從“探究動(dòng)能影響因素”教學(xué)談物理實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

陸遠(yuǎn)軍　戴巍

在當(dāng)前實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，現(xiàn)行教材中有些演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想不夠嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法看到一些直觀的現(xiàn)象，使人產(chǎn)生疑義，或因?qū)嶋H操作性不強(qiáng)，而達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。這就需要教師自己或組織學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更清晰、實(shí)驗(yàn)結(jié)果能說(shuō)明物理原理，或能使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)有所收獲，體會(huì)獲得成功的喜悅，激發(fā)學(xué)習(xí)發(fā)奮學(xué)習(xí)物理的激情。筆者就多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)歷，結(jié)合具體案例談一談物理實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)的問(wèn)題。以下是對(duì)“探究動(dòng)能影響因素”器材改進(jìn)前后對(duì)比所獲得的不同的教學(xué)效果。

教材自身對(duì)裝置做過(guò)一次改動(dòng)，改動(dòng)前實(shí)驗(yàn)裝置：

教材自身改動(dòng)后實(shí)驗(yàn)裝置：

我們進(jìn)一步改動(dòng)后實(shí)驗(yàn)裝置：

進(jìn)一步改動(dòng)后實(shí)驗(yàn)器材：斜面軌道（帶槽）、水平軌道（帶槽）、三個(gè)大小相同的小球（鋼珠、玻璃珠、塑料球）、小車（尾部粘貼橡皮圈）。

原型實(shí)驗(yàn)的不足之處：教材中先是用小球撞擊木塊，考慮到小球滾動(dòng)的方向性不強(qiáng)，后改進(jìn)成小車撞擊木塊，雖然撞擊時(shí)方向性有所改善，但實(shí)際操作下來(lái)經(jīng)常達(dá)不到預(yù)定目標(biāo)，在斜面軌道和水平軌道的轉(zhuǎn)折處容易發(fā)生偏離，從而滾出預(yù)定軌跡。在小車撞擊木塊時(shí)若稍有偏差，容易出現(xiàn)撞偏木塊。由于小球（或小車）的撞偏，以及木塊與水平接觸面位置的變化，木塊的運(yùn)動(dòng)軌跡就更容易發(fā)生改變，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失誤大大增多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不理想，學(xué)生更加難以理解。同時(shí)由于木塊與水平面屬于滑動(dòng)摩擦，摩擦力較大，這就要求小球（或小車）撞擊木塊時(shí)的動(dòng)能要大一些，或者木塊的質(zhì)量盡量小一些，否則體現(xiàn)不出撞擊效果。但是當(dāng)兩者的質(zhì)量差太大時(shí)，又容易導(dǎo)致穩(wěn)定性差，發(fā)生撞偏現(xiàn)象，又一次降低了實(shí)驗(yàn)的成功率。另外，小球（或小車）與木塊碰撞需要完全非彈性碰撞，原型實(shí)驗(yàn)中小球（或小車）撞擊木塊后彼此分離，木塊由于慣性繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，根本不能做到完全非彈性碰撞，看不出小球（或小車）對(duì)木塊做功的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新及改進(jìn)后達(dá)到的效果：我們改進(jìn)后的器材是用小球撞擊小車，首先給小球的下滑設(shè)計(jì)固定帶槽的斜面軌道，使小球的運(yùn)動(dòng)方向不發(fā)生偏離；其次將小車放置在固定的水平帶槽軌道上，使小車的運(yùn)動(dòng)方向不發(fā)生偏離，同時(shí)將斜面軌道與小車軌道進(jìn)行較好的對(duì)接，固定好兩者位置，防止小球撞擊小車后導(dǎo)致小車運(yùn)動(dòng)方向偏離，使撞擊方向準(zhǔn)確，保證每次撞擊時(shí)小車不會(huì)被撞偏，大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，進(jìn)一步提升了課堂效率。然后將木塊改為小車，由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小小車與水平面的摩擦力，增大運(yùn)動(dòng)距離，使現(xiàn)象更明顯。最后在小車被小球撞擊部位安裝一個(gè)卡扣（橡皮圈），卡扣的形狀做成喇叭型，使小球撞擊小車后正好卡在橡皮圈中，實(shí)現(xiàn)完全非彈性碰撞，從而呈現(xiàn)小球?qū)π≤囎龉Φ倪^(guò)程。

學(xué)生利用改進(jìn)后的器材分別讓三個(gè)大小相同、質(zhì)量不同的小球（鋼珠、玻璃珠、塑料球）從斜面同一高度處自由滾下，撞擊同一小車，觀察比較小車被撞擊的距離遠(yuǎn)近，體現(xiàn)各小球?qū)π≤囎龉Φ亩嗌?，從而判斷出?dòng)能的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系。再分別讓質(zhì)量相同的小球（同一鋼珠）從斜面不同高度處自由滾下，撞擊同一小車，觀察比較小車被撞擊的距離遠(yuǎn)近，判斷動(dòng)能的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。利用改進(jìn)后的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，平時(shí)動(dòng)手能力比較差的學(xué)生都能圓滿完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)參與活動(dòng)全過(guò)程，收獲成功的喜悅，不僅體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，也大大增強(qiáng)了他們學(xué)習(xí)物理的興趣。

亞里士多德說(shuō)“思維自疑問(wèn)和驚疑開(kāi)始”，判斷學(xué)生學(xué)得如何，學(xué)得是否積極，不僅要看學(xué)生能回答多少問(wèn)題，還要看學(xué)生提出多少問(wèn)題及問(wèn)題的價(jià)值，要讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷成長(zhǎng)。對(duì)于目前的器材，我們還可以引導(dǎo)學(xué)生做這樣的設(shè)想：如果在水平軌道的另一端安裝一根固定彈簧（如下圖），能否探究彈性勢(shì)能大小與彈性形變量的關(guān)系？如果在斜面的底端安裝一個(gè)測(cè)速儀，測(cè)出小球撞擊小車時(shí)的速度，能否實(shí)現(xiàn)由探究動(dòng)能與物體質(zhì)量、物體運(yùn)動(dòng)速度的定性到定量研究的轉(zhuǎn)化？教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，讓學(xué)生去自主解決問(wèn)題，這樣還可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生課后實(shí)驗(yàn)探索的欲望，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

通過(guò)改進(jìn)原有實(shí)驗(yàn)器具或自制實(shí)驗(yàn)器具展開(kāi)教學(xué)，關(guān)注了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生親身觀察各種現(xiàn)象，由學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，滿足學(xué)生終身發(fā)展的需要。同時(shí)，這也反映了教師對(duì)教材的處理程度，說(shuō)明教師能完全吃透教材，這是教師追求教學(xué)的合理化、智慧化、精確化，是具有品位的教學(xué)新境界的體現(xiàn)，是高效課堂教學(xué)的充分體現(xiàn)。新課程強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)方式的多樣化。對(duì)于以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的物理學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)上應(yīng)逐步改變以教師實(shí)驗(yàn)演示、學(xué)生觀察現(xiàn)象、教師充分引導(dǎo)學(xué)生歸納結(jié)論的教學(xué)模式，對(duì)于實(shí)驗(yàn)器具存在不足的地方，我們應(yīng)力所能及地去加以改進(jìn)自制。教學(xué)時(shí)應(yīng)盡可能地放開(kāi)，采用多種教學(xué)方式，給學(xué)生提供有探究?jī)r(jià)值的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)及問(wèn)題，使學(xué)生能夠積極加入到科學(xué)探究中來(lái)。

課改實(shí)驗(yàn)是為了更好地提高課堂教學(xué)效率，教師應(yīng)在日常教學(xué)工作中不斷反思，努力提高課堂駕馭能力，在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展過(guò)程中不斷提升自己，找到自己的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)師生的共贏！endprint