高中物理力学实验的学习方法及技巧研究

陈 森

(福建省永泰县第三中学,福建 福州 350709)

力学是高中物理课程体系中的关键构成部分,还是学习的重点与难点所在,该部分内容较为抽象与复杂,涉及范围较广,更是高考中的主要考查点之一,不少题目都同力学实验有关.而力学知识的学习关键就在于实验,只有做好力学实验,才能够更为直观、清晰地理解深奥的力学知识.在高中物理力学教学中,教师应格外关注力学实验教学环节的设计,传授给学生正确的学习方法及技巧,使其取得事半功倍的效果.

1 注重理论知识讲授,奠定力学实验基础

针对任何一门学科来说,要想学好都有一个共性所在,那就是掌握好基础知识,掌握扎实的基础知识是形成学科素养的基石.在高中物理力学教学中,教师需注重理论知识的讲授,包括概念、原理、定理与规律等,帮助他们奠定好学习力学实验的基础,使其在实验中拥有稳固的理论知识做支撑[1].

比如,在进行“科学测量:做直线运动物体的瞬时速度”教学时,教师让学生回忆匀变速直线运动的规律,引导学生思考现实生活中物体运动是不是和理论中的一样.之后,教师设计导入语言:根据速度的定义,想要知道物体的速度,需要先知道物体的位移和发生位移使用的时间,那么,如何才能得知物体的位移与发生位移使用的时间呢?通过问题,让学生根据所学知识进行讨论.在学生讨论之后,教师向学生展示电磁打点计时器的图片,并且讲解电磁打点计时器的工作原理:电磁打点计时器是使用交变电源的计时仪器,工作电压是4～6 V,可以在相同的时间间隔内,在纸带上连续打点.让电源频率是50 Hz,每间隔0.02 s打一次点,纸带上各点之间的距离就是相同间隔时间内的位移,两点之间的点的个数和打点计时器的时间间隔确定.在讲解工作原理之后,引入小车瞬时速度测量实验,提出问题:小车在重力牵引下速度随着时间变化的规律研究中,如何设计实验?需要测量哪些物理量?如何测量这些物理量?通过这些问题引导,让学生结合理论知识和注意事项,进行实验设计操作,掌握物理知识内容.

2 巧妙联系实际生活,促进力学实验学习

在高中物理力学教学过程中,教师要创设与力学现象有关的情境,将难懂抽象的力学知识放置到具体、形象的情境之中,降低学生的理解难度,助推他们更好地理解力学知识.对此,高中物理教师在力学课堂上应当同实际生活巧妙地联系起来,把握好力学同生活间的衔接点,利用各种实验器材与道具将生活中的力学现象展示出来,直观地呈现在学生面前,促进他们对力学实验的学习[2].

例如,在展开“科学验证:机械能守恒定律”教学时,教师先带领学生回顾机械能守恒定律的相关内容,如验证使用什么样的方法?满足机械能守恒定律的物体的运动过程有哪些?选择哪个物理模型开展实验比较好?原因是什么?通过这样让学生进行思考回答,如沿光滑斜面下滑的物体、细线悬挂摆动的物体、自由下落的物体以及弹簧振子等.让学生思考并且选择实验模型,结合实验原理开展实验探究活动.在具体实验中,要求学生思考测量的物理量,选择测量仪器.同时,针对测量中的误差较大问题,让学生思考如何才能减小误差,引导学生对实验进行改进,突破课堂教学难点,培养学生批判思维和创新思维.

3 掌握力学实验原理,掌握更多设计方法

在高中物理课程教学中,为学习好力学实验,就需掌握力学实验的基本原理,这不仅是设计力学实验的前提所在,还是确定力学实验的方向所在,学生只有理解实验原理,才能够明确实验的目的,设计出具体步骤,他们才能弄懂实验中体现而出或者验证的力学知识.同时,高中物理教师还应帮助学生掌握一些常用的力学实验设计方法,包括等效替代法、微量放大法、比值定义法、逐差法和控制变量法等,使其根据具体实验选择相应的方法[3].

在“探究加速度与力、质量的关系”教学实践中,教师结合之前知识引出问题:加速度的大小与哪些因素有联系?通过问题让学生猜测加速度与力、质量有关系,引入探究实验活动.在探究实验设计时,教师继续提出问题:想要探究一个量与两个量有关系,可以采取什么方式?通过这样的方式,让学生思考探究实验中需要测量的物理量以及所要用的实验仪器和方法,教师提示学生可以采用控制变量法,使其按照“提出猜想——设计实验——操作验证——总结规律”的流程进行.之后,教师让学生以小组形式设计实验方案,并且让小组代表简述自己小组的实验方案.如方案一:使用气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、刻度尺、小桶、砝码以及天平等器材开展实验活动;方案二:小车、电火花打点计时器、纸带、长木板、细绳、小桶、砝码、刻度尺以及垫木等,研究小车的运动;方案三:通过手动控制两个小车的运动时间相同,通过位移对比加速度.通过这样的实验活动,加深学生实验原理的理解,探究多样化实验探究方案.

4 引入小组合作模式,共同完成力学实验

学习物理实验,并非教师传授给学生知识,而是学生要在教师的引领之下,自觉去探究实验内容.由于高中物理力学知识较为深奥与抽象,有时仅仅依靠个人很难顺利完成实验任务的探究,这时教师就要引入小组合作学习模式,及时转变以往“单打独斗”式的学习,组织学生以小组为单位展开合作探究,针对遇到的难点、疑点主动交流各自的看法与见解,使其思维发生摩擦与碰撞,让他们共同完成力学实验的学习,并增强探究能力[4].

在“科学测量:用单摆测量重力加速度”教学中,教师可以引入问题:利用单摆测量重力加速度的原理是什么?重力加速度的计算式是什么?测量哪些物理量?之后,让学生选择好实验器材,如球心有孔的金属球、长度大于1米的尼龙绳、铁夹、铁架台、游标卡尺、米尺和秒表等.之后,让学生进行实验活动,在实验中按照步骤进行操作,做好小组人员任务分配,如操作、观察、记录、汇总等,通过这样的小组合作活动,得出最后的结论,并且对误差进行分析,获得实验基础知识,同时让学生享受实验成果,引导学生主动发现与探究物体的运动.

5 利用实验发现不足,提高学生学习效率

教师在力学教学中可以充分借助力学实验的优势让学生发现各自的不足之处,且有的放矢地加以弥补、深化,使其将自己的薄弱知识变得牢固起来,增进实验同理论之间的联系,提高他们的学习效率[5].

在讲授“共点力的平衡”过程中,本节课的难点在于判断物体是否处于平衡状态、平衡状态的条件,根据物体的平衡状态选择合适的方法解决实际问题.课堂上,教师先设置问题:匀速行驶的汽车,静止在桌面上的物块,放在光滑斜面上的小球初速度为0时,它们是否处于平衡状态?引领学生从这三个问题切入,帮助他们突破易错点“保持静止与瞬时速度为零的不同”.接着,教师指导学生动手操作实验,根据实验分析与总结平衡的条件,当物体受到两个共点力作用时,平衡条件为两个力的大小一样,方向相反,且位于同一直线上,即为F合=0;当物体受到三个共点力作用时,平衡条件也是F合=0,让他们通过实验掌握重点内容.之后,教师可以设计一些练习题,要求学生结合物体的平衡状态选择适当的方法进行解决,为其提供学以致用的机会,让他们体会到物理知识的实用性与价值,顺利突破难点障碍.

6 及时加强总结反思,消除力学实验疑问

高中生在力学实验学习过程中,通常不是一帆风顺的,往往会产生不少疑问,这些疑问虽然阻碍整个学习过程的流畅性,但是能够为他们的实验学习明确方向,使其找准深入探究的方向,是增强实验学习效果的良好契机.所以,在高中物理力学实验教学实践中,当遇到一些疑问时,学生应该主动提出来向老师发问,双方积极交流与互动,在老师的指点下消除疑问,此外,还要加强对学习行为和过程的反思与归纳,使其查漏补缺,提升他们的实验理解程度[6].

在力学实验教学中,不少学生都对“受力分析”感到头疼不已,当分析一些复杂的受力情况时往往不知道从何处着手,为有效处理这一问题,教师可专门抽取时间与他们一起分析与探究,共同归纳出一个分析物体受力情况的方法:其一,把物体隔离出来,当面对一个比较复杂的受力系统时,先将目标物体从这个系统中单独分离出来,单独分析这个物体的受力情况,且判断出被施加哪些力;其二,把受力分析图画出来,结合物体具体受力情况画出相应的分析图,利用图像直观、清晰地展示出物体受力情况.

综上所述,在高中物理教学活动中,教师需高度重视力学实验教学,结合高中物理力学知识的特征与规律安排相应的实验,带领学生以掌握扎实的理论知识为基础,注重同实际生活之间的联系,为其提供更多亲自动手设计、操作与完成实验的机会,亲身感受到探究力学原理的趣味与魅力,由此训练与提升他们的实践能力,继而促进完整力学知识体系的构建.