王慶偉

【摘要】物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)物理教學(xué)中具有十分重要的作用，隨著對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)注不斷深入和新課程不斷走向深藍(lán)，我們不僅要告訴學(xué)生探究問題方法，提升他們探究問題的能力，還必須培養(yǎng)他們的科學(xué)精神。初中物理這門以探究為基礎(chǔ)的課程，恰好就能勝任這種教育。為了使物理探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫匕l(fā)揮它的作用，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力，作為物理教師必須具備新的、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念和方法，對(duì)那些傳統(tǒng)的、落后的教學(xué)觀念和方法要進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)對(duì)教材中存在不足的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】物理實(shí)驗(yàn) 教學(xué) 勻速運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）32-0161-02

由于初中生認(rèn)知能力的限制，物理教材中的許多實(shí)驗(yàn)只能是通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行定性研究，通過多次類似實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出物理規(guī)律，而不能通過準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行定量研究。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠較容易的讓學(xué)生掌握物理規(guī)律和物理探究的方法，但是相對(duì)而言缺乏科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，在一定程度上會(huì)影響學(xué)生對(duì)物理探究方法的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。甚至于在一些實(shí)驗(yàn)中的物理現(xiàn)象，由于缺乏有效的科學(xué)數(shù)據(jù)分析，很多老師只能通過含糊其辭的“忽悠”來完成課堂教學(xué)，使學(xué)生對(duì)物理規(guī)律一知半解，引發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑。筆者在教學(xué)實(shí)踐中就有過這樣的經(jīng)歷。

人教版八年級(jí)下冊(cè)物理教材第九章第四節(jié)《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》一課，整體教學(xué)內(nèi)容是比較單一而簡(jiǎn)單的。筆者在教學(xué)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生做了大量的實(shí)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。比如：對(duì)著漏斗吹乒乓球，乒乓球不會(huì)掉下來；向兩艘并排放置的紙船中間噴水，兩艘紙船向中間靠攏；對(duì)著小燒杯杯口水平方向猛的吹氣，里面的乒乓球會(huì)跳出來……通過一系列實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)出“流體流速越快的地方壓強(qiáng)越小”的規(guī)律，接下來筆者利用課本器材做實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果引出了幾位學(xué)生的質(zhì)疑“老師，為什么粗管子的壓強(qiáng)大，細(xì)管子的壓強(qiáng)小?。俊薄耙?yàn)榇止茏永锩嫠牧魉俾?，所以壓?qiáng)大，細(xì)管子流速快，所以壓強(qiáng)小啊！正好驗(yàn)證了我們剛剛得出的結(jié)論！”我“忽悠”道。可是學(xué)生繼續(xù)問道“為什么粗管子流速慢些？為什么細(xì)管子流速快些？”……我突然間不知道該怎樣回答了？大家都知道，這是高中物理中的連續(xù)性原理，當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個(gè)粗細(xì)不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應(yīng)該相等。但是筆者卻不能對(duì)著一群初中生去講高中物理中的連續(xù)性原理吧？沒法子。

在后面講解“飛機(jī)的升力”原理時(shí)，針對(duì)機(jī)翼模型，有學(xué)生又提出問題“為什么飛機(jī)上表面空氣流速快，下表面空氣流速慢？”“有什么數(shù)據(jù)能夠說明流體流速越快的地方壓強(qiáng)越小？”這時(shí)候我突然意識(shí)到一個(gè)問題，學(xué)生對(duì)通過實(shí)驗(yàn)表象推導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生了質(zhì)疑！于是，筆者大量搜索相關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)，最終聯(lián)系到某公司制作如圖的實(shí)驗(yàn)器材。

鼓風(fēng)機(jī)連接紅綠藍(lán)三根粗細(xì)不同的塑料管，管中分別連接三個(gè)壓強(qiáng)傳感器，傳感器與電腦相連，電腦軟件能夠?qū)崟r(shí)地將管中壓強(qiáng)變化準(zhǔn)確的通過數(shù)據(jù)在電腦上顯示出來。通過科學(xué)數(shù)據(jù)的顯示可以充分的證明“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”，由定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治觯黾恿藢?shí)驗(yàn)結(jié)論的可信度。但是依然存在問題：如何說明“粗管流速慢，細(xì)管流速快”呢？我一直在想，既然不能講“連續(xù)性原理”，又不能”忽悠”學(xué)生，我該怎么辦？唯一的方法，就是用數(shù)據(jù)來證明你看。于是與學(xué)生一起，又將三根管子分別開了口子，利用風(fēng)速測(cè)定儀分別測(cè)定三個(gè)管中的空氣流速，并實(shí)時(shí)展現(xiàn)在投影上，結(jié)果，大家都滿意了。在講到“飛機(jī)升力”時(shí)，同樣利用風(fēng)速測(cè)定儀分別測(cè)出上下表面的空氣流速，解決學(xué)生的疑問，并同時(shí)利用微型壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出機(jī)翼上下表面的壓強(qiáng)，使學(xué)生充分理解飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因。

初中物理教學(xué)中有許多測(cè)定性實(shí)驗(yàn)，由于學(xué)生是初學(xué)物理，一些基本的實(shí)驗(yàn)器材需要訓(xùn)練學(xué)生的使用，但實(shí)驗(yàn)器材本身的精確程度以及使用方法的局限性，導(dǎo)致許多實(shí)驗(yàn)結(jié)論很難與實(shí)際規(guī)律吻合，這時(shí)候我們?cè)S多老師就開始“忽悠”學(xué)生了，甚至直接下結(jié)論——“你們做得不對(duì)，老師做的就是這樣的，看！與書上的結(jié)論一致吧？”

然而真的是這樣嗎？

人教版八年級(jí)物理第八章第3節(jié)《測(cè)量滑動(dòng)摩擦力》就是非常典型的例子，書本上的實(shí)驗(yàn)如圖所示。

利用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡的原理，拉力大小等于摩擦力大小。但是做過實(shí)驗(yàn)的人都知道，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是很難成功的！因?yàn)槿说氖趾茈y通過主觀判斷，拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因而彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)很難穩(wěn)定下來，這時(shí)候大部分人只能隨便讀個(gè)數(shù)據(jù)“忽悠”一下學(xué)生。然而，具有探究意識(shí)的學(xué)生是那樣好忽悠的？筆者在講這節(jié)課時(shí)，讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果出現(xiàn)了同樣的器材同一小組不同學(xué)生測(cè)出數(shù)據(jù)不同的現(xiàn)象。是回避矛盾還是承認(rèn)事實(shí)？我選擇了后者。因?yàn)檫@樣不僅可以引發(fā)學(xué)生探討成因，還能引導(dǎo)學(xué)生踐行實(shí)事求是的科學(xué)精神。然而，如何加深學(xué)生對(duì)二力平衡條件的深刻理解如何準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)呢？

首先，針對(duì)“如何控制木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)”的問題，我開始想到了使用勻速電機(jī)拉動(dòng)木塊。實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，雖然勻速電機(jī)控制了木塊做勻速運(yùn)動(dòng)，但是木塊在運(yùn)動(dòng)過程中很難保證做直線運(yùn)動(dòng)。從火車在鐵軌上運(yùn)行受到啟發(fā)，我將木塊固定，制作了一段滑軌，用勻速電機(jī)拉動(dòng)木板在滑軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)相對(duì)性，木塊相對(duì)木板在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，完美解決第一個(gè)問題。

其次，對(duì)于彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)難的問題，筆者嘗試了用電子測(cè)力計(jì)代替、將測(cè)力計(jì)豎直固定等方式改進(jìn)，結(jié)果都不是很理想。如何讓測(cè)量數(shù)據(jù)直觀而準(zhǔn)確的顯示出來呢？筆者在研究教材過程中發(fā)現(xiàn)，教材多處“擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)”中用到了傳感器，那么我們何不用拉力傳感器來代替彈簧測(cè)力計(jì)呢？于是，筆者將拉力傳感器固定在基座上，一端與木塊相連，另一端與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器再與電腦相連，木塊所受摩擦力通過電腦上的相關(guān)軟件處理，以圖像和數(shù)據(jù)直觀展示出來，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，效果良好。

根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，最終我們就得到了一整套探究“影響滑動(dòng)摩擦力大小因素”的實(shí)驗(yàn)器材。按照實(shí)驗(yàn)要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，我們最終可以在電腦上得到如下的數(shù)據(jù)。（如下圖）

將每一次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集起來，繪制表格。根據(jù)控制變量法，對(duì)比數(shù)據(jù)，學(xué)生可以很容易的得出結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小、接觸面粗糙程度有關(guān)，壓力越大，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。

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