物理探究性學(xué)習(xí)案例

李鴻

1探究目標(biāo)

（1）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣、體驗探究的樂趣，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力.

（2）初步培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的知識運用于實踐，設(shè)計的實驗方案與實際材料相結(jié)合，選擇合適的實驗方案進(jìn)行實驗探究的能力.

（3）培養(yǎng)團(tuán)隊合作、協(xié)調(diào)配合的精神.

（4）初步培養(yǎng)學(xué)生書寫探究報告的能力.

2課題分析

雞蛋是學(xué)生生活中最常見的食物之一，古代人常用“雞蛋碰石頭”來比喻自不量力，雞蛋的易碎性是顯而易見.課題探究中要求雞蛋能從2 m高地方落下而安然無恙，在沒有進(jìn)行實驗探究前，這個問題對學(xué)生而言如同天方夜譚，更是一個巨大的挑戰(zhàn).

本課題可以用來模擬飛行器在極端惡劣的情況下從高空中著陸、模擬在極端惡劣的情況下從高空中落下逃生等情景，有較強的現(xiàn)實意義，能夠激起學(xué)生探究的興趣.

3課題實施

3.1準(zhǔn)備階段

在正式比賽之前一周，將課題實驗要求以公告的形式張貼出來，其內(nèi)容如下：

（1）使生雞蛋從不低于2 m的高處落下，落到水磨石地面上，雞蛋不能摔破.

（2）根據(jù)所使用包裝物的質(zhì)量大小排定成績，質(zhì)量小的作品成績優(yōu)秀. 對優(yōu)秀作品進(jìn)行表彰，并公開展示.

（3）對使用方法具有創(chuàng)新性、創(chuàng)意好的作品將特別提出表揚.

（4）寫出探究過程報告，對優(yōu)秀的探究報告將在校內(nèi)張貼.

以物理教師為主，在學(xué)生中進(jìn)行廣泛的宣傳動員，以學(xué)生個體和團(tuán)隊探究為主進(jìn)行實驗設(shè)計，再將設(shè)計方案以作品的形式制作出來，參加比賽.

3.2正式比賽

物理教師作裁判，在學(xué)校的水磨石籃球上進(jìn)行正式比賽.然后收集學(xué)生的成功作品，測量其質(zhì)量.有呂勝、楊芳等15名學(xué)生的作品（含雞蛋）總質(zhì)量不大于70 g.

比賽結(jié)束后，我們及時張榜對學(xué)生進(jìn)行表彰，對葉景、顧明等13名同學(xué)創(chuàng)新性、觀賞性強的作品進(jìn)行特別表揚，并發(fā)給各團(tuán)隊每一個成員一份獲獎證書，鼓勵個人探究和團(tuán)隊探究，培養(yǎng)學(xué)生合作精神.

收集學(xué)生探究報告，及時張貼學(xué)生的優(yōu)秀探究報告作品.

4實驗成果

4.1選擇合適時間，重培養(yǎng)科學(xué)探究興趣

我們選擇午后學(xué)生的自由活動時間進(jìn)行比賽，吸引了大量的學(xué)生觀看，優(yōu)秀作品引起許多學(xué)生的贊嘆，參賽的學(xué)生高興的表情一露無遺.通過幾天的觀察發(fā)現(xiàn)，參與探究的學(xué)生，個個都沉浸在探究成功的喜悅中.比賽中，還有一些讓我們物理教師感到高興的小插曲：在布置課題之初，一些認(rèn)為“摔不破雞蛋”是不可能實現(xiàn)的任務(wù)的學(xué)生，不屑一顧去進(jìn)行實驗探究，看到率先表演的楊芳和葉景同學(xué)實驗成功后，許多學(xué)生說：這太簡單了.一些學(xué)生，就在學(xué)校周圍現(xiàn)買雞蛋和氣球，現(xiàn)場制作出作品來進(jìn)行比賽.有的學(xué)生通過觀摩，還將作品進(jìn)行改進(jìn).為了保護(hù)學(xué)生探究的積極性，我們也讓這些學(xué)生參加了比賽.可以想象，這些學(xué)生，去掉了科學(xué)探究的神秘外衣，在今后的學(xué)習(xí)、生活和工作中，對科學(xué)探究的興趣一定會越來越濃.

4.2保護(hù)探究熱情，讓學(xué)生體驗成功喜悅

針對初中八、九年級學(xué)生生理和心理特點，從保障學(xué)生的安全角度出發(fā)，我們降低實驗難度，雞蛋下落的高度只要求不低于2 m，只從包裝材料質(zhì)量來比較成績，其目的是讓更多的學(xué)生參與到實驗探究中來，讓學(xué)生體驗成功的喜悅.

活動中，學(xué)生自由上場比賽，三名學(xué)生同時進(jìn)行表演，營造出一種激烈競爭的場面，觀賞性非常強.學(xué)生參與的人數(shù)比我們預(yù)想的多很多.我們允許雞蛋摔破的學(xué)生改進(jìn)裝置，再進(jìn)行一次實驗，這樣參與探究的學(xué)生越來越多，參賽的學(xué)生越來越多，無論雞蛋是否摔破，參賽學(xué)生都很高興，有效地保護(hù)了學(xué)生的探究熱情.

比賽結(jié)束幾天后，還有學(xué)生還在進(jìn)行類似的實驗探究.很多學(xué)生要求提高雞蛋下落的高度來進(jìn)行比賽，讓他們的作品最優(yōu)秀的一面體現(xiàn)出來.

4.3作品千姿百態(tài)，物理與生活緊緊擁抱

通過實驗探究活動，再一次讓我們物理教師體會到“沒有最好，只有更好”.在學(xué)習(xí)生活之余，學(xué)生參與熱情完全超出我們的預(yù)料，學(xué)生的創(chuàng)意遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們實驗之初的預(yù)想.

探究活動中，學(xué)生充分理解了比賽的規(guī)則：比賽前提是雞蛋不破，雞蛋一旦破了，便會被淘汰.最重要的是要保證雞蛋不破，再考慮如何使裝置質(zhì)量盡可能小，使裝置穩(wěn)定性盡可能提高.保證雞蛋不破就要加強保護(hù)措施；質(zhì)量盡可能小，就要選用密度小的材料，能省就盡量省.為了保證雞蛋安全，學(xué)生在雞蛋包裝上下工夫，各有創(chuàng)意.學(xué)生設(shè)計的作品種類主要有以下幾種：

（1）氣墊型：先讓氣球充氣，將雞蛋夾在兩個或兩個以上的氣球中間，使雞蛋四周都是氣球和氣體組成的墊子.學(xué)生比賽完后，從六樓上拋下裝置，雞蛋都沒有摔破.八（1）班孫美玉同學(xué)的作品沒花一分錢：將兩個廢棄的方形塑料袋內(nèi)充入空氣，用細(xì)線將袋口扎住；用膠帶將雞蛋固定在一個袋子中間，再蓋上另一個充氣袋；最后用細(xì)線將兩個袋子捆綁在一起制成作品.

工作過程

①一開始我們想利用泡沫把雞蛋包住，裝置很輕盈，實驗了幾次，雞蛋沒有摔破，但我們認(rèn)為這種裝置的外觀不漂亮，且方法不新穎.

②然后我們想利用降落傘來幫助，利用浮力和空氣的阻力來減小雞蛋下落的速度，但雞蛋很容易摔破，很不可靠.于是我們想到了氫氣球.氫氣球內(nèi)氫氣密度比空氣小.如果我們利用的好，我們可以使雞蛋在氫氣球的作用下，緩慢落到地上，雞蛋不會摔破，也很美觀.但我們考慮到，氫氣球的價格高，擔(dān)心如果氫氣球沒有利用好，雞蛋隨球上浮，不下落.

③最后，我們想到利用普通氣球.我們準(zhǔn)備把氣球吹大，把雞蛋裝進(jìn)去，然后再把裝有雞蛋的氣球外面貼上吹大的氣球，這樣有氣球為雞蛋擋著，使雞蛋跟氣球落地時，不與地面接觸，雞蛋就不容易破了.但是雞蛋的個兒太大，氣球口太小，不能裝下去.我們還是利用氣球，將雞蛋貼在氣球的外面，再用兩個氣球在雞蛋的另外兩邊貼著，雞蛋牢牢夾在三個氣球的中間.在三個氣球的尾部粘上透明膠帶，使它們構(gòu)成一個三角形，利用了三角形的穩(wěn)定性，使雞蛋與氣球落下時能平穩(wěn)點，避免過多振動.在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了幾次實驗，實驗結(jié)果很成功，這個裝置既輕盈又美觀.

結(jié)論：在氣球與雞蛋下落的過程中，雞蛋被三個氣球包裹著，落地時，雞蛋不與地面接觸，因此沒有摔破.

反思：在實驗過程中，要不斷探究，反復(fù)實驗.在失敗中吸取經(jīng)驗，不斷改進(jìn)實驗方法.要在探究過程中，勇于創(chuàng)新，善于思考，把實驗做到盡善盡美.

（2）不倒翁型：使整個裝置重心盡可能降低，像不倒翁一樣，使得裝置下落時能保持穩(wěn)定狀態(tài)，確保始終讓一個面著地.只需要在落地這一個面做好保護(hù)，從而節(jié)省材料.

首先，學(xué)生考慮到的是雞蛋的受力面積問題.第一次做的裝置頭部的海綿與雞蛋接觸的那一面是平面，改進(jìn)實驗后，將平面挖了一個與雞蛋大頭弧度大致相同的小坑.

第二道防線是雞蛋與紙筒的摩擦.有了這一防線，雞蛋受到更好的緩沖作用.

接下來的問題就是怎樣保證裝置豎直下落.在裝置尾部剪開了四個成“十”字形的口，分別將兩塊硬紙片插入相對的口中，這樣便能保證裝置豎直下落了.草圖如圖1所示.

工作過程：

①裝置在尾翼的作用下，豎直下落.

②裝置與地面接觸時，雞蛋由于慣性從紙筒中滑下，同時受到紙筒的摩擦力，使雞蛋下落速度緩慢減小.

③雞蛋下滑到與海綿接觸時，海綿壓縮，雞蛋下落速度進(jìn)一步緩慢減小，使雞蛋與地面撞擊時，受到的壓強很小.

④裝置傾倒時，海綿不受約束，由于彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，海綿從紙筒中擠出.

（3）多面體型：用骨架和線制作一個多面體，將雞蛋懸空固定在多面體的中央.裝置落地后，不論哪個面著地，雞蛋都不會著地，雞蛋就完好無損了.本裝置受空氣阻力較小，穩(wěn)定性較好.八（9）班蔡奎同學(xué)在雞蛋上用紙直接扎成多面體，用料極省，造型美觀，雞蛋能夠從很高的地方掉下也不會摔破.

（4）外包裝型：借鑒生活中用各種填充材料保護(hù)貴重用品的方法，用泡沫、棉花、團(tuán)成一團(tuán)的廢紙或海綿等密度極小的材料，將雞蛋包裹起來，通過這些材料的緩沖減震作用，達(dá)到保護(hù)雞蛋的目的.本次實驗中采用這種方法的學(xué)生作品比較多：如先在一塊泡沫塑料中間挖一個與雞蛋完全相同的洞，在洞口封上泡沫塑料或海綿，用膠帶扎好就制成作品.有的同學(xué)直接用海綿包扎雞蛋，用膠帶扎好就制成一個最簡單的裝置.

（5）吸管組型：用幾根吸管綁在一起做成吸管組，將雞蛋夾在中間，用膠條固定，利用中空的吸管起到緩沖作用.方乙嵐同學(xué)利用吸管制成吸引人的圣誕老人的外形，質(zhì)量小，對雞蛋的保護(hù)作用也很明顯.

（6）降落傘型：借鑒跳傘、宇宙飛船減速等實例，利用塑料袋、氣球等制成降落傘，增大空氣阻力，使雞蛋連同整個裝置以較小的速度平穩(wěn)落地.九（5）班劉凱同學(xué)利用兩個畫有卡通圖案的氣球作降落傘，將包有海綿的雞蛋用細(xì)線系在氣球下.冉冉下落的氣球，雞蛋安全落地，吸引了學(xué)生的眼球.

5意外收獲

實驗設(shè)計之初，我們以去掉雞蛋再測量整個裝置的質(zhì)量取成績，但取下雞蛋時，容易將很多作品損壞，無法展示，最后采用雞蛋和包裝材料一起測量的方案來計量成績.這引起部分學(xué)生抗議：雞蛋的質(zhì)量有大小之分，對成績影響較大.實驗中學(xué)生還提出不同雞蛋抗壓能力對實驗結(jié)果的影響、雞蛋生或熟、用雞蛋做實驗好還是鴨蛋做實驗好等問題.這一方面需要我們在今后實驗中要設(shè)計的更完善，也從另外一個角度說明學(xué)生在探究過程中，能夠采用控制變量法等科學(xué)方法來思考問題，也善于發(fā)現(xiàn)問題，這些正是我們在科學(xué)教育中最希望學(xué)生擁有的能力.

實驗探究中，我們發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生所使用的材料都是廢物再利用，充分體現(xiàn)了學(xué)生已經(jīng)形成環(huán)境保護(hù)意識，學(xué)生已經(jīng)有初步的環(huán)境意識.在使用氫氣球還是普通氣球為材料時，已能用經(jīng)濟(jì)觀念來判斷，體現(xiàn)了學(xué)生具有對事物的判斷能力.

比賽中，學(xué)生已經(jīng)懂得保護(hù)自己的知識產(chǎn)權(quán).我們?yōu)榱俗尭鄬W(xué)生參與到實驗探究中來，準(zhǔn)許現(xiàn)場模仿的學(xué)生參加比賽，受到先比賽學(xué)生的抗議，后來參加比賽的學(xué)生，有的只是單純的模仿，但有的同學(xué)在模仿中并改進(jìn)了實驗裝置，使成績更好.學(xué)生在自己的探究報告中標(biāo)出“版權(quán)所有，仿冒必究”，這一方面說明其作品是他們經(jīng)過很多次探究而得出的，對他人的模仿存在天生的反感，也說明他們對自己作品的保護(hù)意識，這提醒我們在以后的實驗探究中要善于處理創(chuàng)新與模仿的沖突，既要鼓勵全體學(xué)生進(jìn)行實驗探究，也要恰當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)各層次學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造成果.

實驗探究活動中，學(xué)生經(jīng)受失敗打擊的能力增強了.有的同學(xué)反映，實驗中，為了找到合適的方法，摔破了六個雞蛋，通過改進(jìn)實驗方法來進(jìn)行實驗，最終選取一個自己認(rèn)為比較好的方案來進(jìn)行比賽，取得了好成績.失敗是成功之母，經(jīng)過實驗挫折考驗的學(xué)生，永不放棄的學(xué)生，相信他們在今后的生活和工作中，一定會更好地生存.

雞蛋撞地球，高空墜蛋而不破，通過懷疑、嘗試，越來越多的學(xué)生加入到探究活動中來，將看似不可能的事情經(jīng)過實驗探究變成現(xiàn)實，能用科學(xué)的手段解決類似問題.活動培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理和科學(xué)探究的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的能力和STS意識，進(jìn)一步使學(xué)生明白：物理來源于生活，從生活中學(xué)習(xí)物理，讓物理知識應(yīng)用于生活中，我們的生活會越來越美好.