例談用“問題串”引領物理課堂實驗探究

曹衛東

【摘? ?要】本文以測量動摩擦因數為例，精心設計一系列相輔相成，逐層遞進的問題來引導學生對該實驗的探究內容、實驗原理、方案設計及其它各方面進行有目的、有針對性地分析思考，從而形成一套原理正確，可操作性較強的實驗方案。

【關鍵詞】問題串;實驗探究;物理教學

中學物理是一門以實驗為基礎的科學學科，物理學科中的大部分定理、定律，都是在實驗的基礎上得出的。所以，物理教學離開了實驗教學，就像是無源之水，勢必會變成一潭死水;物理教學缺少有效的實驗教學，就像是無根之木，勢必會變成一根朽木。無論是物理學科核心素養，還是歷年高考試卷，都對物理探究實驗提出了較高的要求。然而在實際的教學中，仍有不少教師對課堂物理實驗探究課沒有給予應有的重視。有的以黑板講實驗代替做實驗，也有的以實驗視頻、仿真實驗。甚至多媒體動畫等其他形式來代替做實驗教學，這些不作為的教學方式是非常不利于培養學生的科學探究能力的。之所以存在以上現狀，主要原因有目前高考模式對物理學科的輕視、一些農村學校教學硬件條件的限制、也有一些教師完全從學生應試的角度出發進行教學等等。但是這些都不應該成為我們不重視實驗探究教學的借口，更不能因此而讓我們的學生的科學探究精神得不到應有的培養。

基于實驗探究在物理教學中的重要地位，作為一線教師的我們應該認真的上好每一節實驗探究課。本人認為，以問題串的方式引導學生完成實驗探究實驗，是一種比較可行且有效的方式。

所謂的“問題串”，是指由教師以探究的實驗為核心，針對學生的思維特點、知識層次而精心設計的一系列相互關聯、相輔相成且逐層遞進的一系列小問題。學生通過對這些問題的思考回答，對所探究的內容、方案、操作、數據處理等各方面進行分析研究。這樣可以有效避免學生在探究實驗課上無從下手、無所探究、甚至亂探究等現象的出現。可以讓教師對實驗探究課的組織更加秩序井然，事半功倍。同時也可以讓我們的學生的思考目的明確，指向性較強。

如何有效利用“問題串”來引領物理課堂實驗探究呢？此處筆者以“測量動摩擦因數”實驗為例，精心設計了以下一串問題來引導學生設計實驗方案，評估方案，并指導學生對于不同方案如何進行操作，希望能有拋磚引玉之效果。

問題1：你學過與動摩擦因數相關的物理學公式（關系式）有哪些？

基本所有學生都至少可以回答出

問題2：若以此為實驗原理，需要怎樣測量滑動摩擦力f和對應此時的正壓力N？

此處學生商討的方案肯定不止一種，我們可以按照學生回答的主要方案進行進一步探討評估。學生最容易想到的是讓一個物體在水平面上勻速滑動（初中就學過），下面就針對此方案進行評估。

方案一

問題3：此方案應該如何操作？需要哪些器材，主要實驗步驟有哪些？

這個難度不大，大部分學生都能想到用測力計勻速拉動物體，測力計的示數就等于滑動摩擦力，而物體對桌面的壓力就等于物體重力。

問題4：此方案有什么缺點？

這個方案的缺點，如果學生沒有經過親手實踐，還真難于發現。為了引導學生對實驗方案的可操作性進行評估，就必須下發器材讓學生進行分組實驗探究下。只要學生親手操作了，就會發現，勻速拉動物體難度相當大，且測力計的示數很難保持穩定。

問題5：如果把勻速改為勻加速，滑動摩擦力的大小會發生改變嗎？

這個問題的目的是引導學生對勻加速方案進行思考。大部分學生能受力分析發現根據f=μmg，滑動摩擦力與相對運動快慢無關，與勻加速運動無關。

問題6：如果物塊做勻加速運動，此時物塊的受力情況如何？可以用怎樣的關系式來表示出μ？

根據牛頓第二定律可以得到關系式F-f=ma和f=μmg，也即F-μmg=ma。以此為實驗原理我們需要測量哪些物理量？

問題7：如何才能保證物塊能做勻加速運動？

學生容易回答，應保證F大小不變。

問題8：如何才能給物塊提供一個恒定的拉力F呢？

此處教師應給予一定的提示。比如：我們在哪個實驗中用到過？是怎么用的？若要把鉤碼質量當成線上拉力大小需要滿足什么條件？

問題9：如何測量物塊的加速度？

學生通過思考討論后，一般會給出以下方案：

問題10：實驗方案二在實際操作中，可能會存在哪些問題？

此處可以讓學生充分展開交流討論。如果學生能發現其中的問題所在，那最好;如果學生發現不了，那就讓學生按

照這個方案開始做實驗。學生只要一做，馬上就會發現，當滿足m遠小于M的時候，是根本拉不動物塊的。從而也就知道了看似完美的方案，實際上是可操作性不強。

問題11：上述方案的主要矛盾在哪里？能否通過改進解決這個矛盾？哪一種實驗器材可以很好的解決這個矛盾？

學生通過前面的討論和實驗操作，已經發現了當我們要把mg近似當成線上拉力大小時，就必須滿足m遠小于M這個條件，而要滿足這個條件，m太小了又拉不動木塊M。那有沒有什么實驗器材，可以在不滿足m遠小于M時，能直接精確測量出繩子的拉力呢？拉力傳感器，就自然而然地成為大部分學生的選擇了。于是學生可以討論出以下實驗方案：

到此，學生經歷了兩次的實驗挫折，終于形成了一個原理正確，可操作行也較好的方案。學生在通過共同參與，認真思考，相互協作的基礎上，終于得到了一個完美的答案。也許也會體會到成功的來之不易，不經歷失敗就不會有成功的美好，也許這就是科學探究的魅力所在。而這些不就是我們應該讓學生體會到的科學精神嗎？

問題12：以上方案可以成功測出動摩擦因數，是否還有可以改進或者創新的地方呢？比如：對于加速度的測量，有沒有更精確的實驗手段？

提出此問，旨在讓學生體味追求永不止步，勇于創新的科學精神。而且已經應用了精確度較高的拉力傳感器，當然需要引導學生進一步采用其它傳感器（此處為光電門傳感器）來讓實驗更加完美。

問題13：若用方案四進行試驗，我們需要測量哪些物理量？如何得出動摩擦因數？

此問頗有些解題的意思在里面，學生在拿到一個全新的實驗方案以后，如何讀懂方案的設計原理和操作也是必須掌握的一種技能。只有能體會到出題人的思路，才能更好的順著出題人的思路去思考問題解決問題。同時此處學生在測量時容易只測物塊的質量而忘記擋光片的質量。所以，對學生的思維嚴密性也有一定的鍛煉。另外，擋光片的寬度選擇、設計制作，也最好讓學生親手完成。

總之，測量動摩擦因數的方案是多種多樣的，學生也能討論出其它可行的探究方案，就不在此處累述。且以上十三個問題的設計、提出的節點可能也有值得商榷的地方，但是這些都不重要，這只是筆者本人來闡述用問題串引領物理課堂實驗探究的一個參考案例。我想，學生在通過對于以上一系列問題的思考、討論肯定會有一定的收獲。學生在經歷了多次的失敗后最終獲得了成功，其思想上肯定有一定的觸動。學生在成功之后并沒有滿足現狀，而是繼續的改進創新，其科學探究精神一定會得到一定提高！難道這一些收獲，這一點觸動，這一點提高不就是我們的教學應該追求的嗎？

【參考文獻】

[1]王震.新課程中物理實驗教學的一點想法[J].理科考試研究，2014（13）：41-42