平拋運動實驗的改進與思考

孫建中

物理的教學始終離不開實驗教學.作為教學活動的主導者，教師首先要對實驗在物理教學中的重要性有足夠的認識，其次要充分利用教材中已有的實驗資源，并能夠根據(jù)教學實際設(shè)計一些創(chuàng)新性的實驗.這種創(chuàng)新性的實驗設(shè)計可以是對教材已有實驗的改進，以解決個別實驗取材不易、操作不便、實驗效果不明顯等弊端；也可以是基于教學需要的全新設(shè)計，以彌補教材的不足，幫助學生構(gòu)建一些重要的物理概念和物理規(guī)律.下面，筆者結(jié)合《平拋運動》這一課例談談物理實驗創(chuàng)新的一點體會，以期與同行們交流切磋.

1倡導低碳理念，變廢為寶

利用身邊的日常生活用品做實驗是實驗教學改革的一個方向，這些實驗對學生來說會感到格外親切，讓學生深切地感受到科學的真實性，感受到科學和日常生活的緊密聯(lián)系.另外，利用自制的實驗儀器來演示實驗，大大增強了學生學習物理的興趣，促進了學生的自主學習、自主探究.

案例1在研究平拋運動規(guī)律時，如何通過實驗精確描繪平拋運動的軌跡是關(guān)鍵.但教材提供的參考方案都存在某些不足，如操作麻煩、誤差大、現(xiàn)象不夠直觀等等，這在一定程度上影響了課堂教學效果.近年來，有不少人探索出一些方法，如復寫紙法、小球打孔法等等，但效果也都不是很理想.筆者在教學時，利用注射器、鐵箍、橡皮筋等器材自制了一個描跡器（如圖1），在注射器上套上兩個帶有凹槽的相同的鐵箍，目的是增加注射器的重力，使得注射器在下落時，可以忽略空氣阻力.實驗時，注射器中注入紅墨水，將注射器放在滑軌上，兩鐵箍上的凹槽剛好卡在滑軌上，放手后，注射器沿滑軌滑下，離開滑軌后，注射器做平拋運動，在橡皮筋的作用下注射器活塞將紅墨水推出，在側(cè)面的白紙上留下平拋運動的軌跡（如圖2）.操作簡單，效果明顯.

物理來源于生活，服務于生活.我們教物理也要生活化，實驗不一定要到實驗室去做，實驗器材也不一定要用廠家生產(chǎn)的現(xiàn)成器材，利用我們?nèi)粘Ｉ钪械囊恍┪锲纷灾平叹哌M行實驗，解釋物理現(xiàn)象，揭示物理規(guī)律，這就是創(chuàng)新.

2改進實驗方案，推陳出新

教學過程中，教材提供的實驗方案并不一定是最佳方案.現(xiàn)成的實驗裝置與實驗方案在演示實驗現(xiàn)象、描述實驗結(jié)果等方面，都存在一定不盡人意的地方.在對實驗進行評價與論證的基礎(chǔ)上，要充分實現(xiàn)實驗的教學功能，我們就必須根據(jù)教學實際進行實驗的改進與創(chuàng)新.

案例2在探究平拋運動豎直方向的運動規(guī)律時，教材中提供的實驗方案是利用（如圖3）所示的實驗裝置或簡易的平拋豎落儀（如圖4），通過眼睛觀察或利用耳朵聆聽來判斷作平拋運動的小球與作自由落體運動的小球是否同時到地，從而推出平拋運動豎直方向的運動規(guī)律.這種方案簡單，易操作，但由于兩球落地時相距較遠，又由于兩小球落地要反彈，因此實驗可見度不高，可信度不強.筆者在教學時將實驗方案做了如下改進：在原來的實驗裝置上加裝了一電學回路（原理圖如圖5），如果平拋運動小球與自由落體運動小球同時落在兩個點觸開關(guān)1和開關(guān)2上，則電路接通，LED指示燈亮，我們只要通過觀察LED燈是否發(fā)光即可判定兩小球是否同時下落到同一高度，從而推斷出平拋運動小球在豎直方向的運動規(guī)律.實驗可視性強，效果好.

實驗的改進與創(chuàng)新除了實驗本身的價值以外，教師在實驗改進與創(chuàng)新活動中，體現(xiàn)的創(chuàng)造思想和行為，對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)產(chǎn)生的潛移默化作用是不可估量的，這也是實驗創(chuàng)新的獨特教育功能.

3接軌現(xiàn)代科技，如虎添翼

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化教育技術(shù)在物理實驗教學領(lǐng)域的應用日益廣泛，它不僅能模擬實驗，還可以利用相關(guān)軟件快捷準確地處理實驗數(shù)據(jù).用信息技術(shù)進行中學物理實驗輔助教學，是許多傳統(tǒng)教育無法比擬的.

案例3自從我校裝配了數(shù)字化實驗室后，筆者使用DIS二維運動實驗系統(tǒng)配套的實驗裝置（如圖6），來探究平拋運動規(guī)律，實驗操作步驟如下：

①二維運動接收器連接到計算機，點擊“二維運動實驗專用軟件”主界面上的實驗條目“平拋運動”；

②啟二維運動發(fā)射器的電源，將發(fā)射器置于平拋導軌水平端的邊緣，并使其與調(diào)零器吻合，點擊軟件“零點設(shè)置”；

③將二維運動發(fā)射器沿導軌向后水平移動3-6 cm，點擊“水平校準”，校準接收器的水平坐標；

④用釋放夾將二維運動發(fā)射器扣住，點擊“開始記錄”；

⑤扣動釋放夾，令二維運動發(fā)射器向下滾動，當二維運動發(fā)射器通過導軌末端的零點時，系統(tǒng)即開始自動定位發(fā)射器，并將其在二維平面內(nèi)的位置點數(shù)據(jù)上傳至計算機，在坐標系內(nèi)按照一定的時間間隔繪出其連續(xù)的位置點（如圖7）；

⑥發(fā)射器落地后，點擊“停止記錄”；（注意：應在二維運動發(fā)射器落地的區(qū)域設(shè)置柔性回收墊，以保護發(fā)射器！）；

⑦依次點擊“x”、“y”，可分別顯示x、y方向的分運動軌跡，點擊“二次擬合”，可對運動軌跡進行曲線擬合（如圖8）；

⑧點擊“加速度”，可計算平拋運動在豎直方向的加速度數(shù)值，并與當?shù)氐闹亓铀俣燃右员容^（如圖9）；

⑨點擊“數(shù)據(jù)導出”，可將實驗數(shù)據(jù)存為歷史數(shù)據(jù)或?qū)С鲋罞XCEL等軟件；

利用DIS系統(tǒng)直接擬合出平拋運動軌跡，并得到水平方向和豎直方向上的v-t圖像，通過圖像分析，平拋運動規(guī)律一目了然.

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，物理實驗與傳感器、數(shù)碼相機、智能手機等相結(jié)合，可以形成嶄新的方法和技術(shù).但是過分地依賴信息技術(shù)完成中學物理實驗教學，學生的許多能力得不到很好地培養(yǎng)，這確實是有利有弊，如何合理利用，取長補短，更好地搞好中學物理實驗教學，推進素質(zhì)教育發(fā)展，我們?nèi)沃囟肋h.

4開展實驗設(shè)計，學以致用

在學生掌握了一定基礎(chǔ)知識和基本實驗技能的基礎(chǔ)上，按照實驗目的和要求，根據(jù)已學的實驗原理和方法，設(shè)計出符合要求和具有創(chuàng)新思路的實驗，這也是對學生進行科學思維方法訓練，培養(yǎng)實事求是、獨立思考、開拓創(chuàng)新的一種有效途徑.

案例4筆者在探究得出平拋運動規(guī)律后，布置了一道合作探究題，利用所給的實驗器材（小鋼球、白紙、復寫紙、米尺等）估測小鋼球做平拋運動的初速度.學生每4人一組，根據(jù)所學的知識，自行設(shè)計實驗方案，獨立進行實驗操作，合作得出實驗結(jié)論.使學生的理論知識得到了鞏固，實驗技能迅速地提高，并逐步掌握了設(shè)計實驗方案的要領(lǐng)和基本規(guī)律，提高了實驗設(shè)計能力和創(chuàng)造才能.

實驗創(chuàng)新是課程創(chuàng)新的途徑與方法，這就要求物理教育工作者做實驗創(chuàng)新的有心人，既要能因陋就簡，土法上馬；也要能與時俱進，緊跟時代步伐，與現(xiàn)代科技接軌，不斷地提高實驗的可見度，增強實驗的穩(wěn)定性.在實驗的操作性和直觀度上做文章，下功夫，充分發(fā)揮物理學科特色，提高物理課堂教學實效.