物理實(shí)驗(yàn)選修課教學(xué)探究式學(xué)習(xí)研究

朱興旺 葛喜芳

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)， 實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)習(xí)物理具有不可替代的作用.在我國新一輪基礎(chǔ)教育課程改革中， 特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主建構(gòu)、合作探究.這種學(xué)習(xí)方式的改變， 將給物理教學(xué)提出新的要求.在中學(xué)物理選修課程中貫徹探究式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，全面體現(xiàn)物理課程的新理念， 有利于推進(jìn)物理教學(xué)的改革進(jìn)程.

1在物理選修實(shí)驗(yàn)中組織學(xué)生活動(dòng)解決“物理問題”

活動(dòng)開展方案具體如下：

（1）每班學(xué)生，以3人組為一個(gè)學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組選擇一個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)工作.

（2）利用一周時(shí)間學(xué)生尋找材料設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證分析.在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究實(shí)踐活動(dòng).

（3）教師輔助學(xué)生做好課題的整合.用一節(jié)課時(shí)間讓學(xué)生匯報(bào)成果.

2實(shí)驗(yàn)課堂首先做好傳統(tǒng)教學(xué)模式的展現(xiàn)，讓學(xué)生了解物理實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中存在的不足之處

加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)在實(shí)施中存在著哪些問題？歸納總結(jié)如下.

2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差大

采用小車為研究對(duì)象，托盤和鉤碼的重力提供外力（如圖1）， 要求小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和鉤碼的總質(zhì)量.實(shí)際操作中，鉤碼和托盤的總質(zhì)量與小車的質(zhì)量差達(dá)不到要求的程度，鉤碼和托盤與小車用輕繩連接，加速度相同，系統(tǒng)誤差不可避免.

2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理困難

實(shí)驗(yàn)中使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)，處理紙帶，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算加速度，計(jì)算相對(duì)繁瑣（如圖2、圖3），同時(shí)出現(xiàn)了第二次誤差.

2.3實(shí)驗(yàn)操作難度大

實(shí)驗(yàn)中利用力學(xué)知識(shí)對(duì)摩擦力進(jìn)行了平衡操作，墊高薄木板，使小車沿斜面向下的重力的分力與摩擦力相等，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，要達(dá)到上述目的，需要多次操作，多次打點(diǎn)；而教材提供的兩輛小車同時(shí)運(yùn)動(dòng)的方案令學(xué)生教師操作實(shí)驗(yàn)難度更為加大.

3大膽嘗試新方法.通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究過程和方法

驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)具體做起來誤差較大， 實(shí)驗(yàn)效果不夠理想.現(xiàn)在原有基礎(chǔ)上對(duì)器材和實(shí)驗(yàn)方法作一些適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)， 可使實(shí)驗(yàn)效果明顯改善， 更好地達(dá)到驗(yàn)證牛頓第二定律的目的.

3.1實(shí)驗(yàn)器材的改良

利用光傳感器、力傳感器、位移傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)測(cè)速度.[HJ1.4mm]

學(xué)生自主設(shè)計(jì)各種方案解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的不足之處.

（1）利用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

測(cè)定小車運(yùn)動(dòng)過程一段位移的初末速度.利用位移公式： 得到加速度a.（如圖3）

（2）利用位移傳感器測(cè)定小車運(yùn)動(dòng)的加速度.（如圖4）

（3）利用力傳感器測(cè)定拉力大小，消除F

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的改良：利用計(jì)算機(jī)輔助，有利于提高精度及實(shí)驗(yàn)偶然誤差的發(fā)現(xiàn)

教師課堂設(shè)計(jì)驗(yàn)證表格.快速幫助學(xué)生分析數(shù)據(jù)圖表.在測(cè)定a與F關(guān)系圖線時(shí)，我們可以通過Excel圖表中直觀地發(fā)現(xiàn)圖6中第三組數(shù)據(jù)存在偶然誤差.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步測(cè)定之后，我們可以得到圖7圖線.同時(shí)，通過數(shù)據(jù)學(xué)生還可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)a-F圖線沒有經(jīng)過原點(diǎn).是什么原因呢？引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的思考和探索.

利用位移傳感器得到的s-t圖象、v-t圖象來分析得到小車運(yùn)動(dòng)的加速度，提高實(shí)驗(yàn)的精度.（如圖8）

利用光電門來代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，增加實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度.在通過調(diào)節(jié)軌道一段高度，來平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生真正做到了精益求精.實(shí)驗(yàn)探究過程認(rèn)真細(xì)致.以下是輕推小車，軌道上先后兩光電門測(cè)定的通過時(shí)間.學(xué)生經(jīng)過一次次嘗試做到了十萬分之一秒的實(shí)驗(yàn)精度調(diào)零.（如圖9）

[TP8GW24.TIF，BP#]

3.3理論的修正，改良了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度

利用理論修正消除F

[JB（{]F=Ma，mg-F=ma，[JB）]F=[SX（]M[]M+m[SX）]mga=[SX（]v22-v21

4通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)新問題，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)選修課合作探究活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)目的有了新的認(rèn)識(shí).實(shí)驗(yàn)課程得到了課外延伸.小組內(nèi)同學(xué)通過實(shí)踐探索，引發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究的興趣，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)提出了新問題，新方案.

例如：學(xué)生得到的a-F圖象基本都不在一條直線上，存在誤差比較大.什么原因？學(xué)生就會(huì)嘗試減小實(shí)驗(yàn)誤差的操作方法，實(shí)驗(yàn)的態(tài)度就會(huì)得到改善.學(xué)生提出了許多造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因：（1）實(shí)驗(yàn)前要讓砝碼盤晃動(dòng)造成拉力的大小不恒定；（2）墊板因小車的碰撞有移動(dòng)造成板傾角變化，平衡摩擦力遭破壞；（3）木板不平整造成位移傳感器記錄的v-t轉(zhuǎn)化圖不成線性，還增加了小車的阻力；（4）小車車輪是否完好；（5）摩擦阻力、空氣阻力造成的影響；（6）滑輪高度調(diào)節(jié)是否使與小車相連的繩子水平.平時(shí)容易被學(xué)生忽略的細(xì)節(jié)，學(xué)生都會(huì)去關(guān)注.這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無法激發(fā)的學(xué)習(xí)熱情.

在得不到教科書上的完美結(jié)果的情況下，學(xué)生有動(dòng)力去換取更好的數(shù)據(jù)分析點(diǎn)，設(shè)法去改良實(shí)驗(yàn)方法減小系統(tǒng)誤差影響.實(shí)驗(yàn)探究過程中有很多意外的收獲.學(xué)生在匯報(bào)課中的準(zhǔn)備過程中會(huì)陳述很多有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)講解.會(huì)把枯燥的實(shí)驗(yàn)操作通過有趣的自拍視頻講解展現(xiàn)給同學(xué)們.讓枯燥的實(shí)驗(yàn)課堂變得生動(dòng)和有趣.繁雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過學(xué)生熟練的計(jì)算機(jī)分析也變得井然有序，實(shí)驗(yàn)有誤差，但通過不斷地修正得到了越來越好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.實(shí)驗(yàn)探索過程真實(shí)，讓同學(xué)們體會(huì)到了科學(xué)家探索過程的艱辛.

實(shí)驗(yàn)選修課堂教學(xué)的過程是物理課堂的有利補(bǔ)充和延伸.學(xué)生通過自主合作實(shí)驗(yàn)探索過程，體驗(yàn)物理課堂的情感、經(jīng)驗(yàn)的交流、合作和碰撞的過程.要讓學(xué)生充分地體驗(yàn)、領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)過程，使認(rèn)知、能力、興趣得到變化和發(fā)展.