新课改下高中物理探究性实验的教学

浅析新课改下高中物理探究性实验的教学
摘要物理是以实验为基础的自然科学，物理实验是学生获取知识、进行知识创新的重要手段，是培养学生的科学兴趣、科学态度和提高学生终身学习能力的重要途径。

所谓的探究实验是在学生不知道问题答案的基础上，通过自己的实验找到答案的一种实验方法。

它采用的一般程序是：发现问题---提出假设---设计实验---实验操作---记录分析结果---总结归纳结论。

教材中《探究加速度与力、质量的关系》是高中物理（必修1）中非常重要的探究实验。

关键词实验探究实验问题实验方法图像法
在高中物理新课程目标明确指出，“过程与方法”目标作为三维目标之一单独列出，要求学生经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

因此实验教学发生的变化---由验证实验向探究实验的方向发展，物理实验是进行科学探究的重要方式，科学探究作为课程改革的突破口，将物理实验教学跟探究学习融合起来，不但让学生获得知识、获得技能更重要的是学到了获得知识的过程与方法，让学生受到科学方法、科学思维的训练，养成科学精神和科学品德，培养学习的兴趣。

下面以《探究加速度与力、质量的关系》为例来分析探究性实验的教学，该实验可从设计实验方法、实验步骤、图像法处理实验数据、误差分析等角度设置问题，检验学生的综合实验能力，能很好地凸显新课程的教学要求。

本实验教学设计思路：
（1）提出问题：物理受力后会改变物体的运动状态，如原来静止在桌面的小车，用力推小车，小车就会动起来，说明力是改变物化运动状态的原因。

用大一点的力推小车，小车运动状态变化快，用相同的力作用有两辆质量不同的小车上，他们运动状态变化不一样。

小车运动状态变化的快慢就是小车运动的加速度，那么物体的加速度跟哪些因素有关？
（2）提出假设：学生通过教师的演示,提出：物体的运动加速度与物体的受力有关，与物体本身有关。

（3）实验验证，学生动手做实验：（由于涉及到三个变量的关系，采用控制变量法）
a.平衡摩擦力，使小车在运动方向上只受一个合外力的作用，在垂直运动方向上受力平衡。

b.小车质量m一定的情况下，探究小车的加速度与合外力f的关系。

c.小车受合外力f一定情况下，探究小车的加速度a与小车的质量m的关系。

(4)得出结论：学生通过a-f图像得到小车质量m一定的情况下，小车的加速度a与所受的合外力f成正比关系。

通过图像a-1/m得到小车所受的合外力f一定的情况下，小车的加速度a与其质量m 成反正关系。

问题是探究的核心，笔者结合自己在教学中就实验中几个重要问题进行分析，以求最优的实验方法。

一、如何测量小车的加速度-----纸带分析方法
复习实验数据处理方法之一（逐差法）。

逐差法充分利用了数据，可以减少偶然误差.将连续相等时间t内的位移分为两组，s1、s2、s3；s4、s5、s6，对应项相减s4-s1、s5-s2、s6-s3 ，
[∵s4-s1=（s4-s3）+（s3-s2）+（s2-s1）=3at2]，
二、图像法数据处理
（一）在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a－图像，而不是描绘a－m图像？
在相同力的作用下，质量m越大，加速度越小，这可能是“a与m成反比”，但也可能是“a与m2成反比”，甚至可能是更复杂的关系。

我们从最简单的情况入手，检验是否“a与m成反比”。

实际上“a与m成反比”就是“a与成正比”，如果以为横坐标，加速度a 为纵坐标建立坐标系，根据a－图像是不是过原点的直线，就能判断加速度a是不是与质量m成反比。

当然，检查a－m图像是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a－图像，检查图线是不是过原点的倾斜直线，就容易多了，该实验采取了化曲为直的转化思想，如图3所示。

四、优化实验方案，减小实验误差
用打点计时器做实验时，一般均采用砂桶加细砂的方法来改变拉力的大小，这样做需要用天平测砂桶加细砂的质量给实验带来不便。

现介绍笔者就改进后的实验方案供参考：经平衡摩擦力以后，
改用螺母（型号m8，质量为10．2克）代替小桶加砂子的质量，作为拉力。

（一）保持物体的质量不变（即小车的质量不变为200克），依次改变拉力为一个螺母，二个螺母，三个螺母、四个螺母、五个螺母。

用打点计时器依次打出五条纸带，分别计算其加速度，做出a-f 图像。

（二）保持物体所受的力不变，依次增加小车的质量为200克、250克、300克、350克、400克。

用打点计时器依次打出五条纸带，分别计算其加速度值，做出a—1/m图像。

最后通过分析图像特点，探究得出物体运动的加速度与力、质量关系。

通过这样处理，省去了用天平测量砂桶和砂子质量的麻烦，提高了实验效率。