在“研究平抛运动实验”中培养学生的学科能力

郑丙彦+吴权锋+唐宏+金宝库

课题编号：【2015】-JKGHYB-0162

高中阶段物理课程的培养目标之一是在初中阶段的基础上进一步提高学生的科学能力，即让学生具备必要的物理基础知识和方法，养成科学的思维习惯，在分析问题和解决问题时会尝试运用科学知识和科学研究方法；让学生经历科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参加与科学研究有关的活动，有运用科学研究方法的意识；能独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新；让学生保持探索科学的兴趣和热情，在认知科学规律的过程中获得成就感。

物理是以实验为基础的科学，合理地、创造性地开展實验教学是培养学生学科能力的主要策略之一。其中“研究平抛运动”的实验是研究物体运动规律的核心实验，该实验归纳出的实验结论也是高中物理核心规律。

一、教学组织形式

本实验采取分组实验的形式进行教学，学生分组实验是培养学生良好综合能力的重要环节，是培养学生物理核心素养的重要手段。学生分组实验有如下特点：

1.学生分组实验是以学生小组独立操作为主，在实验中教师的作用主要是指导。

2.学生分组实验是一个使学生经过比较完整的实验过程的训练。

3.学生分组实验可以按不同的实验方案对同一物理规律进行研究，并进行对比评价。

二、实验方案设计

在研究平抛运动的实验中，我们首先设法描绘物体做平抛运动的轨迹，然后通过这个轨迹来研究平抛运动的特点，怎么获得平抛运动的轨迹？这是我们该实验课题研究的第一步。

本实验方案并不唯一，分组实验中多项方案由小组自选，也可以由学生自己设计方案制作自己的实验器材，在实验结束后可分组进行优缺点对比，使学生对该实验有更深入、全面的理解，拓宽学生的视野。

方案一：描迹法

为记录平抛运动轨迹，实验室中较常用的方法是教材第14页介绍的参考案例一（如图1）：

利用实验室的斜面小槽等器材装配图所示的装置。钢球从斜槽上同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置，连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。

方案二：径迹法

如图2，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，加上一个很细的喷嘴。

水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹。将它描在纸上，进行数据的测量和分析。

方案三：频闪照相法

用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图3所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。

方案四：对以上方案的改进

利用频闪照相的规律，相邻两点的时间间隔相等，因平抛运动在水平方向的分运动为匀速直线运动，所以可以考虑水平方向等间距的实验方案设计（如图4），这样的设计对于后期数据的测量和规律的探究更加便捷。

三、数据测量与规律探究

平抛运动的规律：

速度规律。

平抛运动瞬时合速度的反向延长线与x轴的交点一定在水平位移的中点。

四、实验研究的主要成果与结论

在教学实践中，学生分组实验的程序和要求：

1.准备阶段：学生明确实验目的，理解实验原理、方法，认识实验仪器，做好实验操作与记录准备。

2.操作阶段：学生把实验方案变成实践的阶段，学生亲自在实验室进行实验。

这个阶段学生的主要任务是：安装和调试实验仪器，控制实验条件变化，观察测量，记录数据等。

3.总结阶段：学生把具体实验结果提高到理性认识的重要阶段。

此阶段学生的主要任务是：分析并处理实验数据，得出实验结论，完成实验报告。教师在这个阶段要注意教育学生尊重实验客观事实，培养学生实事求是的科学态度和作风，培养学生分析处理实验数据和归纳实验结论的能力。

五、课题研究的反思

通过对“研究平抛运动”实验的学习，学生能经历提出问题、猜想与假设、制订计划与设计方案、进行实验与收集证据、分析论证、交流与评估这一完整的科学探究过程，科学探究能力能得到充分锻炼。该实验涉及观察对比、间接测量、数据分析等科学研究方法，学生的科学素养与学科能力得到了更全面的培养和塑造。

（作者单位：河南省实验中学高中部物理组）