創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 體驗(yàn)過程

杭慶祥

摘 要：高中物理對抽象思維和數(shù)理的要求不斷提高，教師用生活中、課堂上的小物件來做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生動(dòng)一動(dòng)手的意識(shí)卻不是那么強(qiáng)烈。但在課堂上讓學(xué)生用身邊的物件動(dòng)一動(dòng)手，來解決重難點(diǎn)問題，由于情景的需要和急迫，場景的真切和親切，往往使學(xué)生眼前一亮，使課堂教學(xué)變得異常鮮活。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；探究；體驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）4-0033-4

意義學(xué)習(xí)發(fā)生在真實(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)中，這是建構(gòu)主義理論對學(xué)習(xí)的四點(diǎn)共識(shí)之一。高中物理由于抽象思維和數(shù)理要求的不斷提高，教師用生活中、課堂上的小物件來做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生動(dòng)一動(dòng)手的意識(shí)已不是那么強(qiáng)烈。但多年的教學(xué)實(shí)踐讓筆者認(rèn)識(shí)到：高中物理教學(xué)中需要且能夠“信手練來”，用“瓶瓶罐罐”做實(shí)驗(yàn)，使物理問題真實(shí)再現(xiàn)的情況還是非常多的。而且，正是由于情景的急迫和需要，場景的真切和親切，往往使學(xué)生眼前一亮，課堂教學(xué)變得異常鮮活，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)探究。下面以人教版必修2第五章第一節(jié)《曲線運(yùn)動(dòng)》為例探討筆者的一些做法和體會(huì)。

1 《曲線運(yùn)動(dòng)》教材及學(xué)情分析

2010年第三版必修2（人教版）第五章《曲線運(yùn)動(dòng)》的內(nèi)容較2007年第二版有了較大的變化，將2007年第二版第五章第一節(jié)《曲線運(yùn)動(dòng)》和第二節(jié)《質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)》兩節(jié)合并為新版第一節(jié)。從知識(shí)內(nèi)容上講，將對曲線運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)、如何描述和研究方法合為一節(jié)。 第三版教材內(nèi)容與之前的教材相比，知識(shí)融合于問題情境中（飛機(jī)飛行和紅蠟塊運(yùn)動(dòng)），降低了運(yùn)動(dòng)合成和分解（第二版和第三版教材均不提這樣的概念）的要求，但也堆砌了難度。曲線運(yùn)動(dòng)物體速度的方向，對初次研究運(yùn)動(dòng)方向變化的學(xué)生而言，是不容易琢磨明白的，同時(shí)用分運(yùn)動(dòng)來研究曲線運(yùn)動(dòng)的方法更是需要學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變，難上加難。而突破這些困難最有效的方法就是增加學(xué)生的感性體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)過程

2.1 用藝術(shù)體操中的小皮球代替鏈球引入對速度方向的探討

本節(jié)課對速度方向研究的引入非常關(guān)鍵，因?yàn)樗俣仁菍W(xué)生非常熟悉的物理量，對于進(jìn)一步研究速度的原因，學(xué)生沒有心理準(zhǔn)備。因此，引人入勝、激發(fā)求知欲的引入就非常重要。本節(jié)課筆者用小皮球代替鏈球當(dāng)堂演示，如圖1所示。

（1）提出問題：鏈球運(yùn)動(dòng)到正前方時(shí)放手好嗎？

（2）實(shí)驗(yàn)探究1：

學(xué)生演示：鏈球運(yùn)動(dòng)到正前方時(shí)放手。

（3）學(xué)生猜想：鏈球運(yùn)動(dòng)到什么位置放手好？

（4）實(shí)驗(yàn)探究2：

學(xué)生演示：鏈球運(yùn)動(dòng)到側(cè)前方時(shí)放手。

（5）播放視頻：鏈球運(yùn)動(dòng)員比賽中拋球瞬間。

（6）提出問題：為什么運(yùn)動(dòng)員要在側(cè)前方放手鏈球？

用此小實(shí)驗(yàn)引入對速度方向的研究，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主探究的欲望，也自然進(jìn)入了軌跡是曲線的速度方向的研究。

2.2 用膠帶做實(shí)驗(yàn)體會(huì)曲線運(yùn)動(dòng)速度方向

膠帶是每個(gè)學(xué)生都有的，拉出一段，纏繞一兩圈作一固定，要求學(xué)生拉住一端使之在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)（稍慢一些）并突然放手，如圖2所示。

觀察并思考：

（1）放手的位置不同，飛出去的方向相同嗎？

（2）沿什么方向飛出？

（3）說明了什么？ （由于慣性，保持原來的運(yùn)動(dòng)方向）

2.3 自制軌道研究軌跡是任意曲線的曲線運(yùn)動(dòng)速度方向

教材上由幾段稍短的圓弧形軌道組合而成的軌道太過專業(yè)，目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中沒有這樣的裝置，教學(xué)中筆者用較粗的導(dǎo)線自制了幾十個(gè)形狀不同的彎曲軌道來探究鋼球離開軌道時(shí)的速度方向是怎樣的，以及該方向與軌道（曲線）有什么關(guān)系，如圖3所示。

（1）在白紙上描出導(dǎo)軌的形狀。

（2）給小球一初速度，讓小球沿軌道運(yùn)動(dòng)，直至出導(dǎo)軌，在白紙上畫出小球飛出導(dǎo)軌時(shí)的方向。

（3）用投影儀展示小球沿各種不同曲線運(yùn)動(dòng)的飛出方向。

（4）討論并歸納：曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向。

一些老師制作了非常精致的演示教具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)效果也很好。但是，若讓學(xué)生親自體驗(yàn)一下，教學(xué)效果更好。

2.4 體驗(yàn)一個(gè)真實(shí)的不相同的幾條直線上的運(yùn)動(dòng)合成問題

在同一直線上的運(yùn)動(dòng)的合成問題，我們可通過學(xué)過的“小船的順?biāo)湍嫠叫袉栴}”“傳令兵從隊(duì)尾到隊(duì)首的傳令問題”及“人在勻速運(yùn)動(dòng)火車上的運(yùn)動(dòng)問題”等實(shí)際問題讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解。

不在一條直線上的運(yùn)動(dòng)合成問題，我們常通過“工廠中的行車”“有風(fēng)的時(shí)候空中下落的降落傘”等例子讓學(xué)生認(rèn)識(shí)速度的合成，但這些例子還是離學(xué)生的生活遠(yuǎn)了些，學(xué)生缺少體驗(yàn)?！跋瀴K實(shí)驗(yàn)”更是教師在“演示”，學(xué)生難以感悟。為此，筆者設(shè)計(jì)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)一個(gè)真實(shí)的不在一條直線上的運(yùn)動(dòng)合成問題。

如圖4，桌面上放一張16K白紙，用膠帶固定，一長刻度尺與白紙垂直放置，甲同學(xué)準(zhǔn)備用筆沿刻度尺豎直向上勻速畫直線，乙同學(xué)準(zhǔn)備勻速向右推動(dòng)刻度尺（早期采用的是勻速拉動(dòng)白紙，但需解釋相對運(yùn)動(dòng)得到筆對白紙的運(yùn)動(dòng)，而推動(dòng)刻度尺時(shí)筆的運(yùn)動(dòng)完全對“紅蠟塊”“小船過河”等后面需要討論的問題前后呼應(yīng)）。

（1）實(shí)驗(yàn)1：乙同學(xué)不動(dòng)，甲同學(xué)用筆沿刻度尺勻速畫線，白紙上留下什么軌跡？

（2）實(shí)驗(yàn)2：甲同學(xué)不動(dòng)，乙同學(xué)勻速推動(dòng)刻度尺，白紙上留下什么軌跡？

（3）實(shí)驗(yàn)3：讓兩同學(xué)閉上雙眼，甲同學(xué)用筆沿刻度尺勻速畫線的同時(shí)，乙同學(xué)勻速推動(dòng)刻度尺，白紙上留下什么軌跡。

此實(shí)驗(yàn)還可以這樣做：桌面上固定放一張16K白紙，一長刻度尺與白紙傾斜放置，如圖5所示，一學(xué)生準(zhǔn)備用筆沿刻度尺勻速畫直線，另一學(xué)生準(zhǔn)備勻速推動(dòng)刻度尺，讓所有學(xué)生閉上雙眼，開始實(shí)驗(yàn)。

因?yàn)閮蓪W(xué)生在紙的拉動(dòng)和筆的運(yùn)動(dòng)上不可能控制為理想的勻速運(yùn)動(dòng)，多數(shù)學(xué)生畫出的圖線也不是上圖的理想的直線，但關(guān)鍵是讓學(xué)生真真切切地體會(huì)到“兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)”及“兩個(gè)運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)情形”，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對學(xué)生來講是震撼的。學(xué)生也容易體會(huì)并研究：這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)與物體真實(shí)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。并由此遷移類比到對玻璃管中蠟塊運(yùn)動(dòng)的研究。

2.5 變定性觀察玻璃管中蠟塊運(yùn)動(dòng)為定量探究實(shí)驗(yàn)

根據(jù)多年的教學(xué)體會(huì)，學(xué)生在學(xué)習(xí)這一內(nèi)容的困惑在于：一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)可以通過兩個(gè)已知的分運(yùn)動(dòng)來確定。如果直接講運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理，學(xué)生就可能永遠(yuǎn)不會(huì)明白，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)應(yīng)是解決這一問題的較好途徑。為此，在教學(xué)中筆者把教材安排的研究內(nèi)容，玻璃管中蠟塊運(yùn)動(dòng)定性觀察實(shí)驗(yàn)改為定量探究實(shí)驗(yàn)。具體做法如下：

問題1： 如圖6，玻璃管長為90 cm，保持靜止，紅蠟塊由玻璃管的一端以速度vy沿管勻速地豎直向上運(yùn)動(dòng)，試測出其速度vy。

實(shí)驗(yàn)1：測量紅蠟塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t， 求得vy=________3.6 cm/s。

問題2：測玻璃管水平運(yùn)動(dòng)的速度vx。

實(shí)驗(yàn)2：測量玻璃管勻速從黑板上的坐標(biāo)原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)x=60 cm處的時(shí)間t，并且求得水平速度vx=_________cm/s。至今，還是教師拿著玻璃管水平移動(dòng)，誤差較大，但相比不定量的實(shí)驗(yàn)效果好。

實(shí)驗(yàn)3：描繪出蠟塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，確定t時(shí)刻蠟塊的位置。

在黑板建好直角坐標(biāo)系，教師推著玻璃管向右勻速運(yùn)動(dòng)，由一學(xué)生報(bào)數(shù)，另一學(xué)生每隔2 s用粉筆在黑板上標(biāo)記出蠟塊位置，位置及連線如圖7所示。

學(xué)生非常驚奇地再次看到紅蠟塊是沿斜向上的直線運(yùn)動(dòng)的。不光如此，我們可利用水平分速度vx和豎直分速度vy及時(shí)間t計(jì)算理論上A點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）：

x=vxt

y=vyt

再測量圖中A點(diǎn)的坐標(biāo)值，會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算值與測量值非常接近，雖然沒有直接講解運(yùn)動(dòng)的合成與分解，但學(xué)生已深深地體會(huì)到物體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)可用已知的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)求解。接下來再用分運(yùn)動(dòng)來研究物體的位置、位移和速度就變得自然和流暢。

此實(shí)驗(yàn)使玻璃管水平勻速向右運(yùn)動(dòng)有很大困難，教師課前要反復(fù)操練，若教材編寫者能提供這樣的儀器最好。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)誤差較大，但無論怎樣，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)比不做好，學(xué)生有恍然大悟的感覺。而且，從長遠(yuǎn)看，對整個(gè)曲線運(yùn)動(dòng)的教學(xué)（如小船渡河、平拋運(yùn)動(dòng)等問題）都將產(chǎn)生積極的影響。

此實(shí)驗(yàn)的另一做法是將試管放在氣墊導(dǎo)軌的滑塊上，這樣解決了玻璃管水平運(yùn)動(dòng)的勻速問題，但怎么描繪合運(yùn)動(dòng)的軌跡又是一大困難。而且，實(shí)驗(yàn)裝置過于復(fù)雜分散了學(xué)生的注意力，會(huì)降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。所以，仍需要對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步思考和改進(jìn)。

2.6 實(shí)驗(yàn)探究曲線運(yùn)動(dòng)的條件

方案一：用水滴研究曲線運(yùn)動(dòng)的條件。

（1）兩人一組，如圖8，將塑料瓶裝滿水，將瓶底和瓶蓋上開一小洞，讓水滴下。觀察水滴的自由落體運(yùn)動(dòng)并解釋。

（2）問題：如何讓下落的水滴做曲線運(yùn)動(dòng)？

（3）吹氣……

（4）小結(jié)，曲線運(yùn)動(dòng)的條件。

此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生人人參與，興趣盎然，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，使抽象問題形象化，充分體現(xiàn)了做中學(xué)的思想。

方案二：利用課本實(shí)驗(yàn)分組探究曲線運(yùn)動(dòng)的條件。

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有足夠多的小磁鐵和小鐵球，有條件將教材中研究曲線運(yùn)動(dòng)條件的演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。為此，設(shè)計(jì)了圖9所示的對比實(shí)驗(yàn)，較好地突破了難點(diǎn)。但磁鐵與小球距離和小球速度的控制非常關(guān)鍵。

3 綜述

大衛(wèi)·庫伯認(rèn)為“學(xué)習(xí)是一個(gè)以體驗(yàn)為基礎(chǔ)的持續(xù)的過程，在學(xué)習(xí)的過程中，只有通過積極體驗(yàn)、反思觀察，才能對事件的具體經(jīng)驗(yàn)逐漸抽象概念化?！北竟?jié)課在學(xué)生學(xué)習(xí)困難之處都設(shè)計(jì)了動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，而且，就用學(xué)生身邊的小物件做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦，主動(dòng)探究，教學(xué)變得異常生動(dòng)和順利。實(shí)際上，在高中物理課堂教學(xué)中，很多時(shí)候我們都可以用身邊的小物件說明物理問題，動(dòng)手動(dòng)腦，這既應(yīng)成為一種習(xí)慣，也是豐富課程資源的需要。

參考文獻(xiàn)：

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