《探究平拋運動規律》探究性實驗設計的啟示
2010-12-31 00:00:00房堅
中學課程輔導·教師教育(上、下) 2010年8期
摘 要:本文從新教材《探究平拋運動規律》一節教學中實驗自的、實驗過程，認知順序等幾個方面對物理新教材中的探究性實驗做了詳細的分析與研究。對科學探究的本質特征、科學探究的課程理念、科學探究的教學策略等進行了較為詳細的闡述，以期能使我們在新教材的教學中更好地開展科學教育和科學探究。
關鍵詞:科學探究特征;科學探究教學策略;平拋運動規律實驗過程;啟示與思考
中國分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2010）4-024 -01
探究學習不僅強調通過探究去學習知識，更關注在探究中學習探究、理解探究，提高學生的探究能力。與探究學習相適應，有關科學課程教材內容的選擇、編寫與傳統教材相比也發生了很大的變化。
下面以新教材《探究平拋運動規律》一節教學中探究性實驗設計為例。從實驗目的、實驗過程、認知順序等幾個方面對物理新教材中的探究性實驗做了詳細的分析與研究。
在教學中我從以下2個方面作了嘗試：
（1）充分利用新教材中現有資源進行科學探究
在水平方向運動性質的探索中，可以充分應用教材上6.3-4探索性實驗來研究。
1．設法通過實驗得到平拋運動的軌跡。
2．在平拋運動的軌跡上找到每隔相等時間物體所到達的位置。
3．測量兩相鄰位置間的水平位移，分析這些位移的特點。
（2）充分利用教學輔助資源進行科學探究
（A）使用J2188二維時空描跡儀探究“平拋運動規律”
（1）裝配調節J2188二維時空描跡儀將其固定放在實驗桌上，用水平儀檢查調節描跡儀末端是否水平。
（2）用磁鐵吸條把坐標紙固定在描跡儀豎直的高壓放電板上，固定時用重垂線檢查坐標紙的豎線應在豎直方向，選擇斜槽末端所在的點為坐標原點，從坐標原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。
（3）通電按下描跡議開關使小滑塊從描跡儀水平槽末端的某一固定位置被彈簧金屬桿彈出，由O點開始做平拋運動。
（4）根據坐標紙上的電火花軌跡和X/Y坐標軸，測量并記錄、分析實驗數據。
【實驗數據分析與處理】
取下坐標紙，根據記下的一系列位置，用平滑曲線畫出小球做平拋運動的軌跡，在軌跡上選取幾個不同的點，用刻度尺分別測出它們的橫坐標x和縱坐標y。分析與計算：
(1)A、B、C三點為每隔相等時間間隔（實驗所選取的工作頻率為：50HZ，即每隔0.02秒在坐標紙上記錄一個點——T＝0.02s）在坐標紙上所記錄下的點。
(2)所以只要探究一下A、B、C三點在0x軸上的三個橫坐標X1、X2、X3之間的關系，即；X2－X1與X3－X2是否相等就可以了。這樣就證明了平拋運動的水平方向是勻速直線運動。同時還可以由公式V0＝（X2－X1）/T求解出v0。
(3)再分別過X1，X2，X3三點作垂直于0x軸的直線，直線與平拋運動軌跡交于Y1、Y2、Y3，用刻度尺分別測量XlYl、X2Y2、X3Y3的長度，若在豎直方向物體做勻加速直線運動，則連續相鄰相等時間內位移差為常數，即△s＝at2。所以我們只要探究一下X2Y2－XlYl與X3Y3－X2X2是否相等就可以了。這樣就證明了平拋運動的豎直方向是勻加速直線運動。同時還可以由公式△s＝at2求解出a＝？。若求解出a＝g，就證明了平拋運動的豎直方向是自由落體運動。
數碼相機大多具有攝像功能、每秒鐘拍攝15幀照片，可以用它拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運動的幾張連續照片，如果用數學課上畫函數圖象的方格黑板做背景，就可以根據照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡。
由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的水平位移，就很容易判斷小球做平拋運動時在水平方向上的運動特點。
上二圖為利用數碼攝像機探究“平拋運動規律”得到的小球作平拋運動的頻閃照片
（B）運用生活中的常見器材來探究“平拋運動規律”
圖6.3-5水平噴出的細水柱顯示平拋運動軌跡
如圖6.3-5，倒置的飲料瓶內裝著水，瓶塞內插著兩根兩端開口的細管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細的硬管作為噴嘴。水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡，設法把它描在背后的紙上就能進行分析處理了。
插入瓶中的另一根細管的作用，是保持從噴嘴射出水流的速度，使其不隨瓶內水面的下降而減小，這是因為該管上端與空氣相通，A處水的壓強始終等于大氣壓，不受瓶內水面高低的影響。因此，在水面降到A處以前的很長一段時間內，都可以得到穩定的細水柱。
在新教材探究性實驗教學中，學生的主體性得到充分的發揮，這有助于學生對物理現象的透徹理解，對物理規律的牢固掌握，也有助于學生科學態度和創新能力的培養。因此，在新教材物理教學中，應提倡探究性實驗教學的教學模式。
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