淺淡平拋實驗中存在的問題及改進措施

余登炯

摘 要：平拋運動實驗是物理學實驗中較為經(jīng)典的實驗，能夠提高和加強學生對物體在曲線中的運動過程分析能力。平拋實驗全面而系統(tǒng)的包含了運動合成與分解知識點的相關(guān)內(nèi)容，并在此實驗基礎(chǔ)之上進行的延伸和拓展教學對其他章節(jié)的知識點內(nèi)容也有一定的鋪墊作用，此外，平拋實驗作為一個重要的知識點還常出現(xiàn)于學生的作業(yè)和考試之中，因此對于平拋實驗教學而言，教師更應當注重于實驗教學的創(chuàng)新設計，對傳統(tǒng)實驗教學中存在的一些問題進行規(guī)避和改進，從而使學生更好地理解和掌握平拋實驗及背后的知識點內(nèi)容。本文通過對目前高中物理教學中常用的平拋實驗裝置進行分析，討論實驗裝置中存在的問題并提出相應的改進措施，為平拋實驗的教學開展提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：平拋實驗;實驗裝置;問題;改進措施

隨著教學改革的不斷推進和發(fā)展，學校對于教學質(zhì)量的要求不再局限于傳統(tǒng)的書本教學模式，引入先進的教學器材和配套的實驗裝置將會在傳統(tǒng)的教學模式下實現(xiàn)質(zhì)的突破。對于物理教學而言，物理公式和知識點都源自于對物理實驗的總結(jié)思考，物理實驗貫穿著學生整個高中物理知識點的學習，培養(yǎng)和加強學生在物理實驗中的動手和思考能力能夠有利于物理教學的開展。然而，就目前的物理實驗教學實際情況來看，實驗教學課程的開展并不順利，其原因主要存在于教學方法及實驗裝置的問題上，物理教學的改革創(chuàng)新應當從實驗教學課程的完善和改進出發(fā)，本文就高中物理實驗中涵蓋大量運動學知識點的平拋實驗進行討論，分析存在于其中的不足并提出相應的解決措施，進而促進物理實驗教學體系完整構(gòu)建。

一 平拋實驗中存在的問題

（一）平拋豎落儀

平拋豎落儀是相對簡易的一種平拋實驗裝置，裝置體積較小具有一定的便攜性，成本較低能夠在實驗課程中讓每一位學生都能夠參與到動手實驗之中。平拋豎落儀的原理是通過牽引擺錘來撞擊小球給予小球以水平推力，在離開豎落儀平臺后受水平分力和重力作用下完成平拋運動。實驗過程中通常會對實驗小球進行上色使豎落儀緊貼水平畫板，讓畫板輔助呈現(xiàn)出小球平拋運動曲線。實驗裝置的問題在于由于自身結(jié)構(gòu)簡單，實驗缺少一定的嚴謹性并且實驗變量不可控制，實驗的觀察效果較差。在平拋實驗過程中小球?qū)τ诔跛俣冗@一變量因素不可控制，由于是通過擺錘擊打來實現(xiàn)小球初速度，因此難以根據(jù)現(xiàn)有的實驗裝置對小球初速度的數(shù)值進行估算。此外，由于裝置結(jié)構(gòu)簡單，不能夠為實驗進行記錄和提供數(shù)據(jù)采集，因此平拋豎落儀應用在物理實驗教學課程中主要作用是為了能讓學生感受平拋運動物理過程和觀察總結(jié)平拋運動曲線，而在進一步的公式推導和知識點學習中只能依靠教師通過課堂教學來實現(xiàn)?？偟膩碚f，平拋豎落儀具有成本低、配備容易、實驗簡易的優(yōu)勢，但對于實驗分析和總結(jié)上所起到的作用較小。

（二）J21006型平拋運動實驗演示裝置

J21006型平拋運動實驗裝置由斜軌道、網(wǎng)格畫板、軌道卡尺構(gòu)成，通過讓小球自由在光滑斜軌道上滑動產(chǎn)生一定初速度后離開軌道進行平拋運動，與豎落儀不同的是該實驗裝置對小球在每下落一段網(wǎng)格后就采用軌道卡尺接住小球，并在畫板網(wǎng)格中進行記錄，然后開始下一段位移的記錄。該裝置的實驗性遠強于平拋豎落儀，但在實驗過程中仍存在著一定的問題。雖然能夠通過測量斜軌道的高度從而粗略計算出小球的初速度然而固定的軌道無法對小球的速度進行調(diào)節(jié)則導致每一次平拋運動的軌跡都大致相同，不能夠通過獲得多組變量數(shù)據(jù)來驗證實驗。其次，雖然記錄小球運動曲線的畫板沒有直接與小球進行接觸，避免了曲線記錄過程中摩擦因素帶來的影響，然而每段位移描點記錄的方式存在一定的人為誤差，影響著回歸曲線的制作。此外，該裝置由于組成的零部件較多，體積較大，實驗過程缺乏創(chuàng)新，在器材配備上較難做到讓每一位學生都參與動手實驗中，學生對于實驗的體驗性較差。

（三）Flash動畫仿真實驗

在現(xiàn)階段的課堂教學中由于多媒體教學的引入使得傳統(tǒng)的教學模式發(fā)生了巨大的改變，虛擬實驗室正是在多媒體教學下應運而生的。通過Flash制作軟件來對平拋實驗進行動畫制作，通過模擬仿真實驗來讓學生學習和體驗平拋實驗，變量調(diào)節(jié)的可編輯和運動圖像函數(shù)的自動生成將為學生提供精確的實驗數(shù)據(jù)。但虛擬實驗問題在于學生在實驗過程中缺失參與性，實驗操作只能由教師通過計算機操作來完成，由計算機輔助計算和繪制并不能夠讓學生學習掌握到實驗數(shù)據(jù)的記錄處理，這對于學生日后的物理思維體系建立有一定影響。另一方面，由于Flass制作需要專業(yè)的技術(shù)，因此實驗課件多數(shù)為網(wǎng)絡資源這對于教師在課下的課程制作和整理有一定要求。

二 平拋實驗的改進措施

實驗裝置設計的不合理之處在于變量因素的不可控和小球運動軌跡的記錄上。在小球初速度可控調(diào)節(jié)方面可通過基于對J21006型號的平拋實驗裝置進行一定的改進，通過對斜滑軌的高度進行調(diào)節(jié)即可實現(xiàn)小球初速度的變量調(diào)節(jié)，在現(xiàn)有的實驗裝置中可以通過制作不同高度的可替換斜軌道模塊，在實驗時選擇不同的斜滑軌來進行小球初速度的調(diào)節(jié)，此外還可以通過采取調(diào)節(jié)斜面傾角大小的方式來對小球獲取初速度的高度進行調(diào)節(jié)。而在小球運動軌跡記錄中可以采用高幀率的相機對小球平拋過程進行拍攝記錄，在現(xiàn)階段的智能手機中具有延時拍攝功能的手機大多都能夠滿足小球運動軌跡的逐幀拍攝記錄，再通過多媒體向?qū)W生展示，使學生更能準確的根據(jù)小球的運動軌跡進行速度合成相關(guān)公式的推導，還可以通過采用金屬小球配合磁力畫板來實現(xiàn)小球的運動軌跡進行記錄，將畫板與斜軌道間留有一定空隙，使得金屬小球在平拋運動過程中通過磁力作用將畫板中的磁粉進行吸附形成運動曲線。學生的實驗參與性問題是實驗課程教學中長期以來一直存在的問題，對于平拋運動而言實驗原理較為簡單，實驗過程只需對小球的運動進行觀察，因此無論是從實驗性還是觀賞性來看都不具備吸引學生的特性，所以如何提高學生的實驗參與性則應該從教學方法出發(fā)，通過向?qū)W生介紹實驗背景和實驗的相關(guān)趣聞進一步將實驗課程中的任務要求告知給學生，讓學生在充滿興趣和好奇心的驅(qū)使下進行實驗學校在學生完成簡單的實驗操作，之后引出平拋實驗創(chuàng)新改善的話題，通過與學生對實驗過程中對實驗裝置存在的問題和改進方式進行討論來時學生進入實驗課程的深度學習之中，思考實驗和尋找改進實驗方式的過程更能夠加深學生對課程知識點的掌握，此外還可以將學生反饋實驗改進意見進行匯總，從學生的角度出發(fā)來促進實驗課程的優(yōu)化改進。

結(jié)語：

綜上所述，平拋實驗中存在的問題是由于實驗裝置和實驗方法不合理所導致的，對于平拋實驗進行改進優(yōu)化因從兩方面入手一方面因明確實驗裝置只是作為實驗的工具為更好地觀察和記錄實驗提供一定的條件，因此在實驗課程教學中注重實驗本身的講解教學，讓學生能夠真實參與到實驗思考中更能起到實驗教學的教學意義。另一方面不同的實驗方法下所選用的實驗裝置有所差異，對實驗方法進行完善更有促于實驗裝置的改進和創(chuàng)新設計，現(xiàn)階段的教學正朝著信息技術(shù)化發(fā)展，因此在實驗設計上更應當引入新的、先進的設備。

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