初中物理教科书教学实验介评

方均清

◆摘 要：物理是一门以实验为基础的学科，本文选择初中物理实验中探究动能大小与哪些因素有关作为切入点，对当前各地使用的各种版本义务教育课程标准初中物理教科书中的实验进行了全面的梳理、比较、统计、分析，期望通过对比各个版本教学实验设计思路和呈现形式，挖掘其中的科学和人文教育价值，以供教师从中汲取有用材料，实现课程资源与成果共享。

◆关键词：各个版本初中物理实验；梳理比较；资源成果共享

一、研究目的

物理学既是一门理论科学，也是一门实验科学。物理学家总是观察和实验探究的基础上，对物理现象和实验事实进行分析、抽象、概括和总结，从而建立物理定律与定理，进而形成物理理论。物理学发展过程中实验的“判决性”，决定了只有理解了实验才能真正理解物理学！物理教学实验具有多方面的科学和人文教育价值。物理教学实验能提供丰富的感性材料，使抽象的物理过程具体化、形象化，有助于加深学生对物理知识的理解。

由于物理实验在学习物理过程中的重要性，按照课程标准编写的各种版本初中物理教科书都精心设计了许多各种类型的物理教学实验。根据对各种版本初中物理教科书中的物理教学实验的研究，每一版本教科书的物理教学实验在形式和内容上都是独具匠心的，各种版本的教科书在物理教学实验设计的思路和取向等方面各具特色，都是极具价值的、可以共享的物理课程资源。

二、实验概述

1.实验的“原型”

1666年，在成立不久的英国皇家学会的例会上有人表演了如图9-1所示的实验：把两个质量相同的硬木球或钢球并排挂在一起，把其中的A球向左拉开某一角度，松开后，它向右摆到平衡位置时跟另一球B相碰。两球碰撞后，A球立刻停下，B球向右摆去，差不多摆到A球开始所处的高度，然后向回摆动，再次跟A球相撞，这时B球立即停下，A球向左摆去……如此往复。当时许多科学家对这一现象感到困惑不解。

由于碰撞的研究对于力学的发展至关重要，1668年英国皇家学会悬赏征求解答，结果有三人应征获奖，其中对这一问题做出完整分析的是荷兰物理学家惠更斯（Christian Huygens）。惠更斯从1652年开始对弹性碰撞进行了深入的研究，得出结论：两个质量相同并以相同的速度相向运动的物体，在完全弹性碰撞之后，都保留碰撞前的速度而相互弹开，这就解释了上述的实驗现象。惠更斯还从实验和理论上研究了一般的情形，即质量不同、速度不同的弹性碰撞。他发现在这种碰撞中，除了动量守恒外，“在两个物体的碰撞中，它们的质量和速度平方乘积的总和，在碰撞前后保持不变。”他第一次提出了这个物理量，德国的莱布尼磁兹（Gotried ithelm Leibniz）把它命名为“活力”，科里奥利（Gustave Gaspard de Coriols）提出以代替，“活力”实质上就是能量，现在我们称之为动能。

2.实验的设计思路

本实验采用控制变量的方法，先让同一物体从斜面的不同高度滚下，比较物体滚下斜面后推动放在水平地面上的木块的距离，即物体保持质量相同，改变其滚下斜面后的速度大小；再让质量不同的物体从相同高度滚下，比较物体滚下斜面后推动放在水平地面上的木块的距离，即保持勿体滚下斜面后的速度大小相同，改变物体的质量。学生通过对影响动能大小的因素进行研究，了解动能的大小跟速度、质量的关系，最终对动能的概念有一个深入的认识。在实验探究的过程中，不仅可以培养学生观察、分析和推理能力，还可以对学生进行科学方法的教育。

三、实验评析

新中国成立后的历次教学大纲均没有提出“探究动能大小与哪些因素有关”实验要求，课程标准中要求通过实例理解动能的概念。本实验可使学生知道动能的概念，初步了解动能和势能的相互转化。知道影响动能大小的因素和改变物体动能的方法，并解释生活中的一些简单现象。通过实验探究，进一步掌握控制变量法，并让学生经历探究的过程，领悟其中的科学方法。通过探究与生活相关的问题，激发用基础知识解决实际问题的热情，养成用所学知识联系生产、生活实际问题的习惯。

下面对各种版本教科书探究动能大小与哪些因素有关的实验设计特点进行介评。

1.人教版

人教版教科书把“探究影响物体动能的因素的实验”安排在9年级。首先在学生学过的功的知识的基础上，列举子弹击穿靶等能够做功，直接从功和能的关系引入了能量的初步概念，使学生对运动的物体具有能量形成比较清楚的具体印象，从而引出了动能的概念。然后，通过一个探究实验，让学生自己设计实验，探究动能的大小与哪些因素有关。引导学生展开讨论，最终得出：物体的速度越大，动能也就越大；质量越大，动能也越大.

2.沪科粤教版

沪科粤教版教科书把“探究动能大小与哪些因素有关”的实验安排在9年级，首先设计实验，让小球分别从斜面上A处和B处滚下，让学生猜测哪个小球的运动速度大？并让同学思考哪些量相同？哪些量不同？然后在平板上放两个纸盒，再让同一小球分别从A处和B处滚下，让学生猜测哪种情况下小球将纸盒推得更远？这时引导学生猜测动能大小与速度是否有关。接着让不同质量的小球先后从斜面上同一高度处滚下，先猜猜它们在平面上运动速度的大小怎样？让同学想想这次实验中哪些量是相同的？哪些量是不同的？最后在平面上摆放两个木箱，让不同质量的小球从斜面上同一高度处滚下，看哪种情况下小球将纸盒推得更远。用同样的方法让学生猜测动能大小与质量是否有关。通过探究活动，引导学生得出动能的大小跟速度和质量这两个因素有关，质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大；速度相同时，质量越大的物体具有的动能大。运用物理知识解释生活中的问题，培养学生的交通安全意识，培养学以致用的良好学习习惯。

3.北师大版

北师大版教科书把“关于动能大小与哪些因素有关”的内容安排在9年级。通过“观察与思考”栏目，让学生先观察相关图片，然后思考：小盒被小球撞击后有什么现象？从不同高度法下，发生的现象会有何不同？不同质量的小球从不同高度滚下，又会有何不同现象？最后引导学生得出：由斜面上滚下的小球撞入到小盒中，将小盒推动一段距离，小球开始时的位置越高，滚下后的速度就越大，将小盒推动的距离也就越远。不同质量的小球由相同高度滚下后，推动小盒的距离不同，质量大的小球把小盒推得较远。小盒被推动了一段距离，表明小球对它做了功。由实验可知，同一个物体速度越大，做功的本领越大。速度相同的物体，质量大的做功本领大。进而引出物体能对外做功，就说明这个物体具有能。物体由于运动具有的能叫做动能，物体速度越大、质量越大，它具有的动能就越多。

4.苏科版

苏科版教科书把“探究动能大小与哪些因素有关”的实验安排在9年级上册。动能、重力势能、弹性势能的概念在苏科版教科书8年级的教学中已经出现，有关它们的一些现象学生并不陌生。通过给学生展示“运动着的锤子能将钉子打入木板中”等图片，让学生知道“一个物体如果能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量”这个能量概念的粗略定义。在探究动能的大小与哪些因素有关的实验里，运用了控制变量的实验设计思想，让小车分别从斜面的不同高度由静止开始下滑，改变小车撞木块时的速度，通过比较小车使木块移动的距离，将动能大小的比较转化为做功多少的比较。物体的动能越大，它可以对其他物体做的功就越多。在探究动能大小与质量关系时，通过在小车上增加砝码的方法改变小车的质量，这种方法比用两个质量不同的小车或铁球的效果要好，可基本保证小车到达水平面时的速度相同。最终引导学生分析归纳得出：物体的动能大小与物体的质量和速度有关，物体的质量越大，速度越大，它具有的动能就越大。

5.教科版

教科版教科书把“探究动能大小与哪些因素有关”内容安排在8年级，在处理动能相关知识的时候，没有用探究实验或演示实验，而是首先展示了奔跑的猎豹等图片，让学生真切地感受到运动的物体具有動能。通过现象说明运动的物体具有对其他物体做功的能力，即运动的物体都具有能量，进而引出动能的概念。接着联系现实生活，简述汽车速度越快、出事故时破坏性就教科版越严重，说明物体动能的大小同它的运动速度有关。质量相同的物体，速度越大动能越大。辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故会更严重，说明物体的动能还同物体的质量有关速度相同的物体，质量越大动能越大。

总之，结合生活实例，得出影响物体动能大小因素的结论。

参考文献

[1]杨仲耆，申先甲.物理学思想史[M].长沙：湖南教育出版社，1993.

[2]束炳如等.物理学家传[M].长沙：湖南教育出版社，1985.

[3]申先甲.物理学史教程[M].长沙：湖南教育出版社，1987.

[4]母小勇.物理学教育新论[M].南京：江苏教育出版社，2001.

[5]安忠，刘炳升.中学物理实验教学研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[6]潘永祥，王锦光.物理学简史[M].武汉：湖北教育出版社，1990.