趣味“游戏”在高中物理教学中的应用

陈 龙 顾荣芳

(无锡市第三高级中学 江苏 无锡 214028)

体验到的东西最具真实感，能使人留下深刻印象．我们亲身经历过的事情不容易遗忘，也更易于被我们接受．根据美国缅因州国家物理实验室的“学习金字塔”模型，在两周后的平均学习保持率(即两周后还能记住多少)中，讲授式教学的学习保持率最低，仅为5%，而实际演练(即在做中学)的效率可以达到75%以上．这表明只要选对了学习的方式，即学生主动参与学习，就一定会取得非常可喜的效果．

在高中物理教学过程中，常常会出现学生对于一些抽象概念和规律理解困难的现象．教师单纯的讲授既占用时间又无法达到预期的效果，而中学生的学习兴趣持续时间短，这时若设计一个针对性趣味“游戏”，不但可以将抽象的概念具体化，帮助学生理解，还可以拉近物理与生活的联系，提高学生的学习兴趣，让学生进行亲身体验，进而主动地思考、挖掘游戏后面隐藏的物理知识．教学过程中恰当地增设趣味“游戏”对于构建高效课堂很有帮助．下面结合具体实例和大家分享几个笔者实践过的趣味游戏．

1 特殊的拔河比赛

在学习摩擦力的时候，曾碰到如下的问题．如图1所示，一本大字典置于桌面上，一张A4纸(质量和厚度均可忽略不计)夹在字典最深处．假设字典的质量分布均匀，同一页纸上的压力分布也均匀，字典总质量M=1.5 kg，宽L=16 cm，高H=6 cm，A4纸上下表面与书页之间的动摩擦因数均为μ1=0.3，各接触面的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2.若将A4纸夹在离桌面高度为3 cm处，要将A4纸从字典中水平向右抽出拉力至少做多少功？(字典固定在桌面上)

图1 抽出字典中夹的纸

在巡查学生们解答时发现，绝大多数学生只计算了克服一个A4纸与字典书页之间摩檫力做的功．由此，在笔者开设的“趣味物理”选修课上设计了一个特殊的拔河比赛，让学生们亲身体验．开始活动前，问：班上哪位学生力气最大，敢不敢跟老师来一场“拔河比赛”，老师年长一些就用3根手指，参加挑战的同学可以用两只手．年轻气盛的高中男生这还怎么受得了，一时间很多男生举手要来跟笔者较量．笔者从袋子里拿出一条普通的毛巾，如图2所示．

图2 普通毛巾

然后把摊开的毛巾折叠成图3(a)所示，笔者用3根手指紧紧捏住毛巾的中间处，如图3(b)所示，请挑战的学生双手各拉毛巾的两端，看是否能把毛巾折叠处拉开．结果是挑战的学生咬着牙红着脸，但笔者还是纹丝不动，他们低丧着头纷纷败下阵来．见状笔者内心膨胀了，请两位大力士共同来挑战，一人拉毛巾一端，这次笔者“大意了”，很快毛巾就被拉开了，学生们开心地笑了．笔者表示：大意了，再来一次敢不敢来战？笔者把毛巾多叠了几层如图3(c)所示，用一只手紧紧抓住毛巾中间，如图3(d)所示，请刚刚赢的两位学生再次来参加比赛，结果大家应该都能猜到，任他们怎么用力，毛巾始终没被拉开．旁边观看的学生们开始沸腾了，一个个开始疑问老师怎么这么有自信．

图3 用毛巾展示“特殊的拔河比赛”

游戏揭示的物理知识：老师请同学们观察图3时中间折叠处毛巾有多少个接触面， 图7时中间折叠处毛巾又有多少个接触面，毛巾比较粗糙，接触面间施加正压力，任何两个接触面间有相对运动或相对运动趋势是都会产生滑动摩擦力或静摩擦力．所以当一只手紧紧握住有多个接触面的毛巾时，总的最大静摩擦力很大，很难被拉开．

2 摩擦力方向判断

人行走(汽车跑动)时地面给人脚(汽车车轮)的摩擦力方向如何?

学生们在学习摩擦力的时候，易知人正常行走时地面给人的脚底的摩擦力是静摩擦力．但给前脚底和后脚底的摩擦力的方向如何呢?类似的问题，后轮驱动的汽车，地面给主动轮和从动轮的摩擦力方向如何呢？判断静摩擦力方向常用的方法是假设接触面光滑，然后相对运动趋势就可以凸显出来，从而得出与相对运动趋势相反的方向即为静摩擦力的方向．但上面的问题对于高一的初学者来说，往往难度较大，不容易想象．

在课堂上笔者设计了如下活动让学生体验：把从饭店收集回来的几十只一次性圆截面的筷子平行地铺在地面上，如图4(a)所示．然后请学生正常行走时把前脚踏在铺好的筷子上面，如图4(b)所示，明显可以看到这些筷子向前面滚，前脚掌也跟着向前滑；接着请学生正常行走时把后脚踏在铺好的筷子上面，如图4(c)所示，明显可以看到这些筷子向后面滚，后脚掌也跟着向后滑．通过这个游戏可以清楚地把学生们不易想象的相对运动趋势显现出来．

图4 体验地面对脚的摩擦力

游戏揭示的物理知识：后脚掌相对地面有向后的运动趋势，所以地面给后脚掌的静摩擦力向前；前脚掌相对地面有向前的运动趋势，所以地面给前脚掌的静摩擦力向后．同样也可以把遥控玩具汽车前轮和后轮分别放在铺好的筷子上，打开遥控开关让汽车启动，让学生观察筷子的滚动方向，从而得知后轮和前轮相对地面的运动趋势的方向，由此得知地面给前、后轮静摩擦力的方向．

3 能倾斜着立起来的易拉罐

教师在授新课“重力”的时候，会讲到重心的概念，对于形状不规则或质量分布不均匀物体重心位置的确定通常悬挂一个不规则硬纸板的方法演示实验(即用悬挂法)，但通常这种纸板质量是均匀分布的．笔者用喝完饮料的空易拉罐代替课本实验，趣味性更强．问学生们能否让易拉罐斜着立起来，学生们试了试，发现怎么都立不住．笔者这时提供给学生们一杯水，让他们往易拉罐里慢慢加入水，每加一定量的水，尝试能否把易拉罐斜着立起来．尝试几次后会发现加入三分之一左右的水时易拉罐最容易斜着站立在桌面上，如图5所示．

图5 能倾斜立起来的易拉罐

游戏揭示的物理知识：易拉罐空着的时候其重心几乎在圆柱体中心(地球对空易拉罐各部分重力的共同作用效果相当于全部集中在圆柱体中心处)，易拉罐所受重力方向竖直向下，桌面对易拉罐的支持力竖直向上，两者作用力方向不共线，不能满足二力平衡所以立不住．当加入三分之一左右的水时易拉罐和里面水整体的重心与桌面支持力的作用点在同一竖直线上，重力与支持力可以达到二力平衡，故能斜着站立在桌面上．

4 能装电荷的碗

在新授课“电容器的电容”，教师引入课题时一般是直接展示工厂正规生产的电容器实物或照片，如电路板上常用的柱形电容器、电扇上用的电容器．虽然这说明电容器在我们的生活中应用广泛，但学生不能清楚看见其内部的结构，会觉得比较高端，而且不能激发学生的学习兴趣．笔者授课时设计了一个趣味游戏．问题：毛皮摩擦塑料棒，有很多静电产生，有没有方法像水一样把它储存起来加以利用？这个碗行吗？(展示碗)

两个一模一样的金属碗，在中间放上一层塑料膜，然后把两个碗叠起来，相互靠近．教师强调，尽管相互靠近，但是被塑料膜绝缘，如图6所示．3位学生手拉手，第一个学生手托下面的碗，教师用毛皮摩擦PVC棒，把PVC棒和上面的碗的铝箔纸引线接触，然后让第三个学生手触摸上面碗的碗底．让学生体验被电的感觉，并让学生说说感受，思考说明什么？

图6 趣味游戏能装电荷的碗

师：可见这个碗有没有能力储存电荷？(生：有)人们就发明了这种可以储存容纳电荷的容器，叫做电容器．

游戏引入的物理知识：很自然地就可以引入能够储存电荷的容器叫电容器．借助“两个金属碗和塑料膜”让学生了解电容器的构造．两个金属碗相互靠近但绝缘，中间的一层塑料膜起绝缘作用．形形色色、多种多样的电容器都有3个基本组成：两个相互靠近但绝缘的导体，中间夹一层绝缘物质——电介质．

正如麦克斯韦所说：一项实验，使用的材料越简单，越生活化，学生就越想透彻地获得实验中所隐藏的奥秘．在如今各种高科技的实验设备越来越多地走进中学实验室的今天，利用日常生活用品来做一些物理实验，能体现“从生活走向物理”“从物理走向社会”的新课程理念．在物理教学中，希望教师尽可能引导学生利用身边的日常用品或废旧用品，设计一些材料易找、装置简单、直观性强、现象明显的创新小实验，为学生创造丰富多彩的学习情境，激发他们探索科学的好奇心和求知欲，引发他们学习物理的激情与动力，让他们在收获知识的同时，又收获欢声笑语．