對粵教版物理教材“通過小球經(jīng)過兩個(gè)光電門得到v－t圖像”實(shí)驗(yàn)的商榷

林炎龍 周 勇

（華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006）

粵教版高中物理教材已使用了多年，筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高中物理（必修1）分冊第一章第6節(jié)“用圖像描述直線運(yùn)動”中的“通過小球經(jīng)過兩個(gè)光電門，得到v－t圖像”實(shí)驗(yàn)（教材第20～21頁）存在以下兩處值得商榷的地方，現(xiàn)寫此文以期與同行探討，共同提高.

1 實(shí)驗(yàn)探究表述不明確 學(xué)生疑惑多

小球沿著傾向斜鋁合金槽（或PVC線槽）向下滾動，如圖1所示.

在教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對此實(shí)驗(yàn)的目的以及探究過程感到難以理解，疑惑較多.站在一名教師的角度，筆者認(rèn)真研究了教材實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，我們不難知道編者的意圖是想通過數(shù)字計(jì)時(shí)器和兩個(gè)光電門的使用，得出小球沿斜面運(yùn)動通過B，C兩個(gè)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度、小球經(jīng)過兩個(gè)光電門之間的時(shí)間以及B，C之間的位移，然后根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表描繪“小球運(yùn)動的v－t圖像”，最后由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出勻變速直線運(yùn)動的物體在B，C兩點(diǎn)之間的平均速度等于其初速度與末速度之和的一半.

圖1 小球沿斜槽向下滾動

但是，教學(xué)的對象是學(xué)生，教材的編寫更重要的是考慮高一學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn).筆者歸納學(xué)生的困惑，學(xué)生難以理解的地方主要有：

（1）本實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)要求過多，容易讓學(xué)生產(chǎn)生困惑.比如教材中“表1－6－2小球經(jīng)過兩個(gè)光電門實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表”（如表1）中的“小球經(jīng)過兩個(gè)光電門之間的位移s”項(xiàng)目是如何測量出來的？小球經(jīng)過兩個(gè)光電門的速度是采用求得（D為小球的直徑），這種平均速度代表瞬時(shí)速度的思想學(xué)生容易理解嗎？會不會認(rèn)為不夠精確呢？光電門發(fā)射的紅光與PVC線槽之間的距離應(yīng)該與小球的半徑相等，學(xué)生會理解到嗎？

表1 小球經(jīng)過兩個(gè)光電門實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

（2）結(jié)合表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生注意到表中“小球經(jīng)過光電門B的瞬時(shí)速度”是恒定不變的，可能學(xué)生會有這樣的疑問：測量B的瞬時(shí)速度意義何在？不如直接以小球運(yùn)動起始位置計(jì)算更好？后者實(shí)驗(yàn)操作和作圖都比較方便，也有利于利用圖像直接推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動的平均速度公式.筆者認(rèn)為，編者可能考慮到勻變速直線運(yùn)動初速度不為零的一般性意義，但綜合比較實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)作圖、實(shí)驗(yàn)誤差等方面，兩種初速度位置的選取方式，孰優(yōu)孰劣還有待進(jìn)一步討論.

2 探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表與v－t圖像不匹配 學(xué)生難以理解

細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)，教材中“表1－6－2小球經(jīng)過兩個(gè)光電門實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表1）與“圖1－6－6小球運(yùn)動的v－t圖像”（如圖2）是不匹配的、不科學(xué)的.教材的設(shè)置容易讓學(xué)生產(chǎn)生以下難以理解的方面.

圖2 小球運(yùn)動的v－t圖像

（1）v－t圖像的橫縱坐標(biāo)物理量和單位沒有具體標(biāo)明.觀察圖2，學(xué)生會產(chǎn)生這樣的疑問，這里橫坐標(biāo)“t12”是什么物理意義呢？是時(shí)間的一半嗎？就算是時(shí)間的一半，也是錯(cuò)誤的.數(shù)據(jù)的單位又是什么呢？但是教材并沒有具體給出.此外，為什么橫縱坐標(biāo)值不標(biāo)在坐標(biāo)軸上，而要在另外的兩個(gè)分別平行于坐標(biāo)軸的直線上標(biāo)出呢？這樣容易讓學(xué)生找不出準(zhǔn)確的縱軸截距，并且錯(cuò)誤性地讀出初速度值.

（2）表1的5組數(shù)據(jù)跟圖2的7個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)完全不匹配.這樣的圖表，一方面導(dǎo)致學(xué)生在閱讀圖表的時(shí)候難以理解、不知所然；另一方面容易讓學(xué)生產(chǎn)生是否編者捏造數(shù)據(jù)的嫌疑，對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度不利.

（3）勻變速直線運(yùn)動的平均速度公式固然可以由教師引導(dǎo)學(xué)生“由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以發(fā)現(xiàn)”，但是在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生自己往往難以發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律，最終導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像的剝離，變成一味公式的記憶，而不是方法的掌握.既然做出了小球運(yùn)動的圖像，本節(jié)也是學(xué)習(xí)用“圖像法”描述直線運(yùn)動，那么為什么不引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)成的圖像來推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動平均速度公式呢？比如直接利用圖像與橫軸的梯形面積除以時(shí)間即可求出小球平均速度，或者是做梯形中位線的方法來得出勻變速直線運(yùn)動的平均速度公式.

3 總結(jié)與建議

粵教版課本原版是沒有“通過小球經(jīng)過兩個(gè)光電門，得到v－t圖像”這一部分內(nèi)容的，那再版時(shí)加入此部分內(nèi)容的目的是什么呢？利用傳統(tǒng)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線規(guī)律，雖然過程繁瑣、數(shù)據(jù)處理麻煩，但是由于整個(gè)過程學(xué)生親身體驗(yàn)，學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)探究的原理和步驟都比較熟悉，也有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力；人教版物理（必修1）教材第二章第一節(jié)也介紹了“用計(jì)算機(jī)繪制v－t圖像”的方法，其利用Excel軟件的強(qiáng)大圖表功能，簡單快速地做出了運(yùn)動物體的速度圖像.可見，傳統(tǒng)和現(xiàn)代的方法各有千秋，只要運(yùn)用得當(dāng)都可以幫助課堂教學(xué).最后，筆者寫這篇文章的目的在于：通過學(xué)術(shù)討論，使這套富有特色的粵教版物理教材變得更加嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，也想使廣大教師在使用中引起注意，引導(dǎo)學(xué)生更高效地使用教材.

1 薛超.再論教材中一道練習(xí)題的解答.物理教師，2006，27（4）

2 閆智慧.對滬科版教材中三處問題的商榷.中學(xué)物理教學(xué)參考，2009（12）：10～11

3 劉巖.對物理新教材兩個(gè)約定的商榷.教學(xué)與管理，2008（7）：031