初中物理教科書教學實驗介評

方均清

◆摘 要：物理是一門以實驗為基礎的學科，本文選擇初中物理實驗中探究動能大小與哪些因素有關作為切入點，對當前各地使用的各種版本義務教育課程標準初中物理教科書中的實驗進行了全面的梳理、比較、統計、分析，期望通過對比各個版本教學實驗設計思路和呈現形式，挖掘其中的科學和人文教育價值，以供教師從中汲取有用材料，實現課程資源與成果共享。

◆關鍵詞：各個版本初中物理實驗；梳理比較；資源成果共享

一、研究目的

物理學既是一門理論科學，也是一門實驗科學。物理學家總是觀察和實驗探究的基礎上，對物理現象和實驗事實進行分析、抽象、概括和總結，從而建立物理定律與定理，進而形成物理理論。物理學發展過程中實驗的“判決性”，決定了只有理解了實驗才能真正理解物理學！物理教學實驗具有多方面的科學和人文教育價值。物理教學實驗能提供豐富的感性材料，使抽象的物理過程具體化、形象化，有助于加深學生對物理知識的理解。

由于物理實驗在學習物理過程中的重要性，按照課程標準編寫的各種版本初中物理教科書都精心設計了許多各種類型的物理教學實驗。根據對各種版本初中物理教科書中的物理教學實驗的研究，每一版本教科書的物理教學實驗在形式和內容上都是獨具匠心的，各種版本的教科書在物理教學實驗設計的思路和取向等方面各具特色，都是極具價值的、可以共享的物理課程資源。

二、實驗概述

1.實驗的“原型”

1666年，在成立不久的英國皇家學會的例會上有人表演了如圖9-1所示的實驗：把兩個質量相同的硬木球或鋼球并排掛在一起，把其中的A球向左拉開某一角度，松開后，它向右擺到平衡位置時跟另一球B相碰。兩球碰撞后，A球立刻停下，B球向右擺去，差不多擺到A球開始所處的高度，然后向回擺動，再次跟A球相撞，這時B球立即停下，A球向左擺去……如此往復。當時許多科學家對這一現象感到困惑不解。

由于碰撞的研究對于力學的發展至關重要，1668年英國皇家學會懸賞征求解答，結果有三人應征獲獎，其中對這一問題做出完整分析的是荷蘭物理學家惠更斯（Christian Huygens）。惠更斯從1652年開始對彈性碰撞進行了深入的研究，得出結論：兩個質量相同并以相同的速度相向運動的物體，在完全彈性碰撞之后，都保留碰撞前的速度而相互彈開，這就解釋了上述的實驗現象。惠更斯還從實驗和理論上研究了一般的情形，即質量不同、速度不同的彈性碰撞。他發現在這種碰撞中，除了動量守恒外，“在兩個物體的碰撞中，它們的質量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變。”他第一次提出了這個物理量，德國的萊布尼磁茲（Gotried ithelm Leibniz）把它命名為“活力”，科里奧利（Gustave Gaspard de Coriols）提出以代替，“活力”實質上就是能量，現在我們稱之為動能。

2.實驗的設計思路

本實驗采用控制變量的方法，先讓同一物體從斜面的不同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動放在水平地面上的木塊的距離，即物體保持質量相同，改變其滾下斜面后的速度大小；再讓質量不同的物體從相同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動放在水平地面上的木塊的距離，即保持勿體滾下斜面后的速度大小相同，改變物體的質量。學生通過對影響動能大小的因素進行研究，了解動能的大小跟速度、質量的關系，最終對動能的概念有一個深入的認識。在實驗探究的過程中，不僅可以培養學生觀察、分析和推理能力，還可以對學生進行科學方法的教育。

三、實驗評析

新中國成立后的歷次教學大綱均沒有提出“探究動能大小與哪些因素有關”實驗要求，課程標準中要求通過實例理解動能的概念。本實驗可使學生知道動能的概念，初步了解動能和勢能的相互轉化。知道影響動能大小的因素和改變物體動能的方法，并解釋生活中的一些簡單現象。通過實驗探究，進一步掌握控制變量法，并讓學生經歷探究的過程，領悟其中的科學方法。通過探究與生活相關的問題，激發用基礎知識解決實際問題的熱情，養成用所學知識聯系生產、生活實際問題的習慣。

下面對各種版本教科書探究動能大小與哪些因素有關的實驗設計特點進行介評。

1.人教版

人教版教科書把“探究影響物體動能的因素的實驗”安排在9年級。首先在學生學過的功的知識的基礎上，列舉子彈擊穿靶等能夠做功，直接從功和能的關系引入了能量的初步概念，使學生對運動的物體具有能量形成比較清楚的具體印象，從而引出了動能的概念。然后，通過一個探究實驗，讓學生自己設計實驗，探究動能的大小與哪些因素有關。引導學生展開討論，最終得出：物體的速度越大，動能也就越大；質量越大，動能也越大.

2.滬科粵教版

滬科粵教版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關”的實驗安排在9年級，首先設計實驗，讓小球分別從斜面上A處和B處滾下，讓學生猜測哪個小球的運動速度大？并讓同學思考哪些量相同？哪些量不同？然后在平板上放兩個紙盒，再讓同一小球分別從A處和B處滾下，讓學生猜測哪種情況下小球將紙盒推得更遠？這時引導學生猜測動能大小與速度是否有關。接著讓不同質量的小球先后從斜面上同一高度處滾下，先猜猜它們在平面上運動速度的大小怎樣？讓同學想想這次實驗中哪些量是相同的？哪些量是不同的？最后在平面上擺放兩個木箱，讓不同質量的小球從斜面上同一高度處滾下，看哪種情況下小球將紙盒推得更遠。用同樣的方法讓學生猜測動能大小與質量是否有關。通過探究活動，引導學生得出動能的大小跟速度和質量這兩個因素有關，質量相同時，速度越大的物體具有的動能越大；速度相同時，質量越大的物體具有的動能大。運用物理知識解釋生活中的問題，培養學生的交通安全意識，培養學以致用的良好學習習慣。

3.北師大版

北師大版教科書把“關于動能大小與哪些因素有關”的內容安排在9年級。通過“觀察與思考”欄目，讓學生先觀察相關圖片，然后思考：小盒被小球撞擊后有什么現象？從不同高度法下，發生的現象會有何不同？不同質量的小球從不同高度滾下，又會有何不同現象？最后引導學生得出：由斜面上滾下的小球撞入到小盒中，將小盒推動一段距離，小球開始時的位置越高，滾下后的速度就越大，將小盒推動的距離也就越遠。不同質量的小球由相同高度滾下后，推動小盒的距離不同，質量大的小球把小盒推得較遠。小盒被推動了一段距離，表明小球對它做了功。由實驗可知，同一個物體速度越大，做功的本領越大。速度相同的物體，質量大的做功本領大。進而引出物體能對外做功，就說明這個物體具有能。物體由于運動具有的能叫做動能，物體速度越大、質量越大，它具有的動能就越多。

4.蘇科版

蘇科版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關”的實驗安排在9年級上冊。動能、重力勢能、彈性勢能的概念在蘇科版教科書8年級的教學中已經出現，有關它們的一些現象學生并不陌生。通過給學生展示“運動著的錘子能將釘子打入木板中”等圖片，讓學生知道“一個物體如果能夠對另一個物體做功，這個物體就具有能量”這個能量概念的粗略定義。在探究動能的大小與哪些因素有關的實驗里，運用了控制變量的實驗設計思想，讓小車分別從斜面的不同高度由靜止開始下滑，改變小車撞木塊時的速度，通過比較小車使木塊移動的距離，將動能大小的比較轉化為做功多少的比較。物體的動能越大，它可以對其他物體做的功就越多。在探究動能大小與質量關系時，通過在小車上增加砝碼的方法改變小車的質量，這種方法比用兩個質量不同的小車或鐵球的效果要好，可基本保證小車到達水平面時的速度相同。最終引導學生分析歸納得出：物體的動能大小與物體的質量和速度有關，物體的質量越大，速度越大，它具有的動能就越大。

5.教科版

教科版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關”內容安排在8年級，在處理動能相關知識的時候，沒有用探究實驗或演示實驗，而是首先展示了奔跑的獵豹等圖片，讓學生真切地感受到運動的物體具有動能。通過現象說明運動的物體具有對其他物體做功的能力，即運動的物體都具有能量，進而引出動能的概念。接著聯系現實生活，簡述汽車速度越快、出事故時破壞性就教科版越嚴重，說明物體動能的大小同它的運動速度有關。質量相同的物體，速度越大動能越大。輛汽車以同一速度運動，重載比空載時出事故會更嚴重，說明物體的動能還同物體的質量有關速度相同的物體，質量越大動能越大。

總之，結合生活實例，得出影響物體動能大小因素的結論。

參考文獻

[1]楊仲耆，申先甲.物理學思想史[M].長沙：湖南教育出版社，1993.

[2]束炳如等.物理學家傳[M].長沙：湖南教育出版社，1985.

[3]申先甲.物理學史教程[M].長沙：湖南教育出版社，1987.

[4]母小勇.物理學教育新論[M].南京：江蘇教育出版社，2001.

[5]安忠，劉炳升.中學物理實驗教學研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[6]潘永祥，王錦光.物理學簡史[M].武漢：湖北教育出版社，1990.