探究性實驗教學設計

1 設計思想

探究學習是《普通高中物理課程標準》所倡導的學習方式，因為這種學習方式能讓學生經歷類似于科學家探索未知世界而做出創造、發明的歷程，讓學生在實踐的矛盾和問題中去體驗、磨礪，使其知識和能力在積極參與、思維碰撞中得到自主建構。

教師以測量重力加速度作為一個平臺，充分放手讓學生設計出不同的測量方法，進行自我發現，這就是探究過程。讓學生提出實驗方案、動手操作、總結經驗、表達思想、自我評價，通過對知識內容過程的自主建構，使學生的思維得到拓展，學會新的方法，領悟創造技巧，享受勞動成果。

在探究實驗教學的過程中，教師具有不可替代的主導作用。教師的主導體現為：設疑——創造情境，引發疑問；引思——激發思考，點撥思路；控制——適當控制時間和進度；提煉——把探究成果提煉出來供全體學生共享；呵護——呵護學生的情感變化，給予關愛。

2 教學目標

2．1 知識與技能

①理解g的物理意義；

②回顧包含g的物理表達式及意義；

③進一步掌握實驗儀器的正確使用；

④培養學生的表達能力。

2．2 過程與方法

①通過探究活動，領悟測定性實驗的一般設計思想；

②通過設計和創造性活動，學習測定g值的各種方法。

2．3 情感、態度與價值觀

①體會創造性思想及方法在探究中的產生；

②知道研究天體的運動規律并不神秘，體驗探究自然規律的艱辛與喜悅；

③理解測量在認識自然過程中的價值，強化測量意識。

3 實驗儀器

3.1 準備器材

鐵架臺(鐵夾)、鐵質擺球、磁鐵、秒表、電火花打點計時器、電磁打點計時器、紙帶、天平、彈簧秤、鉤碼、質量不同的重錘、米尺、毫米刻度尺、游標卡尺，長木板等。

3.2 準備器材的思路

(1)盡可能滿足更多實驗方案的需要；

(2)同種實驗器材提供不同的類型，以供學生選擇和鑒別。

4 教學程序

4．1 你想知道什么——探究愿望

創設情境：視頻展示“阿波羅”號上的宇航員阿姆斯特朗在月球上行走的情景。

問題：同學們想從中知道些什么?其中有什么值得我們去探究的呢?

學生可能會提出以下想知道的問題：(1)月球上有氧氣和水嗎?人能在上面生存嗎?(2)人的重力是否會發生變化？為什么會發生變化?變化了多少?(3)為什么人在月球上跳起來很輕松，人在地球上和月球上能跑一樣快嗎?……

在學生提出問題時，教師要注意兩點，一要適當點撥，用于打開學生思路，以免學生沒問題。例如，教師提示：將月球和地球進行類比；二要正確引路，防止學生問題漫無邊際，浪費時間。在此基礎上，教師提出這節課的研究方向：不同天體的重力加速度g值是不同的，如何測定天體的g值呢?

4．2 你想怎么做——探究思考

教師因勢利導，適時指出：在物理學中，有些物理量不是直接用儀器測量出來的，而是通過測量其它物理量后計算出來的，如R=UI。在測量g之前，請學生們思考哪些表達式中含有物理量g，并分組討論。比一比，在3分鐘內哪組寫出的表達式最多。

學生寫出的表達式可能有：

①G=mg，②h=12gt2， ③T=2πlg，④GMmR2=mg， ⑤Δs=gT2……

教師引導指出：每一個公式原則上都可以作為測量g值的原理。但在實驗室中容易操作，并且測量精度較高的是依據Δs=gT2、T=2πlg兩式。教師此時可以要求學生以這兩個實驗為模型，簡化實驗數據處理，直接從“重力加速度尺”(刻度尺)上讀

出g值，從“重力加速度表”(秒表和表格)中讀出g值。

課堂生成預測：

(1)“重力加速度尺”的設計

利用打點計時器測定重力加速度。用打點計時器(頻率為50Hz)打出物體自由下落的紙帶，取0.1秒(每隔5點取一計數點)作為時間單位，根據Δs=gT2可得，g=ΔsT2=Δs0.12=100·Δs。若Δs的單位是cm，則g=Δs，所以用毫米刻度尺測得Δs的值(單位為cm)等于g值。那么將毫米刻度尺的單位cm換成m／s2，毫米刻度尺就成為“重力加速度尺”。

(2)“重力加速度表”的設計

利用單擺測定重力加速度。取擺長為1．01m，用秒表測出單擺做50次全振動所用的時間t，則g=4π2lT2=4×9.87×1.01(t50)2=105t2。

設計如下表格（圖一）：根據上式計算出與每一個t值對應的g值填入表格中，所以在實驗中只要從秒表上讀出時間t，就可以在表格中查出對應的g值。

圖一 重力加速度表

此表可以運用EXCEL軟件進行細化處理：A列為時間t值，B列為重力加速度g值。在A1和A2單元格中分別輸入不同的t值(根據需要設置數值，若g不能超過100m／s2，則t值可以從30s開始設置，兩數字差值越小越精確。)，選中A1、A2單元格，鼠標放在A2單元格的右下角，當出現實心的“+”時按住鼠標左鍵往下拖。在B1單元格中輸入“=100000／(A1*A1)”，按回車鍵，則在B1單元格中出現 對應A1的g值；鼠標放在B1單元格的右下角，當出現實心的“+”時按住鼠標左鍵往下拖。這樣，B列的一系列g值就對應A列的一系列的t值。根據單擺實驗，利用秒表和上述表格就可以直接讀出重力加速度的值。

4．3 你來做一做——探究實踐

(1)學生制作“重力加速度尺”和“重力加速度表”，并測量地球的重力加速度g值，驗證其準確性；

(2)如何構建不同重力加速度的天體模型和測量模擬天體的重力加速度值gx呢?模擬天體構建預測：①小車帶動紙帶沿光滑斜面向下運動(gx=gsinθ)；②帶電擺球，放在豎直方向的電場中；③單擺放在水中；④磁性擺球放在豎直方向的磁場中……討論實驗的可操作性。

學生分組實驗：將小組編號，每組交流g值的測量方案和實驗過程，教師和學生共同評價。

4．4 你怎樣表達——探究結論

學生能熟練而靈活地表達實驗結論也是一種能力，表達的方式有：文字、語言、公式、圖表、圖象等。讓每一小組的代表敘述方案的設計思想、操作過程、實驗結果，有什么需要改進，還想怎么做，課后還有什么值得探究等等。

4．5 你有何感想——探究評價

經過探究獲得成果后，學生的成就感難于言表，這時教師趁熱打鐵，讓學生談感想、談心情、談收獲、談教訓、談遇到的困難、談學到的方法，充分讓學生體會探究的快樂，理解知識的內在邏輯魅力以及產生的美感。最后，教師建議將這一研究成果提供給中華人民共和國國家航天局，并委托“神州n號”飛船的宇航員，到達x星球后，用我們設計的“重力加速度尺”和“重力加速度表”來測定該星球表面的重力加速度。

5 教學反思

中學物理的核心理念是以學生為本，讓學生主動參與、體驗和感悟科學探究的過程和方法；體會成功的喜悅；激發他們持久的學習興趣和求知欲望；并在探究實踐的過程中培養自主學習的能力，逐步實現學生學習方式的轉變；使學生逐步養成敢于質疑、善于交流、樂于合作、勇于實踐的科學態度。因此教師在實驗教學的過程中，不拘泥于教材上實驗的內容，善于設計開放型實驗，引導學生進行科學探究。

(欄目編輯鄧 磊)

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