高中新课标下的物理创新演示实验设计

新课标下的物理创新演示实验设计九江市同文中学（二中）教师石劲蕾摘要新课程标准倡导学生自主学习、研究性学习，加强科学探究。实验是学生进行科学探究，激发学习兴趣，实现自主学习的基础。教师应创新物理演示实验教学，利用自制教具和现代化设备相结合，实现实验方法、实验设备和实验手段的创新。关键词物理，演示实验，创新，自制教具。学习新课标的一些认识在新课程标准下物理教师应在实验教学上创新，主要体现在实验方法的创新、实验设备的创新及实验手段的创新。1、实验教学方法在演示实验教学当中教师应当转变教育观念，实验是学生进行科学探究实现自主学习的基础，因此应当让学生从传统的接受式学习的学习方式转移到学生的自主学习方式、合作学习和探究学习相结合的学习方式上来。在物理实验教学当中，应当把握科学探究的主要环节，运用实验启示学生自主地提出问题，作出猜想与假设，设计探究方案，进行实验操作，收集相关信息得出结论，交流实验探究的成果，在科学探究过程中体现自主学习和合作学习的精神。2、实验设备在演示实验中所有的设计应满足教学的需要，所用的器材都取自身边的物体并与现代教育手段有机结合，利用周围熟悉的物体做成自制教具进行实验演示物理教学中抽像的内容，使学生容易理解，也有利于学生创造性思维的培养。基于以上认识，笔者在实验设计当中贯彻以下原则或理念1、一个创新的实验设计应当能够增加信息的容量，加快信息的传递速度，并在重点、难点的地方加以突破，使学生能更好的理解。2、尽可能的使用投影或摄像的方法，放大实验现象，强化观察主体。因为一些仪器的读数，刻度等学生很难观察清楚，利用投影等方式，可以使观察对象形成放大的像，使学生能方便的观察实验细节，增强实验效果。3、创新实验要与一些生活或社会背景相结合，体现从生活走向物理，从物理走向社会的原则。下面给出了笔者在教学实践过程中设计制作并在教学过程中演示过的几个实验实例，供大家参考交流。实例一探究滑动摩擦力演示实验设计教材分析本节的重点在于1、研究滑动摩擦力的规律，要求能够正确计算滑动摩擦力大小和判断其方向。2、重点要求学生掌握二力平衡问题中静摩擦力的大小和相对运动趋势方向。为了培养学生正确的实验、观察、操作能力，在教学中采用从实验中总结规律，由师生共同用演示实验研究。在研究的过程中渗透控制变量法的教育，让学生在学习知识的同时，掌握科学的研究方法，培养对物理的学习兴趣，从而提高科学的素养。演示实验设计为了达到更好的课堂演示实验效果，对传统实验做了一些改进并应用了一些多媒体投影手段。传统实验是将木块放在固定的有粗糙表面的水平木板上，用力F拉木块，使木块沿水平方向匀速滑动，记录拉力F的值。根据二力平衡原理，拉力F等于木块所受摩擦力的大小。很显然这种实验方式给操作带来了困难。1、要在实验操作中通过弹簧秤或传感器拉动木块使之做匀速直线运动实现起来比较困难。2、实际操作中如果使用弹簧秤，由于弹簧秤处于运动状态，因此给读数造成了一定的困难。创新实验的原理和思路主要有以下几点（装置见示意图）1、将木块由运动变成静止，让底板相对木块运动。2、由于木块处于静止平衡状态，其所受拉力和滑动摩擦力仍然是一对平衡力。3、由于只要求木块处于静止状态，而对底板的运动没有要求，因此比较容易达到。4、由于弹簧秤处于水平固定静止，我们读数将变得容易（将弹簧秤的示数用多媒体演示，可视效果将更加明显。也可通过定滑轮将弹簧秤置于竖直方向面向学生固定，便于直接观察）。木块可拉动材料弹簧秤在课堂上能与学生探究的问题有以下几点（可由学生在实验之前进行猜想）1、相对运动速度快慢对滑动摩擦力的大小有没有影响2、接触面的性质对滑动摩擦力大小的影响。VFF木块可拉动材料弹簧秤3、接触面积的大小对滑动摩擦力的大小有没有影响4、正压力的大小与滑动摩擦力的大小的定量关系。5、最大静摩擦力与滑动摩擦力的定性关系。关于这个实验设计及操作的一些说明1、关于可拉动材料笔者选用的是塑料地板，可以按需求进行剪裁，操作时放在一平面上用手拉动即可。有自制教具条件的教师可以将可拉动材料象皮带一样放在滚轮上循环拉动，可以使实验不受可拉动材料长度限制，使用起来也更方便2、在演示接触面的性质（粗糙程度）对滑动摩擦力的大小的影响时，很容易出现一些学生不太理解的现象，为了降低学生理解的难度，笔者建议在此次实验时换成小物块事先粘上粗糙的材料的一面并将塑料地板材料换成毛巾（小物块有不同的面可以利用，面积大小、粗糙程度不同等等）。3、由于弹簧秤示数距离太远的同学难以观察仔细，因此条件不太好的学校可以采用大刻度的弹簧秤，并采用定滑轮改变力的方向，把弹簧秤竖立起来，便于学生直接观察。有条件的学校可以采用实物投影或摄像头摄像的方式将弹秤示数通过投影仪投影出来，强化观察主体。实例二探究超重和失重现象演示实验设计教材分析本节的教学目标在于使学生1、知道超重和失重现象，理解产生超重和失重的条件。2、了解生活中的一些超重和失重现象及例子，及超重和失重在现代科学技术中的意义。教材在本节内容中主要采用了理论分析与生活实例相结合的方式，并配以一些课外阅读材料加以辅助学生的学习。新课程标准下的物理教学必须突出实验教学的真实性，笔者以为如果能让学生体会并观察到“真实”的超重和失重现象对加强学生的情感体验、培养学生的创新精神都是十分有益的。演示实验设计课本上给出的生活实例是人和升降机以共同的加速度度上升，并配以示意图及理论上的分析。为了加强学生对超重和失重现象的认识，就必须在课堂内进行真实的实验，这也是学生探索、发现科学“真谛”最直接的学习方式。要实现这样的演示实验设计必须突破两个难点1、在模仿升降机的运动，并让弹簧秤产生稳定的大于重力（超重）或小于重力（失重）示数并持续一段时间。2、让学生能够从容明确地观察到弹簧秤的示数和示数变化。创新实验的原理和思路主要有以下几点（装置见示意图）1、采用支架固定定滑轮组，利用左右两边重量的不平衡使得挂有钩码的弹簧秤以较小的加速度加速上升或加速下降，从而达到模似升降机的运动。2、由于加速度比较小，因此可以把一定的时间的运动控制在较短的距离内，使得在教室空间模拟升降机运动成为可能。（只需要不到3米的架子固定定滑轮即可）3、在装置设计当中由于摄头是用支架固定在弹簧秤上的，摄像头将随着一起运动，全程捕捉弹簧秤的示数。因弹簧秤指针相对摄像头的位置变化不大，使得即时观察成为可能。4、利用摄像头的摄像功能，可以把一个较短暂的现象录制下来，可反复播放，犹如足球比赛转播中的回放，从而能让学生观察到更多的细节。在课堂上能与学生探究的问题有以下几点（可由学生在实验之前进行讨论）1、挂有钩码的弹簧秤加速下降时，弹簧秤的示数相比于平衡静止时的示数如何变化2、挂有钩码的弹簧秤加速上升时，弹簧秤的示数相比于平衡静止时的示数如何变化3、利用录像功能回放观察减速下降时那一瞬间的弹簧秤示数是如何变化的。（时间极短）4、利用录像功能回放观察减速上升时那一瞬间的弹簧秤示数是如何变化的。（时间极短）最终由学生观察实验，讨论得出产生超重和失重现象的本质，以加深学生对物理现象的理解，让学生把实验中所获得的知识，纳入已有的知识体系。关于这个实验设计及操作的一些说明1、摄像头使用普通的摄像头，一般的电脑商店都可以购得，考虑到实验的需要，清晰度保证前提下以小巧轻质为最好。一般摄像头的USB连接线较短，因此需要两至三根延长线，商店也有出售。2、摄像头录像软件，一般摄像头的驱动程序光盘中都有带，完全