物理實驗選修課教學探究式學習研究

朱興旺 葛喜芳

物理是一門以實驗為基礎的自然科學， 實驗對于學習物理具有不可替代的作用.在我國新一輪基礎教育課程改革中， 特別強調學生在學習過程中的自主建構、合作探究.這種學習方式的改變， 將給物理教學提出新的要求.在中學物理選修課程中貫徹探究式學習實驗教學模式，全面體現物理課程的新理念， 有利于推進物理教學的改革進程.

1在物理選修實驗中組織學生活動解決“物理問題”

活動開展方案具體如下：

（1）每班學生，以3人組為一個學習小組，每個小組選擇一個方案進行實驗改進工作.

（2）利用一周時間學生尋找材料設計方案并進行實驗論證分析.在數字化實驗室進行實驗探究實踐活動.

（3）教師輔助學生做好課題的整合.用一節課時間讓學生匯報成果.

2實驗課堂首先做好傳統教學模式的展現，讓學生了解物理實驗實施過程中存在的不足之處

加速度與力、質量的關系本實驗在實施中存在著哪些問題？歸納總結如下.

2.1實驗系統誤差大

采用小車為研究對象，托盤和鉤碼的重力提供外力（如圖1）， 要求小車質量遠大于托盤和鉤碼的總質量.實際操作中，鉤碼和托盤的總質量與小車的質量差達不到要求的程度，鉤碼和托盤與小車用輕繩連接，加速度相同，系統誤差不可避免.

2.2實驗數據處理困難

實驗中使用打點計時器打點，處理紙帶，結合運動學公式計算加速度，計算相對繁瑣（如圖2、圖3），同時出現了第二次誤差.

2.3實驗操作難度大

實驗中利用力學知識對摩擦力進行了平衡操作，墊高薄木板，使小車沿斜面向下的重力的分力與摩擦力相等，小車做勻速直線運動，要達到上述目的，需要多次操作，多次打點；而教材提供的兩輛小車同時運動的方案令學生教師操作實驗難度更為加大.

3大膽嘗試新方法.通過實驗探究發現新規律，使學生領悟科學探究過程和方法

驗證牛頓第二定律實驗具體做起來誤差較大， 實驗效果不夠理想.現在原有基礎上對器材和實驗方法作一些適當的改進， 可使實驗效果明顯改善， 更好地達到驗證牛頓第二定律的目的.

3.1實驗器材的改良

利用光傳感器、力傳感器、位移傳感器代替傳統的打點計時器計時測速度.[HJ1.4mm]

學生自主設計各種方案解決傳統實驗中存在的不足之處.

（1）利用光電門代替打點計時器

測定小車運動過程一段位移的初末速度.利用位移公式： 得到加速度a.（如圖3）

（2）利用位移傳感器測定小車運動的加速度.（如圖4）

（3）利用力傳感器測定拉力大小，消除F

3.2實驗設計方案的改良：利用計算機輔助，有利于提高精度及實驗偶然誤差的發現

教師課堂設計驗證表格.快速幫助學生分析數據圖表.在測定a與F關系圖線時，我們可以通過Excel圖表中直觀地發現圖6中第三組數據存在偶然誤差.對數據進一步測定之后，我們可以得到圖7圖線.同時，通過數據學生還可以進一步發現a-F圖線沒有經過原點.是什么原因呢？引發學生進一步的思考和探索.

利用位移傳感器得到的s-t圖象、v-t圖象來分析得到小車運動的加速度，提高實驗的精度.（如圖8）

利用光電門來代替打點計時器，增加實驗的精準度.在通過調節軌道一段高度，來平衡摩擦力實驗中，學生真正做到了精益求精.實驗探究過程認真細致.以下是輕推小車，軌道上先后兩光電門測定的通過時間.學生經過一次次嘗試做到了十萬分之一秒的實驗精度調零.（如圖9）

[TP8GW24.TIF，BP#]

3.3理論的修正，改良了實驗的準確度

利用理論修正消除F

[JB（{]F=Ma，mg-F=ma，[JB）]F=[SX（]M[]M+m[SX）]mga=[SX（]v22-v21

4通過實驗探究，發現新問題，提高實驗設計能力

學生通過實驗選修課合作探究活動，對實驗的設計方案設計目的有了新的認識.實驗課程得到了課外延伸.小組內同學通過實踐探索，引發了學生實驗研究的興趣，對物理實驗提出了新問題，新方案.

例如：學生得到的a-F圖象基本都不在一條直線上，存在誤差比較大.什么原因？學生就會嘗試減小實驗誤差的操作方法，實驗的態度就會得到改善.學生提出了許多造成實驗誤差的原因：（1）實驗前要讓砝碼盤晃動造成拉力的大小不恒定；（2）墊板因小車的碰撞有移動造成板傾角變化，平衡摩擦力遭破壞；（3）木板不平整造成位移傳感器記錄的v-t轉化圖不成線性，還增加了小車的阻力；（4）小車車輪是否完好；（5）摩擦阻力、空氣阻力造成的影響；（6）滑輪高度調節是否使與小車相連的繩子水平.平時容易被學生忽略的細節，學生都會去關注.這是傳統實驗教學中無法激發的學習熱情.

在得不到教科書上的完美結果的情況下，學生有動力去換取更好的數據分析點，設法去改良實驗方法減小系統誤差影響.實驗探究過程中有很多意外的收獲.學生在匯報課中的準備過程中會陳述很多有創意的設計講解.會把枯燥的實驗操作通過有趣的自拍視頻講解展現給同學們.讓枯燥的實驗課堂變得生動和有趣.繁雜的實驗數據通過學生熟練的計算機分析也變得井然有序，實驗有誤差，但通過不斷地修正得到了越來越好的實驗結果.實驗探索過程真實，讓同學們體會到了科學家探索過程的艱辛.

實驗選修課堂教學的過程是物理課堂的有利補充和延伸.學生通過自主合作實驗探索過程，體驗物理課堂的情感、經驗的交流、合作和碰撞的過程.要讓學生充分地體驗、領悟實驗過程，使認知、能力、興趣得到變化和發展.