利用自制教具 改进物理探究实验——以“影响滑动摩擦力因素实验”为例

(江苏省镇江市官塘中学，江苏 镇江 212000)

《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出：科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式。苏科版初中物理教材突出了“科学探究”的重要性，在八、九年级4册教材中，一共有40个科学探究内容，其中的23个是重点。让科学探究实施更加有效，是一线物理教师奋斗的目标，对探究实验教学进行改进是重要的策略之一。本文对“探究影响滑动摩擦力因素”实验设计及自制教具作出说明，并对实践结果进行总结。

1 实验改进的出发点

图1

“摩擦力”是苏科版八年级物理教材第八章“力”的第三节内容，这一节的科学探究内容是：探究影响滑动摩擦力大小的因素。教材中在“试一试”“猜一猜”的环节，引导学生猜想影响滑动摩擦力的因素主要为：压力和接触面的粗糙程度。而在“如何测量滑动摩擦力大小”的实验设计环节，教材是利用“信息快递”告知学生：如图1所示，将物体置于水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向拉动，使其做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数等于物体所受滑动摩擦力的大小。这句话很容易理解，但是实际操作却很困难，主要原因在于很难控制物体做匀速直线运动，并且弹簧测力计读数误差较大，导致实验效果不佳，影响实验结论的得出。针对这一问题，笔者进行了多次实验的改进。

2 实验改进的过程

2.1 第一次改进：由一道题目开启的探究

第一次改进的尝试是源于一道习题，如图2所示，拉动长木板时，不需要做匀速直线运动，弹簧测力计的示数就是木块受到的摩擦力大小。但难以使弹簧测力计保持水平，导致读数不准确，误差较大。

图2

经过进一步的思考，笔者加了一个可以改变拉力方向的定滑轮(如图3)。加了定滑轮之后，弹簧测力计就由水平测量变成了竖直测量，误差减小了。但是对于刚接触力学的八年级学生来说，这个实验的原理比较难理解，不少学生对于木块受到的摩擦力的方向及大小的分析表示困惑。

图3

2.2 第二次改进：由一次网购开启的再探究

在一次网购过程中，笔者“结识”了相机架、电动升降桌等产品中的关键原件——电动推杆，认为这件“宝物”可以改进很多物理实验，第一个想到的就是“滑动摩擦力”的实验，于是有了第二次改进。

将弹簧测力计用两个夹子竖直固定在电动推杆的顶端，通过定滑轮可以匀速拉动木块在水平面上做直线运动。同时解决了较难控制的匀速直线运动以及弹簧测力计水平使用误差较大的两大问题，且实验操作更加简便，只需按动按钮，同时观察木块的运动和弹簧测力计的示数即可(如图4)。

图4

具体探究实验过程如下：

(1) 通过在木块上增加配重的方法来改变压力，研究滑动摩擦力与压力的关系。

(2) 通过在木块表面铺上毛巾、玻璃纸等方法来改变接触面的粗糙程度，研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。

(3) 通过将木块平放、侧放的方法来改变接触面积，研究滑动摩擦力与接触面积的关系。

(4) 将木块换成小车，一次将小车正放，测出其滚动摩擦力，另一次将小车倒放，测出其滑动摩擦力，从而得出结论：“化滑动为滚动”可以减小摩擦力。

2.3 第三次改进：由细节提高教具的品质

在前述改进的基础上，将教具的外观进行美化，使得其更美观、更于携带。此前用两个夹子固定弹簧测力计很不方便也不美观，改进后是在推杆的顶端定制了一个固定的钩子，弹簧测力计取放都很方便，将之前设计的小弹簧测力计换成了大弹簧测力计，可视性更强，效果更好，并且将用来改变粗糙程度的毛巾利用图钉固定在木板上，实际操作时，木块在毛巾上运动更加稳定。

3 感悟

物理教师如果始终按照教材进行科学探究实验的设计与教学，那么教师就被教材“框住了”，运用一些本身存在不足的实验设计与器材时，科学探究的效果就会打折扣。如果教师多思考、多探究，能够选择合适的器材甚至生活中的物品自制教具，改进实验，帮助学生进行探究实验，这样不仅能够提高课堂教学的效果，还能激发学生的学习兴趣，培养他们的创新精神，从而提升物理课堂的品质。例如，在本文的自制教具实验中，学生对电动推杆很有兴趣，可以开展一个利用电动推杆改进其他物理实验的小比赛，鼓励学生开动脑筋，主动探究，爱上探究！