淺淡平拋實(shí)驗(yàn)中存在的問題及改進(jìn)措施

余登炯

摘 要：平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，能夠提高和加強(qiáng)學(xué)生對物體在曲線中的運(yùn)動過程分析能力。平拋實(shí)驗(yàn)全面而系統(tǒng)的包含了運(yùn)動合成與分解知識點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容，并在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上進(jìn)行的延伸和拓展教學(xué)對其他章節(jié)的知識點(diǎn)內(nèi)容也有一定的鋪墊作用，此外，平拋實(shí)驗(yàn)作為一個重要的知識點(diǎn)還常出現(xiàn)于學(xué)生的作業(yè)和考試之中，因此對于平拋實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，教師更應(yīng)當(dāng)注重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問題進(jìn)行規(guī)避和改進(jìn)，從而使學(xué)生更好地理解和掌握平拋實(shí)驗(yàn)及背后的知識點(diǎn)內(nèi)容。本文通過對目前高中物理教學(xué)中常用的平拋實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分析，討論實(shí)驗(yàn)裝置中存在的問題并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為平拋實(shí)驗(yàn)的教學(xué)開展提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：平拋實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)裝置;問題;改進(jìn)措施

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)和發(fā)展，學(xué)校對于教學(xué)質(zhì)量的要求不再局限于傳統(tǒng)的書本教學(xué)模式，引入先進(jìn)的教學(xué)器材和配套的實(shí)驗(yàn)裝置將會在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破。對于物理教學(xué)而言，物理公式和知識點(diǎn)都源自于對物理實(shí)驗(yàn)的總結(jié)思考，物理實(shí)驗(yàn)貫穿著學(xué)生整個高中物理知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中的動手和思考能力能夠有利于物理教學(xué)的開展。然而，就目前的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況來看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的開展并不順利，其原因主要存在于教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)裝置的問題上，物理教學(xué)的改革創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)從實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的完善和改進(jìn)出發(fā)，本文就高中物理實(shí)驗(yàn)中涵蓋大量運(yùn)動學(xué)知識點(diǎn)的平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，分析存在于其中的不足并提出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系完整構(gòu)建。

一 平拋實(shí)驗(yàn)中存在的問題

（一）平拋豎落儀

平拋豎落儀是相對簡易的一種平拋實(shí)驗(yàn)裝置，裝置體積較小具有一定的便攜性，成本較低能夠在實(shí)驗(yàn)課程中讓每一位學(xué)生都能夠參與到動手實(shí)驗(yàn)之中。平拋豎落儀的原理是通過牽引擺錘來撞擊小球給予小球以水平推力，在離開豎落儀平臺后受水平分力和重力作用下完成平拋運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)過程中通常會對實(shí)驗(yàn)小球進(jìn)行上色使豎落儀緊貼水平畫板，讓畫板輔助呈現(xiàn)出小球平拋運(yùn)動曲線。實(shí)驗(yàn)裝置的問題在于由于自身結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)驗(yàn)缺少一定的嚴(yán)謹(jǐn)性并且實(shí)驗(yàn)變量不可控制，實(shí)驗(yàn)的觀察效果較差。在平拋實(shí)驗(yàn)過程中小球?qū)τ诔跛俣冗@一變量因素不可控制，由于是通過擺錘擊打來實(shí)現(xiàn)小球初速度，因此難以根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置對小球初速度的數(shù)值進(jìn)行估算。此外，由于裝置結(jié)構(gòu)簡單，不能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄和提供數(shù)據(jù)采集，因此平拋豎落儀應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中主要作用是為了能讓學(xué)生感受平拋運(yùn)動物理過程和觀察總結(jié)平拋運(yùn)動曲線，而在進(jìn)一步的公式推導(dǎo)和知識點(diǎn)學(xué)習(xí)中只能依靠教師通過課堂教學(xué)來實(shí)現(xiàn)。總的來說，平拋豎落儀具有成本低、配備容易、實(shí)驗(yàn)簡易的優(yōu)勢，但對于實(shí)驗(yàn)分析和總結(jié)上所起到的作用較小。

（二）J21006型平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)演示裝置

J21006型平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)裝置由斜軌道、網(wǎng)格畫板、軌道卡尺構(gòu)成，通過讓小球自由在光滑斜軌道上滑動產(chǎn)生一定初速度后離開軌道進(jìn)行平拋運(yùn)動，與豎落儀不同的是該實(shí)驗(yàn)裝置對小球在每下落一段網(wǎng)格后就采用軌道卡尺接住小球，并在畫板網(wǎng)格中進(jìn)行記錄，然后開始下一段位移的記錄。該裝置的實(shí)驗(yàn)性遠(yuǎn)強(qiáng)于平拋豎落儀，但在實(shí)驗(yàn)過程中仍存在著一定的問題。雖然能夠通過測量斜軌道的高度從而粗略計算出小球的初速度然而固定的軌道無法對小球的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)則導(dǎo)致每一次平拋運(yùn)動的軌跡都大致相同，不能夠通過獲得多組變量數(shù)據(jù)來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。其次，雖然記錄小球運(yùn)動曲線的畫板沒有直接與小球進(jìn)行接觸，避免了曲線記錄過程中摩擦因素帶來的影響，然而每段位移描點(diǎn)記錄的方式存在一定的人為誤差，影響著回歸曲線的制作。此外，該裝置由于組成的零部件較多，體積較大，實(shí)驗(yàn)過程缺乏創(chuàng)新，在器材配備上較難做到讓每一位學(xué)生都參與動手實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)性較差。

（三）Flash動畫仿真實(shí)驗(yàn)

在現(xiàn)階段的課堂教學(xué)中由于多媒體教學(xué)的引入使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式發(fā)生了巨大的改變，虛擬實(shí)驗(yàn)室正是在多媒體教學(xué)下應(yīng)運(yùn)而生的。通過Flash制作軟件來對平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動畫制作，通過模擬仿真實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生學(xué)習(xí)和體驗(yàn)平拋實(shí)驗(yàn)，變量調(diào)節(jié)的可編輯和運(yùn)動圖像函數(shù)的自動生成將為學(xué)生提供精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但虛擬實(shí)驗(yàn)問題在于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中缺失參與性，實(shí)驗(yàn)操作只能由教師通過計算機(jī)操作來完成，由計算機(jī)輔助計算和繪制并不能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄處理，這對于學(xué)生日后的物理思維體系建立有一定影響。另一方面，由于Flass制作需要專業(yè)的技術(shù)，因此實(shí)驗(yàn)課件多數(shù)為網(wǎng)絡(luò)資源這對于教師在課下的課程制作和整理有一定要求。

二 平拋實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施

實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計的不合理之處在于變量因素的不可控和小球運(yùn)動軌跡的記錄上。在小球初速度可控調(diào)節(jié)方面可通過基于對J21006型號的平拋實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行一定的改進(jìn)，通過對斜滑軌的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)小球初速度的變量調(diào)節(jié)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置中可以通過制作不同高度的可替換斜軌道模塊，在實(shí)驗(yàn)時選擇不同的斜滑軌來進(jìn)行小球初速度的調(diào)節(jié)，此外還可以通過采取調(diào)節(jié)斜面傾角大小的方式來對小球獲取初速度的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而在小球運(yùn)動軌跡記錄中可以采用高幀率的相機(jī)對小球平拋過程進(jìn)行拍攝記錄，在現(xiàn)階段的智能手機(jī)中具有延時拍攝功能的手機(jī)大多都能夠滿足小球運(yùn)動軌跡的逐幀拍攝記錄，再通過多媒體向?qū)W生展示，使學(xué)生更能準(zhǔn)確的根據(jù)小球的運(yùn)動軌跡進(jìn)行速度合成相關(guān)公式的推導(dǎo)，還可以通過采用金屬小球配合磁力畫板來實(shí)現(xiàn)小球的運(yùn)動軌跡進(jìn)行記錄，將畫板與斜軌道間留有一定空隙，使得金屬小球在平拋運(yùn)動過程中通過磁力作用將畫板中的磁粉進(jìn)行吸附形成運(yùn)動曲線。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與性問題是實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中長期以來一直存在的問題，對于平拋運(yùn)動而言實(shí)驗(yàn)原理較為簡單，實(shí)驗(yàn)過程只需對小球的運(yùn)動進(jìn)行觀察，因此無論是從實(shí)驗(yàn)性還是觀賞性來看都不具備吸引學(xué)生的特性，所以如何提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與性則應(yīng)該從教學(xué)方法出發(fā)，通過向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)背景和實(shí)驗(yàn)的相關(guān)趣聞進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)課程中的任務(wù)要求告知給學(xué)生，讓學(xué)生在充滿興趣和好奇心的驅(qū)使下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)校在學(xué)生完成簡單的實(shí)驗(yàn)操作，之后引出平拋實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改善的話題，通過與學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程中對實(shí)驗(yàn)裝置存在的問題和改進(jìn)方式進(jìn)行討論來時學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課程的深度學(xué)習(xí)之中，思考實(shí)驗(yàn)和尋找改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式的過程更能夠加深學(xué)生對課程知識點(diǎn)的掌握，此外還可以將學(xué)生反饋實(shí)驗(yàn)改進(jìn)意見進(jìn)行匯總，從學(xué)生的角度出發(fā)來促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化改進(jìn)。

結(jié)語：

綜上所述，平拋實(shí)驗(yàn)中存在的問題是由于實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法不合理所導(dǎo)致的，對于平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化因從兩方面入手一方面因明確實(shí)驗(yàn)裝置只是作為實(shí)驗(yàn)的工具為更好地觀察和記錄實(shí)驗(yàn)提供一定的條件，因此在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中注重實(shí)驗(yàn)本身的講解教學(xué)，讓學(xué)生能夠真實(shí)參與到實(shí)驗(yàn)思考中更能起到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)意義。另一方面不同的實(shí)驗(yàn)方法下所選用的實(shí)驗(yàn)裝置有所差異，對實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行完善更有促于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計，現(xiàn)階段的教學(xué)正朝著信息技術(shù)化發(fā)展，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計上更應(yīng)當(dāng)引入新的、先進(jìn)的設(shè)備。

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