探究性實驗教學(xué)設(shè)計

1 設(shè)計思想

探究學(xué)習(xí)是《普通高中物理課程標準》所倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式，因為這種學(xué)習(xí)方式能讓學(xué)生經(jīng)歷類似于科學(xué)家探索未知世界而做出創(chuàng)造、發(fā)明的歷程，讓學(xué)生在實踐的矛盾和問題中去體驗、磨礪，使其知識和能力在積極參與、思維碰撞中得到自主建構(gòu)。

教師以測量重力加速度作為一個平臺，充分放手讓學(xué)生設(shè)計出不同的測量方法，進行自我發(fā)現(xiàn)，這就是探究過程。讓學(xué)生提出實驗方案、動手操作、總結(jié)經(jīng)驗、表達思想、自我評價，通過對知識內(nèi)容過程的自主建構(gòu)，使學(xué)生的思維得到拓展，學(xué)會新的方法，領(lǐng)悟創(chuàng)造技巧，享受勞動成果。

在探究實驗教學(xué)的過程中，教師具有不可替代的主導(dǎo)作用。教師的主導(dǎo)體現(xiàn)為：設(shè)疑——創(chuàng)造情境，引發(fā)疑問；引思——激發(fā)思考，點撥思路；控制——適當控制時間和進度；提煉——把探究成果提煉出來供全體學(xué)生共享；呵護——呵護學(xué)生的情感變化，給予關(guān)愛。

2 教學(xué)目標

2．1 知識與技能

①理解g的物理意義；

②回顧包含g的物理表達式及意義；

③進一步掌握實驗儀器的正確使用；

④培養(yǎng)學(xué)生的表達能力。

2．2 過程與方法

①通過探究活動，領(lǐng)悟測定性實驗的一般設(shè)計思想；

②通過設(shè)計和創(chuàng)造性活動，學(xué)習(xí)測定g值的各種方法。

2．3 情感、態(tài)度與價值觀

①體會創(chuàng)造性思想及方法在探究中的產(chǎn)生；

②知道研究天體的運動規(guī)律并不神秘，體驗探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅；

③理解測量在認識自然過程中的價值，強化測量意識。

3 實驗儀器

3.1 準備器材

鐵架臺(鐵夾)、鐵質(zhì)擺球、磁鐵、秒表、電火花打點計時器、電磁打點計時器、紙帶、天平、彈簧秤、鉤碼、質(zhì)量不同的重錘、米尺、毫米刻度尺、游標卡尺，長木板等。

3.2 準備器材的思路

(1)盡可能滿足更多實驗方案的需要；

(2)同種實驗器材提供不同的類型，以供學(xué)生選擇和鑒別。

4 教學(xué)程序

4．1 你想知道什么——探究愿望

創(chuàng)設(shè)情境：視頻展示“阿波羅”號上的宇航員阿姆斯特朗在月球上行走的情景。

問題：同學(xué)們想從中知道些什么?其中有什么值得我們?nèi)ヌ骄康哪?

學(xué)生可能會提出以下想知道的問題：(1)月球上有氧氣和水嗎?人能在上面生存嗎?(2)人的重力是否會發(fā)生變化？為什么會發(fā)生變化?變化了多少?(3)為什么人在月球上跳起來很輕松，人在地球上和月球上能跑一樣快嗎?……

在學(xué)生提出問題時，教師要注意兩點，一要適當點撥，用于打開學(xué)生思路，以免學(xué)生沒問題。例如，教師提示：將月球和地球進行類比；二要正確引路，防止學(xué)生問題漫無邊際，浪費時間。在此基礎(chǔ)上，教師提出這節(jié)課的研究方向：不同天體的重力加速度g值是不同的，如何測定天體的g值呢?

4．2 你想怎么做——探究思考

教師因勢利導(dǎo)，適時指出：在物理學(xué)中，有些物理量不是直接用儀器測量出來的，而是通過測量其它物理量后計算出來的，如R=UI。在測量g之前，請學(xué)生們思考哪些表達式中含有物理量g，并分組討論。比一比，在3分鐘內(nèi)哪組寫出的表達式最多。

學(xué)生寫出的表達式可能有：

①G=mg，②h=12gt2， ③T=2πl(wèi)g，④GMmR2=mg， ⑤Δs=gT2……

教師引導(dǎo)指出：每一個公式原則上都可以作為測量g值的原理。但在實驗室中容易操作，并且測量精度較高的是依據(jù)Δs=gT2、T=2πl(wèi)g兩式。教師此時可以要求學(xué)生以這兩個實驗為模型，簡化實驗數(shù)據(jù)處理，直接從“重力加速度尺”(刻度尺)上讀

出g值，從“重力加速度表”(秒表和表格)中讀出g值。

課堂生成預(yù)測：

(1)“重力加速度尺”的設(shè)計

利用打點計時器測定重力加速度。用打點計時器(頻率為50Hz)打出物體自由下落的紙帶，取0.1秒(每隔5點取一計數(shù)點)作為時間單位，根據(jù)Δs=gT2可得，g=ΔsT2=Δs0.12=100·Δs。若Δs的單位是cm，則g=Δs，所以用毫米刻度尺測得Δs的值(單位為cm)等于g值。那么將毫米刻度尺的單位cm換成m／s2，毫米刻度尺就成為“重力加速度尺”。

(2)“重力加速度表”的設(shè)計

利用單擺測定重力加速度。取擺長為1．01m，用秒表測出單擺做50次全振動所用的時間t，則g=4π2lT2=4×9.87×1.01(t50)2=105t2。

設(shè)計如下表格（圖一）：根據(jù)上式計算出與每一個t值對應(yīng)的g值填入表格中，所以在實驗中只要從秒表上讀出時間t，就可以在表格中查出對應(yīng)的g值。

圖一 重力加速度表

此表可以運用EXCEL軟件進行細化處理：A列為時間t值，B列為重力加速度g值。在A1和A2單元格中分別輸入不同的t值(根據(jù)需要設(shè)置數(shù)值，若g不能超過100m／s2，則t值可以從30s開始設(shè)置，兩數(shù)字差值越小越精確。)，選中A1、A2單元格，鼠標放在A2單元格的右下角，當出現(xiàn)實心的“+”時按住鼠標左鍵往下拖。在B1單元格中輸入“=100000／(A1*A1)”，按回車鍵，則在B1單元格中出現(xiàn) 對應(yīng)A1的g值；鼠標放在B1單元格的右下角，當出現(xiàn)實心的“+”時按住鼠標左鍵往下拖。這樣，B列的一系列g(shù)值就對應(yīng)A列的一系列的t值。根據(jù)單擺實驗，利用秒表和上述表格就可以直接讀出重力加速度的值。

4．3 你來做一做——探究實踐

(1)學(xué)生制作“重力加速度尺”和“重力加速度表”，并測量地球的重力加速度g值，驗證其準確性；

(2)如何構(gòu)建不同重力加速度的天體模型和測量模擬天體的重力加速度值gx呢?模擬天體構(gòu)建預(yù)測：①小車帶動紙帶沿光滑斜面向下運動(gx=gsinθ)；②帶電擺球，放在豎直方向的電場中；③單擺放在水中；④磁性擺球放在豎直方向的磁場中……討論實驗的可操作性。

學(xué)生分組實驗：將小組編號，每組交流g值的測量方案和實驗過程，教師和學(xué)生共同評價。

4．4 你怎樣表達——探究結(jié)論

學(xué)生能熟練而靈活地表達實驗結(jié)論也是一種能力，表達的方式有：文字、語言、公式、圖表、圖象等。讓每一小組的代表敘述方案的設(shè)計思想、操作過程、實驗結(jié)果，有什么需要改進，還想怎么做，課后還有什么值得探究等等。

4．5 你有何感想——探究評價

經(jīng)過探究獲得成果后，學(xué)生的成就感難于言表，這時教師趁熱打鐵，讓學(xué)生談感想、談心情、談收獲、談教訓(xùn)、談遇到的困難、談學(xué)到的方法，充分讓學(xué)生體會探究的快樂，理解知識的內(nèi)在邏輯魅力以及產(chǎn)生的美感。最后，教師建議將這一研究成果提供給中華人民共和國國家航天局，并委托“神州n號”飛船的宇航員，到達x星球后，用我們設(shè)計的“重力加速度尺”和“重力加速度表”來測定該星球表面的重力加速度。

5 教學(xué)反思

中學(xué)物理的核心理念是以學(xué)生為本，讓學(xué)生主動參與、體驗和感悟科學(xué)探究的過程和方法；體會成功的喜悅；激發(fā)他們持久的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望；并在探究實踐的過程中培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，逐步實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變；使學(xué)生逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、善于交流、樂于合作、勇于實踐的科學(xué)態(tài)度。因此教師在實驗教學(xué)的過程中，不拘泥于教材上實驗的內(nèi)容，善于設(shè)計開放型實驗，引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究。

(欄目編輯鄧 磊)

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”。