体会课改理念 改进实验教学

陈　刚

现阶段，学生做实验时，通常是教师把实验步骤事先写在黑板上，所需的仪器，老师也提前为学生准备好了.这样的实验不但缺乏探究性，更没有趣味性，不利于培养学生的动手能力、创新精神和严谨的科学态度.“有没有能让学生自己设计、并用不同方法完成的探究式物理实验呢？”为此，笔者做了一些尝试.

经过到学校实验室调查、上网查阅资料、阅读专家的论著、并与其他老师讨论研究，最后设计出了《滚筒与斜面》、《百宝电路板》和《速度、加速度测量仪》这三组探究式物理教具.下面对这三个实验教具作简单介绍.

一、滚筒与斜面

1．教具简介

第一套实验教具是《滚筒与斜面》：有直径26cm、高38cm的铁皮滚筒一个；用夹心板做的长40cm、宽38cm、高10cm的斜面一块；同样大小的条形磁铁、条形铁块、磨刀石各一块.（如下图所示）

2．可探究的问题

（1）能合理解释放在斜面上的滚筒能自由向下滚动，而放在斜面上的条形石块静止不动吗？

（2）能让滚筒从静止开始滚上斜面吗？

（3）在斜面的上表面没有东西阻挡的情况下，能让滚筒在斜面上静止不动吗？

（4）能让滚筒自己在斜面上，上下摇晃而不滚下来吗？

二、百宝电路板

1．教具简介

（更多的内容请看案例）

《百宝电路板》：有一块40cm宽、50cm长、5cm厚的、由1mm厚铁板表面粘贴白色工程塑料做成的、可以用彩色笔在上面画电路图的、可以贴上底座有磁性的小电子零件的百宝电路板.百宝电路板本身提供具有短路保护的可变档的交流和直流电源，上面有一个抽屉装着各种外观漂亮的底座有磁性的小电流表、小电压表、电阻、电容、二极管、开关、导线等小电子零件应有尽有.使用它可以把从初中到高中的所有电路都尽情玩遍.（见下图）

2．可探究的问题

（1）知道电流能“通过”电容器吗？

（2）电感线圈对待交流电和直流电是否一样？

（3）如何区分哪一组电源是直流电，哪一组电源是交流电？

（4）有一神奇的电路，有两盏灯和一个开关，看起来它们是串联在一起的，可是，开关只对其中一盏灯起作用，这是为什么呢？

（5）有一神奇的电路，有两盏灯和两个开关，看起来它们是串联在一起的，可是，其中一个开关只对其中一盏灯起作用，另一个开关也只对另一盏灯起作用，这是为什么呢？

（更多的内容请看案例）

三、速度、加速度测量仪

1．教具简介

《速度、加速度测量仪》：一套用乐高教育机器人的RCX（主控制器）、光电传感器和ROBOLAB电脑编程语言做成的能测量实验小车运动速度和加速度的仪器.

2．使用说明

（1）测量速度时，在实验小车上安装一块已知长度的白色挡光板，在乐高教育机器人的RCX上装一个光电传感器；在实验小车经过的轨道旁边放置光电传感器并调节好高度；实验小车（白色挡光板）通过光电传感器的时间将被记录下来，用这个时间除以白色挡光板的长度，得到实验小车通过光电传感器的平均速度.

（2）测量加速度时，在实验小车上安装一块已知长度的白色挡光板，在乐高RCX上装1号和2号两个光电传感器；在实验小车经过的轨道旁放置1号光电传感器和2号光电传感器，并调节好高度，还要测量两个光电传感器之间的距离；当实验小车（白色挡光板）分别通过两个光电传感器时，小车通过两个光感器的时间将被记录下来，从而可计算出小车运动的加速度.

3．可探究的问题

（1）如何判断哪个物体做匀速直线运动？

（2）实验小车通过水平弯道时，多大的速度使它翻车？

（3）翻滚时，过山车的安全速度是多少？

（4）自由下落物体的加速度等于多少？

（5）两个物体碰撞前后总动量守恒吗？

四、三组探究式物理教具的特点

这三组探究式物理实验具有趣味性强的特点，能够充分调动学习者主动探究的欲望；《滚筒与斜面》这一套教具制作简单，价格便宜，对学习“重心”、“共点力平衡”、“力矩”等物理概念有很大的帮助.《百宝电路板》这一套教具设计精美、功能齐全，可以在面板上一边画电路图，一边安放电子元件；每个电子元件都有磁性底座，稳定性好不会移动和翻倒，整块电路板可以水平放置，也可以竖直放置，方便学生做演示和交流；电路的连接采取插接式，非常方便快捷；还装配有短路保护装置，非常安全可靠；这套电路板不仅能够在学校使用，也能够在家庭中使用.《速度、加速度测量仪》运用了乐高教育机器人的RCX、光电传感器和ROBOLAB计算机编程语言，能测量实验小车运动速度和加速度，且测量的准确度比较高.

五、应用案例

案例A：选用《滚筒与斜面》这一套教具

1．问题：能让滚筒从静止开始滚上斜面吗？

2．假设方案：

（1）把磁铁放在斜面的某处利用磁力把它吸引上来.

（2）用磁铁在斜面下滑动带动滚筒向上滚.

（3）把铁块贴在滚筒的内壁上使它的重心偏移，当重物在上边某个位置时，可以向上滚动.

3．实验验证：

通过实验，证明假设方案（1）（2）是行不通的，原因是条形磁铁的磁场较小，不能将铁滚筒带动；假设（3）的实验成功了，但是，如果重物所处的位置不正确，滚筒可能会朝相反的方向滚动；当把两块重物一起粘在滚筒里面时，它可以滚动得更快.

4．原理：

当把重物粘在滚筒的内壁上时，整个装置（滚筒和铁块）的重心偏到重物一边（如图所示C处），在斜面上该装置共受重力、支持力、摩擦力三个力的作用，与斜面接触的O点为转轴，支持力和摩擦力产生的力矩为零，重力产生的力矩刚好是使滚筒向上滚动的合力矩.

案例B：选用《百宝电路板》这一套教具

1．问题：如何区分哪一组电源是直流电?哪一组电源是交流电?

2．假设方案:

（1）把小灯泡分别接在低压直流电源和低压交流电源上,可能灯泡发光不一样.

（2）把带有铁芯的线圈分别接在低压直流电源和交流电源上,通过电磁铁能否吸引小铁片来判断.

（3）把两个不同颜色的发光二极管,先并联(极性相反)，再分别接在低压直流电源和低压交流电源上,通过发光来判断.

（4）先把小灯泡与二极管串联，再分别接在低压直流电源和低压交流电源上,可能灯泡发光不一样.

3.实验验证:

通过实验,方案1失败.原因是实验现象相同,不能加以区分.

方案2、方案3可行.在方案2中,接直流电源可以吸引小铁片，接交流电源不行；在方案3中，接直流电源的，仅有一个发光二极管发光,接交流电源的，两个发光二极管都发光.

方案4有问题.在方案4中,有可能接直流电源和交流电源的小灯泡都亮，有可能接直流电源的小灯泡不亮，接交流电源的小灯泡亮.

4．原理:

方案2中,接直流电的带有铁芯的线圈变成电磁铁，能吸引小铁片，接交流电的不行.

方案3中,当接上直流电时,由于电流的单向性,故只有一个发光二极管能发光；当接交流电时,由于交流电流的周期性,两个极性相反的二极管都能发光.

参考文献

1．罗星凯、李萍昌.探究式学习：含义、特征和核心要素［J］教育研究，2001，（12）.

2．罗星凯.实施科学探究性学习必须正视的问题［M］.北京：人民教育出版社，2003.

3．罗星凯.中学物理疑难实验专题研究［M］.桂林：广西师范大学出版社，1998.

4．高文.建构主义学习的特征［J］外国教育资料，1999，（1）.

5．冯忠良等著.教育心理学［M］.北京：人民教育出版社.