繆美根

摘要：本文通過對“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”這一實驗的教學設(shè)計，介紹了如何根據(jù)新課程的要求進行科學的實驗探究，對探究過程中的各個環(huán)節(jié)做了深入剖析并在教學結(jié)束后對本實驗進行了總結(jié)和體會。

關(guān)鍵詞：教材分析 能量概念 科學探究 改進嘗試 總結(jié)體會

一、教材分析和實驗教學設(shè)計的思想

《動能·勢能·機械能》這節(jié)的實驗有“探究影響動能大小因素”、“影響勢能大小因素”及“動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的單擺”實驗等。而探究“影響動能大小因素”的實驗是重點，因為“影響動能、勢能大小因素”實驗的探究方法基本相同，如果學生能自主完成“探究決定動能大小因素”的實驗，那么完成后面的實驗就水到渠成。而在設(shè)計實驗時可以側(cè)重讓學生討論、交流可行性實驗方案，這樣的設(shè)計思想旨在有效培養(yǎng)學生實驗設(shè)計的能力，切實提高學生自主探究實驗的能力。

二、實驗教學設(shè)計的具體過程

1.舉例引題，先建立能量概念。

動能、勢能必須涉及什么是能量，而能量概念又比較抽象，對初中生來說，直接講理解起來是有難度的。筆者認為首先舉些學生在日常生活中常聽到的“能量”俗語，如風能、水能、電能、太陽能等引入“能量”這個初步概念。再從實例中歸納出能量的定義，如流動的水、張開的弓、舉高的鐵錘等都能夠?qū)ζ渌矬w施力，并使其在力的方向上移動一段距離，即都能對其他物體做功，從而概括出能量的概念：一個物體能夠?qū)ζ渌矬w做功，就說它具有能量。做功越多，表明具有的能量就越大。當然具有能量的物體不一定做功，如放在高處的靜止物體，并沒有對其他的物體做功，所以具有能量的物體能夠做功，或者說具有做功的本領(lǐng)。同時強調(diào)做功的過程就是能量的轉(zhuǎn)化過程，因為一旦對別的物體做了功，物體的能量就會減小，甚至沒有能量。通過這種抽絲剝繭、循序漸漸的方法引導學生、幫助學生逐步建立能量概念。

2.再多舉生活實例，初步形成動能概念。

理解能量概念后，再引入動能概念就順理成章了。通過書本上“運動著的錘子能將釘子釘入木板中”、“運動著的子彈能射穿雞蛋”兩個例子說明運動的物體也能夠做功，也具有能量，幫助學生形成動能概念。再結(jié)合多媒體播放車禍、海嘯摧毀建筑物、代表科學前沿的“水刀”等視頻，讓學生感知生活中運動的汽車、海嘯具有很大的動能，造成的破壞力很強，“水刀”視頻讓學生認識到水不僅有柔的一面，水在高速沖擊下像一把鋒利的刀，可以切割堅硬的物體，通過視頻震撼學生的心靈，顛覆學生傳統(tǒng)的錯誤觀念，進一步加深對動能的理解。

3.引導學生實驗探究，培養(yǎng)學生的科學探究能力。

（1）引導學生提出影響動能大小因素的猜想。

運動著的物體因為能夠做功，所以具有動能，并且做功越多，具有的動能就越大，說明動能有大有小。那么動能大小由哪些因素決定呢？針對這個問題筆者認為通過一些實例引導學生作出猜想。書本上的“高速公路限速標志牌”是比較好的例子，可以引導學生提出這么幾個問題：第一個問題：為什么要限制汽車行駛的最大速度？因為汽車速度越快，動能可能會越大，所以要對汽車限速，說明汽車的動能可能與速度有關(guān)：第二個問題：為什么不同的汽車限制的最大速度不同？因為不同汽車質(zhì)量不同，所以動能可能也不同，說明汽車的動能還可能與質(zhì)量有關(guān)，還可以舉“飛來的足球可以用腳踢，而飛來的鉛球唯恐避之不及”等例子補充說明動能與質(zhì)量有關(guān)。

（2）引導學生采用控制變量法探究影響動能大小因素。

初三學生控制變量法運用比較熟練，很容易在小組討論、交流的基礎(chǔ)上給出合理的實驗設(shè)計思想，即探究動能大小與速度關(guān)系時，控制質(zhì)量不變：探究動能大小與質(zhì)量關(guān)系時，控制速度不變。如何保持質(zhì)量不變，比較容易，但如何保持速度不變，這個實驗方案在初二“探究阻力對運動物體的影響”實驗中學習過，通過轉(zhuǎn)換的方法把斜面高度轉(zhuǎn)換成小車到達水平面的速度，因此，只要小車每次從斜面相同高度靜止滑下，到達水平面的速度就相同。當時探究的是同一輛小車有這樣的結(jié)論，那么不同質(zhì)量的物體從斜面相同高度靜止滑下時，到達水平面的速度也相同嗎？書本上的信息快遞直接給出結(jié)論，筆者認為讓學生自主設(shè)計實驗方案并驗證這個結(jié)論是有價值的。因此，為了方便學生設(shè)計出控制速度相同的實驗方案，可以給學生提供如下器材：斜面和水平面、兩個形狀相同的鐵、鋁圓柱體。實驗操作是：讓鐵、鋁二個圓柱體分別從兩個斜面相同高度同時靜止?jié)L下，觀察到它們同時到達水平面，說明不同質(zhì)量的物體只要從相同的斜面高度滾下，到達水平面的速度就相同。事實上學生在語文課中學過《兩個鐵球同時落地》的課文，講的就是伽利略從比薩斜塔上相同高度同時釋放兩個質(zhì)量不同的鐵球同時落地的現(xiàn)象。所以在探究動能與質(zhì)量關(guān)系時只要讓鐵、鋁二個圓柱體從斜面同一高度靜止?jié)L下即可控制它們在撞擊木塊時速度相同。由于圓柱體的動能無法直接測量，撞擊木塊的目的是為了讓圓柱體對木塊做功，圓柱體對木塊做功越多，木塊移動的距離就會越遠。因此，實驗中用推動木塊移動的距離反映圓柱體的動能大小。在探究動能大小與速度關(guān)系時，學生很容易通過實驗現(xiàn)象明白同一圓柱體從斜面高處滾下比低處滾下速度大的道理。

（3）規(guī)范探究過程，提高學生科學探究素養(yǎng)。

物理實驗探究一般遵循提出猜想、實驗設(shè)計、實驗操作、收集實驗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論、相互交流作出評價等環(huán)節(jié)。這就要求學生按照一般的順序進行實驗探究，規(guī)范探究過程，提高學生的科學探究素養(yǎng)。

另外，在實驗設(shè)計環(huán)節(jié)中還包括器材選擇和實驗表格設(shè)計，本實驗可選擇如下器材：鐵、鋁圓柱體，斜面和水平面、紙盒、刻度尺。實驗記錄數(shù)據(jù)表格可按如下設(shè)計。

三、課堂教學過程中改進實驗設(shè)計的嘗試

“探究影響動能大小因素”實驗，雖然教材上沒要求學生分組，但很多老師在實際教學過程中安排了學生分組實驗。但筆者認為教材上的實驗器材和某些操作如作調(diào)整，效果更好。

1.用硬紙盒代替木塊，因為紙盒比較輕，推動它時移動的距離長短較明顯，并且碰撞時不易彈開。

2.教材上是用小車來推動木塊做功，一旦斜面沒放正或有傾斜，小車容易從斜面滑落，或者即使不滑落小車有了偏差，推力不在木塊中間，會影響木塊滑行距離；如果改用較長的圓柱體（如鐵、鋁圓柱體）橫放斜面滾下，就可以克服小車的這些缺點。

3.教材是通過增加鉤碼改變小車質(zhì)量，因此，當斜面較陡時，小車從斜面沖下時會因撞擊水平面而受到一個較大的阻力，小車上的鉤碼容易飛出，存在安全隱患；如果改用二個形狀相同的鐵、鋁圓柱體代替小車，則既改變質(zhì)量又比較安全。

4.把斜面與水平面的連接處改為弧形，可以克服圓柱體滾下時受到一個較大的阻力，不影響圓柱體在水平面上的速度。

5.另外，如果在斜面和水平面中間開一條光滑的溝槽，斜面與水平面平滑連接，同時兩溝槽端口對齊，用形狀相同的鐵球或鋁球沿著斜面溝槽滾下推動紙盒，這樣的實驗改進比較理想，實驗效果很好。

四、實驗后的總結(jié)與體會。

本節(jié)內(nèi)容中“探究影響動能大小因素”實驗是課堂教學重點，學生自主完成本實驗的探究后，以此為范例可以自主完成“影響勢能大小因素”的實驗探究，也為以后的類似的實驗探究提供參考。另外，在探究動能與質(zhì)量關(guān)系時，引導學生設(shè)計如何控制速度相同，并用實驗加以驗證，這種設(shè)計思想和方法在學習物理過程中十分可貴，應加以推廣。

總之，學生通過本實驗自主探究，主要收獲在于一方面可以提高學生實驗設(shè)計和科學探究實驗的能力，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，并使學生弄清什么時候該用什么樣的方法進行科學探究，而不是僅僅告訴學生什么是控制變量法。另一方面通過實驗探究加強學生動手能力，鍛煉學生的交流評價能力。