创实验破难点提素养

创实验破难点提素养

曹万富

——以高中物理光电教学提升实验研究能力为例

◆曹万富浙江省杭州市萧山第十高级中学311201

摘要：本文阐述了笔者自创物理小实验促成高中物理教学中光电章节模块的难点突破的具体做法和感悟，以期待能把抽象地物理知识具体化，把物理概念生动化，提升学生物理学习的积极性、主动性、趣味性。同时也能通过自创实验提升学生的实验探究能力，从而提升学生的物理学科的核心素养。

关键词：光电实验自创实验研究能力

一、问题的缘起

高中物理是一门抽象的学科，也是一门实验学科。对于很多高中学生来说，物理也是比较难学的学科之一。虽然大家都知道物理作为基础学科的重要性，但在实际选择中，因为觉得难学难懂，往往会放弃选择这一学科，浙江新高考模式下7选3物理学科的尴尬就是一个很好的例证。

在物理教学实践中，一些一线教师没有真正理解物理学科是一门实践性很强的学科，往往从抽象到抽象、从理论到理论，还是停留在题海战术，久而久之，学生也没了学习物理的热情。物理教材中有很多实验，但有的实验本身可操作性不强，有的实验学生不感兴趣，还有的学校没有开设实验的硬件条件，也有老师觉得物理实验耽误上课，不愿开展实验教学……时间长了，很多学校的物理实验教学连教学的形式也不复存在，学校的物理实验室成为应付检查的摆设，学生也越来越不“喜欢”物理学科。很多实验能直观生动地展示学习内容，帮助学生高效率的学习。但是也不是每一节物理学习都有实验助学，尤其是光电章节，实验手段较力学少，实验现象不明显，很多时候是抽象的教学，为此若能强化光电实验在学习中的比重，化抽象为具体，在课堂往往能事半功倍。

顺应国际教育发展的潮流，我国在教育改革中，从双基到三维目标再到核心素养，从以“知识为本”到“以人为本”。而作为高中物理学科，核心素养主要由“物理观念”、“科学思维”、“实验探究”、“科学态度与责任”四个方面的要素构成，如何在教学实践中，提升学生的核心素养，真正使学生在接受物理教育过程中逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，通过物理学习内化带有物理学科特性的品质是我们应当在教学中，特别是实验教学中要进行思考的问题。

二、问题的实践

1.光的色散教学

光的色散这节虽不是高考重点，但却是学生在高中阶段了解光的本性的重要一课。课堂中主要以学生体会光的颜色，不同频率的比较进而认识光谱；通过实验观察光衍射、干涉、折射现象来了解光的色散及物体的颜色等生活常识；完成实验薄膜干涉；观察干涉图像；探究干涉的两列相干光源、了解肥皂薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用。

（1）难点呈现

光学在高中物理教学中不算是最难的部分。主要的困难在于光学还是比较的抽象，学生起步学习阶段比较无从下手。

（2）突破方法

①泡泡实验和铅笔实验

课堂引入时增加吹泡泡的小实验，是借助小孩玩的泡泡液，在教室中吹出五彩缤纷的泡泡，引导学生观察、思考。使学生立刻注意力高度集中，一下子进入到课堂中来。接着，让学生拿出两只铅笔并排，通过狭缝观察日关灯的变化，把抽象的光的颜色展现在了学生面前。

无论是泡泡还是铅笔，取材方便，现象比较明显，让绝大多数学生有了自己的经历，对物理的学习多了一份兴趣，更多了一份思考和感悟。

②盆水小实验

通过狭缝的衍射还不能确保每个学生都清晰地观察光的颜色，因此我在课本分组薄膜干涉实验后设计了盆水小实验。在教室门口放一大脸盆水，水中斜放着一面平面镜，大约与水平成45°角，把太阳光反射在教室的天花板上。随着水面的波动，天花板上出现了巨大七色的反射光，尤其是红光，整个像妖娆跳跃的火焰一样，使学生有了更多地体会感悟，促进学生想要进一步了解，从而促成更多的思考。

（3）实验反思

在高中物理核心素养中的实验研究能力是指具有科学探究的意识，能在真实情境中提出物理问题，形成猜测和假设，利用科学方法获取信息和处理信息，形成结论，以及对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。而在这2个小实验中，以教材知识为本，结合学生生活实际，从生活中寻找简便的材料，通过积极思考，增加了2个实验教学。增加后的效果明显，既增加了课堂学习的趣味性，又让学生对光的认识更加深刻，同时对整节课堂的教学氛围起到积极良好的作用。同时，也在学生参与实验的过程中，不断培养了学生的探究意识，提升了学生物理学科的核心素养。

2.电场和磁场教学

电场和磁场是电磁学的核心内容，也是高考主要考点，同时又是光学等其他物理学知识的重要基础。这两部分内容涉及的思想和方法对学习高中物理至关重要，对学生物理思维的发展与创新能力的培养起到一定作用。但在教和学中存在诸多困难。

（1）难点呈现

在电场和磁场的学习中，学生往往抓不住对象，整个学习就在云里雾里。带电粒子不可见，电场、磁场不可见，学习时有一种有劲没处使的无力感。正常的教学中我们通过强化，类比重力等等手段使学生逐渐进入到电和磁的世界里来。而如果能更具体、更可观测可能对学生的学习会有不少帮助。

（2）突破方法

①自创“估算小球的带电量”的小实验

和同事在选修3—1电场一章教学中发现，库伦定律中电荷量q在库伦当时是没有办法测量的，使用了同样金属小球充分接触后带电平分的方法来研究。电场整章学下来后思考一个问题：能不能给班级学生展示一种测量物体带电的方法呢？让学生学习更直观、更有兴趣的同时加深对电荷、电场的理解。受到教材23页中课后练习1的启发，已知物体带电在电场运动，求静电力做了多少功？若是能知道静电力做了多少功，反过来是不是就可以“测量”物体带电了呢？那么如何不通过静电力来求解静电力做功呢？自然而然地想起了功能关系中最重要的动能定理，在一个过程中，合外力做功等于物体在这个过程中动能的变化。想到就大胆行动起来，和同事一起在实验室的帮助下，做出了以下一个装置，可以“测量”带电“小球”的电荷量。在玻璃管中放入质量已测带电“小球”，两端加高压，近似的看成匀强电场，观察记录带电“小球”在加电场时跳起的最大高度。利用功能定理，动能变化为零，则合外力做功为零，此时静电力做功就等于克服重力的功，由此可以估测出此带电“小球”的电荷量。

②自创“带电粒子在磁场中的运动”的小实验

在一节带电粒子在磁场中运动的课堂中，设计了一个小实验作为引入，把不可见的带电粒子运动转化为了学生“可见”的一个实验，借鉴了通电的电解液在磁体下旋转。

自制的一个匀强磁场，导线绕成圈，通上电流时，圈内有竖直方向的磁场，让食盐溶液做电解液。电解液通电，离子在电场力作用在正负极之间发生定向移动。当实验中通电线圈加上电流，在电解液垂直方向上产生磁场，电解液发生旋转。加大磁感应强度，现象更明显。离子运动是不可见的，液体的旋转就能观测到。液体的旋转本质上反映了离子受到磁场力的作用。为了更加方便学生观察，我在溶液中加入了一些细小的微粒。微粒在液体带动下的运动，本质反映出不可见离子的运动规律，此实验取材不难，效果较好。然后乘热打铁，通过理论推导和洛伦兹力演示电子加磁场后运动轨迹，使学生原本不清晰的粒子运动得以具体化。对学生今后自我分析带电粒子在磁场中、复合场中运动平添了几多认识，多了清晰、少了一份抽象。

（3）实验反思

通过自己创设实验，使学生能在不同情境中发现并提出可探究的物理问题，会合理猜测和假设；同时培养了学生设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息；通过团队合作，培养了学生的合作意识……而这些，都是高中物理核心素养中过的实验研究能力的具体表现。

三、问题的反思

以上列举了一些我在教学实践过程的自创实验教学片段和自我的一些想法。我认为物理实验教学，不应该为了实验而做实验，也不是让学生带好实验手册，进到实验室，简单说明目的、原理、步骤，然后放任自流。在物理课的学习上教师和学生都有自己独到的一些见解，尤其作为教师若能开发和利用好实验，比如简单明了的小实验就十分有利。让学生增加体验、增加感悟，使课堂中学生能更积极主动地参与其中，学生这一学习“主体”的能动作用得到更大的体现。新的课程标准告诉我们，教材只是参照，我们在使用教材的同时最好能结合实际情况作出有益地调整修改，在此我们希望和更多的高中物理教师一起开发出有利教学的小实验，积少成多、积小成大，使整个高中的物理课堂呈现更多的精彩。同时也对我们提出了一些努力的方向：比如高中物理教师自身要不断学习、不断思考，对于核心素养的提升，应当是一个“润物细无声”的过程，如何在物理实验中，提升学生其他方面的核心素养，给学生更大的空间发展；学校要积极主动配合物理教师自己创设实验的教学；学生也应当放弃对物理学科的“成见”，真正走进物理实验，从而才能自由的在物理学习的海洋中遨游。

参考文献

[1]朱鹤年《物理实验研究》.北京，清华大学出版社，1994。

[2]丁慎训《物理实验教程》.北京，清华大学出版社，1992。

[3]潘人培等物理实验教学参考书.北京，高等教育出版社，1990。

[4]吴思诚等近代物理实验.北京，北京大学出版社，1991。