以《曲線運動》實驗改進為例談教材實驗的二次開發(fā)お

徐榮婧

圍繞新課改理念，物理教材對很多教學內(nèi)容作出大幅度的調(diào)整，但是教師在教學中，依然不能照本宣科，而應(yīng)該從教學實際出發(fā)，對相關(guān)內(nèi)容進行適當改進.筆者在教學過程發(fā)現(xiàn)，有些教材所設(shè)計的實驗效果并不好，因此，物理教師要開動自己的創(chuàng)造性思維，根據(jù)實際做出改進.以下筆者以《曲線運動》一節(jié)的實驗改進為例談?wù)勛约旱南嚓P(guān)認識和思考.

《曲線運動》出現(xiàn)在人教版的高中物理新課程教材必修2的第五章第一節(jié).這一節(jié)內(nèi)容，有兩項探究任務(wù)要進行：（1）探究物體進行曲線運動時速度方向的確定；（2）探究物體進行曲線運動的條件.針對這兩項探究內(nèi)容，教材對應(yīng)安排了兩組實驗，基本裝置結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示.這兩組實驗的器材很容易獲得，操作也非常簡便.但是筆者觀摩了多節(jié)圍繞該課題開設(shè)的公開課，教材實驗開展的結(jié)果差強人意.這也引起了筆者的思考，怎樣來對實驗進行改進呢？

1 對第一組實驗的改進

教材第一組實驗的不足：該實驗的最大問題是實驗結(jié)果不夠直觀，小球在管道中進行曲線運動，撤去后一部分管道，小球沿軌跡切線方向飛出，理論上沒有任何問題.實際教學中，筆者發(fā)現(xiàn)小球從切線飛出是一個短暫的過程，學生根本來不及把握這一瞬間，更不要說去分析出射速度方向和軌跡的關(guān)系.

改進思路分析：本實驗的改進方向在于，操作過程中如何讓小球的運動軌跡能呈現(xiàn)出來？筆者認為，在原有器材不大做改動的前提下，可以讓小球涂抹上一些墨水后來進行實驗，不就可以讓滾動的小球在紙上留下印記嗎？具體操作時，筆者還發(fā)現(xiàn)這樣一些細節(jié)：（1）不能先將墨水涂抹在小球上再實驗，因為這樣墨水全部會消耗在小球位于管道內(nèi)部的滾動過程，出來時已經(jīng)留不下痕跡了，所以可以在管道出口處涂上適當?shù)哪沟眯∏蛟谄渖辖?jīng)過時，能粘上一些，然后自然就會在出射后留下印記；（2）小球的材料要注意選擇，不能選用有著光亮鍍膜的小球，因為它不容易和墨水發(fā)生浸潤現(xiàn)象，沾不上墨水，可以選用一些親水性材質(zhì)的小球來完成實驗.

實驗器材 PVC塑料管一根（將其彎折成圖1的形狀，后半截（圖示AB段）鋸斷后，仍用膠布和前端固定在一起）；白紙一張（用于記錄運動軌跡）；小球一個（曲線運動的發(fā)生載體）；滴管或者棉簽一根（在管口涂抹墨水之用）；墨水一瓶（也可以選用粘稠度更高的墨汁，它更容易附著在小球表面）；小型傾斜軌道一架（用于提供小球運動的初速度）；記號筆一支.

實驗過程：整個實驗在實物展臺上進行，通過投影可以讓學生看到演示的整個過程.基本步驟如下：

①將PVC彎管放在白紙上，傾斜軌道架設(shè)在PVC彎管的端口處；

②將小球從傾斜軌道上釋放，讓其進入軌道運動，則可說明，小球的運動軌跡由彎管的形狀決定.

③用記號筆描出彎管的形狀即記錄下完整運動的軌跡.（該步驟也可事先準備好，可將墨水涂抹在彎管表面，用白紙拓下彎管的形狀即可，實驗之初，將彎管正好疊放在白紙上，挪開彎管即顯示出完整軌跡.）

④撤掉已經(jīng)鋸斷的后半截軌道，用滴管將墨水滴在小球出口.

⑤讓小球從傾斜軌道釋放，讓其沿剩余管道運動，最終小球從出口出來時，會因為粘上墨水而在白紙上留下印記.

⑥請學生對比小球出射后的運動軌跡和原有完整軌跡，并進一步聯(lián)系物體進行曲線運動時速度方向的猜想進行討論和總結(jié).

2 對第二組實驗的改進

教材第二組實驗的不足：在筆者觀摩的很多公開課中，該實驗都被安排為學生實驗：一個同學將鐵球釋放，讓其在桌面上做直線運動，另一同學手持磁鐵在途中給小球施加吸引力，從而使小球發(fā)生運動軌跡上的變化，進而讓學生驗證物體曲線運動發(fā)生條件的相關(guān)猜想.該實驗的不足在于，學生的參與程度不夠充分，磁鐵給小球提供的力是看不見的，而且比較小，手持磁鐵的同學無法感受到力的存在，只是根據(jù)已有經(jīng)驗來判斷而已.

改進思路分析：讓學生直接參與力的提供，自主感受一下，提供力的結(jié)果會給物體的運動發(fā)生怎樣的影響.筆者在教學中，進行了這樣的改進性設(shè)計，一同學手持瓶子，緩緩倒水（如圖3所示）；另外一個同學從水流的側(cè)面進行吹氣（如圖4所示），以此方式直接提供作用力，這樣力大小、方向全有學生自己來控制，屬于直接體驗.

實驗器材：塑料瓶子一只（容量適當?shù)囊话泔嬃掀孔蛹纯桑磺逅舾?

實驗過程：該實驗可有學生分組進行，提高學生科學探究活動的參與程度.相關(guān)器材也可由學生自備，以此表明物理探究活動的工具就在自己的身邊.具體步驟如下：①一同學將灌滿清水的瓶子舉高到一定高度，慢慢將瓶口傾斜，使水緩緩流 [LL]出.

②待水流穩(wěn)定時，讓另外一個同學從水流的側(cè)面吹氣，從中觀察水流軌跡變化.

③學生對應(yīng)物體發(fā)生曲線運動條件的有關(guān)猜想，進行規(guī)律的總結(jié)和歸納.

3 實驗改進過程的相關(guān)思考

在從“應(yīng)試教育”向“素質(zhì)教育”轉(zhuǎn)軌的今天，物理實驗教學的地位日漸提高，如何在我國現(xiàn)有的條件下發(fā)揮物理實驗在中學物理教學中的作用，利用課堂實驗來激發(fā)學生的學習興趣，啟發(fā)學生的思考，培養(yǎng)學生的實踐精神和創(chuàng)新意識，提高學生的探索能力，需要在教學實踐中不斷探索、改進與創(chuàng)新.作為課改工作的實踐者，在進行教學設(shè)計時，教師要聯(lián)系學生的實際、聯(lián)系教學條件進行物理教材的二次開發(fā)，在課程標準的大框架下對教材內(nèi)容適當取舍，積極改進，以提出最能為學生物理知識構(gòu)建服務(wù)的教學設(shè)計，在具體的改進和二次開發(fā)的過程中可以從如下幾個方面入手：

（1）在實驗設(shè)計上，我們更應(yīng)該選用學生生活中觸手可及的物品來和學生共同進行實驗探究，通過器材選擇、實驗思路等方面的創(chuàng)新來縮短學生和物理探究活動的距離，點燃他們物理探究的激情，提高物理教學的效率，這也是我們改進實驗的目的，更是我們改革教學的方向.

（2）教師邊教邊演示與學生邊實驗邊學相結(jié)合，教師可通過演示實驗為學生起示范作用，這是變學生觀察主體為實驗主體、激發(fā)學生實驗興趣和更好地培養(yǎng)學生的實驗技能和獨立研究物理問題能力的有效渠道.因此在課堂實驗教學中要讓學生積極參與，在親身觀察體驗和操作中，加深理解物理現(xiàn)象和規(guī)律，并學習一些實驗操作方法，為自己實驗奠定基礎(chǔ).

（3）變部分教師驗證性演示實驗為學生探究性實驗，驗證性實驗是指對研究對象有了一定了解，并形成了一定認識或提出了某種假說，為驗證這種認識或假說是否正確而進行的一種實驗.它以訓(xùn)練學生的實驗技能、驗證基本理論原理為主要目標，如注重培養(yǎng)學生的使用和裝配儀器、實驗操作、實驗觀察、實驗記錄、數(shù)據(jù)處理和計算等技能，因此在實際的教學中，強調(diào)操作技能的程序化和規(guī)范化.