例谈高中物理力学实验探究教学

陈磊

摘 要：物理作为一门应用性极强的自然科学类科目，具有集理论与实践为一体的特征，实验教学在整个课程体系中占据着异常重要的地位。力学既是物理知识的基础，还是高中物理教学中的重要组成部分，力学实验则是各种力学公式和原理的直接来源。基于此，本文主要以高中物理力学实验为探究对象，同时分享一系列有效对策，以供众多同行参考所用。

关键词：高中物理;力学实验;探究教学

在高中物理课程中，力学实验和其他的物理实验相同，也需要理论和实践的统一。但是，在现阶段的物理力学教学中，注重理论教学，忽视实践操作，使得力学实验枯燥无趣，学生逐渐丧失学习兴趣，他们的思维发散性与实践主动性比较缺乏。高中物理教师应设法改变这一现状，科学优化力学实验的探究方式与流程，调动学生的积极性，让他们乐于探索力学的奥秘。

一、巧妙联系生活实际，设计力学实验探究

力学现象在实际生活中十分常见，高中物理教材中所出现的力学现象大多都同现实生活有着密切联系，这为力学实验教学的开展提供良好切入点。高中物理教师在力学实验教学中，需全面发掘教材中的力学知识，把关键内容与学生的实际生活联系起来，据此设计力学实验，使其把深奥的力学现象同生活关联起来，让他们更为直观地了解力学知识的本质。

比如：在进行“摩擦力”教学时，教师先让学生思考一个生活问题：为什么停留在坡路上的汽车不会下滑？预设：因为汽车质量比较大，不考虑空气阻力的影响。猜想：因为汽车受到地面的阻力作用。当他们充分思考以后，使其求知欲望被激发。接着，教师带领学生一起做一个小实验，把一只手按在课桌上面向前移动，感受桌面对于手的前进有什么样的作用，结果发现桌面阻碍手的前进。解析原因：手受到桌面给它的摩擦力。然后教师适时给出摩擦力的概念，使其思考：为什么概念中要强调“相对”？让他们带着疑问学习新课，使学生的学习目标更明确，然后指导他们学习摩擦力的种类及产生条件等知识。之后，在教学中，将滑动摩擦力大小影响因素作为课堂探究重点，引导学生开展讨论活动，并且做出猜想：滑动摩擦力的大小可能跟接触面的粗糙程度、相对速度、压力、接触面的面积等因素有关，使其运用控制变量法展开探究，让他们根据自己选择的因素设计实验及记录数据的表格，完成实验后，写出实验报告与同学相互交流。随后教师组织学生根据实验归纳结论：滑动摩擦力大小受到压力、接触面粗糙程度因素影响，和接触面面积以及相对速度没有关系;在压力固定时，接触面粗糙度大，其滑动摩擦力越大;在相同的粗糙程度下，压力越大，其滑动摩擦力越大。

如此，教师从生活现象引入摩擦力，营造轻松的课堂氛围，让学生从新课一开始就进入兴奋的学习状态，从身边的事例让他们亲自动手体验摩擦力的存在，初步感知摩擦力的作用，并提供宽松的学习环境，使其自主选择研究的课题，给予学生充足的探究时间，让他们动手实践、讨论和交流，最终顺利得出影响滑动摩擦力大小的因素，真正实现探究式学习。

二、赋予更多实验机会，学生自行探究力学

在以往的高中物理力学实验教学中，之所以很难获得好的教学效果，究其原因主要在于没有把学生放在主体地位，以至于他们无法充分展现个人能力及潜能，思维受到限制，难以发散开来。因此，高中物理教师应当为学生提供力学实验机会，让学生自主进行实验设计，自主操作和完成实验，使其把所学的理论知识运用到实验实践中，从而探究力学的原理。

在这里，以“牛顿第二定律”教学为例，教师先演示实验。实验一：将两个完全相同的小车放在两个相同的轨道上运动，小车A通过滑轮悬挂两个钩码，小车B通过滑轮悬挂一个钩码，同时释放。实验二：两车都挂一个钩码，在小车A上再放几个质量很大的砝码，同时释放。由学生自由讨论，通过这两个实验能不能找出加速度与力、质量之间的关系？他们总结后回答：实验一中小车A受力大，速度变化快，加速度大;实验二中小车A质量大，速度变化慢，加速度小。使其提出猜想：质量一定时，加速度随力的增大而增大;力一定时，加速度随质量的增大而减小。接着，教师引导学生结合提供的仪器设计一个实验，物体质量固定不变，在不同力的作用下，测量物體的加速度，并且对加速度和力的定量关系进行分析。使其分组讨论，每组设计一个实验方案，并说明实验的原理，结合他们的讨论结果得出实验方案：（1）调节轨道，平衡摩擦力;（2）改变桶和沙的质量，利用打点计时器打出小车在不同拉力作用下的几条纸带;（3）根据纸带处理实验数据，完成对应的表格，画出图像。之后，教师指导学生独立完成实验探究，注意控制变量法的使用，让他们顺利探究出小车质量一定时，加速度与合力成正比。

对于本节课教学，教师由演示实验导入新课，起到抛砖引玉之效，驱使学生产生自行操作实验探究物理原理的渴望，使其按照提出猜想、讨论方法、设计方案、归纳注意事项、操作实验、处理数据、分析结论的流程完成实验，引导学生在定量条件下，探究加速度和力、物体质量之间的关系，借助实验操作增强自身探究能力，并树立尊重客观规律与实事求是的科学态度。

三、亲历力学实验流程，促进学生探究发现

针对高中物理力学教学而言，实验有着相当关键的地位，通过实验不仅能够降低学生对理论知识的理解难度，还可以锻炼他们的观察能力、分析能力、思维能力、探究能力及动手能力，为其将来的学习做好铺垫。这就要求高中物理教师在平常的力学实验教学中，引导学生亲身经历整个实验流程，使其体会知识的产生与形成过程，促进他们探究能力的提升。

例如：在学习“形变与弹力”过程中，教师先利用多媒体设备播放撑杆跳高、跳水、蹦床等比赛视频，指出这都是运动员运用弹性形变时产生的弹力，然后让学生也列举一些身边利用弹力的例子，如：拉弓射箭、弹弓等，顺势引出课题：那么弹力是如何产生的？使其操作小实验：用手按压弹簧、海绵和弯曲竹片，说出看到的现象，即物体的形状或体积发生变化，指出这就是形变，引导他们在不损坏物体的情况下让物体发生变化，使其探究橡皮筋、橡皮泥、弹簧、钢尺等物体的形变。接着，教师在课桌上面放一本书，询问：桌子会发生形变吗？学生观察后发现仅靠肉眼无法看出桌子是否发生形变，然后教师演示“任何物体都会发生形变”的微小实验，简单介绍显示微小形变的装置，让入射光的位置不变，将光线经M、N两平面镜两次反射，射到一个刻度尺上，形成一光亮点，用力压桌面，使其说出看到的现象，即为光点在刻度尺上面移动，这表明桌子产生形变，导致M、N平面镜的位置发生微小变化，让他们意识到一切物体在力的作用下都会发生形变。教师讲述：形变分为弹性形变与塑性形变两类。设疑：能够发生弹性形变的物体，在任何情况下都是发生弹性形变吗？指导学生操作课本中的实验，使其处理数据与寻找规律，让他们了解弹性限度。

针对本节课教学，教师从身边常见现象入手，利用物体形变过程，让学生深入探究物体形变和弹力的关系，了解弹力的现实意义，使其在教师演示实验与亲自操作实验的相互配合下体验弹力的探究过程，知道实验中惯用的假设推理法与微量放大法，组织学生主动参与实验过程，开展讨论和交流活动，体会实验探究的艰辛和乐趣。

四、积极组织小组实验，学生深入探究力学

高中物理教材中选编的力学实验同初中相比，不仅深度有所提升，难度也有所增大，不少实验仅靠一个人很难独立完成，这就要用到小组合作，让学生都亲身参与到力学实验的探究之中，让他们在合作中完成实验。同时，在高中物理力学实验教学中，不同学生的思维、见识和理解也不同，他们在小组内通过交流能够相互学习与补充，使其深入探究力学知识。

举个例子，在“力的平衡”教学中，教师先带领学生思考：在怎样的条件下，物体会处于平衡状态？通过这样让学生回忆初中物理知识：在物体不受外力或者两个平衡力作用下，物体处于平衡状态。设置疑问：如果在三个互成角度的共点力作用下，物体处于平衡状态，那么这三个共点力在大小和方向上有着什么样的条件？使其发现仅靠原有知识无法解答，从而激起探究欲望。接着，教师指导学生在小组内合作操作实验：在一块木块上，系有三根绳子，分别让三名学生拉住绳子，互成一定的角度把木块拉起来，引出问题：对木块受到的三个力的方向进行描述，让学生对木块进行观察，了解三个力的方向是绳子拉伸的方向。之后，继续提出问题：三个力的方向有着怎样的关系？学生经过思考说出自己的答案，如三个力的方向不在同一侧、不在同一直线上等，设疑：会共面吗？他们将会给出不同意见。这时教师让组内另外一名同学把一个白木板贴近木块，任意调整三条绳子的方向，使其发现如果物体在互成角度的三个共点力作用下处于平衡状态，这三个力必共面。随后教师继续提问：如果三个力共点而且共面，怎样去探究三个力之间的关系？组织学生开展小组讨论活动，设计实验思路，明确实验方法：利用三个弹簧秤互成角度拉绳子，对绳子方向和弹簧秤读数进行记录，在纸上画出力的图示，然后教师引导学生完成实验并得出结论。

在本节课教学中，教师以小组为基本单位指导学生合作探究力的平衡，这些小组采用不同的方法和思路，各有各的特点，不過要让各个成员在小组内协调好分工与合作，并创造性地引导学生借助小组实验，对力的平衡条件进行探究。在物理实验中，借助学生动手操作活动，加深实验方法和结论掌握，深入理解力的平衡规律。

结束语

在高中物理力学实验探究教学活动中，教师应转变过去“重理论，轻实践”的教育观念，要紧跟时代潮流与发展趋势，明确学生的主体地位，把先进的教学理念与宝贵的教学经验有机整合，从生活实际、制造机会、亲历流程与小组合作等多个视角切入，科学合理地引导他们探究力学实验，使其通过实验操作均能理解力学的本质，增强个人认知。

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