《力的合成》中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)的契合

蔣小禹

1教學(xué)設(shè)計(jì)

力的合成是解決力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)和工具，不管是普教課程還是職教課程中的《力的合成》，在力學(xué)中都有著相當(dāng)重要的地位。在課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，不管是采用探究式還是驗(yàn)證式，都要涉及到力合成平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)。

隨著現(xiàn)代數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的出現(xiàn)，力傳感器的使用使力的合成實(shí)驗(yàn)顯得高效、快速與明了。但是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單，課堂效果好且學(xué)生容易理解接受。直接放棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)又顯得過(guò)于高大上，如何使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有效契合，筆者做了如表1所示的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）介紹實(shí)驗(yàn)器材；

（2）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)步驟；

（3）指導(dǎo)學(xué)生按照學(xué)案中的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，教師巡回指導(dǎo)，糾正實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題；

（4）數(shù)據(jù)分析：指導(dǎo)學(xué)生用作圖法畫(huà)出分力的圖示，與合力的圖示進(jìn)行比較，初步得出感知，分力與合力可能滿(mǎn)足力的平行四邊形定則；

3.對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)：

（1）對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程操作進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（2）對(duì)每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。學(xué)生小組合作、討論、回答。然后把步驟寫(xiě)到學(xué)案后面報(bào)告中，按學(xué)案要求，小組合作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

把學(xué)生分組，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，按照教師預(yù)設(shè)的探究要求進(jìn)行，每組做不同的情況，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)教材進(jìn)行了處理。

驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)

得出

規(guī)律

用力傳感器代替彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)一步驗(yàn)證平行四邊形定則的正確性

1.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：

（1）介紹實(shí)驗(yàn)器材：數(shù)據(jù)采集器、力傳感器、筆記本電腦、朗威DISLab通用軟件、DISLab力的合成分解實(shí)驗(yàn)儀器、小細(xì)繩等。

（2）實(shí)驗(yàn)原理：分力與合力滿(mǎn)足平行四邊形定則。

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：組裝器材，把數(shù)據(jù)線通過(guò)數(shù)據(jù)采集器上接到電腦USB接口上，用細(xì)繩拉住力傳感器，在細(xì)繩的打結(jié)處向下方引出一根細(xì)繩，并掛上兩個(gè)鉤碼，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩盤(pán)，讀出角度，從電腦軟件中讀出數(shù)。

（4）實(shí)驗(yàn)分析：從電腦軟件中，可以直接讀出兩個(gè)分力的實(shí)測(cè)值，與軟件計(jì)算得出的兩個(gè)分力的理論值幾乎相等，誤差比較小，從而驗(yàn)證了平行四邊形定則的正確性。

2.實(shí)驗(yàn)分析：通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的探究性實(shí)驗(yàn)主要是因?yàn)檎`差的存在。

3.得出結(jié)論：力的合成滿(mǎn)足平行四邊形定則。互成角度的兩個(gè)力的合力，是用表示兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就表示合力的大小和方向。這就是平行四邊形定則。

兩名學(xué)生與教師一起參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，其他學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，并思考與書(shū)本實(shí)驗(yàn)的不同之處，總結(jié)規(guī)律。對(duì)書(shū)本的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，利用多種方法探究力的合成。用力的傳感器進(jìn)行力的合成實(shí)驗(yàn)，是利用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索思想。

2小結(jié)

從學(xué)生利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的自主探究，再利用先進(jìn)的朗威數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的師生共同驗(yàn)證，把做為難點(diǎn)的力的平行四邊形定則較好地推導(dǎo)得出。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代數(shù)字化先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)在整個(gè)過(guò)程中有了一個(gè)較好的契合，使整個(gè)課堂顯得既有歷史感與又有時(shí)代感。