以探究为指向的高中物理实验复习教学的案例研究

孔丹华

摘 要：中学物理新课程标准要求利用实验教学提高学生的实验技能，培养学生的创新意识、独立思考能力及探索精神。文章以此为目的，以“实验复习——验证机械能守恒定律”一课为例，采用探究式教学方法，以问题为主线，以科学探究为载体，以发现问题为动力，引导学生亲自体验验证机械能守恒定律科学探究过程，领悟科学探究方法，提升起物理核心素养。

关键词：核心素养;科学探究;亲历体验;实验

物理实验是高中物理课程中非常重要的一部分，它可以帮助学生建立物理感性认识、建构物理概念体系、认知物理原理规律、激发合作探究欲望和提高物理学习质量。中学物理新课程标准要求利用实验教学提高学生的实验技能，培养学生的创新意识、独立思考能力及探索精神。

然而，现实中有不少教师考虑到教学进度紧张和学生实验课堂把控难度过大等原因，在实验教学中把学生实验改成了教师“演示”实验，有的甚至是“口头”实验或者是多媒体“模拟”实验。这样降低了学生学习的兴趣，学习体验感不强，很难扩宽科学思维，更无法进行深度学习。这样的教学方式完全违背了学科核心素养的培养原则。实验教学是培养学生科学核心素养的关键，笔者以“验证机械能守恒定律”实验复习课为例，谈谈高中物理实验教学的一些看法。

一、 教材内容分析

机械能守恒定律是高中物理课程中体现守恒思想的第一个定律，在整个高中物理学习中起着承前启后的作用。“验证机械能守恒定律”这节课的教学对学生推理论证、质疑创新、动手能力和分析能力都有革命性的提高。因此该课堂不仅要传授物理规律，更重要的是通过探究式教学设计，使学生亲历规律的发现，领悟科学探究的过程，提高物理核心素养。

二、 学生情况分析

本课的教学对象是高二学生，高二学生在学习机械能守恒的知识时，基本上能独立完成整个实验。但是对于实验的整个过程，掌握的内容比较单一，不能灵活变通。特别是对系统的机械能守恒问题，则只是停留在理论分析上。对于实验需要平衡摩擦力的原因、操作掌握的比较模糊，并不深刻，有死记硬背的嫌疑。

由于缺乏实践操作，学生对整个实验分析掌握比较浅显，特别是对新手段、新方法的采用没有基本的感性认识。另外在数据分析上，学生分析能力也表现出一定的不足。

三、 教具准备

（一）学生实验用器材（共6组仪器）

电磁打点计时器、学生电源、带滑轮的木板、小车、钩码、铁架台（带夹子）、天平、砝码、重物、纸带、刻度尺、导线若干。

（二）教师实验用器材（一组实验仪器）

电磁打点计时器、学生电源、带滑轮的木板、小车、钩码、铁架台（2只）、天平、砝码、重物、纸带、刻度尺、导线若干、气垫导轨、气泵、DIS传感器、笔记本电脑、米尺、多媒体播放工具、exl计算软件、一个硬币。

四、 教学过程

（一）复习回顾，知识梳理，构建认知体系

师生共同回顾验证机械能守恒定律实验的原理和注意事项，提出一下4个问题。

问题1：判断机械能守恒的条件？

問题2：实验验证中物体质量m是否需测量？

问题3：纸带上某点速度如何测量？

问题4：有效的纸带的如何选择？

设计说明：通过复习判断机械能守恒的条件、验证守恒的实验原理和注意事项，为本节课探究验证系统机械能守恒提供知识储备，也使学生进一步理解“功是能量转换的量度”，为学生探究系统机械能守恒做好铺垫。

教师介绍验证系统机械能守恒的实验装置。

问题5：该实验器材用于验证机械能守恒，研究对象是谁？

问题6：从何判断？

问题7：到底是验证谁机械能守恒？

设计说明：学生直观反应是要验证物块机械能守恒，这是受利用物体自由落体运动来验证机械能守恒这套装置的影响。但当教师抛出下一个问题，他们就很快能意识到，物块除了重力以外还有绳子拉力在做功，所以单个物块机械能并不守恒。马上会有个别学生会提出小车和物块作为系统机械能守恒。

此时就需要教师引导学生思考，如何去验证系统机械能守恒？提示学生类比学习验证单个物体机械能守恒的方法。有学生便提出，我们可以通过数据分析物块减少的重力势能，与物块和小车动能的增加总量在误差允许的范围内是否相等，来进行验证系统机械能守恒。

（二）动手实验，分析数据，发现问题

学生以每六个人为一小组分别进行实验，每个小组的学生根据自己的能力和特点参与实验过程，分工协作完成实验过程。教师现场指导，引导学生合理开展实验。帮助有困难的学生进行实验操作。

以下是某组学生获得的实验数据：物块质量m=0.05kg，小车质量M=0.502kg，x1=0.0158m，x2=0.0228m，t=0.04s，h=0.118m。经数据处理测得小物块重力势能的减少量为0.059J，系统的动能增加量为0.0466J。

这一数据表明小物块重力势能的减少量比系统的动能增加量大了许多，并不能说明系统机械能守恒。这一实验结果对学生预想结果具有一定的冲击性，能够“撼动”学生原有的认知体系，学生对于找出问题所在充满了好奇，这也是科学探究素养培养的最好契机。

（三）提出问题，形成猜想，修正实验

从该组学生数据处理结果发现，系统的机械能并不守恒，其他七个小组也纷纷表示自己获得数据也是小物块重力势能的减少量比系统的动能增加量大了许多。

教师引导学生大胆猜想会不会本身这个实验系统机械能就不守恒？通过以下三个问题引导学生从“功是能量转换的量度”这一角度，去发现系统除了重力做功，其实还有小车所受的摩擦力做功。要使系统机械能守恒需要先消除摩擦力做功的影响。

问题8：为什么实验测得系统机械能不守恒？是该小组成员实验操作不当所致？