“实验：探究加速度与力、质量的关系”教学与思考，本文主要内容关键词为：加速度论文,关系论文,质量论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
新课程教材中的探究性实验课，是体现《课程标准》，让学生学会“在学习中探究”“在探究中学习”的核心内容。在教学实践中，怎样让这些探究性实验课发挥其探究教学的作用，使学生进入真正的探究角色，是物理教师进行探索的新课题。
“实验：探究加速度与力、质量的关系”是人教版高中《物理1》中的探究性实验课，不但其探究内容（牛顿第二定律）是高中物理“知识与技能”目标的重点，而且是整个高中阶段物理学习中让学生亲自体验科学探究“过程与方法”的第一次探究活动。其探究过程的成功与否，既关系到对牛顿第二定律的学习，也直接影响学生今后对科学探究活动的兴趣。因此，本探究教学的设计必须保证在学生中形成浓厚的探究氛围，保证激发学生对探究活动的兴趣，进而保证探究成功。
一、本探究课的学生探究基础
了解学生的探究基础，是教师正确定位、合理设计教学过程，保证探究成功的前提。
首先，高一学生在初中已有与教师一起对导体中的电流与电压、电阻关系——欧姆定律进行演示探究的经历与经验，对控制变量法的运用已有一定基础。
其次，无论是在“欧姆定律”的研究中，教师引导学生对测得数据列表进行比较得出结论，还是在“实验：用打点计时器测速度”和“实验：探究小车速度随时间变化的规律”中对数据列表并作出图象进行分析处理的方法，都为本探究中学生对实验数据作进一步分析处理——运用图象探究规律提供了方法和能力基础。
但在“欧姆定律”的研究中，学生对滑动变阻器改变电路中电流的作用认识深刻，并有专门的电流和电压测量仪器，故不难在教师启发下“设计”出实验方案。此外，其研究目的是对欧姆定律内容的理解和掌握，是教师引导下直接运用教材中的实验方案进行探究的演示实验。本探究课的探究是动态变化过程，学生尚不具备对提供和测量恒力的实验方案进行探究设计的能力。
二、本探究课的教学实践与探索
“实验：探究加速度与力、质量的关系”中，探究过程的动态变化使得恒力的测量与提供更加困难和复杂，又没有直接测量加速度的专用仪器，这无疑对学生的自主探究和实验方案设计增加了很多困难。所以，如何根据学生的探究基础和《课程标准》的要求，培养学生兴趣，有效地组织引导学生进入探究角色、参与探究，感悟科学探究的思想与方法，是本探究课教学的重点和关键。
1.本探究课教学方案的初始构想与理念
根据课程标准和学生的探究基础，拟用2课时进行教学探究。具体构想如下：
第1课时，在合作讨论中提出探究的问题，并通过教师引导确定实验的基本思路、数据处理方法及实验方案。本课时的探究过程体现在合作与讨论中。
教师结合牛顿第一定律的复习小结，组织学生讨论、思考：既然牛顿第一定律揭示了力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，那么你会根据自己的学习经验和思考问题的习惯，进一步提出你还想知道、学习、探究有关加速度的什么问题吗？意在引出学生对“加速度的产生”进行探究的问题。
通过探究问题的提出和讨论，教师继续组织学生分析和猜测加速度会与哪些因素有关？关系（定性）怎样？并指出物理学不会满足于这些定性结论，进一步探究加速度与力、质量间的定量关系是物理学探究的真正目标。
根据学生已有的探究基础，讨论中会有学生很快提出探究的基本思路——用控制变量法分别探究加速度与力、质量的关系。也会有学生对实验数据处理提出利用“图象法”，既可减小误差，又形象直观。当对上述探究的基本思路达成共识后，教师再引导学生转入对设计实验方案的讨论；同时强调制订实验方案的关键——设计出在动态环境下有效地提供和测量恒力、加速度、质量的方法。
在讨论中，估计有一部分学习自觉性较强的学生（课前看过教材），会很快转入教材中的“参考案例”。教师应顺势引导学生讨论“参考案例”中是如何为物体提供恒力和测量（或比较）物体的加速度的。
本课时是教师结合教材内容引导和指导学生合作讨论，完成对实验的“提出问题”“选择探究思路”“确定实验方案”等探究过程。
第1课时课外作业——请思考：
(1)怎样消除摩擦力对本探究结果的影响？
(2)如何操作“参考案例”的实验步骤，注意哪些问题？
第2课时，根据“参考案例”进行学生实验探究、数据处理，并得出实验结论。本课时的探究体现在实验过程中让学生自主设计实验步骤和自主操作。
若第1课时准备充分，实验操作虽有些难度，但只要教师放手让学生去探究，给学生提出一些具有启发性和针对性的思考题——不给出答案的提示，则大多学生完成实验操作没有问题。“实验报告”是本课时的课外作业。
第2课时是在教师指导下按“参考案例”进行实验、获取数据、进行数据处理、分析总结实验结论、写出实验报告等科学探究步骤和过程。
2.本探究课的教学实践与探究
笔者发现，第1课时探究教学设计在讨论中探究是成功的，效果是满意的。但在讨论确定实验方案这一环节中，发现本探究课教学的初始设计存在三个问题：一是被最后确定采用的实验方案——“参考案例”基本没有反映出学生的探究和设计思想；二是只用一个实验方案不足以形成探究氛围，让学生真正进入探究者角色；三是将“参考案例”作为本探究课的学生实验方案并不是最合理的实验方案。
针对教学实际，在组织学生“根据实验基本思路探究设计实验方案”的讨论时，笔者毅然决定放弃“既定思想”，探究新的思路。在引导学生讨论具体的实验方案时，不是强化“参考案例”，而是把重点放在鼓励学生按自己的思路去探究、设计不同的实验方案，引导学生充分运用各种信息和已有的知识经验、实验技能进行探究。结果很快就有学生提出了自己的实验方案设计。
提供和测量恒力的方法有：
①用手拉弹簧测力计并使物体做匀加速运动，即用手提供恒定的拉力，并用弹簧测力计测得拉力的大小；
②用物体的重力或者重力沿斜面向下的分力提供恒力。
测定加速度的方法有：
①用刻度尺和停表测初速为0的匀加速直线运动的位移和时间，再测定加速度；
②用打点计时器打出纸带测定加速度。
按学生的认识水平，“用手拉弹簧”既为物体提供了恒力又可从弹簧测力计读数中读取恒力的值，这是最简单不过的事，因此这个方案不但是一开始就提出的，而且附和的学生也较多。物体的重力在同一地点是不变的，这也为他们设计“用自己的重力或重力沿斜面向下的分力提供恒力”提供了根据。“用打点计时器测物体的加速度”是本学期已经做过的实验。这些都是学生利用已有的知识，经过综合、创新提出的实验方案设计，体现了学生对科学探究的理解，也让学生真正体验科学探究中一些“阶段性过程”。笔者对这些学生都做了及时、充分地肯定、鼓励和表扬。
教学中笔者没有直接对学生实验方案中的不足甚至于不切实际之处进行总结和作出选择，而是作为第1课时课外作业让学生自己去讨论、设计和完善。具体要求如下：
(1)每个学生都要参与探究实验方案的设计。
(2)可以2人、3人或更多人组成一个研究小组，共同完成一个实验方案设计。
(3)以书面形式写出本研究小组设计的实验方案、所用仪器、操作步骤、需要测量的数据、实验原理，并署上设计者名单。
(4)为了保证设计有效，建议每个研究小组派2～3名代表在按其设计方案实验前（统一时间）来实验室用实验检验，并最终确定其设计或选用的实验方案。
(5)允许参考课本中的实验方案思想，但不能抄袭课本中的“参考案例”。
第2课时，教师根据各小组设计或选择的实验方案，准备实验器材，让学生分别进行实验探究。
实际教学中，初始各小组设计的实验方案有七、八个，但经过“代表”的实验检验、完善、调整、放弃，最后保留的实验方案设计也就是教材中的“两个提示”：测加速度——“用刻度尺和停表测初速为0的匀加速直线运动的位移和时间测定加速度”“用打点计时器打出纸带测定加速度”和由“参考案例”思想提供恒力，且许多学生对自己的设计信心不足。这样一来，放弃原本自主设计的方案和本来就没有设计出实验方案的学生还是占大多数，教师要求他们按“参考案例”进行探究。第2课时的实验器材除按“参考案例”准备的外，按“自己设计”实验方案准备的数量也就仅有3～5组器材。
3.本探究课教学的总结
由于学生“自己设计”的实验方案，是经过实验检验、完善、调整和放弃这一真正的探究过程后被确定的探究方案，充分体现了学生自主探究的过程；是在教师指导下，同学之间相互合作的科学探究，而且总有部分同学实际充当着科学探究的组织者和领导者。因此，本探究课教学不但培养了学生的科学探究精神、思想和方法，还培养了学生的合作精神、组织能力和领导能力。
由于学生“自己设计”的实验方案——用打点计时器打出纸带测定加速度（前人教版教材的学生实验方案）实验操作方便，根据实验数据作出的a-F图象和a-1/m图象直接明了，因此按此实验方案进行探究的学生，不但有深刻的体验效果，而且有成就感和极大的兴趣，特别是赢得了那些设计没有成功或没有设计出实验方案的学生的羡慕，对培养学生科学探究的兴趣，形成科学探究课的探究氛围都有明显的积极意义。
相比之下，“参考案例”（原人教版教材中的演示实验方案）中“双车并驾”的操作过程，即使让教师来做也并非容易，让学生操作就更有困难，而且实验数据与图表的处理思路也不是a-F和a-1/m的直接反映，不易理解。因而“参考案例”对高一学生进行科学探究的“启蒙教育”显得并不理想。
本探究课教学中，教师对学生“提出问题”和“实验方案设计”的探究进行了重点指导，特别是对后者的探究进行了教学探索。但这仅仅是科学探究中的两个“阶段性过程”，不是科学探究的全过程。
本探究课教学中，尽管教师在主观上努力让每个学生始终都能积极地参与探究，但实际上除开始时几乎每个学生都有积极性外，当探究稍有困难时就有不少学生退出了探究活动，只是被动等待其他同学的探究结果。如何让更多的学生始终积极参与探究全过程，是本探究课中出现的问题之一。
本探究课教学中，只是让每个方案的设计小组派“2～3个代表”进行实验检验、完善和优化方案，这在客观上等于否定让每个学生自始至终进行探究。如何创造条件，让每一个学生都参与实验方案的实验检验、完善、优化，这是本探究课教学中存在的又一个问题。
在各研究小组代表对“自己设计”的实验方案进行实验检验的过程中，教师既要对学生的设计进行整理、归类和准备器材，还要有计划地安排并参与每一个研究小组的实验活动，帮助他们进行实验、分析、修改和完善设计。教师要尽可能让各类不同的设计思想，哪怕是不切实际的设计，只要代表学生真实的思想，反映学生思考和探究的过程，都来实验室实验，即便是选择放弃也让学生在实验后由自己做主。这时，虽然各小组只有“2～3个代表”参加实验活动，可教师已经很辛苦了。
三、科学探究教学的思考
新教材有关探究性实验课的内容是课程标准中科学探究教学思想的体现，是一种教学“参考案例”，不是“唯一方法”。所以，教学中要防止被教材束缚，迷信教材；要防止一方面进行科学探究教学，另一方面却机械地运用教材参考案例让学生按部就班进行“科学探究”；要防止把课程标准的科学探究教学思想，在教学实践中演变成一种以科学探究名义，实质上仅仅是实验课的一种“新模式”。
在科学探究教学中，教师要重视少数甚至是个别学生对科学探究的异想，正是这种异想蕴藏着学生未来巨大的创造性，所以对这些异想要进行引导、鼓励甚至渲染，让科学探究的“星星之火”得以“燎原”。此外，教师更要重视每个学生所做的每一点探究工作，肯定他们的努力，指出他们的成绩，鼓励他们的信心，让每个学生都能积极地参与科学探究，把科学探究教学活动真正开展起来。
科学探究的成功是巨大的，探究（实验）后的放弃是深刻的。让学生在科学探究中体验成功，学会放弃，感受失败；让学生在探究中明白：失败和放弃与成功一样重要，没有失败就没有成功的机会，学会放弃才会与成功同行。