增强实验效果提升探究效率的策略——以“摩擦力”实验教学为例

江苏省仪征市第三中学(211400) 毛福文

实验是物理的基石,实验教学是物理教学的根基,是学生学习物理的乐趣所在。没有实验,物理将会变得枯燥乏味,学生学习起来毫无兴趣。教学中,教师要想方设法开设物理实验,开设有趣有效的物理实验是教师教学的首要任务。尤其是初中阶段,学生心智尚处在快速发展期,对抽象的理论推导和概念理解有一定的难度,但是他们对实验中涉及的观察、操作、探究等兴趣浓厚。通过实验可以很好的培养学生的观察能力、直觉思维,从而将物理学习的难度降低,提升学生的学习兴趣和动力。在教学中,一些实验由于没有注意细节,导致实验效果不佳,不能发挥应有的作用。

1 增强可视性

观察对实验而言非常重要。有了观察,才可能从中发现问题、提出猜想,进而设计实验方案进行实验验证,得出结论,完成探究过程。所以说观察是一切探究过程的起点。在实验中,学生是实验观察的主体,因此实验设计一定要考虑学生能否方便快捷地观察实验现象、记录实验数据,否则实验就失去了应有的探究价值。

在人教版“摩擦力”一节的教学中,学生首先要通过二力平衡的原理学会如何测量滑动摩擦力的大小,其实验装置如图1所示,这是本实验的第一个环节,也是关键环节。实验中,若是教师演示,学生观察,只有前面靠近讲台的学生可以观察到实验过程、现象、弹簧秤读数,其他学生无法观察到整个实验过程,因此有必要对实验进行改进,提高学生的可视性。

图1 测量滑动摩擦力的大小实验装置

第一,利用信息化手段将教师实验过程投影到大屏幕上。这样做有两个好处,其一是将实验器材、弹簧秤读数放大,有利于学生清晰观察；其二是将学生对实验的观察方式变成多维立体的,观察效果更好。

第二,将演示实验变成分组实验。通过教师演示,放大投影之后学生对实验的基本步骤、注意事项有所了解,然后将学生2～4人为一组,开展实验探究。在探究过程中不仅学生主动性得到增强,而且学生与实验器材距离更近,观察更容易。

2 提高可操作性

实验的可操作性对实验的成功率、实验的效果影响很大。实验可操作性,需要教师考虑到器材使用的简便性、学生实验技能、实验原理的可行性等方面。有些实验其原理没问题,器材操作也很简单,但是对实验者的操作技能要求太高,初中学生几乎不可能完成,这样的实验其效果将会大打折扣,学生在实验中普遍受挫,打击了学生学习的积极性。

人教版“摩擦力”一节中“研究影响摩擦力大小的因素”实验装置如图2所示。通过实验让学生完成表1后得出结论。本实验看起来简单,但实际操作却非常困难,原因在于学生要准确测出滑动摩擦力的大小,要用弹簧秤匀速拉动木板,这一点初中学生几乎不可能做到。

图2 研究影响摩擦力大小的因素实验装置

表1 实验操作

为了增加实验的可操作性,让学生能顺利完成实验,可将装置改进为如图3所示。木块A通过弹簧与竖直挡板连接,实验中只要将木块B拉出,不论是匀速拉出,还是加速或减速拉出,由于木块A保持静止不动,其所受摩擦力与弹簧拉力二力平衡,滑动摩擦力大小通过弹簧秤的示数即可得到。

图3 改进实验装置

3 增加趣味性

实验的趣味性是实验能够吸引学生的关键,设计有趣的实验可以将学生的注意力聚焦到课堂探究中,提高课堂探究的效率。设计实验时教师就需要考虑学生对什么感兴趣,实验的素材尽量贴近学生生活实际,尽量利用学生身边的一些物品来完成实验,另外还可以设计一些让学生感到意外、觉得惊奇的“非常规”物理实验。“非常规”物理实验是指有目的地选择“实验室之外的其他存在物”开展的体验性、趣味性物理实验教学活动。

实验1：难分难解的书。将两本厚度相同的书,逐页交叉对插,如图4所示,然后让两个学生各自抓住一本书,学生发现很难将两本书分开。引导学生思考：平时很容易分离的书,现在为何难以分开?

图4 难分难解的书实验现象

实验取材于生活中的常见物品,与学生生活密切相关,且实验现象明显、实验结果出乎意料,学生对实验表现出极大的兴趣。

4 渗透创新性

要培养具有学科素养,能够适应未来社会变革,推动社会发展的公民,就要培养学生的创新意识和创新能力。物理是基础教育阶段的重要课程,理应肩负这样的使命。学生创新意识和创新能力的培养需要在日常课堂教学中逐步渗透,不放过任何契机。实验是物理教学的重要内容,也是可变性最多、最灵活的教学内容,通过对实验器材、原理、数据处理等方面的改进,可以很好地对学生进行创新意识和创新能力的培养。

人教版“摩擦力”一节中研究滑动摩擦力大小的因素的实验,在测量滑动摩擦力大小时,操作困难,为了克服这一困难,将实验装置进行改进(见图3),这样就避免了木板一定要做匀速直线运动的难题。解决老问题却带来新问题,图3中滑动摩擦容易测量,操作也更加方便,但是由于弹簧秤的自重会导致实验中弹簧秤的示数出现偏差,实验中弹簧秤很难处于水平状态,拉力与摩擦力就不在一条直线上,使得实验误差增大。为了实验更精确,还需要对实验装置做进一步改进,如图5所示。利用定滑轮改变力的方向,克服了前面遇到的难题,实验操作更加顺畅。当然,图5实验也并非完美无瑕,实验时要注意：第一,弹簧秤自重可能导致其初始读数不为零,实验前需要调零；第二,滑轮处有摩擦,实验时选用分度值较大的弹簧秤。教学中为了培养学生的反思能力、创新意识,可以引导学生对图5中的实验装置提出质疑,反思何处不够理想,让学生思考有无更好的解决办法。在完成研究影响滑动摩擦力大小的因素的实验后,还要引导学生思考：你猜想还有没有其他因素影响滑动摩擦力的大小?如何验证?这些开放性的问题对学生思维造成有力冲击,增强学生的反思意识、批判意识,从而培养他们的创新精神。

图5 实验改进图