體會課改理念　改進實驗教學

陳　剛

現階段，學生做實驗時，通常是教師把實驗步驟事先寫在黑板上，所需的儀器，老師也提前為學生準備好了.這樣的實驗不但缺乏探究性，更沒有趣味性，不利于培養學生的動手能力、創新精神和嚴謹的科學態度.“有沒有能讓學生自己設計、并用不同方法完成的探究式物理實驗呢？”為此，筆者做了一些嘗試.

經過到學校實驗室調查、上網查閱資料、閱讀專家的論著、并與其他老師討論研究，最后設計出了《滾筒與斜面》、《百寶電路板》和《速度、加速度測量儀》這三組探究式物理教具.下面對這三個實驗教具作簡單介紹.

一、滾筒與斜面

1．教具簡介

第一套實驗教具是《滾筒與斜面》：有直徑26cm、高38cm的鐵皮滾筒一個；用夾心板做的長40cm、寬38cm、高10cm的斜面一塊；同樣大小的條形磁鐵、條形鐵塊、磨刀石各一塊.（如下圖所示）

2．可探究的問題

（1）能合理解釋放在斜面上的滾筒能自由向下滾動，而放在斜面上的條形石塊靜止不動嗎？

（2）能讓滾筒從靜止開始滾上斜面嗎？

（3）在斜面的上表面沒有東西阻擋的情況下，能讓滾筒在斜面上靜止不動嗎？

（4）能讓滾筒自己在斜面上，上下搖晃而不滾下來嗎？

二、百寶電路板

1．教具簡介

（更多的內容請看案例）

《百寶電路板》：有一塊40cm寬、50cm長、5cm厚的、由1mm厚鐵板表面粘貼白色工程塑料做成的、可以用彩色筆在上面畫電路圖的、可以貼上底座有磁性的小電子零件的百寶電路板.百寶電路板本身提供具有短路保護的可變檔的交流和直流電源，上面有一個抽屜裝著各種外觀漂亮的底座有磁性的小電流表、小電壓表、電阻、電容、二極管、開關、導線等小電子零件應有盡有.使用它可以把從初中到高中的所有電路都盡情玩遍.（見下圖）

2．可探究的問題

（1）知道電流能“通過”電容器嗎？

（2）電感線圈對待交流電和直流電是否一樣？

（3）如何區分哪一組電源是直流電，哪一組電源是交流電？

（4）有一神奇的電路，有兩盞燈和一個開關，看起來它們是串聯在一起的，可是，開關只對其中一盞燈起作用，這是為什么呢？

（5）有一神奇的電路，有兩盞燈和兩個開關，看起來它們是串聯在一起的，可是，其中一個開關只對其中一盞燈起作用，另一個開關也只對另一盞燈起作用，這是為什么呢？

（更多的內容請看案例）

三、速度、加速度測量儀

1．教具簡介

《速度、加速度測量儀》：一套用樂高教育機器人的RCX（主控制器）、光電傳感器和ROBOLAB電腦編程語言做成的能測量實驗小車運動速度和加速度的儀器.

2．使用說明

（1）測量速度時，在實驗小車上安裝一塊已知長度的白色擋光板，在樂高教育機器人的RCX上裝一個光電傳感器；在實驗小車經過的軌道旁邊放置光電傳感器并調節好高度；實驗小車（白色擋光板）通過光電傳感器的時間將被記錄下來，用這個時間除以白色擋光板的長度，得到實驗小車通過光電傳感器的平均速度.

（2）測量加速度時，在實驗小車上安裝一塊已知長度的白色擋光板，在樂高RCX上裝1號和2號兩個光電傳感器；在實驗小車經過的軌道旁放置1號光電傳感器和2號光電傳感器，并調節好高度，還要測量兩個光電傳感器之間的距離；當實驗小車（白色擋光板）分別通過兩個光電傳感器時，小車通過兩個光感器的時間將被記錄下來，從而可計算出小車運動的加速度.

3．可探究的問題

（1）如何判斷哪個物體做勻速直線運動？

（2）實驗小車通過水平彎道時，多大的速度使它翻車？

（3）翻滾時，過山車的安全速度是多少？

（4）自由下落物體的加速度等于多少？

（5）兩個物體碰撞前后總動量守恒嗎？

四、三組探究式物理教具的特點

這三組探究式物理實驗具有趣味性強的特點，能夠充分調動學習者主動探究的欲望；《滾筒與斜面》這一套教具制作簡單，價格便宜，對學習“重心”、“共點力平衡”、“力矩”等物理概念有很大的幫助.《百寶電路板》這一套教具設計精美、功能齊全，可以在面板上一邊畫電路圖，一邊安放電子元件；每個電子元件都有磁性底座，穩定性好不會移動和翻倒，整塊電路板可以水平放置，也可以豎直放置，方便學生做演示和交流；電路的連接采取插接式，非常方便快捷；還裝配有短路保護裝置，非常安全可靠；這套電路板不僅能夠在學校使用，也能夠在家庭中使用.《速度、加速度測量儀》運用了樂高教育機器人的RCX、光電傳感器和ROBOLAB計算機編程語言，能測量實驗小車運動速度和加速度，且測量的準確度比較高.

五、應用案例

案例A：選用《滾筒與斜面》這一套教具

1．問題：能讓滾筒從靜止開始滾上斜面嗎？

2．假設方案：

（1）把磁鐵放在斜面的某處利用磁力把它吸引上來.

（2）用磁鐵在斜面下滑動帶動滾筒向上滾.

（3）把鐵塊貼在滾筒的內壁上使它的重心偏移，當重物在上邊某個位置時，可以向上滾動.

3．實驗驗證：

通過實驗，證明假設方案（1）（2）是行不通的，原因是條形磁鐵的磁場較小，不能將鐵滾筒帶動；假設（3）的實驗成功了，但是，如果重物所處的位置不正確，滾筒可能會朝相反的方向滾動；當把兩塊重物一起粘在滾筒里面時，它可以滾動得更快.

4．原理：

當把重物粘在滾筒的內壁上時，整個裝置（滾筒和鐵塊）的重心偏到重物一邊（如圖所示C處），在斜面上該裝置共受重力、支持力、摩擦力三個力的作用，與斜面接觸的O點為轉軸，支持力和摩擦力產生的力矩為零，重力產生的力矩剛好是使滾筒向上滾動的合力矩.

案例B：選用《百寶電路板》這一套教具

1．問題：如何區分哪一組電源是直流電?哪一組電源是交流電?

2．假設方案:

（1）把小燈泡分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,可能燈泡發光不一樣.

（2）把帶有鐵芯的線圈分別接在低壓直流電源和交流電源上,通過電磁鐵能否吸引小鐵片來判斷.

（3）把兩個不同顏色的發光二極管,先并聯(極性相反)，再分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,通過發光來判斷.

（4）先把小燈泡與二極管串聯，再分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,可能燈泡發光不一樣.

3.實驗驗證:

通過實驗,方案1失敗.原因是實驗現象相同,不能加以區分.

方案2、方案3可行.在方案2中,接直流電源可以吸引小鐵片，接交流電源不行；在方案3中，接直流電源的，僅有一個發光二極管發光,接交流電源的，兩個發光二極管都發光.

方案4有問題.在方案4中,有可能接直流電源和交流電源的小燈泡都亮，有可能接直流電源的小燈泡不亮，接交流電源的小燈泡亮.

4．原理:

方案2中,接直流電的帶有鐵芯的線圈變成電磁鐵，能吸引小鐵片，接交流電的不行.

方案3中,當接上直流電時,由于電流的單向性,故只有一個發光二極管能發光；當接交流電時,由于交流電流的周期性,兩個極性相反的二極管都能發光.

參考文獻

1．羅星凱、李萍昌.探究式學習：含義、特征和核心要素［J］教育研究，2001，（12）.

2．羅星凱.實施科學探究性學習必須正視的問題［M］.北京：人民教育出版社，2003.

3．羅星凱.中學物理疑難實驗專題研究［M］.桂林：廣西師范大學出版社，1998.

4．高文.建構主義學習的特征［J］外國教育資料，1999，（1）.

5．馮忠良等著.教育心理學［M］.北京：人民教育出版社.