例谈用“问题串”引领物理课堂实验探究

曹卫东

【摘   要】本文以测量动摩擦因数为例，精心设计一系列相辅相成，逐层递进的问题来引导学生对该实验的探究内容、实验原理、方案设计及其它各方面进行有目的、有针对性地分析思考，从而形成一套原理正确，可操作性较强的实验方案。

【关键词】问题串;实验探究;物理教学

中学物理是一门以实验为基础的科学学科，物理学科中的大部分定理、定律，都是在实验的基础上得出的。所以，物理教学离开了实验教学，就像是无源之水，势必会变成一潭死水;物理教学缺少有效的实验教学，就像是无根之木，势必会变成一根朽木。无论是物理学科核心素养，还是历年高考试卷，都对物理探究实验提出了较高的要求。然而在实际的教学中，仍有不少教师对课堂物理实验探究课没有给予应有的重视。有的以黑板讲实验代替做实验，也有的以实验视频、仿真实验。甚至多媒体动画等其他形式来代替做实验教学，这些不作为的教学方式是非常不利于培养学生的科学探究能力的。之所以存在以上现状，主要原因有目前高考模式对物理学科的轻视、一些农村学校教学硬件条件的限制、也有一些教师完全从学生应试的角度出发进行教学等等。但是这些都不应该成为我们不重视实验探究教学的借口，更不能因此而让我们的学生的科学探究精神得不到应有的培养。

基于实验探究在物理教学中的重要地位，作为一线教师的我们应该认真的上好每一节实验探究课。本人认为，以问题串的方式引导学生完成实验探究实验，是一种比较可行且有效的方式。

所谓的“问题串”，是指由教师以探究的实验为核心，针对学生的思维特点、知识层次而精心设计的一系列相互关联、相辅相成且逐层递进的一系列小问题。学生通过对这些问题的思考回答，对所探究的内容、方案、操作、数据处理等各方面进行分析研究。这样可以有效避免学生在探究实验课上无从下手、无所探究、甚至乱探究等现象的出现。可以让教师对实验探究课的组织更加秩序井然，事半功倍。同时也可以让我们的学生的思考目的明确，指向性较强。

如何有效利用“问题串”来引领物理课堂实验探究呢？此处笔者以“测量动摩擦因数”实验为例，精心设计了以下一串问题来引导学生设计实验方案，评估方案，并指导学生对于不同方案如何进行操作，希望能有抛砖引玉之效果。

问题1：你学过与动摩擦因数相关的物理学公式（关系式）有哪些？

基本所有学生都至少可以回答出

问题2：若以此为实验原理，需要怎样测量滑动摩擦力f和对应此时的正压力N？

此处学生商讨的方案肯定不止一种，我们可以按照学生回答的主要方案进行进一步探讨评估。学生最容易想到的是让一个物体在水平面上匀速滑动（初中就学过），下面就针对此方案进行评估。

方案一

问题3：此方案应该如何操作？需要哪些器材，主要实验步骤有哪些？

这个难度不大，大部分学生都能想到用测力计匀速拉动物体，测力计的示数就等于滑动摩擦力，而物体对桌面的压力就等于物体重力。

问题4：此方案有什么缺点？

这个方案的缺点，如果学生没有经过亲手实践，还真难于发现。为了引导学生对实验方案的可操作性进行评估，就必须下发器材让学生进行分组实验探究下。只要学生亲手操作了，就会发现，匀速拉动物体难度相当大，且测力计的示数很难保持稳定。

问题5：如果把匀速改为匀加速，滑动摩擦力的大小会发生改变吗？

这个问题的目的是引导学生对匀加速方案进行思考。大部分学生能受力分析发现根据f=μmg，滑动摩擦力与相对运动快慢无关，与匀加速运动无关。

问题6：如果物块做匀加速运动，此时物块的受力情况如何？可以用怎样的关系式来表示出μ？

根据牛顿第二定律可以得到关系式F-f=ma和f=μmg，也即F-μmg=ma。以此为实验原理我们需要测量哪些物理量？

問题7：如何才能保证物块能做匀加速运动？

学生容易回答，应保证F大小不变。

问题8：如何才能给物块提供一个恒定的拉力F呢？

此处教师应给予一定的提示。比如：我们在哪个实验中用到过？是怎么用的？若要把钩码质量当成线上拉力大小需要满足什么条件？

问题9：如何测量物块的加速度？

学生通过思考讨论后，一般会给出以下方案：

问题10：实验方案二在实际操作中，可能会存在哪些问题？

此处可以让学生充分展开交流讨论。如果学生能发现其中的问题所在，那最好;如果学生发现不了，那就让学生按

照这个方案开始做实验。学生只要一做，马上就会发现，当满足m远小于M的时候，是根本拉不动物块的。从而也就知道了看似完美的方案，实际上是可操作性不强。

问题11：上述方案的主要矛盾在哪里？能否通过改进解决这个矛盾？哪一种实验器材可以很好的解决这个矛盾？

学生通过前面的讨论和实验操作，已经发现了当我们要把mg近似当成线上拉力大小时，就必须满足m远小于M这个条件，而要满足这个条件，m太小了又拉不动木块M。那有没有什么实验器材，可以在不满足m远小于M时，能直接精确测量出绳子的拉力呢？拉力传感器，就自然而然地成为大部分学生的选择了。于是学生可以讨论出以下实验方案：

到此，学生经历了两次的实验挫折，终于形成了一个原理正确，可操作行也较好的方案。学生在通过共同参与，认真思考，相互协作的基础上，终于得到了一个完美的答案。也许也会体会到成功的来之不易，不经历失败就不会有成功的美好，也许这就是科学探究的魅力所在。而这些不就是我们应该让学生体会到的科学精神吗？

问题12：以上方案可以成功测出动摩擦因数，是否还有可以改进或者创新的地方呢？比如：对于加速度的测量，有没有更精确的实验手段？

提出此问，旨在让学生体味追求永不止步，勇于创新的科学精神。而且已经应用了精确度较高的拉力传感器，当然需要引导学生进一步采用其它传感器（此处为光电门传感器）来让实验更加完美。

问题13：若用方案四进行试验，我们需要测量哪些物理量？如何得出动摩擦因数？

此问颇有些解题的意思在里面，学生在拿到一个全新的实验方案以后，如何读懂方案的设计原理和操作也是必须掌握的一种技能。只有能体会到出题人的思路，才能更好的顺着出题人的思路去思考问题解决问题。同时此处学生在测量时容易只测物块的质量而忘记挡光片的质量。所以，对学生的思维严密性也有一定的锻炼。另外，挡光片的宽度选择、设计制作，也最好让学生亲手完成。

总之，测量动摩擦因数的方案是多种多样的，学生也能讨论出其它可行的探究方案，就不在此处累述。且以上十三个问题的设计、提出的节点可能也有值得商榷的地方，但是这些都不重要，这只是笔者本人来阐述用问题串引领物理课堂实验探究的一个参考案例。我想，学生在通过对于以上一系列问题的思考、讨论肯定会有一定的收获。学生在经历了多次的失败后最终获得了成功，其思想上肯定有一定的触动。学生在成功之后并没有满足现状，而是继续的改进创新，其科学探究精神一定会得到一定提高！难道这一些收获，这一点触动，这一点提高不就是我们的教学应该追求的吗？

【参考文献】

[1]王震.新课程中物理实验教学的一点想法[J].理科考试研究，2014（13）：41-42