电阻的影响；

（2）探究不同形状（如弯曲、螺旋等）对导体电阻的影响；

（3）设计与制作一个简单的电阻箱，并标定其阻值.

通过这样一个综合性、探究性的实验设计，学生可以全面深入地理解电阻定律，同时培养他们的科学探究能力、创新思维和团队协作能力.而教师在实验过程中的引导和指导也至关重要，需要关注学生的安全、实验操作的规范性以及数据分析的准确性等方面.

4 结语

综上所述，巧设物理实验对于提升高中物理教学实效具有不可替代的作用.通过精心设计的实验，学生能够在亲身体验中领悟物理的奥秘，增强学习兴趣和动力.因此，教师在物理教学中应不断创新实验方法，充分利用现代科技手段，设计更多具有综合性、探究性的实验，以激发学生的求知欲和探索精神，培养他们的创新意识和实践能力，从而有效提高物理教学的质量和效果.