构建开放性式课堂让物理实验教学更高效

陈野

摘 要：实验教学在中学物理教学中有非常重要的作用，抓好实验教学可以提升整个中学物理的教学质量。通过设置问题引导学生思考，可以促进学生在实验中既动手又动脑，有利于发挥学生在实验过程中的主观能动性，从而理解实验原理、步骤、数据处理的方法等，实现高效实验教学。

关键词：开放性；物理实验；高效

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）1-0016-3

实验教学是中学物理教学的重中之重，抓好实验教学可以大幅提升整个物理教学的效率。虽然教师都意识到实验教学对整个物理教学的重要意义，然而在教学实践中，实验教学的效果却有待提升。要提升实验教学效果，就要改变在实验教学中教师讲得过多、讲得过细的现状，让学生多一点思考、多一点动手的机会，而不是在教师的统一要求下，整齐划一地完成实验。实验教学中，不妨多设计问题引导学生思考实验原理、实验操作、实验数据处理等。下面以“机械能守恒定律”的实验教学为例，谈一谈如何通过问题引导学生思考构建开放性物理课堂。在教科版教材必修2第四章第五节，教材介绍了实验原理、操作、数据处理等，但不详细，在教学中还应设计问题引导学生进行精细化的深入思考。

1 问题引导设计实验方案

实验教学中，最重要、最难的就是设计实验方案。这要求学生透彻理解实验原理，然后搞清楚要测量哪些物理量，如何测量，用什么测量，各个测量的物理量之间的关系是怎样的（如何处理实验数据）。这些问题如果不给学生思考的机会，直接告诉学生原理是什么、有些什么步骤、如何处理实验数据，学生会有很重的记忆负担，而且即使记住了也会很快忘记，效果不佳。如果没有教师的引导，直接让学生漫无目的地思考，学生将会无从下手。为了破解实验难题，提升实验效果，教师可以设计问题，通过问题引导学生深入思考，弄清楚实验原理和实验操作背后隐藏的逻辑，以及实验数据处理的方法等。

问题（1）：机械能守恒的条件是什么？

意图：清楚机械能守恒的条件，在后续设计实验方案时才知道该让研究对象做何种运动，受到什么力的作用，有些什么力做功。

问题（2）：为了顺利地验证机械能守恒，应该让研究对象做何种运动？

意图：让学生知道只能选择自由落体运动、光滑轨道的圆周运动、摆。

问题（3）：需要知道哪些物理量，这些物理量能直接测量吗？

意图：清楚初末状态的动能和重力势能不能直接测量，为转化测量的物理量做准备。

问题（4）：如果让小球做自由落体运动，本实验需要测量哪些物理量呢？用什么工具测量？如何测量？

意图：为后续设计实验步骤做准备。

通过思考，学生得出两种自由落体的实验方案。方案一是用打点计时器的方案，实验装置如图1所示。方案二是光电门方案，其装置如图2所示。

2 问题引导理解实验步骤

在实验操作过程中，很多时候学生并不清楚每一个步骤背后所蕴含的道理。如此一来，学生只是简单的机械重复，并没有真正的理解，不理解为何要这样操作，难以达到融会贯通的目的，当实验条件变化时学生就会不知所措。为此，在设计好实验方案之后，不能简单给出实验步骤，而应该在给出实验步骤之后，通过问题引导学生思考为什么要这样？如此，学生才能带着明确的目的，认真仔细地观察，积极地动手操作、动脑思考[1]，才能在实验过程中发挥其主观能动性。以用打点计时器验证机械能守恒定律为例，细化实验步骤时可以设置如下问题引导学生思考。

步骤一：如图1所示，把打点计时器安装在铁架台上，并将打点计时器接到电源上。

问题（5）：为什么要先做这一步？

意图：让学生明白做事需要遵循一定的顺序，实验仪器的组装也不例外，应该“先主干，再枝干，后细节”。

问题（6）：铁架台应放在桌子的什么位置？打点计时器安装在铁架台上时应该注意什么？

意图：让学生注意为了保护桌子，也为了在纸带上打出更多的点，应该把铁架台放在桌子边缘。

问题（7）：为了减小阻力，让重锤拖着纸带的运动更接近自由落体运动，把打点计时器安装在铁架台上时应该注意什么？

意图：把打点计时器安装在铁架台上时，有的学生没有竖直安装，通过该问题的思考达到纠正这类错误的目的。

步骤二：把纸带的一端和重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。

问题（8）：为什么要“竖直提起”？

意图：引起学生注意，操作中“竖直提起”这一细节是为了避免学生操作不当，增大了纸带和限位孔之间的阻力。

问题（9）：为什么“重物停靠在打点计时器附近”？

意图：让学生明白这样可以打出更多的点，获取更多的实验数据。

步骤三：先接通电源，然后松手让重物带着纸带自由下落，重复几次，得到3～5条打点清晰的纸带。

问题（10）：为什么要“先接通电源”？

意图：先接通电源，后释放重物，是为了让重物做自由落体运动时，打点计时器已经能够稳定工作。

步骤四：在打好的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，在起始点标上0，以后的点依次标上1、2、3、……用刻度尺测出对应下落的高度h1、h2、h3……

问题（11）：点0到1，点0到2，点0到3，……是自由落体运动吗？

意图：明白上述运动过程是自由落体运动，为后续的数据分析做铺垫。

步骤五：计算各点对应的瞬时速度。

问题（12）：如何计算打点“1”“2”“3”时的瞬时速度？

意图：要明白自由落体运动属于匀变速直线运动，计算瞬时速度的方法是：匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度。以此为后续的数据分析奠定基础。

3 问题引导实验数据处理

数据处理属于实验的总結提升阶段，学生需要处理实验数据、分析实验结果及完成实验报告。这也是从现象上升到理性认识的重要阶段。在这个阶段中，教师要引导学生发挥思维的能动作用，学习数据处理的方法，了解影响实验结果的因素，培养实事求是的态度和科学作风。[1]在数据处理阶段，为了降低难度，且发挥学生思维的主观能动性，需要教师给学生抛出一些问题来引导学生思考。以用打点计时器验证机械能守恒定律为例，在数据处理阶段可以设置如下问题。

问题（13）：如果用计算法处理数据，选纸带上打下的第一个点为起始点，重力势能的变化是多少？动能的变化是多少？是否需要测量重物的质量m？

意图：作图后学生知道其图像是一条过原点的直线，斜率为重力加速度，以此达到渗透数形结合思想的目的。

问题（17）：若作v2-h图像，则其斜率表示什么含义？

意图：拓展学生思维，达到融会贯通的目的。

4 结束语

高中物理实验对物理教学有重要的作用，实验教学也是物理教学的魅力所在，通过实验可以极大地促进学生的综合能力的发展和思维水平的提升。然而，要达到这样的目标就必须要在实验中让学生积极动脑，而非只是动手，唯有如此才能更好地让实验为教学服务。通过问题引导学生思考，第一，问题起到了铺设台阶，把难点化整为零的作用，这可以降低实验难度；第二，设置问题使得问题的解决具有方向性，学生不再漫无目的；第三，避免了教师讲，学生听，按照步骤机械地操作实验。通过问题引导学生思考，其实验的过程是开放的，学生的思维是灵动的。通过问题的点拨可以引导学生深入思考，构建开放性物理实验课堂，让学生真正掌握实验的原理与方法，才能融会贯通，以不变应万变，实现物理课堂更高效。

参考文献：

[1]阎金铎，田世昆.中学物理教学概论[M].北京：高等教育出版社， 2003.

（栏目编辑 赵保钢）