高中物理教學如何利用實驗量化功能破解學習難點

王新興

摘 要：物理是高中課程體系中的重要組成部分，能夠拓寬學生眼界，培養其思維能力、實踐能力和想象力。很多物理知識比較晦澀難懂，雖然能夠從生活中找到原型，但學生對相關概念理解起來難度比較大。想要提升教學效率和質量，教師可設計不同的實驗，量化實驗不僅能夠讓學生充分體驗到做實驗的過程，還可更為直觀的觀察到實驗現象，更好的理解和記憶知識點?；诖?，本文對高中物理教學利用實驗量化進行了分析。

關鍵詞：高中物理 實驗教學 量化實驗

和初中物理相比，高中物理會更側重于定量研究和分析，教師應當為學生創造良好的學習環境，在實驗中控制好各個變量，加深對所學內容的認知與理解，以保證課堂教學質量和效果。很多物理規律都可以通過實驗表現出來，讓學生直觀的感受到物理量之間的定量關系與特點，從而破解學習難點。

1 量化實驗設計的基本原則

實驗是高中物理教師為了提升課堂教學效果經常采用的一種教學方式，會利用到各種儀器設備，以及生活中常見的工具，讓物理現象反復再現，便于學生觀察和思考。在這種教學手段的應用下，可營造良好的教學氛圍，讓學生在物理學習環境中，主動地、積極地培養探究能力。為了更好的達到物理實驗目的，在設計量化實驗時，就需要考慮以下幾點原則。

1.1 科學性原則

物理是由基本概念、理論體系以及自然規律所組成的科學，具有精確性、嚴密性的特點。實驗是教學中的基礎，同時也是重要方式之一，主要目的在于讓學生更為直觀的了解物理現象，加深對課本內容的理解與記憶。量化實驗設計的科學性原則，主要體現在這兩個方面：（1）在設計實驗時，不能出現原則性的錯誤，確保能夠反映出本節課所需要教授的內容，采用合適的實驗方法;（2）在設計過程中，要滲透科學的物理思想和方式方法，引導并培養學生的思維能力。比如要通過觀察、比較、推理提出假設的思想，并將誤差分析應用到實驗中。

1.2 趣味性原則

高中生雖然已經具備了一定的生活經驗，其認知能力、思維能力也在不斷的發展，但對很多新鮮事物仍然抱有強烈的好奇心。量化實驗的趣味性原則主要指，在設計實驗時要以學生心理發展特點、認知水平等作為主要依據，確保實驗內容對學生來說是新奇的、充滿趣味的，充分調動其學習興趣和積極性。

1.3 顯著性原則

無論是一般的物理實驗還是量化實驗，在設計初期都要突出顯著性的原則，即要保證學生能夠直觀的觀察到物理現象，這樣才能取得理想的教學效果。否則當現象不明顯時，學生心理會產生落差，甚至失去對物理學習的興趣。

2 高中物理教學利用實驗量化功能破解學習難點的策略

2.1 選擇步驟簡單、現象明顯的實驗

高中物理中有很多現象都比較直觀，在生活中隨處可見，比如在學習“牛頓第三定律”時，學生對部分概念的理解往往會存在一定偏差，比如作用力與反作用力總是大小相等、方向相反而且總在一條直線上。為了讓學生更直觀的理解和記憶，教師可利用實驗量化功能，在具體實驗之前可以向學生講解大致原理和基本技巧。隨后以教材為主，可利用傳感器來探究牛頓第三定律，將學生分層多個不同的小組來設計實驗，為每個小組確定主題，例如“拉力實驗”、“壓力實驗”等。主要是因為這兩個實驗進展起來比較簡單，而且能夠將書本上的概念直觀展現出來。最后，讓學生觀察實驗過程中拉力或壓力的相關數據，可以發現兩者總是相等的，而且作用力相反，如此一來，即可加深學生對牛頓第三定律的理解。又比如在學習法拉第電磁感應定律時，很多學生可能并不理解哪種情況下會產生電流，對電流產生的條件的掌握并不深入。此時教師可利用到DIS，即數字化信息系統，這是由“傳感器+數據采集器+計算機”構成的新型實驗系統。通過DIS來代替電流計，讓學生在實踐中直觀的了解到電動勢的產生條件，通過實驗來驗證書本上法拉第電磁感應定律的相關內容。

2.2 利用量化實驗引發認知沖突

高中生大多通過生活經驗，以及家長、教師的教導來提升認知能力，雖然很多物理現象在生活中隨處可見，但教師仍然可利用精心設計的量化實驗，反映出學生日常生活中根本不會去注意的問題，從而引起認知沖突，加深對物理知識點的理解和記憶。如此一來，能夠充分調動學生學習興趣和積極性，讓其萌生內在學習動機，激發求知欲。比如摩擦生熱是比較常見的現象，在教學過程中，教師可以發現部分學生對這一章節的掌握并不理想，甚至會質疑木塊和木板在經過摩擦之后也會發熱。教師可準備木塊、木板、溫度傳感器等，收集木塊和木板在摩擦運動過程中的溫度變化，以證實實驗結論。在實驗過程中，將傳感器和木塊連接起來，推動木塊在木板上勻速前進，控制好木塊重量以及推進的速度，并記錄溫度隨著運動時間變化而變化的情況，隨后繪制出相應的折線圖。通過折線圖，學生能夠更為直觀的認識到木塊溫度變化的過程，也能夠消除木塊和木板之間摩擦會生熱的疑問。

通過量化實驗能夠充分調動學生學習積極性，尤其是在產生了認知沖突的情況下，學生會帶著求知欲主動參與到課堂中。目前課堂上教師是實驗的設計者和表演者，學生參與度不足，為了更好的調動其積極性，在保證實驗簡單、成功率高的情況下，可以將學生分層若干個不同的小組，親自動手進行實驗。在這種教學模式的應用下，學生對知識點的理解將會更加深刻，學習難題迎刃而解。

2.3 利用量化實驗提高感性認識

2.3.1 幫助學生正確理解物理現象

感性認識是思維加工、正確理解物理現象的基礎和保障，具有調動學生學習積極性的作用。通過實驗來獲得的感性認識會更加生動，能夠讓學生對知識點留下更為深刻的印象。比如在學習“照度與距離的變化關系”這一章節的相關內容時，很多學生都知道光的照度會隨著距離的變化而發生變化，當一個物理距離光源越遠時，其受到的照度也就越小。在傳統的物理實驗中，物體和光源之間的距離，以及其變化關系不容易測定，而在量化實驗下就可以解決這一問題。在實驗環節，可以將傳感器、燈泡放置于黑暗的環境中，控制燈泡輸出功率不變，在滑桿上調整物體和燈泡之間的距離，記錄不同距離下的照度?？衫脗鞲衅髦苯荧@得照度的相關數值，能夠直觀了解到光強隨著光源距離變化而變化的規律，保證結果的準確性。

2.3.2 幫助學生形成正確的物理概念

物理概念是學生學習物理的基礎，指的是客觀事物的物理共同屬性在人腦中的反映，只有在認知能力不斷發展的過程中，才能夠形成正確的物理概念，這也是解決物理問題的重要手段。比如“電容”就是高中物理中一個十分重要的物理概念，目前很多教材對“電容”也做出了相對精準的定義，即電荷量與電勢差的比值（Q/U）。這個概念比較抽象，學生也并不理解電荷量、電勢差到底代表的是什么，如果只單純的按照課本內容講解，無疑會增加學生學習難度。如果采用量化實驗的方式，即可將物理概念更直觀的展現，為該章節的學習奠定堅實基礎。教師可準備電源、電容器、電阻、電流傳感器以及若干個導線，利用控制變量法，將同一個電容器在不同電壓下的電荷量和電勢差進行對比，讓學生了解到同一個電容器在不同電壓下，電荷量不同，但是電荷量和電勢差的比值相同，說明電容相等，證實了課本上的概念。

2.4 利用量化實驗突破教學疑難點

2.4.1 解決教學難點

超重和失重現象是牛頓第二定律教學中的重難點，很多學生在沒有接觸相關概念，或是對知識點掌握不全面的時候，會片面的認為只有物體在向下運動時才會失重;只有在向上運動時才會產生超重。想要僅憑借口頭講解來轉變學生錯誤的認知難度比較大，此時可利用量化實驗的方式，并通過繪制圖像來直觀展現物理量的變化，使學生能夠正確理解超重和失重現象?？蓪⒘鞲衅骱臀矬w上部分進行連接，教師用手拿住物體向上運動，隨后靜止;再讓靜止的物體向下移動，此時傳感器可記錄物體向上、向下運動時的情況。

從圖1中可以看出，0-t1時物體處于靜止狀態;t1-t2期間，物體在教師向其施加作用力的情況下上升，并處于超重狀態;t2-t3期間，物體處于失重狀態;t4-t5期間，物體下降過程中處于失重狀態;t5-t6期間，物體下降時處于超重狀態。通過觀察直觀的圖表，學生會發現該物理現象和其原有的認知存在偏差，能夠在糾錯中更深刻的理解該知識點。

2.4.2 解決教學疑點

高中生已經具備了一定生活經驗，在學習高中物理之前，也接觸過初中物理的相關知識，對部分事物和物理原理有著感性認識。但是不可避免的會存在著片面認知、錯誤認知的情況，當物理現象和其認知不同時，就會給學生帶來困擾，而量化實驗就能夠有效解決這一問題。比如在學習磁場這一章節的相關內容時，很多學生對“通電螺線管哪一點的磁場最強”會心生疑問，因為教材中是這樣寫的：條形磁鐵在南極和北極的磁性最強。因此學生會自然而然的認為，當螺線管通電之后磁場最強點就在南極或北極。教師可準備干電池、螺線管、導線、磁傳感器等實驗材料，利用導線將電池、螺線管等連接起來，通過傳感器繪制記錄螺線管通電之后的磁場強弱。試驗結果表明，當螺線管通電之后，磁傳感器周圍的磁場明顯增強，而且可以直觀的看到，磁場最強點并不在南極或北極，而是在通電螺線管的中間區域。

量化實驗能夠起到鞏固或改變學生對物理知識片面認知的作用，可加深對課本內容、物理概念的理解。當教學過程中遇到了疑難點時，教師可利用量化實驗法;在平日教學中，也要注意收集學生反饋的問題，從而改變其錯誤認知，提升物理學習效率。

2.5 量化實驗體驗建模思想

高中物理的學習過程，從某種程度上來看也是理想模型的建立過程，為了讓學生更好的理解知識點，教師要用學生聽得懂的語言進行優化，一步步對其進行引導。例如在學習“加速度與力的關系”這一章節內容時，通常會利用到鉤碼和小車進行試驗，保證小車質量不變，通過增減鉤碼質量來改變拉力的大小，并做好記錄和分析。在實驗過程中，鉤碼重力幾乎和繩子的拉力相等，但是想要達到完美狀態，需要哪些條件呢？但鉤碼質量增加到一定程度時，實驗圖像又會呈現出怎樣的特點？這些問題都需要學生在實踐中進行思考和探索。教師可利用量化實驗的方式，讓學生深刻體會到建模思想在高中物理學習中的應用，以及其作用所在，以此作為有效方式，解決后續學習中遇到的各方面難題。

2.6 量化實驗間的遷移深化對規律的認識

高中物理中很多知識都蘊含著生活規律，可以通過實驗進行證明。比如“探究功與速度變化的關系”，能夠采取的實驗方法就是比較多樣的，最常見的就是利用處于拉伸狀態的橡皮筋來做功，如圖2所示，根據其做功的倍數特點來分析小車的速度變化。該試驗比較簡單，對工具要求并不高，但是無法控制橡皮筋做功的準確數值，會影響到試驗結果。

可在圖2的基礎上進行改造和升級，利用了帶有定滑輪的長木板、紙帶、接電源、沙桶等工具，做功數值相對來說會更加精確，也能夠讓學生直觀的了解到做功和功能之間的具體關系，加深對該章節內容的理解。具體如圖3所示。

3 結語

總而言之，當前隨著教育體制改革深化推進，高中物理教學理念、形式等也發生了較大變化，需要教師尊重學生的主體地位，采用多樣化的手段來攻克學習難點。高中生已經具備了一定的理性思維能力，但是在物理學習中還是不可避免的會帶有強烈的感性色彩，喜歡憑借主觀經驗或直接感受來學習。在大多數情況下這種方式是行不通的，反而會加重學生對知識點的困惑。教師要靈活采用教學手段，量化試驗就是比較良好的方式之一，可充分調動其學習興趣、培養學生善于思考、樂于實踐的良好習慣，提升高中物理教學效果。

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