孟朝強
物理教學(xué)應(yīng)以實驗為基礎(chǔ),在實驗教學(xué)上多做文章。那么,如何設(shè)計一個好的探究實驗?zāi)兀?/p>
第一步:內(nèi)容分析。
在開始實驗設(shè)計之前,首先要對教材內(nèi)容進行詳細(xì)分析,確定哪些是學(xué)生已知的,哪些是學(xué)生需要通過探究獲得的,為下一步的實驗設(shè)計打好知識基礎(chǔ)。
在知識方面,“實驗:探究功與速度變化的關(guān)系”是人教版高一年級必修2第七章第6節(jié)的內(nèi)容,它是在已明確了“功”的概念和理論探究了“彈性勢能的表達(dá)式”的基礎(chǔ)上,過渡到探究“動能表達(dá)式”的內(nèi)容。在學(xué)生方面,首先,學(xué)生經(jīng)過一個多學(xué)期高中物理的學(xué)習(xí),思維水平已有所提高,能夠用所學(xué)的知識分析一些問題。其次,學(xué)生頭腦中已有模糊的“動能”概念。第三,具備開展探究實驗和運用計算機軟件(如Excel軟件)的基本技能。第四,學(xué)生憑生活經(jīng)驗有模糊的認(rèn)識,動能大小應(yīng)與速度有關(guān),但具體是什么樣的關(guān)系還不清楚。綜上所述,我們深入探究“動能”就有了可能。
第二步:實驗的理論分析。
實驗的設(shè)計不只需要對學(xué)生和知識進行分析,還需要對教材內(nèi)容進行理論分析。這一步的目的主要是確定采用何種方式開展實驗,為下一步選擇實驗方式提供理論支撐。
為幫助學(xué)生逐步深入到對動能的定量研究,我設(shè)置了一個開放性的問題以引發(fā)學(xué)生的積極聯(lián)想:如何尋找一種方式把動能表現(xiàn)出來,以便我們進行度量呢?學(xué)生經(jīng)過討論和教師的引導(dǎo),并借鑒上節(jié)內(nèi)容,能夠想到兩種方法:一是通過做功使物體獲得動能;二是可以將運動物體克服阻力運動的最大距離來度量動能的大小。但第二種方法如何得到動能?學(xué)生討論后就會發(fā)現(xiàn),又回到了第一個方法。經(jīng)過一番討論,確定通過做功的方式使物體獲得動能。
第三步:實驗的具體設(shè)計。
實驗設(shè)計階段是學(xué)生進行定量化探究的主要階段,能鍛煉學(xué)生充分運用已學(xué)知識處理新問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教師引導(dǎo)學(xué)生進行討論,最終使學(xué)生明確實驗中需要測定的物理量有物體質(zhì)量m、彈出物體速度v;確定實驗中需要的主要器材有相同規(guī)格的皮筋四根、氣墊導(dǎo)軌、相同規(guī)格的滑塊兩至三塊(配重片)、天平、擋光片、光電門。其中,滑塊質(zhì)量可通過天平測出;滑塊的瞬時速度由擋光片、光電門等測定;氣軌調(diào)成水平。根據(jù)“控制變量法”,展開實驗。最后利用所測數(shù)據(jù),借助Excel軟件畫出相對應(yīng)的圖像,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ek-mv2圖像為一直線。至此,學(xué)生初步獲得了動能的表達(dá)式,即Ek=kmv2(k為待定系數(shù))。數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的話,還可求出系數(shù)k=1/2。
學(xué)生在實驗探究中真實地體驗科學(xué)探究的過程,不斷提升自身的科學(xué)素養(yǎng)。