高中物理学生课外实验模型研究

黄领章

摘 要：本文主要讨论高中物理教师在教学过程中，遇到教学难点而学生又难以理解和掌握时，可以开创性地设计一些拓展性，趣味性的实验，最好让学生亲自动手去做，以利于学生能更好地掌握物理知识和规律。

关键词：拓展性;实验模型;课外实验

对物理学科来说，学生从初中进入高中之后，对很多物理知识的教学要求从定性的分析 提高到定量的计算，对学生的思维品质要求有了很大的提高，特别是对农村高中基础不好，思维不强的学生来说，学习高中物理顿时感到很吃力。这时，我们老师往往是讲了基本知识和规律之后，通过大量的练习训练，让学生掌握知识和规律，但往往收效不高。这时，我们可以借助适量的实验手段，去帮助学生更好地理解相关知识点。我们除了在课堂上做好演示实验之外，可以不断挖掘、拓展更多的实验模型，要求学生课外亲自动手做一做，获得切身的体验，这对于提高教学效果大有帮助。

下面，我根据个人教学过程中的几个实例，来阐述如何拓展实验模型，指导学生开展课外实验。

一、学生自制游标卡尺

长度的测量是高中物理要求学生掌握的基本知识，其中，游标卡尺的使用又是一个重难点。教学中，教师会花大量的时间和精力去讲解游标卡尺的原理，并教会学生如何读数，甚至还给出了公式，让学生套公式去读数，学生课堂上似乎也会了，但没过几天，又全部忘记了。究其原因，就是对游标卡尺的原理没有深刻的理解，要是能让学生亲自动手做一把游标卡尺，也许情况就不一样了。

（一）制作材料

规格为59mm和39mm的PVC线槽各一根，有机板，磁片，单芯红色胶皮导线（直径1mm），单芯黑色胶皮铝线等。

（二）制作方法

取规格为宽59mm，长1500mm的PVC线槽板的上下端边缘每隔40mm各钻一个孔，每条边缘钻33个孔，再用红色导线从上下端反复穿过小孔，就形成主尺刻度线。

取规格为宽39mm，长500mm的PVC线槽板一根，按主尺的制作方法，制作10分度的游标尺，将主尺上总长度9个分度对应在游标尺上分成10等份，做成游标尺。

按照实物对应的结构，把游标尺钳在主尺上，再按相关工艺流程做好內抓，外抓，游标卡尺就做好了。

做出来的游标卡尺是按一定的比例放大的，可以让学生拿手对实物进行实际测量，让学生去体会其中的原理。通过学生亲自动手去制作游标卡尺，学生会对其原理有深切的体会，会更好地理解，记忆其使用方法。

二、做连接体模型实验

连接体问题，是力学中的一个典型问题，两个或以上的物体相互作用，就是连接体，分析时必须用到整体法或隔离法，它体现了整体与局部，局部与局部之间的相互关系。在教学过程中，学生苦于不会选取研究对象，没有明确的对象思想，思想方法混乱，内力外力不分。

为了让学生有更深的体验，我们可以设计一个连接体模型实验，让学生体会其中的物理学思想方法。

（一）器材：四块相同的滑块，四根相同的轻质弹簧，钩码若干只，细绳一条，弹簧称，打点计时器，纸带，带滑轮的长木板。

（二）实验方案和步骤：①先测出弹簧的劲度示数;②用弹簧称匀速拉动一块滑块，测出滑动摩擦力;③用轻质弹簧将四块滑块连接在一起，每块最前面放置一条;④用细绳系住最前面的弹簧，细绳跨过滑轮，与钩码相连;⑤纸带系在最后的滑块上，穿过打点计时器;⑥让滑块在钩码的拉动下，做匀加直线运动，测出加速度。在运动过种中，用带有刻度的纸条贴在弹簧上，观察其伸长量，计算每条弹簧的拉力;⑦依次分别取最后一块滑块，最后二块，最后三块，全部四块为研究对象，结合牛顿第二定律，列出方程。

（三）分析数据：四个不同的研究对象，质量分别是M，2M，3M，4M，摩擦力分别是f ，2f，3f，4f，那么拉力是什么关系？会不会是F，2F，3F，4F？通过实验去体验，去验证。

这个实验较为复杂，应在老师的指导下，学生自己动手操作。这个实验，实质就是在验证牛顿第二定律实验的基础上改进，将一辆小车换成四块滑块，在滑块前加置轻质弹簧，测出拉力大小。通过这个实验，能让学生体验到为什么研究力学问题，进行受力分析时一定要选取研究对象，怎么选取，怎么区分内力和外力，进而掌握整体法和隔离法。

三、可转动杆与固定杆的弹力方向问题

学生很容易明白，绳子只能对物体施加拉力，并且拉力方向只能沿着绳子方向，但对于杆而言，这要分两种情况，即固定的不可转动的杆和铰链连接一端的可转动的杆，所产生的弹力是不同的。

实验方案很简单，找两根轻杆，其中一根将其一端固定在支架上，用手去作用另一端，发现无论力朝哪个方向，杆都不会动，说明固定杆对物体的作用力可朝任一方向。另一根将其一端用铰链连接在支架上，让其可自由转动，用手去作用另一端，发现只有沿着杆的方向拉或推杆时，杆才会不转动，沿其它方向推或拉杆，杆都会转动，这说明铰链连接的可转动杆只能产生沿杆方向的作用力。

以上三个拓展性的实验，都有别于课本要求的演示实验和学生实验，在我们看来，或许并不是“正统”的实验，甚至不是很严密的实验。但是，作为物理教师，只要能帮助学生加深理解物理知识，都应该想方设法让学生去尝试，不必一昧去追求实验的严密性和规范性。在物理教学中，拓展性的实验随处可见，只要我们老师多做有心人，用心去发现，就会有收获。

那么，怎么样去拓展实验模型呢，应基于以下几点原则：

（一）源于教材，高于教材。拓展性实验是基于教材教学需要，在教材演示实验和学生分组实验改进演变而来，如自制游标卡尺，连接体模型实验等。演示实验和学生分组实验是教材的主要组成部分，是基于教学大纲的要求而设的，有很强的知识性，规律性，可操作性，是经过大量的实践检验的。拓展性实验可以在其基础上，针对一些知识难点，进行一些改进。比如，学生实验验证力的平行四边形定则，我们可以设计一个实验，验证速度的合成的平行四边形定则。在摩擦力的教学中，我们可以设计出很多实验，来说明摩擦力与摩擦因数，与正压力，与运动状态的关系，还可以验证不管是静摩擦力还是动摩擦力，都可作为动力，也可作为阻力等。

（二）源于习题，突破学生思维瓶颈。有些知识点，无论我们老师怎么讲，学生怎么做练习，学生都不能深刻地理解。这时，我们作为老师，就应该去想一想，能不能通过某个实验，让学生能更好地理解呢？我们在教学中，老师总会归纳出不同的题型，分类给学生讲，每类题型都会对应一定的知识点，对于难以突破的知识点，我们老师就可以想方设法设计一些拓展性的实验，供学生操作练习。因而，拓展性的实验，很多可以从习题演变而来。比如共点力的平衡，是不是遵守力的平行四边形定则呢，我们可以设计将一个篮球挂在墙上，用弹簧称去测量出各个力的大小，看是否遵守力的平行四边形定则。

（三）注重定性分析。做拓展性的实验，不必要求所有的实验都做到严密规范，结果准确，定性的分析同样重要。对物理学来说，定性的分析和定量的计算同样重要，至于哪些要求定量计算，哪些要求定性分析，这要看教材对知识的实际要求。

（四）安全性和可操作性。任何事情，安全都应该放在第一位。拓展性实验是我们老师设计出来的，没有经过专家的论证，有些甚至没有前人做过，作为老师，一定要充分考虑实验过程的安全性，实验可能出现的问题，并设法避免。同时，应该考虑实验的可操作性，必要时应当有老师现场指导。

总之，鉴于物理学科的特点，我们老师在教学过程中遇到很多问题，学生难以理解，老师都可通过形象的事例，贴切的实验让学生更好地理解和掌握，这就是拓展性的实验。当然，我们应该充分利用学校现有设备条件，很多实验如果能通过DIS传感器去做，效果会好很多。即便没有很先进的设备，像农村高中，也可以利用一些最基本最简单的器材，做好很多拓展性实验。