浅谈验证机械能守恒定律实验的突破

2018-01-28吕锋锋

课程教育研究·学法教法研究 2018年33期

吕锋锋

【摘要】物理是一门以实验为基础的自然科学，物理规律的得来通常是由实际问题抽象，实验验证的方式最后总结出来的，通过实验教学也使得学生对于物理规律的接受起到了一个很好的过渡作用，由此可见实验在物理教学中的重要性，本文主要以验证机械能守恒实验为例，从实际出发采用探究的方式增强学生实验能力和科学素养。

【关键词】物理实验；探究；学科素养

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2018）33-0110-01

物理规律是通过对生活中的现象抽象而得来的，最后用实验的方式验证其正确性，因此，物理实验教学非常重要，在高中的物理教学过程中，培养学生实验的观察能力，动手能力以及创新思维是实验的教學目标，开展实验教学，如何突破传统的教师讲实验，或者观看实验视频而落实到学生亲自参与实验获得知识，增加证明物理规律成立的依据，提升学生研究物理的科学素养，下面笔者以自己参加物理实验课比赛课堂实例谈一下验证机械能守恒定律实验教学的四点突破。

突破一、用探究的方式进行验证性实验

学生物理实验科学素养的养成需要我们从初中到高中慢慢来培养，如何制定实验计划，比如实验目的、实验原理、选择实验仪器等，学生没有养成良好的科学实验的思维，本节课笔者在设计的过程中以探究的方式加上教师以问题为引导手段，编写导学案时提出了五部分的探究，分别是实验原理探究、实验器材选择探究、实验过程探究、实验结论探究、实验创新探究。

材料一、 7.9《实验：验证机械能守恒定律》导学案节选

【探究学习】

一、实验原理探究

二、实验器材选择探究

三、实验过程探究

四、实验结论探究

五、实验创新探究：

这部分就是从生活中比较多的机械能守恒的实例中选择出利用最简单的自由落体运动来验证机械能守恒定律，最终明确了实验的设计是从实验目的和实验原理出发，选择合适的实验仪器，最后进行实验和实验结论的探究，在上课的过程中笔者是这样设计的：

材料二、新课的引入

[教师活动]教师引导：能不能列举一些的生活中简单的机械能守恒的实例？

[学生活动]学生回答：物体的上抛、平抛运动、自由落体运动。

[教师活动]教师引导：很好，同学们回答的非常棒，但是物理是一门自然科学，物理规律不会因为某个人的身份或者地位而改变，不然，我们就会又犯亚里士多德一样的错误，因此伽利略提出的用实验研究物理规律是非常重要的，所以本节课我们要对上节课所学习的机械能守恒定律进行一个实验验证，大家觉得用刚才提出的那个实例研究起来比较方便？

[学生活动]学生回答：自由落体运动。

进行新课

实验原理问题探究

① g 取多少？

② 如何在纸带找到重锤下落对应的起始点？

③ 怎样获得重锤下落h时对应1位置的瞬时速度v？

探究结论：

[教师活动]教师引导：从实验原理中得到实验所需要的实验器材

（3）实验器材：打点计时器、重锤、纸带、交流电源、木板、G型夹、刻度尺

（4）问题讨论：

① 实验中重锤的质量需要测量吗？

② 实验中需要秒表吗？

通过这样的方式调动了学生参与到课堂的探的究积极性，熟练了物理实验的全过程，为以后开展实验打下良好的基础，以及养成良好的学科素养。

突破二、用学生演示加教师点评的方式培养学生观察能力

本节实验课的过程中，笔者采取了先由学生演示实验，教师充当点评员的角色，学生观察者的身份进行实验演示环节。

材料三、进行实验（实验步骤）

[教师活动]首先由两名同学进行按照实验步骤进行演示实验，教师充当点评员和同学们仪器观察，并且及时提出学生要注意的事项。

注意事项：

（1）安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

（2）先打开电源，待打点稳定后释放纸带，释放纸带时手的位置不能发生变化。

[学生活动]三到四位学生为一小组进行合作开始分组实验。

[教师活动]在教室巡视指导。

当实验过程中出现重要的细节的地方，点评员重点说明，比如演示者在安装完成纸以后，没有突出纸带与限位孔垂直，点评员让学生停止说明这里要上下拉纸带，看纸带运动是否顺畅，并且让演示员当场实践，再比如当演示者释放织带后，观察者的学生提出了演示者释放纸带时手指和纸带一起向下的操作不正确，并且指出手的高度不变化，手指瞬间松开的正确操作方式，如此观察者的学生变得更加细心，发现实验过程中出现问题及时提出，及时纠正，通过这样一个过程使得学生有一个观察的过程，增强学生实验操作的意识，重点培养了学生的观察能力。

突破三、用excel处理实验数据增强技术应用和数据分析的准确性

进行实验数据处理的过程中，课堂中学生提出了两类比较传统的处理实验数据的方式，这样处理实验数据比较繁琐，而且容易出现错误导致最终得不到正确的实验结论，因此笔者在上课的过程中故弄玄虚，引发学生产生疑惑，提出了用excel的方式处理实验数据，拟合曲线，使得数据的处理更加精确，并且当场利用学生的实验数据进行演示，与学生自己得到的图像进行对比，让本节实验课增添几分乐趣，也使得学生对电脑应用的感知力增强。

材料四、[教师活动]通过本实验，我们发现实验数据的处理非常重要，如果处理不准确，会得不到正确的实验结论，那么对于实验数据的处理，有没有其他方法可以减小误差了？

[学生活动]学生回答：可以通过图像的方法。

[教师活动]教师回答：非常正确，但是如果要做图像，我们就要用坐标纸，在验证机械能守恒定律时，如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是通过坐标原点的一条直线，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于重力加速度的数值，然而我们做出的图像不是特别的准确，有没有其他方法，做出更加准确的图像了

[学生活动]学生疑惑中

[教师活动]教师回答：其实在我们的生活中，我们经常会用到Excel来制作各种表格，而它有一个很重要的功能就是画函数图像，并且拟合出函数关系，这样会节省大量的时间，接下来老师给各位同学做一个演示，首先，我们请一位算出比较多数据的同学把他们小组的数据填写到Excel表格中。（如果学生算出的数据比较少，可以将自己课前做好，并且算出的数据填写到Excel中进行演示）

突破四、加强引导提出实验创新

实验完成以后，没有局限于通过自由落体运动来验证机械能守恒定律，而是通过谈论减小实验误差的过程中，开阔学生的思维，让学生自己讨论得到实验创新，比如学生提出用光电门代替打点计时器，这样的改进使得实验数据更加精确，依据更加可靠。

材料五、实验误差分析及实验创新探究

[学生活动]学生讨论：说明实验存在误差

[教师活动]教师提问：同学们回忆一下刚才自己在做实验的过程中，可能出现的误差在那些地方？

[学生活动]学生回答：重锤下落过程中要克服空气阻力做功，纸带和限位孔之间产生摩擦力，造成误差，还有测量过程中有误差。

[教师活动]同学们总结的非常好，接下来我们总结一下实验过程中产生的实验误差。

1.偶然误差：测量长度时会带来误差。

2.系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功。

既然误差对我们的实验影响很大，我们能不能设计更好的实验得到更加精确的实验数据呢？

[学生活动]学生讨论，分享讨论结果，教师点评。

一节好的物理实验课必须将学生的观察能力、动手能力、创新思维能力的培养落到实处，学生在以后学习物理知识的过程中也就具备了应有的科学素养。因此，在以后的教学过程中，我们要严格推敲实验教学的每一个环节，让我们的物理实验课更加高效。