例談用“問題串”引領(lǐng)物理課堂實驗探究

曹衛(wèi)東

【摘? ?要】本文以測量動摩擦因數(shù)為例，精心設(shè)計一系列相輔相成，逐層遞進的問題來引導(dǎo)學(xué)生對該實驗的探究內(nèi)容、實驗原理、方案設(shè)計及其它各方面進行有目的、有針對性地分析思考，從而形成一套原理正確，可操作性較強的實驗方案。

【關(guān)鍵詞】問題串;實驗探究;物理教學(xué)

中學(xué)物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)學(xué)科，物理學(xué)科中的大部分定理、定律，都是在實驗的基礎(chǔ)上得出的。所以，物理教學(xué)離開了實驗教學(xué)，就像是無源之水，勢必會變成一潭死水;物理教學(xué)缺少有效的實驗教學(xué)，就像是無根之木，勢必會變成一根朽木。無論是物理學(xué)科核心素養(yǎng)，還是歷年高考試卷，都對物理探究實驗提出了較高的要求。然而在實際的教學(xué)中，仍有不少教師對課堂物理實驗探究課沒有給予應(yīng)有的重視。有的以黑板講實驗代替做實驗，也有的以實驗視頻、仿真實驗。甚至多媒體動畫等其他形式來代替做實驗教學(xué)，這些不作為的教學(xué)方式是非常不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力的。之所以存在以上現(xiàn)狀，主要原因有目前高考模式對物理學(xué)科的輕視、一些農(nóng)村學(xué)校教學(xué)硬件條件的限制、也有一些教師完全從學(xué)生應(yīng)試的角度出發(fā)進行教學(xué)等等。但是這些都不應(yīng)該成為我們不重視實驗探究教學(xué)的借口，更不能因此而讓我們的學(xué)生的科學(xué)探究精神得不到應(yīng)有的培養(yǎng)。

基于實驗探究在物理教學(xué)中的重要地位，作為一線教師的我們應(yīng)該認(rèn)真的上好每一節(jié)實驗探究課。本人認(rèn)為，以問題串的方式引導(dǎo)學(xué)生完成實驗探究實驗，是一種比較可行且有效的方式。

所謂的“問題串”，是指由教師以探究的實驗為核心，針對學(xué)生的思維特點、知識層次而精心設(shè)計的一系列相互關(guān)聯(lián)、相輔相成且逐層遞進的一系列小問題。學(xué)生通過對這些問題的思考回答，對所探究的內(nèi)容、方案、操作、數(shù)據(jù)處理等各方面進行分析研究。這樣可以有效避免學(xué)生在探究實驗課上無從下手、無所探究、甚至亂探究等現(xiàn)象的出現(xiàn)?？梢宰尳處煂嶒炋骄空n的組織更加秩序井然，事半功倍。同時也可以讓我們的學(xué)生的思考目的明確，指向性較強。

如何有效利用“問題串”來引領(lǐng)物理課堂實驗探究呢？此處筆者以“測量動摩擦因數(shù)”實驗為例，精心設(shè)計了以下一串問題來引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，評估方案，并指導(dǎo)學(xué)生對于不同方案如何進行操作，希望能有拋磚引玉之效果。

問題1：你學(xué)過與動摩擦因數(shù)相關(guān)的物理學(xué)公式（關(guān)系式）有哪些？

基本所有學(xué)生都至少可以回答出

問題2：若以此為實驗原理，需要怎樣測量滑動摩擦力f和對應(yīng)此時的正壓力N？

此處學(xué)生商討的方案肯定不止一種，我們可以按照學(xué)生回答的主要方案進行進一步探討評估。學(xué)生最容易想到的是讓一個物體在水平面上勻速滑動（初中就學(xué)過），下面就針對此方案進行評估。

方案一

問題3：此方案應(yīng)該如何操作？需要哪些器材，主要實驗步驟有哪些？

這個難度不大，大部分學(xué)生都能想到用測力計勻速拉動物體，測力計的示數(shù)就等于滑動摩擦力，而物體對桌面的壓力就等于物體重力。

問題4：此方案有什么缺點？

這個方案的缺點，如果學(xué)生沒有經(jīng)過親手實踐，還真難于發(fā)現(xiàn)。為了引導(dǎo)學(xué)生對實驗方案的可操作性進行評估，就必須下發(fā)器材讓學(xué)生進行分組實驗探究下。只要學(xué)生親手操作了，就會發(fā)現(xiàn)，勻速拉動物體難度相當(dāng)大，且測力計的示數(shù)很難保持穩(wěn)定。

問題5：如果把勻速改為勻加速，滑動摩擦力的大小會發(fā)生改變嗎？

這個問題的目的是引導(dǎo)學(xué)生對勻加速方案進行思考。大部分學(xué)生能受力分析發(fā)現(xiàn)根據(jù)f=μmg，滑動摩擦力與相對運動快慢無關(guān)，與勻加速運動無關(guān)。

問題6：如果物塊做勻加速運動，此時物塊的受力情況如何？可以用怎樣的關(guān)系式來表示出μ？

根據(jù)牛頓第二定律可以得到關(guān)系式F-f=ma和f=μmg，也即F-μmg=ma。以此為實驗原理我們需要測量哪些物理量？

問題7：如何才能保證物塊能做勻加速運動？

學(xué)生容易回答，應(yīng)保證F大小不變。

問題8：如何才能給物塊提供一個恒定的拉力F呢？

此處教師應(yīng)給予一定的提示。比如：我們在哪個實驗中用到過？是怎么用的？若要把鉤碼質(zhì)量當(dāng)成線上拉力大小需要滿足什么條件？

問題9：如何測量物塊的加速度？

學(xué)生通過思考討論后，一般會給出以下方案：

問題10：實驗方案二在實際操作中，可能會存在哪些問題？

此處可以讓學(xué)生充分展開交流討論。如果學(xué)生能發(fā)現(xiàn)其中的問題所在，那最好;如果學(xué)生發(fā)現(xiàn)不了，那就讓學(xué)生按

照這個方案開始做實驗。學(xué)生只要一做，馬上就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滿足m遠(yuǎn)小于M的時候，是根本拉不動物塊的。從而也就知道了看似完美的方案，實際上是可操作性不強。

問題11：上述方案的主要矛盾在哪里？能否通過改進解決這個矛盾？哪一種實驗器材可以很好的解決這個矛盾？

學(xué)生通過前面的討論和實驗操作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了當(dāng)我們要把mg近似當(dāng)成線上拉力大小時，就必須滿足m遠(yuǎn)小于M這個條件，而要滿足這個條件，m太小了又拉不動木塊M。那有沒有什么實驗器材，可以在不滿足m遠(yuǎn)小于M時，能直接精確測量出繩子的拉力呢？拉力傳感器，就自然而然地成為大部分學(xué)生的選擇了。于是學(xué)生可以討論出以下實驗方案：

到此，學(xué)生經(jīng)歷了兩次的實驗挫折，終于形成了一個原理正確，可操作行也較好的方案。學(xué)生在通過共同參與，認(rèn)真思考，相互協(xié)作的基礎(chǔ)上，終于得到了一個完美的答案。也許也會體會到成功的來之不易，不經(jīng)歷失敗就不會有成功的美好，也許這就是科學(xué)探究的魅力所在。而這些不就是我們應(yīng)該讓學(xué)生體會到的科學(xué)精神嗎？

問題12：以上方案可以成功測出動摩擦因數(shù)，是否還有可以改進或者創(chuàng)新的地方呢？比如：對于加速度的測量，有沒有更精確的實驗手段？

提出此問，旨在讓學(xué)生體味追求永不止步，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。而且已經(jīng)應(yīng)用了精確度較高的拉力傳感器，當(dāng)然需要引導(dǎo)學(xué)生進一步采用其它傳感器（此處為光電門傳感器）來讓實驗更加完美。

問題13：若用方案四進行試驗，我們需要測量哪些物理量？如何得出動摩擦因數(shù)？

此問頗有些解題的意思在里面，學(xué)生在拿到一個全新的實驗方案以后，如何讀懂方案的設(shè)計原理和操作也是必須掌握的一種技能。只有能體會到出題人的思路，才能更好的順著出題人的思路去思考問題解決問題。同時此處學(xué)生在測量時容易只測物塊的質(zhì)量而忘記擋光片的質(zhì)量。所以，對學(xué)生的思維嚴(yán)密性也有一定的鍛煉。另外，擋光片的寬度選擇、設(shè)計制作，也最好讓學(xué)生親手完成。

總之，測量動摩擦因數(shù)的方案是多種多樣的，學(xué)生也能討論出其它可行的探究方案，就不在此處累述。且以上十三個問題的設(shè)計、提出的節(jié)點可能也有值得商榷的地方，但是這些都不重要，這只是筆者本人來闡述用問題串引領(lǐng)物理課堂實驗探究的一個參考案例。我想，學(xué)生在通過對于以上一系列問題的思考、討論肯定會有一定的收獲。學(xué)生在經(jīng)歷了多次的失敗后最終獲得了成功，其思想上肯定有一定的觸動。學(xué)生在成功之后并沒有滿足現(xiàn)狀，而是繼續(xù)的改進創(chuàng)新，其科學(xué)探究精神一定會得到一定提高！難道這一些收獲，這一點觸動，這一點提高不就是我們的教學(xué)應(yīng)該追求的嗎？

【參考文獻(xiàn)】

[1]王震.新課程中物理實驗教學(xué)的一點想法[J].理科考試研究，2014（13）：41-42