创新实验 体验过程

杭庆祥

摘 要：高中物理对抽象思维和数理的要求不断提高，教师用生活中、课堂上的小物件来做实验，让学生动一动手的意识却不是那么强烈。但在课堂上让学生用身边的物件动一动手，来解决重难点问题，由于情景的需要和急迫，场景的真切和亲切，往往使学生眼前一亮，使课堂教学变得异常鲜活。

关键词：创新实验；探究；体验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）4-0033-4

意义学习发生在真实的学习任务中，这是建构主义理论对学习的四点共识之一。高中物理由于抽象思维和数理要求的不斷提高，教师用生活中、课堂上的小物件来做实验，让学生动一动手的意识已不是那么强烈。但多年的教学实践让笔者认识到：高中物理教学中需要且能够“信手练来”，用“瓶瓶罐罐”做实验，使物理问题真实再现的情况还是非常多的。而且，正是由于情景的急迫和需要，场景的真切和亲切，往往使学生眼前一亮，课堂教学变得异常鲜活，从而实现学生的主动探究。下面以人教版必修2第五章第一节《曲线运动》为例探讨笔者的一些做法和体会。

1 《曲线运动》教材及学情分析

2010年第三版必修2（人教版）第五章《曲线运动》的内容较2007年第二版有了较大的变化，将2007年第二版第五章第一节《曲线运动》和第二节《质点在平面内的运动》两节合并为新版第一节。从知识内容上讲，将对曲线运动的认识、如何描述和研究方法合为一节。 第三版教材内容与之前的教材相比，知识融合于问题情境中（飞机飞行和红蜡块运动），降低了运动合成和分解（第二版和第三版教材均不提这样的概念）的要求，但也堆砌了难度。曲线运动物体速度的方向，对初次研究运动方向变化的学生而言，是不容易琢磨明白的，同时用分运动来研究曲线运动的方法更是需要学生思维方式的转变，难上加难。而突破这些困难最有效的方法就是增加学生的感性体验，实现从感性认识到理性认识的飞跃。

2 创新实验、体验过程

2.1 用艺术体操中的小皮球代替链球引入对速度方向的探讨

本节课对速度方向研究的引入非常关键，因为速度是学生非常熟悉的物理量，对于进一步研究速度的原因，学生没有心理准备。因此，引人入胜、激发求知欲的引入就非常重要。本节课笔者用小皮球代替链球当堂演示，如图1所示。

（1）提出问题：链球运动到正前方时放手好吗？

（2）实验探究1：

学生演示：链球运动到正前方时放手。

（3）学生猜想：链球运动到什么位置放手好？

（4）实验探究2：

学生演示：链球运动到侧前方时放手。

（5）播放视频：链球运动员比赛中抛球瞬间。

（6）提出问题：为什么运动员要在侧前方放手链球？

用此小实验引入对速度方向的研究，极大地调动了学生学习的积极性和自主探究的欲望，也自然进入了轨迹是曲线的速度方向的研究。

2.2 用胶带做实验体会曲线运动速度方向

胶带是每个学生都有的，拉出一段，缠绕一两圈作一固定，要求学生拉住一端使之在桌面上做圆周运动（稍慢一些）并突然放手，如图2所示。

观察并思考：

（1）放手的位置不同，飞出去的方向相同吗？

（2）沿什么方向飞出？

（3）说明了什么？ （由于惯性，保持原来的运动方向）

2.3 自制轨道研究轨迹是任意曲线的曲线运动速度方向

教材上由几段稍短的圆弧形轨道组合而成的轨道太过专业，目前中学物理实验室中没有这样的装置，教学中笔者用较粗的导线自制了几十个形状不同的弯曲轨道来探究钢球离开轨道时的速度方向是怎样的，以及该方向与轨道（曲线）有什么关系，如图3所示。

（1）在白纸上描出导轨的形状。

（2）给小球一初速度，让小球沿轨道运动，直至出导轨，在白纸上画出小球飞出导轨时的方向。

（3）用投影仪展示小球沿各种不同曲线运动的飞出方向。

（4）讨论并归纳：曲线运动物体的速度方向。

一些老师制作了非常精致的演示教具，激发学生的学习兴趣，实验效果也很好。但是，若让学生亲自体验一下，教学效果更好。

2.4 体验一个真实的不相同的几条直线上的运动合成问题

在同一直线上的运动的合成问题，我们可通过学过的“小船的顺水和逆水航行问题”“传令兵从队尾到队首的传令问题”及“人在匀速运动火车上的运动问题”等实际问题让学生认识、理解。

不在一条直线上的运动合成问题，我们常通过“工厂中的行车”“有风的时候空中下落的降落伞”等例子让学生认识速度的合成，但这些例子还是离学生的生活远了些，学生缺少体验。“蜡块实验”更是教师在“演示”，学生难以感悟。为此，笔者设计动手实验，让学生体验一个真实的不在一条直线上的运动合成问题。

如图4，桌面上放一张16K白纸，用胶带固定，一长刻度尺与白纸垂直放置，甲同学准备用笔沿刻度尺竖直向上匀速画直线，乙同学准备匀速向右推动刻度尺（早期采用的是匀速拉动白纸，但需解释相对运动得到笔对白纸的运动，而推动刻度尺时笔的运动完全对“红蜡块”“小船过河”等后面需要讨论的问题前后呼应）。

（1）实验1：乙同学不动，甲同学用笔沿刻度尺匀速画线，白纸上留下什么轨迹？

（2）实验2：甲同学不动，乙同学匀速推动刻度尺，白纸上留下什么轨迹？

（3）实验3：让两同学闭上双眼，甲同学用笔沿刻度尺匀速画线的同时，乙同学匀速推动刻度尺，白纸上留下什么轨迹。

此实验还可以这样做：桌面上固定放一张16K白纸，一长刻度尺与白纸倾斜放置，如图5所示，一学生准备用笔沿刻度尺匀速画直线，另一学生准备匀速推动刻度尺，让所有学生闭上双眼，开始实验。

因为两学生在纸的拉动和笔的运动上不可能控制为理想的匀速运动，多数学生画出的图线也不是上图的理想的直线，但关键是让学生真真切切地体会到“两个独立的运动”及“两个运动同时进行时物体的运动情形”，实验结果对学生来讲是震撼的。学生也容易体会并研究：这两个分运动与物体真实运动的关系。并由此迁移类比到对玻璃管中蜡块运动的研究。

2.5 变定性观察玻璃管中蜡块运动为定量探究实验

根据多年的教学体会，学生在学习这一内容的困惑在于：一个物体的运动可以通过两个已知的分运动来确定。如果直接讲运动的独立性原理，学生就可能永远不会明白，增加学生的感性认识应是解决这一问题的较好途径。为此，在教学中笔者把教材安排的研究内容，玻璃管中蠟块运动定性观察实验改为定量探究实验。具体做法如下：

问题1： 如图6，玻璃管长为90 cm，保持静止，红蜡块由玻璃管的一端以速度vy沿管匀速地竖直向上运动，试测出其速度vy。

实验1：测量红蜡块运动的时间t， 求得vy=________3.6 cm/s。

问题2：测玻璃管水平运动的速度vx。

实验2：测量玻璃管匀速从黑板上的坐标原点运动到坐标x=60 cm处的时间t，并且求得水平速度vx=_________cm/s。至今，还是教师拿着玻璃管水平移动，误差较大，但相比不定量的实验效果好。

实验3：描绘出蜡块的运动轨迹，确定t时刻蜡块的位置。

在黑板建好直角坐标系，教师推着玻璃管向右匀速运动，由一学生报数，另一学生每隔2 s用粉笔在黑板上标记出蜡块位置，位置及连线如图7所示。

学生非常惊奇地再次看到红蜡块是沿斜向上的直线运动的。不光如此，我们可利用水平分速度vx和竖直分速度vy及时间t计算理论上A点的坐标（x，y）：

x=vxt

y=vyt

再测量图中A点的坐标值，会发现计算值与测量值非常接近，虽然没有直接讲解运动的合成与分解，但学生已深深地体会到物体的真实运动可用已知的两个分运动求解。接下来再用分运动来研究物体的位置、位移和速度就变得自然和流畅。

此实验使玻璃管水平匀速向右运动有很大困难，教师课前要反复操练，若教材编写者能提供这样的仪器最好。虽然这个实验误差较大，但无论怎样，做这个实验比不做好，学生有恍然大悟的感觉。而且，从长远看，对整个曲线运动的教学（如小船渡河、平抛运动等问题）都将产生积极的影响。

此实验的另一做法是将试管放在气垫导轨的滑块上，这样解决了玻璃管水平运动的匀速问题，但怎么描绘合运动的轨迹又是一大困难。而且，实验装置过于复杂分散了学生的注意力，会降低实验教学效果。所以，仍需要对此实验进一步思考和改进。

2.6 实验探究曲线运动的条件

方案一：用水滴研究曲线运动的条件。

（1）两人一组，如图8，将塑料瓶装满水，将瓶底和瓶盖上开一小洞，让水滴下。观察水滴的自由落体运动并解释。

（2）问题：如何让下落的水滴做曲线运动？

（3）吹气……

（4）小结，曲线运动的条件。

此实验，学生人人参与，兴趣盎然，激发了学生的学习欲望，使抽象问题形象化，充分体现了做中学的思想。

方案二：利用课本实验分组探究曲线运动的条件。

中学物理实验室应有足够多的小磁铁和小铁球，有条件将教材中研究曲线运动条件的演示实验改为分组实验，培养学生的动手能力。为此，设计了图9所示的对比实验，较好地突破了难点。但磁铁与小球距离和小球速度的控制非常关键。

3 综述

大卫·库伯认为“学习是一个以体验为基础的持续的过程，在学习的过程中，只有通过积极体验、反思观察，才能对事件的具体经验逐渐抽象概念化。”本节课在学生学习困难之处都设计了动手实验，而且，就用学生身边的小物件做实验，学生动手动脑，主动探究，教学变得异常生动和顺利。实际上，在高中物理课堂教学中，很多时候我们都可以用身边的小物件说明物理问题，动手动脑，这既应成为一种习惯，也是丰富课程资源的需要。

参考文献：

[1]笪敏，周国平. “质点在平面内的运动”演示实验设计的改进[J].中国教育技术装备， 2009（16）：187，190.

[2]马功平.“曲线运动”演示装置的制作[J].物理实验， 2009， 29（6）：22-23.

[3]D·A·库伯.王灿明，朱永萍，等，译.体验学习[M].上海：华东师范大学出版社，2008：24.