以實驗為媒，提升學生物理素養

孟朝強

物理教學應以實驗為基礎，在實驗教學上多做文章。那么，如何設計一個好的探究實驗呢？

第一步：內容分析。

在開始實驗設計之前，首先要對教材內容進行詳細分析，確定哪些是學生已知的，哪些是學生需要通過探究獲得的，為下一步的實驗設計打好知識基礎。

在知識方面，“實驗：探究功與速度變化的關系”是人教版高一年級必修2第七章第6節的內容，它是在已明確了“功”的概念和理論探究了“彈性勢能的表達式”的基礎上，過渡到探究“動能表達式”的內容。在學生方面，首先，學生經過一個多學期高中物理的學習，思維水平已有所提高，能夠用所學的知識分析一些問題。其次，學生頭腦中已有模糊的“動能”概念。第三，具備開展探究實驗和運用計算機軟件（如Excel軟件）的基本技能。第四，學生憑生活經驗有模糊的認識，動能大小應與速度有關，但具體是什么樣的關系還不清楚。綜上所述，我們深入探究“動能”就有了可能。

第二步：實驗的理論分析。

實驗的設計不只需要對學生和知識進行分析，還需要對教材內容進行理論分析。這一步的目的主要是確定采用何種方式開展實驗，為下一步選擇實驗方式提供理論支撐。

為幫助學生逐步深入到對動能的定量研究，我設置了一個開放性的問題以引發學生的積極聯想：如何尋找一種方式把動能表現出來，以便我們進行度量呢？學生經過討論和教師的引導，并借鑒上節內容，能夠想到兩種方法：一是通過做功使物體獲得動能；二是可以將運動物體克服阻力運動的最大距離來度量動能的大小。但第二種方法如何得到動能？學生討論后就會發現，又回到了第一個方法。經過一番討論，確定通過做功的方式使物體獲得動能。

第三步：實驗的具體設計。

實驗設計階段是學生進行定量化探究的主要階段，能鍛煉學生充分運用已學知識處理新問題的能力，培養學生的創新思維。教師引導學生進行討論，最終使學生明確實驗中需要測定的物理量有物體質量m、彈出物體速度v；確定實驗中需要的主要器材有相同規格的皮筋四根、氣墊導軌、相同規格的滑塊兩至三塊（配重片）、天平、擋光片、光電門。其中，滑塊質量可通過天平測出；滑塊的瞬時速度由擋光片、光電門等測定；氣軌調成水平。根據“控制變量法”，展開實驗。最后利用所測數據，借助Excel軟件畫出相對應的圖像，結果發現Ek-mv2圖像為一直線。至此，學生初步獲得了動能的表達式，即Ek=kmv2（k為待定系數）。數據準確的話，還可求出系數k=1/2。

學生在實驗探究中真實地體驗科學探究的過程，不斷提升自身的科學素養。