物理实验教学设计的探究氛围及问题引导

（一）创设发现问题的情境

把培养学生的创新精神和动手实践能力作为素质教育的重点，是我国教育思想观念的一次重大转变。就学生的创新精神培养而言，问题意识是培养学生创新精神的起点，发现问题比解决问题更为重要。在物理规律教学中，应积极创设发现问题的情境，引领学生发现值得探究的问题，进入规律探索的氛围。物理学是一门实验科学，而且通过实验演示设置问题情境，可以提高学生学习物理的兴趣。

例如，在讲述“动量守恒定律”一节课时，如何引入？课本上有一幅图画，说的是：有两位同学原来静止在滑冰场上，不论谁推谁一下，两个人都会向相反方向滑去，他们的动量都发生了变化。上述现象不是每个同学都遇到过，而且也不便于课堂演示。如果根据这幅图画展开教学，则难以引起同学们的兴趣。怎样引起同学们的注意，很快进入所讨论的问题呢？可以看下面的教学片段。

1.“动量守恒定律”课堂引入教学片段分析

演示实验1：将一个后轮快速转动的玩具汽车轻轻放在桌面上并放手，发现小汽车在桌面上快速向前行驶。

演示实验2：在水平桌面上平行放置四个直径约2cm、长约20cm的试管，试管上放置一宽约20cm、长约80cm的三合板，将后轮快速转动的玩具汽车轻轻放在三合板上，发现在小汽车向前行驶的同时，三合板向后运动。

2.教学设计片段说明

这里设计的演示实验，是由试管的滚动来保证系统的动量守恒的。试管取材方便，实验中操作容易，是不错的选择。学生通过观察、比较看到：在前一个实验中，小汽车向前运动，桌面不动，这与通常见到的汽车在路面上行驶是一样的。在后一个实验中，小汽车在三合板上运动，小汽车向前运动的同时，与之接触的“地面”（三合板）却向后运动，这与学生们已有的知识经验是相矛盾的，头脑中充满了疑问和不解，从而激起解释现象的强烈愿望。

（二）启发引导学生提出问题，提出科学猜想，预言新的物理现象

在教学中，我们发现很少有学生对课堂教学内容提出问题。探究其原因，或是由于懒得思考，被动地接受知识已成为习惯；或是对存在的一些疑问，缺乏探究的氛围和机会，羞于出口。针对这种现象，在课堂教学中，教师应积极为学生营造浓厚的探究氛围，鼓励他们提出问题。

1.“自由落体频闪照片”讨论的教学片段分析

师生一块观看自由落体的频闪照片，正如课本中所说，“从照片上可以看出，在相等的时间间隔里，小球下落的位移越来越大，表明小球的速度越来越大，即小球是在做加速运动”。

根据课本上的说明和频闪照片，同学们很自然地提出这样一个问题：自由落体运动是匀加速运动吗？

师：自由落体运动是不是匀加速运动，是需要证明的，同学们怎样证明呢？

生甲：可以看它的加速度是否恒定；生乙：可以看它的速度是否均匀增加；生丙：可以看相邻位移的差是否不变；生丁，可以看自静止开始的连续各段位移的比值是否是1∶3∶5……

师：同学们提出了自己认为可行的方法，这是同学们综合运用匀变速直线运动知识的结果。请同学们通过计算去进行判定。经过一段时间的运算，学生们有了结果。

师：好！请这几位同学把讨论结论说出来，让全班同学讨论。

生甲：由于没告诉频闪频率，无法求加速度，所以不能判定；生乙：由于与学生甲同样的原因，无法求一段时间内的平均速度，故无法判断；生丙：我撇开了开始几段位移，只是读出了下面3段位移，求得相邻位移之差。

学生发现在实验误差范围之内，这些位移差是相等的，所以是匀加速运动。

生丁：我只读出了前两段位移，分别是4cm和5cm，两者之比为4∶5，远离1∶3，所以不是匀速运动。因为从静止开始的匀加速运动的位移比是1∶3∶5等。

师：后两位同学的结论是相反的，那个同学的结论对呢？生众：我们计算的结果也是这样，从开始两段位移看，结果也是这样，从开始两段位移看，不是匀加速运动，但对于后面几段位移的讨论，却是匀加速运动，这是为什么？

师：自由落体运动，不可能既是这样，又是那样。但现在为可能既是这样，又是那样。但现在为什么出现这种情况呢？

生戊：将开始的4cm，如果分成1cm和3cm，那么就合理了；生己：我看有可能在拍摄时，把小球的第2个像漏掉了。现在的第2个应该是第3个。

师：事前我看了这张照片，看到这么清晰的照片，旁边还附有刻度尺，便产生计算加速度的想法。也是苦于频率未知而不得。但由下落高度和通常的重力加速度的值，可计算下落时间，然后估测频闪频率。估测中发现，如果将现在的6段位移改为7段，则结果比较满意。对上面两段位移的思考，与同学们的想法一致。祝贺我们师生想到了一起。

2.教学设计片段说明

频闪照片是编者做的实验。在中学实验室中目前能做这个实验的只是少数，所以对照片的研究是不能缺少的。放手让同学们参与讨论，让同学们不断地提出问题，如“自由落体运动是匀加速直线运动吗？”“怎样验证这个运动？”“验证中出现问题怎么办？”等问题，并逐步解决。不仅得出了应得的结论，最终还发现了这张照片的缺陷。

（三）设计验证猜想与假说的实验方案(www.xing528.com)

许多物理规律的发现都离不开科学的猜想和假设，从发展的观点来看，培养学生科学猜想与假设能力具有深远的意义。下面这个案例有助于加深对这个问题的理解。安培力大小的计算，课本中给出了公式，若将公式告诉同学们，然后通过练习去巩固，虽然也能完成教学任务，可是学生的学习毕竟是被动的，而下面的教学片段则不是这样。

1.“安培力的大小”教学片段分析

在“磁场”教学中，有磁场对电流的作用力——即安培力大小的讨论。师提出问题：由前面的学习知道，磁场对其中的电流（或者说通电导体）有力的作用，这个作用力叫作安培力。安培力的大小与哪些因素有关呢？

学生基于已有的知识经验，在潜意识中会产生如下猜想。第一种猜想：安培力的大小可能与电流的大小有关系。第二种猜想：安培力的大小可能与磁场的强弱有关系。第三种猜想：安培力的大小可能与导线的长短有关系。猜想是否具有科学性呢？下面通过实验来验证。

（1）第一种猜想的验证

让较小的电流通过导体，这时导线由原来的静止位置偏开一角度后停下来。减小外电路电阻，使导线中的电流变大，此时导线偏开的角度大了，即安培力变大了。由此得出结论，在同样的情况下，电流越大，安培力越大。

（2）第二种猜想的验证

保持导线中的电流不变，改变导线所在处的磁场。第一次仍以首次实验的结果为准，这样就减少了实验次数。第二次用同样大的磁性较强的蹄形磁铁做实验。这时，导线偏开的角度大了。由此得出结论，在同样情况下，磁场越强，安培力越大。

（3）第三种猜想的验证

所谓导线的长短，是导线在磁场中的长短，而不是通电直导线本身的长短。对第二次中使导线变长，除课本中的做法之外，简便的办法是将开始的4块磁铁去掉1块或2块，这样，导线的长度就变为原来长度的0.75或0.5倍。实验中会发现，导线偏开的角度小了。由此得出结论，在同样情况下，导线在磁场中的长度越长，安培力越大。

当然，以上实验中，都不要让导线离开蹄形磁铁相对的磁场。通过以上实验探究，表明猜想是正确的。

2.教学设计片段说明

磁场是一个抽象的概念，它对电流的作用力理解起来也比较困难。但通过同学们对影响安培力大小的几个因素的猜想，使同学们深入到了物理情境中去。而实验的验证，使猜想得到证实，这样，在较好地完成了安培力公式教学任务的同时，培养了学生进行科学猜想假说、设计验证猜想与假说方案的能力。

（四）实施验证方案

同一个实验目的，选择不同的测量方案组合，会产生若干种实验方案。实验方案的选择是由各种因素综合考虑后确定的。应根据所具有的实验条件、所需要的实验精度、所允许的实验时间、实验操作的方便，实验者对实验原理的理解和对实验器材的熟悉程度，综合考虑选择实验方法。

1.“测定自由落体加速度大小”的教学片段

课本中在“自由落体运动”教学中指出：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度。重力加速度的大小可以用实验的方法来测定。

师提出问题：不同质量的物体在自由落体运动中的加速度都相同。请同学们依据所学的知识，提出验证方案。

同学们展开探究，提出了如下验证方案：

甲组学生：对不同质量的物体，用测力计测其重力，用天平测其质量，把对应的重力与质量相比得重力加速度，看质量不同的物体的重力加速度是否相等。

乙组学生：让质量不同的物体做自由落体运动，用刻度尺测量下落高度，用秒表测量下落时间，由此测算出重力加速度并比较之。

丙组学生：用打点计时器记录物体做自由落体的情况，由纸带确定下落高度和下落时间，由位移公式求重力加速度并比较。

丁组学生：用课本上的自由落体的频闪照片求重力加速度并比较。把有关仪器发给学生，让他们动手做实验，实施验证方案。

2.教学设计片段说明

重力加速度的大小的特点，学生已经基本掌握。该教学片段的目的不是把重力加速度测得多么准确，而是让同学们综合运用匀变速直线运动的知识，通过实验的手段，练习对重力加速度的测量。其实，测出重力加速度的准确值并不容易。由课本中重力加速度的数值表可以看到，这个数值，取到小数点后两位是没有意义的，至少要三位。