【摘 要】從學(xué)習(xí)目標(biāo)出發(fā)，對(duì)多種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和分類(lèi)。權(quán)衡其在教學(xué)中的優(yōu)劣后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的選取提出思考。

【關(guān)鍵詞】高中物理;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);學(xué)習(xí)目標(biāo);選取策略

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2015）22-0035-02

【作者簡(jiǎn)介】傅明峰，江蘇省六合高級(jí)中學(xué)（南京，211500）教師。

人教版教材《物理》必修2第五章第三節(jié)“實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)目標(biāo)是在通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡的基礎(chǔ)上，研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。而如何準(zhǔn)確描繪出平拋物體運(yùn)動(dòng)的軌跡則是關(guān)鍵。因此，為了有效達(dá)成本課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師需要對(duì)教材中的各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和分類(lèi)，在權(quán)衡優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，選取有效的實(shí)驗(yàn)策略。

一、實(shí)驗(yàn)案例呈現(xiàn)

1.小球碰鉛筆尖法。

如圖1所示，教材所提供的參考案例1是利用了實(shí)踐中比較成熟的“小球碰鉛筆尖法”描繪小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)驗(yàn)裝置，用鉛筆試探描繪出小球經(jīng)過(guò)的位置。選用這個(gè)實(shí)驗(yàn)案例作為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生嘗試用簡(jiǎn)單的方法來(lái)研究物理問(wèn)題。用這種方法描繪小球位置誤差較大，需要多次嘗試。

2.過(guò)紙板小孔法。

針對(duì)“小球碰筆尖法”中確定小球位置的誤差較大的缺點(diǎn)，可選用過(guò)紙板小孔法進(jìn)行改進(jìn)，如圖2所示。這種方法簡(jiǎn)單、方便，讓小球迅速垂直通過(guò)小孔可以有效地減小誤差。

3.細(xì)水柱法。

如圖3所示，倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開(kāi)口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細(xì)的硬管作為噴嘴。通過(guò)噴嘴中射出的水在空中的軌跡來(lái)反映平拋運(yùn)動(dòng)。這種方法，簡(jiǎn)單易行，軌跡準(zhǔn)確、清晰，適合進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)。

4.頻閃照相法。

利用數(shù)碼照相機(jī)或攝像機(jī)的攝像功能來(lái)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片。這種方法簡(jiǎn)單，軌跡準(zhǔn)確，但長(zhǎng)度有限，處理不方便。

5.碰撞法。

（1）如圖4所示，在水平桌面上放置一個(gè)斜面，每次都讓鋼球從斜面上的同一位置滾下，滾過(guò)桌邊后鋼球便做平拋運(yùn)動(dòng)。在鋼球拋出后經(jīng)過(guò)的地方水平放置一塊可調(diào)節(jié)高度的木板，木板上放一張白紙，白紙上放有復(fù)寫(xiě)紙，這樣便能記錄鋼球在白紙上的落點(diǎn)。

（2）把桌子搬到墻的附近，使從水平桌面上滾下的鋼球能打到墻上，把白紙和復(fù)寫(xiě)紙附在墻上，記錄鋼球的落點(diǎn)。改變桌子和墻的距離，就可以得到多組數(shù)據(jù)。

（3）將（2）改進(jìn)為如圖5所示的實(shí)驗(yàn)，將一塊釘上復(fù)寫(xiě)紙和白紙的平木板，豎直立于槽口前某處，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留下痕跡A;將木板向后移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留下痕跡B;又將木板再向后移距離x，小球再?gòu)男辈凵暇o靠擋板處由靜止滑下，再得到痕跡C，將得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)。這種方法設(shè)計(jì)巧妙，誤差較小，考慮比較全面。

（4）將（3）法改為如圖6所示的實(shí)驗(yàn)，用圖釘把白紙釘在豎直木板上，把斜槽固定在緊靠木板的左上角，且使其末端切線(xiàn)水平，記下小球飛出時(shí)的初始位置O，并目測(cè)過(guò)O畫(huà)水平線(xiàn)作為x軸，把水平木條靠在豎直木板上，讓小球從斜槽適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止?jié)L下，觀察小球在木條上的落點(diǎn)，并在白紙上標(biāo)出相應(yīng)的點(diǎn)，得到小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一個(gè)位置。把水平木條向下移動(dòng)，重復(fù)上面的操作，讓小球從斜槽上相同位置由靜止?jié)L下，得到小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的多個(gè)位置，從木板上取下白紙并處理數(shù)據(jù)。

6.利用傳感器和計(jì)算機(jī)研究平拋運(yùn)動(dòng)。

將研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上，利用光電門(mén)傳感器和碰撞傳感器可測(cè)得小球的水平初速度和飛行時(shí)間，底板上的標(biāo)尺可以測(cè)得水平位移。

二、對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析和分類(lèi)

1.真實(shí)實(shí)驗(yàn)。

在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)相對(duì)于演示實(shí)驗(yàn)，參與度更高些。學(xué)生通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手操作、親自動(dòng)手計(jì)算，實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到的知識(shí)、規(guī)律、方法和經(jīng)歷，都有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退仞B(yǎng)的提高。

由于學(xué)生個(gè)體實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟町?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)完成進(jìn)度不一的現(xiàn)象。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的效率相對(duì)較低。

當(dāng)然，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)也可以進(jìn)行有效的改進(jìn)和融合。部分學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，不僅能提高參與度，也為課堂演示或課后開(kāi)展興趣小組進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究打下了基礎(chǔ)。

2.仿真實(shí)驗(yàn)。

與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)，“仿真實(shí)驗(yàn)”指的是沒(méi)有實(shí)際操作，在一定程度上，它突出實(shí)驗(yàn)原理、重點(diǎn)和細(xì)節(jié)，是能被學(xué)生接受認(rèn)可的一種“實(shí)驗(yàn)”。隨著信息技術(shù)以及設(shè)備的升級(jí)換代，仿真實(shí)驗(yàn)逐漸成為課堂上一種較為普遍采用的教學(xué)手段。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)或參數(shù)后，可即時(shí)演示出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。如輸入不同的初速度數(shù)值，就可以描繪出相應(yīng)的平拋物體的軌跡。

但仿真實(shí)驗(yàn)畢竟不真實(shí)，真實(shí)的世界遠(yuǎn)非網(wǎng)絡(luò)或PPT課件里那么純粹和簡(jiǎn)化。失敗的操作、煩瑣的數(shù)據(jù)、突發(fā)的故障以及不可避免的誤差，都是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可或缺的重要東西。物理實(shí)驗(yàn)的“根”是真實(shí)。如果學(xué)生思想中的世界完全建立在網(wǎng)絡(luò)、課件、屏幕、投影傳輸?shù)摹艾F(xiàn)象”之上，那是違背科學(xué)性、真實(shí)性的。

3.實(shí)驗(yàn)練習(xí)。

由于課時(shí)、條件、教學(xué)進(jìn)度等因素，有些實(shí)驗(yàn)可以改編為習(xí)題，如上文碰撞法中的四個(gè)實(shí)驗(yàn)案例。在習(xí)題反饋與教學(xué)中可提醒學(xué)生與教材提供的三個(gè)參考案例進(jìn)行對(duì)比，找出思想方法上的異同。這不僅有利于提高習(xí)題利用率，拓展學(xué)生的發(fā)散性思維，而且對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ泊笥泻锰帲_(dá)到一石二鳥(niǎo)的效果。近年來(lái)，高考試題越來(lái)越注重通過(guò)實(shí)驗(yàn)題來(lái)考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)分析與處理能力，以及故障的排查和誤差的分析，有的試題靈活度很高，要求學(xué)生提出改進(jìn)的方法等。

三、實(shí)驗(yàn)選取的策略

1.真實(shí)優(yōu)先，靈活選取。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本原則就是追求真實(shí)性。所以，只要實(shí)驗(yàn)條件允許，應(yīng)優(yōu)先選取真實(shí)實(shí)驗(yàn)。有些條件好的學(xué)校，如裝備了DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，就可以運(yùn)用傳感器和計(jì)算描繪平拋運(yùn)動(dòng)軌跡?？陀^條件不允許、條件苛刻、無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，或者現(xiàn)象很難直接觀察到的實(shí)驗(yàn)，可采用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示。

2.有效設(shè)計(jì)，注重實(shí)效。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到實(shí)驗(yàn)安全（人身和儀器）、成功率高、儀器簡(jiǎn)單、操作容易、可重復(fù)性強(qiáng)等方面。另外，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)既要有實(shí)驗(yàn)方案的選取，又要有實(shí)際動(dòng)手操作，還要有對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與處理，應(yīng)充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。可作如下思考：?duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要精心準(zhǔn)備，力爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)有效達(dá)成;對(duì)于只需要了解的知識(shí)和規(guī)律，可更多地選用演示實(shí)驗(yàn)，如運(yùn)用實(shí)驗(yàn)比較法探究平拋運(yùn)動(dòng)的水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率。而在復(fù)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)的教學(xué)設(shè)計(jì)中可以選用PPT課件來(lái)展示，達(dá)到回顧和再現(xiàn)的目的。注重實(shí)效，用創(chuàng)新手法將實(shí)驗(yàn)案例融合，如考慮到實(shí)驗(yàn)室的平拋演示儀器比較陳舊，誤差很大，采用數(shù)碼相機(jī)照下細(xì)水柱的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，再對(duì)照片進(jìn)行處理，這樣處理能很好地實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識(shí)和理性思維相結(jié)合，使學(xué)生在獲得成功的體驗(yàn)的同時(shí)，又能體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)方法的簡(jiǎn)潔美。

3.修正錯(cuò)誤，減少誤差。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)論成功與否，都是學(xué)生重要的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷。對(duì)于實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤一定要讓學(xué)生知道原因以及如何修正。對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的故障，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何排查和怎么處理。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的誤差，不僅要分析成因，還要思考和嘗試去減小誤差，包括改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、器材的選取。對(duì)于實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤、故障和誤差是好事而不是壞事。抓住這些教學(xué)契機(jī)，效果事半功倍是不言而喻的，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生正確的情感、態(tài)度和價(jià)值觀也是極好的教育手段。

【參考文獻(xiàn)】

陶洪.物理實(shí)驗(yàn)論[M].南寧：廣西教育出版社，1997（10）.