试析巧用实验简化模型建构

罗世洪

【摘要】通过实例，探讨了运用演示实验、探究实验、数字化实验和生活化实验在高中物理教学中的运用，帮助学生简化物理模型建构。

【关键词】演示实验 探究实验 数字化实验 生活化实验

物理学是一门建立在实验基础上的学科。物理学的研究方法通常是在观察和实验的基础上，对物理现象进行分析、概括和总结，从而建立物理定律，形成物理理论，再回到实验中去接受检验。在高中物理教学过程中，为了形象地展示物理概念、规律和定理的形成过程，帮助学生更加容易理解、掌握相关知识，巧用实验教学，简化模型建构，可以降低学生的思维难度，解决一些较为复杂的物理问题。下面笔者结合平时的教学实践，将探讨如何利用实验来帮助学生简化建构物理模型。

一、物理实验的界定

物理实验按照不同的分类方法和研究视角以及指标体系可以分为不同的类型。本文主要介绍演示实验、探究实验、数字化实验和生活化实验。演示实验是指教师利用课堂时间为学生演示，在操作的同时又引导学生对实验进行观察、思考和分析的一种实验教学方式。探究实验是指在教师的指导下，学生应用已学知识，自己设计实验，或者在教师的指导下通过实验来探索物理规律，从而获得新知识。数字化实验是指基于计算机技术和传感器技术、数学建模技术来测量或者建立数字模型，更加准确地反映实验现象和数据变化的实验。例如，DIS Lab实验、VRML虚拟现实实验、MATLAB计算机可视化实验、3D数字建模及打印类实验等。生活化实验是指将生活中的实际现象拿到课堂上作为实验展现，展示相关的物理知识。例如，“水流星研究圆周运动”。

二、物理实验教学策略与实践应用

1.巧用演示实验，创设情境冲突。兴趣是学生最好的老师，在教学中如果创设较好的情境，并且具有较强的情境冲突，那么必将引起学生的兴趣，极大的调动学生的积极性，提高课堂教学效率。例如，笔者曾设计了一个关于动量守恒方面的演示实验。实验的情境是“在天黑路滑（冰面）时，前面一辆车突然熄火，后面的一辆车跟车距离很近，来不及刹车，此时将会发生什么事情呢？”学生异口同声回答，“两个车撞在一起了”。这时做一个演示实验：把一辆红色和一辆蓝色的小车放在光滑的导轨上，红车静止，给蓝车一定速度去撞红车（两辆小车相撞端固定有磁铁）。结果，出乎意料，蓝车马上停了下来，红车却运动了起来。学生会感到很神奇，注意力也将高度集中。实际上这是动量守恒中的碰撞模型，“质量相等，速度交换”的情形。通过这样的创新演示实验，学生建构模型更加容易，且记忆深刻。

2.巧用探究实验，降低思维转换难度。高中物理不仅需要研究物理概念和物理规律，而且还需要将实际问题转化为物理模型，在这个过程中，就需要从形象思维转化为抽象思维。而这一过程对于一些同学来说比较困难，若在转换思维的这一规程中，能够引入实验，并且让学生自己进行探究，可以降低学生的思维转换的难度。例如，2017年的全国课标2卷第21题，若直接进行理论讲解，不少学生反映难度较大。若采用实验探究的方式进行讲解，学生理解起来更容易。

3.巧用数字化实验，简化建模过程。不少同学感觉高中物理学习起来困难，特别是对于高中的一些物理模型或者物理规律理解起来较为困难。例如，学生在学习电场部分时，对于电场线、等势面等概念，对于等量异种电荷、等量同种电荷等电场的经典模型学习困难。若在研究这部分内容时引入3D动画模拟展示电场线的空间分布情况，可以大大降低学生建模的思维难度。用传感器和计算机模拟安培力与电流大小或者导线长度的线性关系，帮助学生加深理解公式、规律。

4.巧用生活化实验，提升核心素养。高中物理历来重视从“生活走向物理”，很多生活中的物理实验不仅趣味性强，操作简易，而且效果明显。例如，在研究圆周运动这部分内容时，教师可以引导学生进行探究活动，可以利用细线、小球制作“圆锥摆模型”“绳模型”；利用弹簧、金属棒、小球等制作“杆模型”等。学生通过这样的生活化实验，对于圆周运动的各类物理模型以及其适用条件将会理解更加深刻。不但提高了学生的实践动手操作能力，并且还有利于学生的“科学思维”和“科学探究”等物理核心素养的培养与提升。

实验教学是高中物理教学的重要组成部分，多次实践表明，恰当、适时的引入演示实验、探究实验，利用好现代教育技术手段，并整合传统实验、生活化实验，進而对一些教材上的实验或者物理问题进行创新实验设计，不仅可以帮助学生简化物理建模过程，更加深刻理解物理规律，而且还将大大降低学生的思维难度，提高课堂教学效率，并提升学生的物理核心素养。

参考文献：

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