實驗方案合理與否的師生較量個案

池 衛

摘要：本文從初二物理《探究－摩擦力的大小與什么因素有關》的實驗探究課中。通過討論摩擦力的大小是否與重力有關這一問題，浮現出實驗方案是否合理的師生較量。教師從尷尬、失敗中領悟，驚訝學生的潛能，驚訝新課改帶給師生一起成長的生命力!

關鍵詞：實驗；猜想；重力；摩擦力

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1003－6148(2009)10(S)－0020－3

今年3月23日我在初二(10)班講解物理《探究——摩擦力的大小與什么因素有關》時，計劃把這節課上成一節完整的探究實驗課。我預計分成五個環節進行：(1)問題與猜想；(2)制定實驗計劃；(3)收集實驗數據；(4)總結實驗結論；(5)評估與交流。在課程進行中學生認為影響摩擦力大小的相關因素可能有：壓力大小、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小、速度大小、重力大小。限于一節課的時間不夠和探究實驗的難度，我把摩擦力大小與重力大小關系的實驗探究作為課后作業，允許學生借用彈簧秤、砝碼和木塊回家實驗，下節課帶來交流。

為使學生少走彎路，我強調要控制變量(尤其是壓力)不變而又能改變重力大小來比較摩擦力的大小是實驗的關鍵

第二天在探究實驗交流課上，小偉同學爭先表現：“老師，我做出來了，滑動摩擦力大小與重力的大小有關?！蔽乙汇?，胡來，“你上講臺做一遍給大家看看。”只見小偉同學不緊不慢地拿出木塊、彈簧秤、砝碼，把木塊放在豎直墻面上，左手用力水平按住木塊，右手拉動彈簧秤帶動木塊豎直向上做勻速直線運動，讀出彈簧秤的讀數；在木塊上方加砝碼，保持左手水平壓力不變，也用彈簧秤勻速地向上拉，結果彈簧秤的讀數變大了，說明滑動摩擦力大小與重力的大小有關，如圖1所示。

為了控制壓力不變，我提議把手施力壓木塊改為用圓盤式壓力計壓木塊，使每次壓力(即指針的讀數)一樣即可。我一邊肯定壓力垂直于重力。變量控制好，一邊引導大家找出問題的本質，同學們很快發現拉力與摩擦力不平衡。這時木塊豎直向上勻速運動是三力平衡，拉力=重力+摩擦力，加上砝碼重力變大，同時拉力也變大，而摩擦力不變，所以重力變大，摩擦力也大的結論是不對的。

這時丹丹同學站出來提議，如果把圖1實驗改為在豎直墻面上水平勻速地拉動木塊，水平方向木塊受到拉力與墻面之間的滑動摩擦力，是一對平衡力，問題不就解決了，如圖2所示。

好主意，這也是我課前預備的方案，我下意識地肯定了丹丹同學的做法，并發動大家一起做圖2實驗，同學們立即實驗起來，可還是發現：重力越大，摩擦力也越大。我當即惱火了，十分武斷地認為學生錯了，實驗一定不準確，不管從實驗角度還是推理角度，我都有信心占上風，可學生硬說老師錯了。最后我倚仗老師的強勢壓住了學生。

正在我犯愁抱怨學生太偏執時，學生米娜同學站起來說：“這個實驗如果再改動一下，如圖3所示，結論就不一樣。在圖3中，把木塊換成小車，把小車放在水平的桌面上。同時小車又緊靠在豎直的墻上，用恒力F壓住小車；使小車在水平面上用彈簧秤拉著做勻速直線運動，發現增加砝碼(相當于改變車的重力)，彈簧秤的讀數幾乎不變。原因：在豎直方向木塊受到的重力與支持力是一對平衡力，水平方向木塊受到拉力與豎直墻面之間的摩擦力，是一對平衡力，小車受到滾動摩擦力比滑動摩擦力小得多可以忽略。因此，結論是滑動摩擦力大小與重力的大小無關?！?/p>

好家伙，妙極了!我一邊欣賞米娜的創意，一邊重做了圖2實驗和圖3實驗。果然圖3實驗好做又正確，而圖2實驗很難在水平方向勻速直線運動，而且確實是重力大拉力也大(即摩擦力大)。那么，我原來的“絕對正確理論”又錯在何處呢?我一時真摸不著頭腦，納悶、尷尬、著急一起涌上腦門。但我知道必須真誠對待此事，不得不向學生做了圓場：“米娜的實驗太好了，結論就是滑動摩擦力大小與重力的大小無關。至于圖2實驗為何不能說明問題?不好意思，老師會想一想在下一節課給同學們做個解釋?！?/p>

課后才發現，原來圖2實驗木塊受水平拉力作用時，豎直方向的靜態平衡被破壞，靜摩擦已變為滑動摩擦，且滑動摩擦小于靜摩擦，豎直方向不能平衡，木塊的運動趨勢方向斜下，無法保證木塊水平運動，要近似水平就要加大水平拉力，重力越大拉力也更多，所以圖2實驗不成功。

我感到師不如生也，臉上一陣一陣火辣。我正想找些其他巧妙實驗方案駁回面子時，學生桃子又送來了一份探究摩擦力大小與重力大小關系的實驗方案，如圖4所示。木塊上放一砝碼在水平桌面上勻速直線運動，觀察彈簧秤讀數，接著取走砝碼nN，這時用圓盤式壓力計往下壓木塊，使壓力恰為nN，即保持壓力不變，拉動木塊勻速運動，觀察彈簧秤讀數不變。說明重力變，只要保持壓力不變，摩擦力也不變。

接著學生強華也送來了一份探究摩擦力與重力大小關系的實驗方案，如圖5所示。用圓盤式壓力計向上壓木塊，木塊頂住天花板。用彈簧秤勻速拉動木塊水平運動，天花板所受到的壓力＝壓力計讀數一木塊與砝碼的重力，接著取下砝碼nN，同時減小壓力計的讀數nN，保持天花板所受壓力不變，這時觀察水平勻速拉動的彈簧秤讀數不變。說明重力變化了，保持壓力不變，而摩擦力不變。妙妙，這不也正是我想要的答案嗎?欽佩中帶幾分嫉妒，我啞然無言，羞愧無比。

課上，學生情緒反而越發高漲，仿佛一個個向我示威：“老師，我們比你行!”

這堂課是我最尷尬、最感失敗的一堂課，也是我最成功、最有收獲的一堂課。一位名人說過：當你遇到困難挫折時，學習才真正開始。這堂課讓我驚訝學生的學習潛能，重新審視自己的教學行為與教育哲學，向時暴露了自己教學中的弱點，備課不夠認真，教學中可能出現的問題缺乏預案，尤其當學生處于學習優勢，教師處于弱勢時，心理有落差，難于適應。事實上，也正是通過論辯激發了學生的求勝心，也正是“我們比你行”的心理摧化了學生的學習潛能。

相信自己還是相信學生，主張接受式教學還是發現式教學，是教師能否從傳統教學中走出來的一面鏡子。在我國古代教育遺產中，就有“教學相長”，“教然后知不足”等主張。唐代韓愈也有“師不必強于弟子，弟子不必不如師”之說。在今天“數字化時代”，教師的知識能力優勢和高勢能受到挑戰，教師在課堂教學中，未必都能進入學生獨特的精神世界，都能理解學生怎樣憑借自身的經驗在思考。在新事物、新變化面前，我們還得接受“長江后浪推前浪”的現實。難怪許多走進新課程的教師，許多與學生一起進行研究性學習的老師，都發出共同的感慨：“我們簡直驚訝發現學生富有的智慧和主動精神，真切的感受一種強大的推力；我們重新找到一顆童心，一種青春的激情，享受到與學生一起成長的歡樂!”

我真切渴望再次能聽到這種呼喊聲：“老師，我們比你行!”