測(cè)量平均速度的實(shí)驗(yàn)研究 ①

(廣東省廣州市從化區(qū)教師發(fā)展中心,廣東 廣州 510900)

1 引言

在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有的教師會(huì)先把實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟告訴學(xué)生，因擔(dān)心學(xué)生出錯(cuò)，又反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，實(shí)在不放心時(shí)就先把實(shí)驗(yàn)過程演示一遍，最后才讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生既沒有掌握解決問題的方法，也沒有從實(shí)驗(yàn)中自主獲得物理知識(shí)，只是獲取了對(duì)物理知識(shí)的短暫記憶，學(xué)生不能運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)去解決其他相關(guān)問題。“測(cè)量平均速度”是學(xué)生接觸的第一個(gè)物理測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在生活中已有速度的認(rèn)知，有的教師認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)很容易，不需要在教學(xué)過程和方法上花功夫，學(xué)生能測(cè)出物體的平均速度，進(jìn)而達(dá)成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。本文先以某教師執(zhí)教的“測(cè)量平均速度”為例，進(jìn)行探討。

2 教學(xué)過程

該教師通過情景引入新課后，直接給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)步驟。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)出小車在斜面上運(yùn)動(dòng)的平均速度。

實(shí)驗(yàn)器材：斜面(帶刻度)、木塊、小車、秒表。

實(shí)驗(yàn)步驟：(1) 把小車放在斜面頂端，記錄小車將要滑行的路程s1，教師演示了斜面的搭建方法(如圖1)，并詳細(xì)講解s1是哪段距離，但沒有說明為什么要記錄s1；

圖1

(2) 用秒表測(cè)量小車從斜面頂端靜止釋放、滑到底端的時(shí)間t1。教師講解了使用秒表測(cè)量時(shí)間的方法，在實(shí)際操作中，一個(gè)學(xué)生放小車，另一個(gè)學(xué)生測(cè)量時(shí)間，教師同時(shí)還反復(fù)強(qiáng)調(diào)小車要從靜止釋放；

(4) 重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，并把測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄在表格中。

從開始到實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，再到幫學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，教師一氣呵成，最后才讓學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后，利用投影展示部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師講解分析，歸納總結(jié)，結(jié)束新課。

事實(shí)上，多數(shù)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，講解實(shí)驗(yàn)原理和演示實(shí)驗(yàn)步驟等已經(jīng)花去了一半的時(shí)間，再加上課前知識(shí)回顧、新課引入等活動(dòng)又占用了部分時(shí)間，留給學(xué)生的時(shí)間就只能動(dòng)手做一做，有部分學(xué)生甚至都做不完實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是否成功似乎并不重要，最后教師會(huì)告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師關(guān)注的是學(xué)習(xí)結(jié)果，忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，時(shí)間一長(zhǎng)，學(xué)生就失去了對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有目的性、計(jì)劃性，更沒有自己的思考，失去了實(shí)驗(yàn)探究的意義。

反思這樣的教學(xué)過程，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：教師怕學(xué)生出錯(cuò)，什么注意事項(xiàng)都說了，學(xué)生沒有出過錯(cuò)，也不會(huì)有體悟，最后學(xué)生也不會(huì)靈活應(yīng)用物理知識(shí)解決問題。學(xué)生沒有自己獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，只是按教材或教師給的實(shí)驗(yàn)步驟“按方抓藥”。比如學(xué)生只是按圖去測(cè)量路程，根本就不知為什么要測(cè)量圖1中從開始到終了車頭運(yùn)動(dòng)的距離，當(dāng)遇到火車過山洞(橋梁)問題時(shí)，又以為是新的情境，需要用另外的方法解決，原因在于學(xué)生只是機(jī)械地去測(cè)量距離，沒有從根本上掌握原理，所以知識(shí)得不到遷移。又如教師要求學(xué)生按固定的傾斜角度測(cè)量，學(xué)生不明白為什么斜面傾角不能調(diào)得過大，實(shí)驗(yàn)技能不但沒得到提升，也限制了學(xué)生的思維發(fā)展，學(xué)生只是機(jī)械地測(cè)出時(shí)間與距離，用公式求速度，這樣的教學(xué)難以培養(yǎng)出創(chuàng)新人才。教師除了要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力外，更重要的是讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

3 教學(xué)改進(jìn)

有目標(biāo)才會(huì)有方向，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先要明確目標(biāo)，要讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。圍繞教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生體驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生有計(jì)劃、有策略的思維習(xí)慣，重視學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。針對(duì)“測(cè)量平均速度”實(shí)驗(yàn)，筆者提出以下教學(xué)改進(jìn)措施。

3.1 學(xué)生要有清晰的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模趴梢杂行У亻_展實(shí)驗(yàn)探究

根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)器材，如何測(cè)量小車在斜面上運(yùn)動(dòng)的平均速度？對(duì)學(xué)生又提出了新的實(shí)驗(yàn)要求：怎樣讓小車運(yùn)動(dòng)起來？教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)小車是由靜止釋放，為什么不可以給它一個(gè)起始速度呢？是不是只能選擇斜面？豎直方向可以嗎？斜面的傾斜度應(yīng)如何確定？在水平面上，給小車一個(gè)起始速度，依然可以測(cè)出小車在一段路程上運(yùn)動(dòng)的平均速度；在傾斜面上，給小車一個(gè)起始速度，也能測(cè)出小車在某一段路程上運(yùn)動(dòng)的平均速度。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難保證每次起始速度相同，所以我們選擇同一個(gè)傾斜面，從同一起點(diǎn)靜止釋放小車，保證多次測(cè)量平均速度的準(zhǔn)確性。在這個(gè)過程中，除了讓學(xué)生掌握測(cè)量速度的方法外，還可以引導(dǎo)學(xué)生得出規(guī)律：在同一斜面上(傾斜度相同)，小車由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)相同的距離，平均速度保持不變。而不是被動(dòng)地按教師的要求做實(shí)驗(yàn)就可以，在斜面的選擇上要培養(yǎng)學(xué)生多角度思考的習(xí)慣，習(xí)得科學(xué)探究方法。

教師直接給出實(shí)驗(yàn)表格，學(xué)生的意識(shí)就是完成作業(yè)，有的學(xué)生并沒有完成實(shí)驗(yàn)，自己編造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就失去了物理實(shí)驗(yàn)的意義。我們要讓學(xué)生明白：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格是為了方便地收集、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于分析、歸納總結(jié)，以得出具有普遍意義的結(jié)論，而不只是為了完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。把實(shí)驗(yàn)?zāi)康募?xì)化后，可以更加清晰地指引學(xué)生的探究活動(dòng)圍繞小目標(biāo)去展開，要讓學(xué)生清楚要解決的問題，有目的地開展實(shí)驗(yàn)研究。

3.2 教師要用遞進(jìn)的問題有效組織教學(xué)

學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的理解需要教師的引導(dǎo)，提出遞進(jìn)的問題是教學(xué)的關(guān)鍵，而不是直接告訴學(xué)生這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣去完成。比如為什么選擇斜面來研究小車運(yùn)動(dòng)，測(cè)量小車的平均速度？是不是只有在斜面上小車才能運(yùn)動(dòng)？在水平或豎直方向小車能否運(yùn)動(dòng)？小車在斜面上運(yùn)動(dòng)，傾斜度多少比較適合，以測(cè)定小車運(yùn)動(dòng)的平均速度？通過以上層層遞進(jìn)的提問，讓學(xué)生積極思考，再動(dòng)手做一做，得出結(jié)論并說明選擇的理由：傾斜度太大，運(yùn)動(dòng)距離太短，測(cè)量的時(shí)間太短，誤差較大。通過解決問題，學(xué)生不但可以明了實(shí)驗(yàn)中為什么選擇傾斜度較小的斜面做實(shí)驗(yàn)，還拓展了學(xué)生的思維，讓學(xué)生把學(xué)會(huì)的知識(shí)遷移到其他物體的測(cè)量上，有利于學(xué)生解決實(shí)際問題。

如何引導(dǎo)學(xué)生理解測(cè)量的距離應(yīng)該是s1？教師首先要清楚，公式中是把物體當(dāng)質(zhì)點(diǎn)，初中不提質(zhì)點(diǎn)的概念，但到了實(shí)際實(shí)驗(yàn)就有一個(gè)如何測(cè)距離的問題，哪一段距離才是小車通過的距離？在實(shí)際操作中，我們可以在小車上標(biāo)出一個(gè)點(diǎn)(車頭或者車尾)，讓學(xué)生測(cè)量點(diǎn)移動(dòng)的距離，再來說明選擇測(cè)量距離s1的理由。這樣就能從實(shí)際體驗(yàn)中，得出為什么要選擇車頭對(duì)車頭，從而解決火車過山洞(橋梁)等問題。

3.3 生生互評(píng)，師生對(duì)話，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題

學(xué)生選擇好儀器后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定計(jì)劃，通過提問讓學(xué)生初步習(xí)得科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需要測(cè)量的物理量，來思考實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生用書面語言表述自己的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，給學(xué)生時(shí)間消化并整理出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

在教學(xué)中學(xué)生能初步說出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)器材，但學(xué)生不能完整清晰地表達(dá)具體的實(shí)驗(yàn)步驟，小車在哪里運(yùn)動(dòng)？如何運(yùn)動(dòng)？斜面如何放置(配圖或文字描述)？小車起點(diǎn)和終點(diǎn)位置如何確定？時(shí)間t是小車在哪段距離的運(yùn)動(dòng)時(shí)間？學(xué)生的科學(xué)探究習(xí)慣要慢慢養(yǎng)成，不應(yīng)該只是重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在每一次的探究活動(dòng)中，通過學(xué)生互評(píng)、師生對(duì)話，讓學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中不斷思考，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

學(xué)生互評(píng)能優(yōu)化探究方案，揚(yáng)長(zhǎng)避短，在改進(jìn)自己實(shí)驗(yàn)方案的同時(shí)增長(zhǎng)了知識(shí)，提高了能力。還可能會(huì)引出新的問題，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力，有利于創(chuàng)新思維的發(fā)展，有利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。小組之間交流分享，提出對(duì)方是否有不科學(xué)的地方？讓學(xué)生互評(píng)，找出對(duì)方的不足之處，并提出改進(jìn)意見，全班交流分享，交流實(shí)驗(yàn)過程中自己所存在的問題、獲得的發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)建議，同時(shí)教師要做必要的點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的評(píng)估意識(shí)。

通過師生對(duì)話和學(xué)生的交流，能反映出教師的問題是否清晰、學(xué)生是否理解。站在教師的角度來看，所有的問題都是簡(jiǎn)單的，學(xué)生應(yīng)該是很容易理解，不需要做過多的強(qiáng)調(diào)和解釋。但是通過師生對(duì)話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：針對(duì)教師的提問，有的學(xué)生并不清楚教師在問什么，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，那之后的教學(xué)就是無效的教學(xué)。通過課堂教學(xué)的及時(shí)反饋，教師需要對(duì)自己的提問進(jìn)行反思，并再次清楚地表述自己的問題，這種課堂反思能及時(shí)調(diào)整教學(xué)，能有針對(duì)性地幫助學(xué)生解決問題。

為使學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)探究習(xí)慣，教師要在實(shí)驗(yàn)中不斷地去引導(dǎo)學(xué)生，僅憑某一次實(shí)驗(yàn)就能使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的探究習(xí)慣是不現(xiàn)實(shí)的，我們的教學(xué)是不斷推進(jìn)的過程，在探究實(shí)驗(yàn)中除了要讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐?，更?yīng)該讓學(xué)生體驗(yàn)探究過程、習(xí)得科學(xué)探究方法。本案例只是一個(gè)測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究習(xí)慣，若要進(jìn)一步提升學(xué)生的探究能力，可引導(dǎo)學(xué)生探究小車在斜面上運(yùn)動(dòng)速度與傾斜度的關(guān)系。