第十一章中學(xué)物理課外實踐活動§11．1中學(xué)物理課外活動的特點和作用中學(xué)物理課外活動是指中學(xué)物理課堂教學(xué)之外，有目的、有計劃、有組織安排的各種物理教學(xué)活動．1．中學(xué)物理課外活動的特點：（1）內(nèi)容豐富多彩中學(xué)物理課外活動的內(nèi)容是相當豐富的，它可以圍繞教材內(nèi)容展開，也可以適當拓寬和加深教材知識；它可以以自然界的物理現(xiàn)象為活動對象，也可將物理學(xué)在現(xiàn)代生活、科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用作為內(nèi)容；還可用物理學(xué)史和科學(xué)家的故事為線索，進行某些涉及物理實驗并帶有發(fā)明創(chuàng)造性質(zhì)的活動．（2）形式靈活多樣中學(xué)物理課外活動的組織形式大體可分為三類：一是班級以上的群體活動．例如，集體的參觀活動，物理和科技的講座報告，物理競賽、游藝會和探索宮等等；二是小組性的活動．如，航模小組，電器安裝小組，無線電小組，攝影小組，天文觀察小組；自制教具小組，小發(fā)明創(chuàng)造小組及微機小組等；三是個別性的活動形式．如個別性的觀察作業(yè)，小實驗、小制作、寫小論文等．（3）自愿參加、獨立性強自愿是課外活動不同于課堂教學(xué)的一個特點，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、愛好和需要，選擇一定的活動內(nèi)容．這樣，就能使學(xué)生有更多的獨立鍛煉機會，在時間、空間、取材等方面有更多的自由度．因此，學(xué)生可以在教師引導(dǎo)下，從選題、取材、準備、閱讀、制作、總結(jié)等各方而充分發(fā)揮自己的獨立性．2．中學(xué)物理課外活動的作用（1）由于課外活動的內(nèi)容極其豐富，而且與現(xiàn)代生活和科學(xué)技術(shù)有密切的聯(lián)系，因此它能為學(xué)生課堂學(xué)習(xí)提供豐富的感性認識素材，從而為學(xué)生建立概念、認識規(guī)律奠定一定的基礎(chǔ)，并且為他們鞏固、深化、靈活運用知識，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)的新陣地，而且能從各個領(lǐng)域開闊學(xué)生的知識而，使他們了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成就和發(fā)展的信息，從而使學(xué)生了解物理學(xué)的科學(xué)意義和社會意義，激發(fā)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)動機．§11．2中學(xué)物理課外活動的組織要求、活動內(nèi)容及其指導(dǎo)一、課外活動的組織要求1．要有計劃性2．總體上要遵循自愿的原則3．要從物質(zhì)上、組織上提供開展活動的保證二、活動內(nèi)容及其指導(dǎo)1．參觀與課外觀察活動一般來說，現(xiàn)場參觀需要占用較多的時間，教學(xué)的效率較低，因此多半在教學(xué)的一、兩個大單元之后進行，次數(shù)也不宜很多．更多的參觀活動以課外觀察作業(yè)的形式進行．教師應(yīng)有計劃地布置課外觀察作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生注意自己身邊物理事物及其變化，培養(yǎng)學(xué)生觀察的興趣，以及觀察發(fā)現(xiàn)問題的能力．例如，觀察人走路有什么特點，走路與跑步有什么區(qū)別；坐在運動的火車上，觀察窗外遠近景物的運動，好象大地在回轉(zhuǎn)，近快而遠慢；觀察你的自行車，可以發(fā)現(xiàn)許多的問題，例如輪輻的鋼絲為什么不是中心輻射狀的，與龍頭相連的前叉為什么向前彎曲；抬頭仰望天空，朝著相對太陽的不同方向，天空的顏色是不一樣的；晚間，透過窗簾觀察遠處的燈光，可以看到彩色的輻射光芒，如此等等，不勝枚舉．2．家庭實驗與室外實驗家庭實驗主要取材于家庭日常生活用品，學(xué)生用這種隨手取材的方法進行實驗，會感到分外親切．家庭物理實驗的課題也是相當廣泛的．如：把用線拴著的乒乓球放在水龍頭下，打開閥門，將提線端向一側(cè)水平移開，你看到什么現(xiàn)象？在自來水龍頭上接套管和用塑料筆桿做的噴水管，打開水龍頭，在向上噴出的水束上方放一只乒乓球，可以看到乒乓球一邊旋轉(zhuǎn)，一邊懸于水束上方，處于穩(wěn)定平衡的狀態(tài)．為了組織好家庭與室外實驗活動，教師應(yīng)當根據(jù)這兩種實驗的特點，與教學(xué)進程有機地結(jié)合，有的內(nèi)容可以和制作簡易學(xué)具結(jié)合起來，在課堂上使用和在課后進行實驗作業(yè)，并要求學(xué)生在實驗的基礎(chǔ)上記錄必要的現(xiàn)象數(shù)據(jù)，簡要回答思考題．實驗應(yīng)當是比較有趣的，不必過于追求實驗的精確程度．對室外實驗，特別要做好實驗前的組織準備工作，要特別注意安全．3．物理科學(xué)宮與物理游藝表演物理科學(xué)宮和游藝表演是向廣大學(xué)生進行物理宣傳教育的重要形式．它們能夠吸引大批中學(xué)生，引起他們的極大興趣.（1）趣味物理現(xiàn)象：如利用流體力學(xué)原理的氣懸球、水束頂球，利用靜電放電原理的靜電電動機、靜電星系模型.（2）近代物理科學(xué)技術(shù)的原理和應(yīng)用的通俗實驗或模型：例如，激光通訊的模擬實驗，全息照片，說明紅外線熱效應(yīng)的紅外點火實驗，或紅外報警實驗.（3）趣味物理游戲：如光電打靶，電磁炮打靶，渦旋氣流吹蠟燭（又稱煙圈炮），以及物理燈謎等等．4．課外科技小組活動科技小組活動是中學(xué)物理課外活動一種常見的形式．實踐證明，它對培養(yǎng)學(xué)生的興趣和特長具有重要意義，并能為學(xué)生今后的創(chuàng)造活動奠定良好的基礎(chǔ)．5．物理競賽物理競賽，既是物理課外活動的一項內(nèi)容，又是推動物理課外活動的措施．根據(jù)競賽目的，可以劃分不同層次的重點．例如①用以加強實驗技能訓(xùn)練的單項實驗操作競賽（天平的調(diào)整，密度的測定等）．它的要求是嚴格操作規(guī)范和一定的熟練程度；②用以加強基本概念、基本定律及其運用的單元物理競賽，它的要求重在基礎(chǔ)理論的理解和運用；③以加強靈活運用和擴展知識面為目的的綜合物理競賽；④以選拔人才為主要目的的物理競賽，它們的難度要大一些，有的內(nèi)容可以適當超過大綱的規(guī)定的范圍．競賽的形式可以有操作、筆試、搶答、演講等．一次較高要求的物理競賽的部分試題一、考核學(xué)生知識面的填充題1．正常人耳聽到的聲音的頻率范圍是____赫茲．2．正常人眼最敏感的光的顏色是____色．3．正常人眼能分辨的最小視角是___度．4．控制電子表走時準確的元件是____.5．市場上出售的音樂賀年片發(fā)聲元件是____．6.第一個在理論上預(yù)言電磁波存在，并指出光是一種電磁波的科學(xué)家是____；提出物質(zhì)波假設(shè)的科學(xué)家是_____；第一個提出量子概念的科學(xué)家是___．世界上第一個論述等臂杠桿和不等臂杠桿平衡條件的人是_______．世界上第一個做聲音共振實驗的科學(xué)家是_____．7．月亮為什么永遠以一面朝著地球？_______.8．光導(dǎo)纖維能夠長距離傳輸光信號是利用了______現(xiàn)象，每根光導(dǎo)纖維折射率沿半徑方向的分布是______．9．全息照相底片和普通照相底片在攝影沖洗后，底片上圖象的不同點是______．10·列舉激光的兩個特性（1）_______（2）______．列舉激光的兩種用途．（1）___________；（2）_________.二、考核學(xué)生應(yīng)用概念規(guī)律思維靈活性的題目1．有一只狐貍以不變的速度v1沿直線AB逃跑，一獵犬以不變的速率v2追擊，其運動方向始終對準狐貍．某時刻狐貍在F處，獵犬在D處，F(xiàn)D⊥AB，且FD=L（如圖12－9），試求此時獵犬加速度的大小．2．有一長為L的海底電纜，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)其中有一處由于外部損傷導(dǎo)致絕緣性能變壞，請設(shè)法找出損壞地點的位置．3．如圖12-10所示，一束白光沿x方向通過屏P上的小孔C后，射問玻璃立方體A，設(shè)A的折射率在y方向上隨著y值的增加而線性增大，但在與y軸垂直的平面內(nèi)是均勻的，從A射出的光經(jīng)過折射率均勻的玻璃三棱鏡B后，照在與x軸垂直的觀察屏（毛玻璃）E上．試在圖12－11中定性地畫出所看到的E上的圖象．4．用容積為400厘米3的打氣筒給自行車打氣．若輪胎的容積為2升，騎車時加在這個輪上的負荷為350牛頓，大氣壓為760毫米水銀柱高．（1）當溫度不變時，為了在騎行中使輪胎與路面的接觸面積不大于60厘米2，問打氣時至少應(yīng)打多少下？（2）若騎車行駛時，胎內(nèi)氣體溫度由17℃升高到37℃，輪胎容積不變，試問輪胎與路面的接觸面積減到多少（設(shè)原接觸面積為60厘米2）？三、實驗題1．基本知識題：（1）一個游標卡尺的主尺是毫米刻度尺，游尺的刻度共有20格，總長度為19毫米，該游標尺的精度為____毫米．（2）說明電表面板上下列符號的意義：（3）說明下列符號意義穩(wěn)壓電源6V，0．3A_____；電珠6．3V0.2A_______;1000μF／50V______.2．觀察思考題（1）在日光燈下放著一個黑色的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上均勻地貼著5塊白色的扇形紙片，轉(zhuǎn)盤由馬達帶動．將馬達轉(zhuǎn)速從零開始逐步提高，觀察現(xiàn)象．問：（a）看到什么現(xiàn)象______．（b）第一次出現(xiàn)5個白色扇形輻射區(qū)的穩(wěn)定畫面時，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是________轉(zhuǎn)／秒．（2）觀察麥克斯韋滾擺的運動情況，指出：（a）滾擺從最高點下降的過程中，質(zhì)心加速度的方向____，懸線的張力與滾擺重力的關(guān)系：T____mg，物體處于_____狀態(tài)（超重、失重、平衡）．（b）滾擺達到最低點時，質(zhì)心的速度______，加速度______，張力與重力的關(guān)系T_____mg，物體處于____狀態(tài)．（c）在滾擺上升的過程中，質(zhì)心加速度的方向_____，T_____mg，物體處于______狀態(tài)．（3）黑盒子上裝有一只玻璃鏡片，不知是平光鏡（象變色鏡一樣的等原玻璃片）、老花鏡（凸透鏡）還是近視鏡片．盒子里是漆黑的，請仔細觀察，動腦筋分析以確認是哪一種鏡片，并說明理由．3．實驗操作題（1）測彈簧的倔強系數(shù)k，并要求測出彈簧的等效質(zhì)量．提供的器材有天平、砝碼、秒表、支架、坐標紙等．（2）利用信號源中的方波和示波器，顯示如下的圖形并測量一定的量值．（a）測出方波輸入后的電壓峰峰值．（b）測出示波器顯示方波時的掃描周期．（c）（d)提供電阻箱和電容器，顯示出相應(yīng)的波形，并利用坐標紙，用圖象法測出電容器的電容量．§11．3中學(xué)物理研究性學(xué)習(xí)課題研究的指導(dǎo)在《全日制普通高級中學(xué)物理教學(xué)大綱（試驗修訂版）》中，首次提出要在普通高中進行課題研究，這是我國高中物理課程的一項重大改革。課題研究的目的是全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結(jié)協(xié)作的能力。這項活動還有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，訓(xùn)練學(xué)生參與實踐的能力。一、研究性學(xué)習(xí)課題研究的目的1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力2、培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力3、培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力4、培養(yǎng)學(xué)生語言文字表達能力以及交流與合作的能力二、研究性學(xué)習(xí)課題研究的特點1、師生關(guān)系體現(xiàn)學(xué)生自主性2、學(xué)習(xí)內(nèi)容體現(xiàn)綜合性3、學(xué)習(xí)方法體現(xiàn)探究性4、評價目標重視過程和體驗三、研究性學(xué)習(xí)課題研究的組織形式小組合作是研究性學(xué)習(xí)經(jīng)常采用的組織形式，也可以采取個人研究與全班集體研討相結(jié)合的組織形式。附錄：研究課題示例

·研究影響滑動摩擦力的因素·研究材料的保溫性能·估測壓力鍋內(nèi)水的溫度·用電解法測定元電荷·自來水電阻率的測定·研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系·把靈敏電流表改裝成多用電表·研制水“火箭”·用激光筆做光學(xué)實驗·菜刀上的力學(xué)知識·剎車時車輪被抱死的利與弊·調(diào)查研究：灶具的演變·調(diào)查研究：家用電器的發(fā)展帶來的安全問題·小論文：從電冰箱到臭氧層·小論文：溫室效應(yīng)·小論文：從伽利略望遠鏡到哈勃太空望遠鏡——人類對宇宙的認識史·小論文：阿爾法磁譜儀與暗物質(zhì)課題研究的特點及其教育作用一、增加了探索性實驗

以往的學(xué)生實驗，除了某些單純的技能訓(xùn)練性實驗外，主要有兩大類，一類是驗證性實驗，即在學(xué)過相應(yīng)的知識之后通過實驗進行驗證，例如“驗證牛頓第二定律”、“驗證機械能守恒定律”……另一類則是知識的應(yīng)用，例如“用雙縫干涉測光的波長”、“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”……這兩類實驗的前提都是認為學(xué)生已經(jīng)掌握所涉及的知識，因此實驗的目的不是探索新的知識。這些實驗對于培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識的能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神，沒有很大的作用。探索性實驗是為彌補這些不足而設(shè)立的。以“研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系”為例。教學(xué)大綱并不要求學(xué)生學(xué)習(xí)這個知識點，因此實驗的前提是學(xué)生不知道振子的周期和小球質(zhì)量的定量關(guān)系。做這個實驗時，學(xué)生在測出若干組數(shù)據(jù)后列表，在坐標紙上描點，作出擬合曲線，用相應(yīng)的函數(shù)表達這條曲線。如果再換其他幾個彈簧做這個實驗，還可以進一步解釋函數(shù)式中參數(shù)的物理意義……按照過去對于驗證性實驗的處理，要先學(xué)習(xí)這個知識點，實驗前學(xué)生已經(jīng)知道相應(yīng)曲線的形狀，實驗后假若有的點不在這條曲線上，要分析出現(xiàn)誤差的原因。但是，在這個研究課題中，學(xué)生事先并不知道它的圖象是什么樣的，只是在看到這些點的分布和走向之后才意識到它也許能用某個二次函數(shù)來近似地表示。在這種想法的鼓舞下，有些學(xué)生會嘗試作出T2和m的關(guān)系曲線，在這之后就會明確地得到周期與小球質(zhì)量的定量關(guān)系。在驗證性實驗和探索性實驗這兩種不同的作法中，實驗內(nèi)容可能相似，但是按照兩種不同的思路去設(shè)計，學(xué)生的心理活動不一樣，得到的訓(xùn)練也不一樣。中學(xué)階段并不要求學(xué)生掌握彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系，但是這個實驗所用的方法卻是科學(xué)研究中一個非常典型的方法，學(xué)會這個方法將使學(xué)生在今后的工作中受益無窮。大綱安排這個實驗，目的是進行研究方法的教育，而不是為了多學(xué)一個知識點。“研究影響滑動摩擦力的因素”、“研究材料的保溫性能”也是這樣的課題。二、許多課題沒有惟一正確的答案

實踐中的技術(shù)問題大多沒有惟一正確的答案，只能從不同的角度、不同的需要權(quán)衡利弊進行評價。我們過去的科學(xué)技術(shù)教育卻把這樣復(fù)雜的事情簡單化了：要么對，要么錯，沒有選擇。這種教育培養(yǎng)出來的人脫離實際，思想方法絕對化，不能適應(yīng)社會的需要。大綱修訂稿有意識地選取了一些沒有惟一正確答案的課題，目的是彌補這方面的不足。“估測壓力鍋內(nèi)水的溫度”可以通過測量限壓閥的質(zhì)量而知鍋內(nèi)的壓強，進而查表得知水的溫度；但是也可以把熱敏元件貼在鍋外，其外再加保溫層來直接測得，還可以把熱敏元件直接放入水中；還可能有別的辦法。在這些方案中，熱敏元件的耐高溫問題、直接放入水中時鍋的密封問題，等等，都要研究。不同方案測得的水溫肯定不會完全相同，這就需要討論、評價。這些工作在以往的中學(xué)科學(xué)教育中從未有過。過去我們認為科學(xué)界沒有定論的內(nèi)容不應(yīng)在中學(xué)課程中涉及，其實不能一概而論。讓高中學(xué)生接觸一些目前還有不同認識的課題有助于使學(xué)生認識科學(xué)的過程，激發(fā)探索的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，避免思維的片面化。例如在“科普報告：從電冰箱到臭氧層”中可以討論造成臭氧層破壞的主要原因到底是氟利昂還是噴氣式飛機；在“科普報告：溫室效應(yīng)”中可以分析造成氣溫上升的原因主要是人類的活動還是地球本身的周期性變化這樣兩種學(xué)術(shù)觀點……實驗性課題中有一些技術(shù)問題，學(xué)生們的處理方法也肯定不會一致。例如在“研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系”中，由于課堂演示所用振子的周期太小，阻尼太大，不能用來進行這個實驗。解決這個問題并不難，可以選用較軟的彈簧，并去掉滑動軸。但這時如果水平放置就要解決小球的支撐問題，如果豎直放置則應(yīng)解決彈簧下垂的補償問題。學(xué)生可以想出多種辦法，這些辦法各有特點，需要討論和評價。三、一些課題是跨學(xué)科的

氟利昂不是一種單純的化學(xué)物質(zhì)，其中有的成份能夠破壞臭氧層，有的不能。無氟冰箱中制冷劑的化學(xué)成份是什么？它有什么物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)？制冷的機理是什么？學(xué)生們在“科普報告：從電冰箱到臭氧層”中可以進行討論。“調(diào)查研究：灶具的演變”要求研究柴灶、煤球爐、蜂窩煤爐、液化氣灶、煤氣灶（天然氣灶）、電爐、電磁灶、微波爐的燃燒原理（加熱原理）和效率，比較燃料的燃燒值。“用電解法測定元電荷”要用化學(xué)課中學(xué)到的知識測量基本物理常量。這些也是跨學(xué)科的課題。大綱修訂版中列入了這些課題，希望有助于使學(xué)生加強綜合運用所學(xué)知識的意識和能力。四、與新科學(xué)技術(shù)相銜接

怎樣縮小中學(xué)物理課程與當代新科技的距離，這個問題一直沒有很好地解決，有幾個研究課題打算在這方面進行一些嘗試。剎車防抱死系統(tǒng)（ABS）是近年來的一項新技術(shù)，它在汽車剎車時自動控制摩擦片與輪盤（輪轂）的壓力，使車輪不與地面產(chǎn)生滑動摩擦，這樣司機仍然能夠控制車的運動方向。這種情況下大部分機械能消耗在摩擦片與輪盤的摩擦上。這項技術(shù)雖然很新，但是它的物理模型并不復(fù)雜，利用高中物理知識可以做些較為深入的研究。“剎車時車輪被抱死的利與弊”就是基于這種考慮設(shè)計的。“科普報告：從電冰箱到臭氧層”、“科普報告：溫室效應(yīng)”、“科普報告：阿爾法磁譜儀與暗物質(zhì)”等幾個課題也都和科技與環(huán)境的最新熱點有關(guān)。五、拉近了物理學(xué)與實際問題的距離

我們的中學(xué)物理教育一直重視理論知識在技術(shù)中和解釋自然現(xiàn)象中的應(yīng)用，但是仍然存在一定程度的脫離實際的傾向，表現(xiàn)之一是對于物理規(guī)律、物理量的認識的絕對化、理想化。實際上，物理學(xué)中的實驗定律，在一定程度上都是近似規(guī)律。例如，教科書一直說滑動摩擦力的大小跟壓力成正比，與接觸面積無關(guān)，但是通過“研究影響滑動摩擦力的因素”這個課題就會看到，實際情況與這種說法是有較大偏差的。改變電流表的分流電阻可以改變它的量程，這是歐姆定律的典型應(yīng)用。但是，學(xué)生設(shè)計的原始電路往往考慮不到表頭的保護措施，實際上是不能用的。“把靈敏電流表改裝成多用電表”這個課題可以讓學(xué)生體會到理論和實際的差距。六、一些課題與社會問題密切相關(guān)

大綱修訂版在選擇研究課題時注意了科學(xué)技術(shù)與社會問題的聯(lián)系。例如，臭氧層的保護涉及無氟冰箱的推廣，但是無氟冰箱比氟利昂制冷的冰箱成本高，消費者花較多的錢但本人并不直接受益，對這個問題應(yīng)該采取什么宣傳策略？許多報導(dǎo)說臭氧層的破壞使得皮膚癌的發(fā)病率上升，其實皮膚癌主要是白色人種生的病，黃種人很少有這種病，黑種人更是與它無緣。當今世界上的醫(yī)學(xué)資料大部分來源于西方國家，國際傳播媒體也基本上由他們控制，事情的嚴重性會不會被夸大了？也許這里面也有某種形式的種族偏見？研究課題為這類問題的深入討論留出了很大的空間。氣體燃料比固體燃料更方便，然而使用不當容易引起爆炸和火災(zāi)，還可能使人中毒，使用氣體燃料是否利大于弊？天然氣比焦爐煤氣貴，但是燃燒值高，實際使用時哪種燃料更經(jīng)濟？對于不同地區(qū)，用電燒飯和用燃氣燒飯哪種燃料更經(jīng)濟，對環(huán)境的影響更小，更能符合中國人的烹調(diào)習(xí)慣？這些都可以在“調(diào)查研究：灶具的演變”中討論。過去在物理課中只講物理原理，最多講一講技術(shù)應(yīng)用，但是科學(xué)原理的應(yīng)用及其評價一定涉及社會問題，二者密不可分，我們的學(xué)校教育應(yīng)該為學(xué)生做這方面的準備。七、要用新的標準來評價課題研究

學(xué)生對于物理題的習(xí)慣反應(yīng)是“會”與“不會”，物理教師對學(xué)生的試卷、作業(yè)則總以“對”“錯”來評判。這次大綱推薦的研究課題對于不同學(xué)生的區(qū)分不是會不會做，也不是做對還是做錯，而是表現(xiàn)在所