在“研究平拋運動實驗”中培養學生的學科能力

鄭丙彥+吳權鋒+唐宏+金寶庫

課題編號：【2015】-JKGHYB-0162

高中階段物理課程的培養目標之一是在初中階段的基礎上進一步提高學生的科學能力，即讓學生具備必要的物理基礎知識和方法，養成科學的思維習慣，在分析問題和解決問題時會嘗試運用科學知識和科學研究方法；讓學生經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力，樂于參加與科學研究有關的活動，有運用科學研究方法的意識；能獨立思考、敢于質疑、尊重事實、勇于創新；讓學生保持探索科學的興趣和熱情，在認知科學規律的過程中獲得成就感。

物理是以實驗為基礎的科學，合理地、創造性地開展實驗教學是培養學生學科能力的主要策略之一。其中“研究平拋運動”的實驗是研究物體運動規律的核心實驗，該實驗歸納出的實驗結論也是高中物理核心規律。

一、教學組織形式

本實驗采取分組實驗的形式進行教學，學生分組實驗是培養學生良好綜合能力的重要環節，是培養學生物理核心素養的重要手段。學生分組實驗有如下特點：

1.學生分組實驗是以學生小組獨立操作為主，在實驗中教師的作用主要是指導。

2.學生分組實驗是一個使學生經過比較完整的實驗過程的訓練。

3.學生分組實驗可以按不同的實驗方案對同一物理規律進行研究，并進行對比評價。

二、實驗方案設計

在研究平拋運動的實驗中，我們首先設法描繪物體做平拋運動的軌跡，然后通過這個軌跡來研究平拋運動的特點，怎么獲得平拋運動的軌跡？這是我們該實驗課題研究的第一步。

本實驗方案并不唯一，分組實驗中多項方案由小組自選，也可以由學生自己設計方案制作自己的實驗器材，在實驗結束后可分組進行優缺點對比，使學生對該實驗有更深入、全面的理解，拓寬學生的視野。

方案一：描跡法

為記錄平拋運動軌跡，實驗室中較常用的方法是教材第14頁介紹的參考案例一（如圖1）：

利用實驗室的斜面小槽等器材裝配圖所示的裝置。鋼球從斜槽上同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運動的軌跡就是一定的。設法用鉛筆描出小球經過的位置。通過多次實驗，在豎直白紙上記錄鋼球所經過的多個位置，連起來就得到鋼球做平拋運動的軌跡。

方案二：徑跡法

如圖2，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，加上一個很細的噴嘴。

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。將它描在紙上，進行數據的測量和分析。

方案三：頻閃照相法

用數碼照相機可記錄下平拋運動的軌跡，如圖3所示。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，就很容易判斷平拋運動水平方向上的運動特點。

方案四：對以上方案的改進

利用頻閃照相的規律，相鄰兩點的時間間隔相等，因平拋運動在水平方向的分運動為勻速直線運動，所以可以考慮水平方向等間距的實驗方案設計（如圖4），這樣的設計對于后期數據的測量和規律的探究更加便捷。

三、數據測量與規律探究

平拋運動的規律：

速度規律。

平拋運動瞬時合速度的反向延長線與x軸的交點一定在水平位移的中點。

四、實驗研究的主要成果與結論

在教學實踐中，學生分組實驗的程序和要求：

1.準備階段：學生明確實驗目的，理解實驗原理、方法，認識實驗儀器，做好實驗操作與記錄準備。

2.操作階段：學生把實驗方案變成實踐的階段，學生親自在實驗室進行實驗。

這個階段學生的主要任務是：安裝和調試實驗儀器，控制實驗條件變化，觀察測量，記錄數據等。

3.總結階段：學生把具體實驗結果提高到理性認識的重要階段。

此階段學生的主要任務是：分析并處理實驗數據，得出實驗結論，完成實驗報告。教師在這個階段要注意教育學生尊重實驗客觀事實，培養學生實事求是的科學態度和作風，培養學生分析處理實驗數據和歸納實驗結論的能力。

五、課題研究的反思

通過對“研究平拋運動”實驗的學習，學生能經歷提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計方案、進行實驗與收集證據、分析論證、交流與評估這一完整的科學探究過程，科學探究能力能得到充分鍛煉。該實驗涉及觀察對比、間接測量、數據分析等科學研究方法，學生的科學素養與學科能力得到了更全面的培養和塑造。

（作者單位：河南省實驗中學高中部物理組）