以《曲線運動》實驗改進為例談教材實驗的二次開發お

徐榮婧

圍繞新課改理念，物理教材對很多教學內容作出大幅度的調整，但是教師在教學中，依然不能照本宣科，而應該從教學實際出發，對相關內容進行適當改進.筆者在教學過程發現，有些教材所設計的實驗效果并不好，因此，物理教師要開動自己的創造性思維，根據實際做出改進.以下筆者以《曲線運動》一節的實驗改進為例談談自己的相關認識和思考.

《曲線運動》出現在人教版的高中物理新課程教材必修2的第五章第一節.這一節內容，有兩項探究任務要進行：（1）探究物體進行曲線運動時速度方向的確定；（2）探究物體進行曲線運動的條件.針對這兩項探究內容，教材對應安排了兩組實驗，基本裝置結構如圖1和圖2所示.這兩組實驗的器材很容易獲得，操作也非常簡便.但是筆者觀摩了多節圍繞該課題開設的公開課，教材實驗開展的結果差強人意.這也引起了筆者的思考，怎樣來對實驗進行改進呢？

1 對第一組實驗的改進

教材第一組實驗的不足：該實驗的最大問題是實驗結果不夠直觀，小球在管道中進行曲線運動，撤去后一部分管道，小球沿軌跡切線方向飛出，理論上沒有任何問題.實際教學中，筆者發現小球從切線飛出是一個短暫的過程，學生根本來不及把握這一瞬間，更不要說去分析出射速度方向和軌跡的關系.

改進思路分析：本實驗的改進方向在于，操作過程中如何讓小球的運動軌跡能呈現出來？筆者認為，在原有器材不大做改動的前提下，可以讓小球涂抹上一些墨水后來進行實驗，不就可以讓滾動的小球在紙上留下印記嗎？具體操作時，筆者還發現這樣一些細節：（1）不能先將墨水涂抹在小球上再實驗，因為這樣墨水全部會消耗在小球位于管道內部的滾動過程，出來時已經留不下痕跡了，所以可以在管道出口處涂上適當的墨水，使得小球在其上經過時，能粘上一些，然后自然就會在出射后留下印記；（2）小球的材料要注意選擇，不能選用有著光亮鍍膜的小球，因為它不容易和墨水發生浸潤現象，沾不上墨水，可以選用一些親水性材質的小球來完成實驗.

實驗器材 PVC塑料管一根（將其彎折成圖1的形狀，后半截（圖示AB段）鋸斷后，仍用膠布和前端固定在一起）；白紙一張（用于記錄運動軌跡）；小球一個（曲線運動的發生載體）；滴管或者棉簽一根（在管口涂抹墨水之用）；墨水一瓶（也可以選用粘稠度更高的墨汁，它更容易附著在小球表面）；小型傾斜軌道一架（用于提供小球運動的初速度）；記號筆一支.

實驗過程：整個實驗在實物展臺上進行，通過投影可以讓學生看到演示的整個過程.基本步驟如下：

①將PVC彎管放在白紙上，傾斜軌道架設在PVC彎管的端口處；

②將小球從傾斜軌道上釋放，讓其進入軌道運動，則可說明，小球的運動軌跡由彎管的形狀決定.

③用記號筆描出彎管的形狀即記錄下完整運動的軌跡.（該步驟也可事先準備好，可將墨水涂抹在彎管表面，用白紙拓下彎管的形狀即可，實驗之初，將彎管正好疊放在白紙上，挪開彎管即顯示出完整軌跡.）

④撤掉已經鋸斷的后半截軌道，用滴管將墨水滴在小球出口.

⑤讓小球從傾斜軌道釋放，讓其沿剩余管道運動，最終小球從出口出來時，會因為粘上墨水而在白紙上留下印記.

⑥請學生對比小球出射后的運動軌跡和原有完整軌跡，并進一步聯系物體進行曲線運動時速度方向的猜想進行討論和總結.

2 對第二組實驗的改進

教材第二組實驗的不足：在筆者觀摩的很多公開課中，該實驗都被安排為學生實驗：一個同學將鐵球釋放，讓其在桌面上做直線運動，另一同學手持磁鐵在途中給小球施加吸引力，從而使小球發生運動軌跡上的變化，進而讓學生驗證物體曲線運動發生條件的相關猜想.該實驗的不足在于，學生的參與程度不夠充分，磁鐵給小球提供的力是看不見的，而且比較小，手持磁鐵的同學無法感受到力的存在，只是根據已有經驗來判斷而已.

改進思路分析：讓學生直接參與力的提供，自主感受一下，提供力的結果會給物體的運動發生怎樣的影響.筆者在教學中，進行了這樣的改進性設計，一同學手持瓶子，緩緩倒水（如圖3所示）；另外一個同學從水流的側面進行吹氣（如圖4所示），以此方式直接提供作用力，這樣力大小、方向全有學生自己來控制，屬于直接體驗.

實驗器材：塑料瓶子一只（容量適當的一般飲料瓶子即可）；清水若干.

實驗過程：該實驗可有學生分組進行，提高學生科學探究活動的參與程度.相關器材也可由學生自備，以此表明物理探究活動的工具就在自己的身邊.具體步驟如下：①一同學將灌滿清水的瓶子舉高到一定高度，慢慢將瓶口傾斜，使水緩緩流 [LL]出.

②待水流穩定時，讓另外一個同學從水流的側面吹氣，從中觀察水流軌跡變化.

③學生對應物體發生曲線運動條件的有關猜想，進行規律的總結和歸納.

3 實驗改進過程的相關思考

在從“應試教育”向“素質教育”轉軌的今天，物理實驗教學的地位日漸提高，如何在我國現有的條件下發揮物理實驗在中學物理教學中的作用，利用課堂實驗來激發學生的學習興趣，啟發學生的思考，培養學生的實踐精神和創新意識，提高學生的探索能力，需要在教學實踐中不斷探索、改進與創新.作為課改工作的實踐者，在進行教學設計時，教師要聯系學生的實際、聯系教學條件進行物理教材的二次開發，在課程標準的大框架下對教材內容適當取舍，積極改進，以提出最能為學生物理知識構建服務的教學設計，在具體的改進和二次開發的過程中可以從如下幾個方面入手：

（1）在實驗設計上，我們更應該選用學生生活中觸手可及的物品來和學生共同進行實驗探究，通過器材選擇、實驗思路等方面的創新來縮短學生和物理探究活動的距離，點燃他們物理探究的激情，提高物理教學的效率，這也是我們改進實驗的目的，更是我們改革教學的方向.

（2）教師邊教邊演示與學生邊實驗邊學相結合，教師可通過演示實驗為學生起示范作用，這是變學生觀察主體為實驗主體、激發學生實驗興趣和更好地培養學生的實驗技能和獨立研究物理問題能力的有效渠道.因此在課堂實驗教學中要讓學生積極參與，在親身觀察體驗和操作中，加深理解物理現象和規律，并學習一些實驗操作方法，為自己實驗奠定基礎.

（3）變部分教師驗證性演示實驗為學生探究性實驗，驗證性實驗是指對研究對象有了一定了解，并形成了一定認識或提出了某種假說，為驗證這種認識或假說是否正確而進行的一種實驗.它以訓練學生的實驗技能、驗證基本理論原理為主要目標，如注重培養學生的使用和裝配儀器、實驗操作、實驗觀察、實驗記錄、數據處理和計算等技能，因此在實際的教學中，強調操作技能的程序化和規范化.