余登炯

摘 要：平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，能夠提高和加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物體在曲線中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析能力。平拋實(shí)驗(yàn)全面而系統(tǒng)的包含了運(yùn)動(dòng)合成與分解知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容，并在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上進(jìn)行的延伸和拓展教學(xué)對(duì)其他章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容也有一定的鋪墊作用，此外，平拋實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)還常出現(xiàn)于學(xué)生的作業(yè)和考試之中，因此對(duì)于平拋實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，教師更應(yīng)當(dāng)注重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行規(guī)避和改進(jìn)，從而使學(xué)生更好地理解和掌握平拋實(shí)驗(yàn)及背后的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。本文通過(guò)對(duì)目前高中物理教學(xué)中常用的平拋實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分析，討論實(shí)驗(yàn)裝置中存在的問(wèn)題并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為平拋實(shí)驗(yàn)的教學(xué)開(kāi)展提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：平拋實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)裝置;問(wèn)題;改進(jìn)措施

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)和發(fā)展，學(xué)校對(duì)于教學(xué)質(zhì)量的要求不再局限于傳統(tǒng)的書(shū)本教學(xué)模式，引入先進(jìn)的教學(xué)器材和配套的實(shí)驗(yàn)裝置將會(huì)在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破。對(duì)于物理教學(xué)而言，物理公式和知識(shí)點(diǎn)都源自于對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的總結(jié)思考，物理實(shí)驗(yàn)貫穿著學(xué)生整個(gè)高中物理知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手和思考能力能夠有利于物理教學(xué)的開(kāi)展。然而，就目前的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的開(kāi)展并不順利，其原因主要存在于教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)裝置的問(wèn)題上，物理教學(xué)的改革創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)從實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的完善和改進(jìn)出發(fā)，本文就高中物理實(shí)驗(yàn)中涵蓋大量運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，分析存在于其中的不足并提出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系完整構(gòu)建。

一 平拋實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題

（一）平拋豎落儀

平拋豎落儀是相對(duì)簡(jiǎn)易的一種平拋實(shí)驗(yàn)裝置，裝置體積較小具有一定的便攜性，成本較低能夠在實(shí)驗(yàn)課程中讓每一位學(xué)生都能夠參與到動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之中。平拋豎落儀的原理是通過(guò)牽引擺錘來(lái)撞擊小球給予小球以水平推力，在離開(kāi)豎落儀平臺(tái)后受水平分力和重力作用下完成平拋運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通常會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)小球進(jìn)行上色使豎落儀緊貼水平畫(huà)板，讓畫(huà)板輔助呈現(xiàn)出小球平拋運(yùn)動(dòng)曲線。實(shí)驗(yàn)裝置的問(wèn)題在于由于自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)缺少一定的嚴(yán)謹(jǐn)性并且實(shí)驗(yàn)變量不可控制，實(shí)驗(yàn)的觀察效果較差。在平拋實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小球?qū)τ诔跛俣冗@一變量因素不可控制，由于是通過(guò)擺錘擊打來(lái)實(shí)現(xiàn)小球初速度，因此難以根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)小球初速度的數(shù)值進(jìn)行估算。此外，由于裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄和提供數(shù)據(jù)采集，因此平拋豎落儀應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中主要作用是為了能讓學(xué)生感受平拋運(yùn)動(dòng)物理過(guò)程和觀察總結(jié)平拋運(yùn)動(dòng)曲線，而在進(jìn)一步的公式推導(dǎo)和知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中只能依靠教師通過(guò)課堂教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，平拋豎落儀具有成本低、配備容易、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析和總結(jié)上所起到的作用較小。

（二）J21006型平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示裝置

J21006型平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置由斜軌道、網(wǎng)格畫(huà)板、軌道卡尺構(gòu)成，通過(guò)讓小球自由在光滑斜軌道上滑動(dòng)產(chǎn)生一定初速度后離開(kāi)軌道進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)，與豎落儀不同的是該實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)小球在每下落一段網(wǎng)格后就采用軌道卡尺接住小球，并在畫(huà)板網(wǎng)格中進(jìn)行記錄，然后開(kāi)始下一段位移的記錄。該裝置的實(shí)驗(yàn)性遠(yuǎn)強(qiáng)于平拋豎落儀，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中仍存在著一定的問(wèn)題。雖然能夠通過(guò)測(cè)量斜軌道的高度從而粗略計(jì)算出小球的初速度然而固定的軌道無(wú)法對(duì)小球的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)則導(dǎo)致每一次平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡都大致相同，不能夠通過(guò)獲得多組變量數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。其次，雖然記錄小球運(yùn)動(dòng)曲線的畫(huà)板沒(méi)有直接與小球進(jìn)行接觸，避免了曲線記錄過(guò)程中摩擦因素帶來(lái)的影響，然而每段位移描點(diǎn)記錄的方式存在一定的人為誤差，影響著回歸曲線的制作。此外，該裝置由于組成的零部件較多，體積較大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏創(chuàng)新，在器材配備上較難做到讓每一位學(xué)生都參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)性較差。

（三）Flash動(dòng)畫(huà)仿真實(shí)驗(yàn)

在現(xiàn)階段的課堂教學(xué)中由于多媒體教學(xué)的引入使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式發(fā)生了巨大的改變，虛擬實(shí)驗(yàn)室正是在多媒體教學(xué)下應(yīng)運(yùn)而生的。通過(guò)Flash制作軟件來(lái)對(duì)平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作，通過(guò)模擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生學(xué)習(xí)和體驗(yàn)平拋實(shí)驗(yàn)，變量調(diào)節(jié)的可編輯和運(yùn)動(dòng)圖像函數(shù)的自動(dòng)生成將為學(xué)生提供精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但虛擬實(shí)驗(yàn)問(wèn)題在于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺失參與性，實(shí)驗(yàn)操作只能由教師通過(guò)計(jì)算機(jī)操作來(lái)完成，由計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和繪制并不能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄處理，這對(duì)于學(xué)生日后的物理思維體系建立有一定影響。另一方面，由于Flass制作需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)，因此實(shí)驗(yàn)課件多數(shù)為網(wǎng)絡(luò)資源這對(duì)于教師在課下的課程制作和整理有一定要求。

二 平拋實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施

實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的不合理之處在于變量因素的不可控和小球運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄上。在小球初速度可控調(diào)節(jié)方面可通過(guò)基于對(duì)J21006型號(hào)的平拋實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行一定的改進(jìn)，通過(guò)對(duì)斜滑軌的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)小球初速度的變量調(diào)節(jié)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置中可以通過(guò)制作不同高度的可替換斜軌道模塊，在實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇不同的斜滑軌來(lái)進(jìn)行小球初速度的調(diào)節(jié)，此外還可以通過(guò)采取調(diào)節(jié)斜面傾角大小的方式來(lái)對(duì)小球獲取初速度的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而在小球運(yùn)動(dòng)軌跡記錄中可以采用高幀率的相機(jī)對(duì)小球平拋過(guò)程進(jìn)行拍攝記錄，在現(xiàn)階段的智能手機(jī)中具有延時(shí)拍攝功能的手機(jī)大多都能夠滿足小球運(yùn)動(dòng)軌跡的逐幀拍攝記錄，再通過(guò)多媒體向?qū)W生展示，使學(xué)生更能準(zhǔn)確的根據(jù)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行速度合成相關(guān)公式的推導(dǎo)，還可以通過(guò)采用金屬小球配合磁力畫(huà)板來(lái)實(shí)現(xiàn)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行記錄，將畫(huà)板與斜軌道間留有一定空隙，使得金屬小球在平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)磁力作用將畫(huà)板中的磁粉進(jìn)行吸附形成運(yùn)動(dòng)曲線。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與性問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的問(wèn)題，對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)而言實(shí)驗(yàn)原理較為簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)過(guò)程只需對(duì)小球的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察，因此無(wú)論是從實(shí)驗(yàn)性還是觀賞性來(lái)看都不具備吸引學(xué)生的特性，所以如何提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與性則應(yīng)該從教學(xué)方法出發(fā)，通過(guò)向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)背景和實(shí)驗(yàn)的相關(guān)趣聞進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)課程中的任務(wù)要求告知給學(xué)生，讓學(xué)生在充滿興趣和好奇心的驅(qū)使下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)校在學(xué)生完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，之后引出平拋實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改善的話題，通過(guò)與學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置存在的問(wèn)題和改進(jìn)方式進(jìn)行討論來(lái)時(shí)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課程的深度學(xué)習(xí)之中，思考實(shí)驗(yàn)和尋找改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式的過(guò)程更能夠加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握，此外還可以將學(xué)生反饋實(shí)驗(yàn)改進(jìn)意見(jiàn)進(jìn)行匯總，從學(xué)生的角度出發(fā)來(lái)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化改進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，平拋實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題是由于實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法不合理所導(dǎo)致的，對(duì)于平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化因從兩方面入手一方面因明確實(shí)驗(yàn)裝置只是作為實(shí)驗(yàn)的工具為更好地觀察和記錄實(shí)驗(yàn)提供一定的條件，因此在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中注重實(shí)驗(yàn)本身的講解教學(xué)，讓學(xué)生能夠真實(shí)參與到實(shí)驗(yàn)思考中更能起到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)意義。另一方面不同的實(shí)驗(yàn)方法下所選用的實(shí)驗(yàn)裝置有所差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行完善更有促于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段的教學(xué)正朝著信息技術(shù)化發(fā)展，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上更應(yīng)當(dāng)引入新的、先進(jìn)的設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳娜.探析課外實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的運(yùn)用[J]. 新教育時(shí)代電子雜志（教師版），2015（1）.

[2] 丁亮?.平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2018（11）.

[3] 竇艷霞.高中信息技術(shù)微課程設(shè)計(jì)研究[D]. 西北師范大學(xué)，2014.