河西校区物理组 赵善方
摘要：在物理课教学中，许多教师会安排课堂小实验，将学生带入物理情景，帮助学生理解物理概念。优秀的课堂小实验应具有低成本、高智慧、深探究的特点，很多生活的物品通过合理设计都能作为实验器材，通过设计一些问题，逐步引导学生分析实验中的物理现象，再交流总结物理知识，更能充分开发课堂实验的效果。
关键词：充分开发 课堂小实验 低成本 高智慧 深探究
引 言
《普通高中物理课程标准(实验)》中明确指出高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。物理学是一门实验性学科，丰富多彩的实验真是落实新课改目标的重要途径。本文就来谈谈物理课堂的小实验。
一、研究背景
课堂小实验是材料简单，方便操作的实验，相比实验室中安排的实验做起来更容易，常用于课堂上，边学边实验。实验方式可以是教师操作演示、学生观察，也可以是教师指导、学生自主完成。
国内外对课堂小实验的研究有很多的论述，作为中学物理教学的重要部分，自制小实验也常出现在教学比赛的项目之中。我国著名教育家朱正元教授曾提出“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，至今被广大中学教师所称道。
同样的器材，同样的实验，不同的引导方式，取得的教学效果也不尽相同。大多数学生对于实验现象都有着很大的兴趣，但要对实验现象进行分析，提炼其中的物理知识并总结却不是能轻易完成的。部分思维能力较强的学生能自主完成，但也有学生只能看个“热闹”，实验过程结束后，心中没有留下什么体会，这样小实验的作用就没有全部体现出来。因此，课堂小实验的开发不仅在器材上，还要在实验前后适量引导，帮助学生抓住实验中的关键问题，领会实验中蕴含的物理知识。
二、案例分析
1.向心力与水流星实验
向心力一节要求学生了解向心力的概念，知道向心力是根据力的效果来命名的；知道向心力的来源，但是向心力是比较抽象的概念，学生不太容易理解，在教学设计时应尽量采用一些生活中的现象和事例帮助其理解。水流星实验材料易得，实验现象明显，若在向心力一节中给学生演示，能很好地引起学生的好奇和思考，激发学习兴趣。但是对于物理思维能力较弱的学生，还不能对实验现象进行深入的探究，如何利用这个实验现象帮助学生解决本节内容的重难点，这就需要教师的引导。
例：教师：生活现象中水总是从高处流向低处；
演示实验一：使一杯水杯口朝下，水流出；
问题一：水做什么运动？
答：加速向下。
问题二：受力如何？
答：受到重力、杯底的压力向下。
问题三：合力的作用效果如何？
答：使水竖直向下加速运动，使其流出。
演示实验二：在竖直面内演示水流星，水未流出；
问题一：水做什么运动？
问题二：受力如何？（有学生回答向心力，则向学生说明向心力没有施力物体。）
问题三：合力的作用效果如何？
教师：观察实验，思考以上三个问题。
总结：当水做竖直方向直线运动，重力和杯底压力合力效果是改变速度大小；当水做圆周运动，合力的效果是改变速度的方向。
教学中，设计了以下几点引导学生思考。
引导一：对比试验，发现问题
对于向心力是一种效果力这一知识点的理解是一个难点，在水流星实验现象中，学生观察到水没有流出，觉得有趣，我们要强调水未流出这一向心力的作用效果，因此先做杯子直接倒水而水流出的实验，有了对比，学生就会去思考产生这一现象的原因，实际是因为重力的作用效果不同。而向心力就是以改变力的方向来命名的效果力。
引导二：设计问题，指引思路
在观察水流星实验现象时，要让学生对现象用物理的思维去分析、解释，与本节课程内容相联系，而不仅看个热闹。因此设计三个问题，问题一让学生对运动进行描述，得到圆周运动的答案，为后面讲解向心力对圆周运动的意义做铺垫；问题二让学生对物体受力分析，这个问题学生可能会回答向心力，这是本节知识的易错点，教师需要说明受力分析中的力是性质力，有明确的施力物体和受力物体，因此在这里只有重力和杯底的压力。受力分析得到的合力的作用效果决定物体运动情况，指引学生对圆周运动类模型的分析思路；问题三分析合力的作用效果，学生会联想到：力的作用效果是改变物体的运动状态，即改变速度大小或者速度方向，恰好对应本实验的两次运动。学生回答这个问题就解决了向心力是由作用效果定义的问题。三个问题由浅入深，逐步引导学生思考得到向心力的定义，解决了易错点，熟悉了此类问题的分析思路。
引导三：分析总结，得出结论
学生对实验现象观察，对教师设置问题进行思考，最后还需要教师纠正偏差，归纳总结，两种实验现象对比发现圆周运动中径向合力的效果是改变速度方向，完成上述工作之后，能够向学生指出，圆周运动中力与运动的关系。
2.失重与抽纸巾实验
在学习超重与失重知识点时，要求学生能求出两物体之间的相互作用力，如当物体只受重力时物体处于完全失重，此时物体与物体间的拉力或压力为零。尽管学生能记住这个结论，但以后学生遇到类似问题还是会经常犯错的。其原因就是这一现象在生活体验中不容易出现，接触面之间的正压力是抽象的概念，也不容易具体体现出来，导致学生没有感性认识。
教师可以设计小实验如下：
例：观察实验现象，思考下列问题。
实验一：两木块上下叠放在桌面上，木块之间夹一张面巾纸，抽出面巾纸，纸破裂；
问题一：纸张抽不出来的原因是什么？
答：拉力小于最大静摩擦力。
问题二：纸张受力如何？
答：两木块给的压力、重力、摩擦力、拉力
问题三：上面木块受力如何？
答：重力、支持力、摩擦力。
实验二：仍让两木块上下叠放，夹一张面巾纸，让两木块从手中自由下落，抽出面巾纸，纸完整抽出；
问题一：相比实验一，纸张抽出保持完整原因是什么？
答：未受到摩擦阻力或摩擦力较小。
问题二：什么因素影响了摩擦力？
答：纸张与木块间正压力。
问题三：上面木块运动状态如何？受力如何？
答：自由落体，仅受重力。
总结：物体做自由落体运动时，与接触面间正压力为零，此时抽出纸巾，虽然有相对运动，但没有滑动摩擦力，因此能轻易抽出。
教学中，同样设计了以下几点引导学生思考。
引导一：对比试验，发现问题
失重现象在生活中有所体现，如乘坐电梯等，虽然有心悬等感受，但是学生还不会从受力的角度去分析这些生活实例，因为力是抽象的，力的变化是不易直接观察到的。抽纸小实验通过两次实验现象的对比，把摩擦力的变化情况巧妙地体现出来，起到了化抽象为形象的作用，更能激起学生的强烈兴趣。
引导二：设计问题，指引思路
通过实验现象，学生很容易发现下落过程的木块间纸巾更容易抽出。教师通过问题一，将学生被实验现象激发的好奇心指向受力分析的思维过程，从而得到两次实验摩擦力情况不同。摩擦力一直是受力分析中的难点，再通过问题二帮助学生将摩擦力与正压力联系起来，问题三通过牛顿第二定律指引学生分析下落过程中的木块与静止的木块与纸张之间正压力的不同。
引导三：分析总结，得出结论
学生经过观察现象，并对研究对象受力分析后可得出结论：木块自由落体时与纸巾接触面无正压力，与静止放置时不同，由此可提出失重的概念，学习新知识。
学习需要让学生主动地思考，实验是为了让学生更好地发现物理问题，引发学习兴趣。而实验现象越接近生活，实验器材越容易得到，学生的好奇心就越强，感受也将越明显。课堂上多出现一些低成本、高智慧、深探究的实验，可以充分发挥学生主动学习的能力。
三、研究结论与意义
物理是一门实验性很强的学科，实验在物理教学中有着非常重要的作用，课堂实验是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径。学生进入高中阶段后，所学的物理概念大多抽象，如力、加速度、势能等，学生自己难以形成深刻的印象，学习起来困难，进而学习兴趣下降。实际上高中物理知识与生活现象联系紧密，很多都可以用物理思维去思考认识，学生对这些生活现象有浓厚的学习兴趣，对物理提不起兴趣的学生只是缺乏教师的引导。如果我们在组织教学时利用日常生活中的易得物品，蕴含物理思想，做一些低成本、高智慧的实验，让学生观察实验现象，分析物理规律，就能对所学的物理概念产生感性认识，并升华到理性思考，从而达到课程学习的目标，提高学生的科学素养。
参考文献
【1】王振宏 李彩娜．教育心理学［M］．北京：高等教育出版社，2011．
【2】中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验) [S].北京：人民教育出版社，2003.
【3】彭正发.高中物理课堂实验教学存在的问题及优化方案[J].西部素质教育.
【4】泽州县巴公镇中学 刘宗太. 物理探究实验在课堂教学中的作用[N]. 科学导报.
（本文荣获2018年教学论文评比市二等奖）
（曹文琛老师 编校）
