探究加速度與力和質量關系的創新與改進

摘 要：元認知以及建構主義等學習理論都明確提出了以問題為中心的探索式教學，尤其在實驗課程中“問題—探索”的研究模式具有重要意義。該文探究了物理實驗中加速度與力和質量的關系，簡述其實驗創新和改進的具體方法。

關鍵詞：物理實驗 創新模式 改進方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0255-02

在物理實驗中，學生的問題意識比較淡薄，并且缺乏創造性的思維。傳統的物理實驗教學法無法彌補學生在這方面的不足，教師在進行實驗教學中，要有效針對學生的各種問題進行改進和創新。只有在完善的教學方法和實驗模式中，才能夠最大化促進學生對物理知識點的吸收。

1 實驗前的教學準備

1.1 歸納梳理，確立目標

教學在開展實驗教學之前，首先，要對章節內容進行梳理和歸納。探究加速度與力和質量的關系是物理學中《牛頓第二定律》的內容，其知識重點是理解運動狀態下物體快慢的變化，即加速度的大小與質量和力有關。其次，要對實驗的過程進行思考，在這一章節中可以利用控制變量法開展實驗，并在實驗中研究力與加速度的定量關系。最后，要確立實驗教學的最終目標，升華教學情感，培養學生獨立探索的求知精神以及尊重客觀科學的態度，并塑造學生正確的物理價值觀。

1.2 提出問題，引入實驗

問題是實驗開展的依據，也是學生進行實驗探索的有效指引。采用“問題—探索”的研究模式，能夠更好地促進學生對物理問題的深入和反思。在提出具體的問題時，讓學生回顧之前的章節，能夠加強教學內容的連貫性。因此，教師進行《牛頓第二定律》的教學時，就可以讓學生回顧《牛頓第一定律》，根據其相關聯的物理知識點，提出力與運動關系的問題。另外，教師在提出問題后，要引發學生們的積極思考，讓學生們在問題的基礎上產生新的問題，這有利于挖掘學生的物理潛能，也更利于學生的獨立思考和自主探究。在引導學生進行實驗時，教師還應該具體的講明實驗中力的內涵，其目的是為了給學生辨析合外力與外力的區別，避免學生走入實驗的誤區，而在第二定律中所提到的外力就是指合外力，教師的有效引導能大幅提升實驗教學的質量。

2 具體的教學實驗研究

在高中物理必修課教材“探究加速度與力和質量關系”的實驗中必須要滿足兩個條件：第一是要平衡摩擦力就要將小車水平放于木板上；第二是摩擦力平衡以后，小車所承受的合外力包括了砂桶及砂的重力，不過這個說法是有條件限制的，必須符合小車總質量大于砂桶與砂總質量的要求，分析理由如下。

從小車平衡摩擦力的條件進行分析。圖1是實驗裝置圖，以M為小車總質量，mg為砂桶與砂的重力，F為繩子張力，表示木板平衡摩擦時的傾角，f為小車承受摩擦力，對小車：，即。在此問題的基礎上，可以有效引導學生進行討論。

首先，當時，也就是M一定時，a與F成正比，F一定時，a與M成反比，圖2中圖像①所示a-F是過原點的一條直線，在達到平衡以后，不管小車是否發生了質量改變，都不需要再次平衡。另外一種情況是，當時，發生了過當的平衡摩擦，所以即平衡摩擦不夠或沒有時，a與F在M一定時不成正比，而是形成一次函授，其關系如圖2中的②、③所示。

而當F一定時，，a與M呈更復雜的關系。再以小車總質量大于砂桶與砂總質量的條件進行分析，那么可以對小車：。對砂桶和砂：，得到公式：，，若要滿足于小車總質量大于砂桶與砂總質量的條件，即M>>m時，接近于零，則，代入上述公式得到F=mg，，。

在M>>m的條件下，由物理的圖像斜率意義得到，可見與F不成正比了。而通過得出，在F保持不變的情況下，M減小，圖像斜率也隨之減小，與不成正比關系。教師在實驗研究時，考慮到教材中實驗的條件因素，就應該有效引導學生對已知條件進行探究。在這個實驗研究中，條件因子是小車的平衡摩擦力與承受砂桶與砂的重力。只有滿足了這兩個條件，才能得出實驗過程中質量一定時，力與加速度成正比。力一定時，質量與加速度成反比的物理關系。通過這樣的實驗形式，也更有利于學生透過表面物理現象看到物理原理的實質，讓學生在物理的學習中更加牢靠的理解和掌握知識點，促進其科學思維的形成。

3 實驗教學方式的改進

3.1 由實驗室提供固定器材改為學生自選實驗器材

關于探究加速度與力和質量的關系的試驗中，學生會立馬聯想到F=ma的公式，所以會選擇以人力或者重物來代替力的施加。當然，重物是實驗的理想選擇，但在施加的過程中，這個重物的重量要如何來衡量呢？學生自然會選擇天枰作為衡量的器材，不過天枰的量程不一樣，這就要求學生獨立的對選學器材進行取舍和思考，如何測量總質量，如何求解，如何避免誤差，這些都是學生應該獨立進行分析的。在傳統的實驗方式中，教師事先固定了實驗器材，在一定程度上限制了學生開放性的思維，不利于學生對實驗進行深入探索。而由學生自主選擇器材的方式，能夠讓學生有效了解器材和熟悉器材，并從根本上提高了學生的動手能力和實踐能力。

3.2 由傳統的講解實驗改進為創新的摸索實驗

在進行實驗的過程中，教師容易將自已的目標思想強加于學生，導致學生一味的按照教師所構建的思路進行實驗探索，從而喪失了對物理實驗獨立見解，不利于其創新思維的形成。為了避免機械化的實驗，應該改進傳統的實驗引導模式，教師雖然要有實驗教學目標，但不是一味的限制學生物理思想，以創新的實驗摸索模式能夠更加有效的幫助學生進行實驗操作。在探究加速度與力和質量關系的實驗中，關于摩擦力的平衡，學生會出現不同的實驗情況，在實驗中充分調動學生的思考能力和動手能力，就能讓學生產生新的實驗方法。比如：學生可以利用紙帶平衡摩擦力，也可以使用氣墊導軌等。教師在這個過程中只需要針對學生實驗中的片面性提出問題，然后鼓勵大家集中進行交流，這樣也營造了活潑的實驗氛圍，有助于學生跳躍思維的發展。

4 結語

實驗教學是物理教學很好的教學形式，能夠充分調動學生動手與動腦的能力，提高學生學習的實踐性。教師在開展實驗教學時，要從設計、取材等多方面進行實驗準備，以“問題—探索”的模式靈活指引學生進行物理知識的探究，在創新的實驗方法下促進學生創造性的物理思維。

參考文獻

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