陳　剛

現(xiàn)階段，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常是教師把實(shí)驗(yàn)步驟事先寫在黑板上，所需的儀器，老師也提前為學(xué)生準(zhǔn)備好了.這樣的實(shí)驗(yàn)不但缺乏探究性，更沒(méi)有趣味性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.“有沒(méi)有能讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)、并用不同方法完成的探究式物理實(shí)驗(yàn)?zāi)?？”為此，筆者做了一些嘗試.

經(jīng)過(guò)到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室調(diào)查、上網(wǎng)查閱資料、閱讀專家的論著、并與其他老師討論研究，最后設(shè)計(jì)出了《滾筒與斜面》、《百寶電路板》和《速度、加速度測(cè)量?jī)x》這三組探究式物理教具.下面對(duì)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)教具作簡(jiǎn)單介紹.

一、滾筒與斜面

1．教具簡(jiǎn)介

第一套實(shí)驗(yàn)教具是《滾筒與斜面》：有直徑26cm、高38cm的鐵皮滾筒一個(gè)；用夾心板做的長(zhǎng)40cm、寬38cm、高10cm的斜面一塊；同樣大小的條形磁鐵、條形鐵塊、磨刀石各一塊.（如下圖所示）

2．可探究的問(wèn)題

（1）能合理解釋放在斜面上的滾筒能自由向下滾動(dòng)，而放在斜面上的條形石塊靜止不動(dòng)嗎？

（2）能讓滾筒從靜止開(kāi)始滾上斜面嗎？

（3）在斜面的上表面沒(méi)有東西阻擋的情況下，能讓滾筒在斜面上靜止不動(dòng)嗎？

（4）能讓滾筒自己在斜面上，上下?lián)u晃而不滾下來(lái)嗎？

二、百寶電路板

1．教具簡(jiǎn)介

（更多的內(nèi)容請(qǐng)看案例）

《百寶電路板》：有一塊40cm寬、50cm長(zhǎng)、5cm厚的、由1mm厚鐵板表面粘貼白色工程塑料做成的、可以用彩色筆在上面畫(huà)電路圖的、可以貼上底座有磁性的小電子零件的百寶電路板.百寶電路板本身提供具有短路保護(hù)的可變檔的交流和直流電源，上面有一個(gè)抽屜裝著各種外觀漂亮的底座有磁性的小電流表、小電壓表、電阻、電容、二極管、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等小電子零件應(yīng)有盡有.使用它可以把從初中到高中的所有電路都盡情玩遍.（見(jiàn)下圖）

2．可探究的問(wèn)題

（1）知道電流能“通過(guò)”電容器嗎？

（2）電感線圈對(duì)待交流電和直流電是否一樣？

（3）如何區(qū)分哪一組電源是直流電，哪一組電源是交流電？

（4）有一神奇的電路，有兩盞燈和一個(gè)開(kāi)關(guān)，看起來(lái)它們是串聯(lián)在一起的，可是，開(kāi)關(guān)只對(duì)其中一盞燈起作用，這是為什么呢？

（5）有一神奇的電路，有兩盞燈和兩個(gè)開(kāi)關(guān)，看起來(lái)它們是串聯(lián)在一起的，可是，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)只對(duì)其中一盞燈起作用，另一個(gè)開(kāi)關(guān)也只對(duì)另一盞燈起作用，這是為什么呢？

（更多的內(nèi)容請(qǐng)看案例）

三、速度、加速度測(cè)量?jī)x

1．教具簡(jiǎn)介

《速度、加速度測(cè)量?jī)x》：一套用樂(lè)高教育機(jī)器人的RCX（主控制器）、光電傳感器和ROBOLAB電腦編程語(yǔ)言做成的能測(cè)量實(shí)驗(yàn)小車運(yùn)動(dòng)速度和加速度的儀器.

2．使用說(shuō)明

（1）測(cè)量速度時(shí)，在實(shí)驗(yàn)小車上安裝一塊已知長(zhǎng)度的白色擋光板，在樂(lè)高教育機(jī)器人的RCX上裝一個(gè)光電傳感器；在實(shí)驗(yàn)小車經(jīng)過(guò)的軌道旁邊放置光電傳感器并調(diào)節(jié)好高度；實(shí)驗(yàn)小車（白色擋光板）通過(guò)光電傳感器的時(shí)間將被記錄下來(lái)，用這個(gè)時(shí)間除以白色擋光板的長(zhǎng)度，得到實(shí)驗(yàn)小車通過(guò)光電傳感器的平均速度.

（2）測(cè)量加速度時(shí)，在實(shí)驗(yàn)小車上安裝一塊已知長(zhǎng)度的白色擋光板，在樂(lè)高RCX上裝1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)光電傳感器；在實(shí)驗(yàn)小車經(jīng)過(guò)的軌道旁放置1號(hào)光電傳感器和2號(hào)光電傳感器，并調(diào)節(jié)好高度，還要測(cè)量?jī)蓚€(gè)光電傳感器之間的距離；當(dāng)實(shí)驗(yàn)小車（白色擋光板）分別通過(guò)兩個(gè)光電傳感器時(shí)，小車通過(guò)兩個(gè)光感器的時(shí)間將被記錄下來(lái)，從而可計(jì)算出小車運(yùn)動(dòng)的加速度.

3．可探究的問(wèn)題

（1）如何判斷哪個(gè)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)？

（2）實(shí)驗(yàn)小車通過(guò)水平彎道時(shí)，多大的速度使它翻車？

（3）翻滾時(shí)，過(guò)山車的安全速度是多少？

（4）自由下落物體的加速度等于多少？

（5）兩個(gè)物體碰撞前后總動(dòng)量守恒嗎？

四、三組探究式物理教具的特點(diǎn)

這三組探究式物理實(shí)驗(yàn)具有趣味性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者主動(dòng)探究的欲望；《滾筒與斜面》這一套教具制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，對(duì)學(xué)習(xí)“重心”、“共點(diǎn)力平衡”、“力矩”等物理概念有很大的幫助.《百寶電路板》這一套教具設(shè)計(jì)精美、功能齊全，可以在面板上一邊畫(huà)電路圖，一邊安放電子元件；每個(gè)電子元件都有磁性底座，穩(wěn)定性好不會(huì)移動(dòng)和翻倒，整塊電路板可以水平放置，也可以豎直放置，方便學(xué)生做演示和交流；電路的連接采取插接式，非常方便快捷；還裝配有短路保護(hù)裝置，非常安全可靠；這套電路板不僅能夠在學(xué)校使用，也能夠在家庭中使用.《速度、加速度測(cè)量?jī)x》運(yùn)用了樂(lè)高教育機(jī)器人的RCX、光電傳感器和ROBOLAB計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，能測(cè)量實(shí)驗(yàn)小車運(yùn)動(dòng)速度和加速度，且測(cè)量的準(zhǔn)確度比較高.

五、應(yīng)用案例

案例A：選用《滾筒與斜面》這一套教具

1．問(wèn)題：能讓滾筒從靜止開(kāi)始滾上斜面嗎？

2．假設(shè)方案：

（1）把磁鐵放在斜面的某處利用磁力把它吸引上來(lái).

（2）用磁鐵在斜面下滑動(dòng)帶動(dòng)滾筒向上滾.

（3）把鐵塊貼在滾筒的內(nèi)壁上使它的重心偏移，當(dāng)重物在上邊某個(gè)位置時(shí)，可以向上滾動(dòng).

3．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明假設(shè)方案（1）（2）是行不通的，原因是條形磁鐵的磁場(chǎng)較小，不能將鐵滾筒帶動(dòng)；假設(shè)（3）的實(shí)驗(yàn)成功了，但是，如果重物所處的位置不正確，滾筒可能會(huì)朝相反的方向滾動(dòng)；當(dāng)把兩塊重物一起粘在滾筒里面時(shí)，它可以滾動(dòng)得更快.

4．原理：

當(dāng)把重物粘在滾筒的內(nèi)壁上時(shí)，整個(gè)裝置（滾筒和鐵塊）的重心偏到重物一邊（如圖所示C處），在斜面上該裝置共受重力、支持力、摩擦力三個(gè)力的作用，與斜面接觸的O點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸，支持力和摩擦力產(chǎn)生的力矩為零，重力產(chǎn)生的力矩剛好是使?jié)L筒向上滾動(dòng)的合力矩.

案例B：選用《百寶電路板》這一套教具

1．問(wèn)題：如何區(qū)分哪一組電源是直流電?哪一組電源是交流電?

2．假設(shè)方案:

（1）把小燈泡分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,可能燈泡發(fā)光不一樣.

（2）把帶有鐵芯的線圈分別接在低壓直流電源和交流電源上,通過(guò)電磁鐵能否吸引小鐵片來(lái)判斷.

（3）把兩個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管,先并聯(lián)(極性相反)，再分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,通過(guò)發(fā)光來(lái)判斷.

（4）先把小燈泡與二極管串聯(lián)，再分別接在低壓直流電源和低壓交流電源上,可能燈泡發(fā)光不一樣.

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:

通過(guò)實(shí)驗(yàn),方案1失敗.原因是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同,不能加以區(qū)分.

方案2、方案3可行.在方案2中,接直流電源可以吸引小鐵片，接交流電源不行；在方案3中，接直流電源的，僅有一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光,接交流電源的，兩個(gè)發(fā)光二極管都發(fā)光.

方案4有問(wèn)題.在方案4中,有可能接直流電源和交流電源的小燈泡都亮，有可能接直流電源的小燈泡不亮，接交流電源的小燈泡亮.

4．原理:

方案2中,接直流電的帶有鐵芯的線圈變成電磁鐵，能吸引小鐵片，接交流電的不行.

方案3中,當(dāng)接上直流電時(shí),由于電流的單向性,故只有一個(gè)發(fā)光二極管能發(fā)光；當(dāng)接交流電時(shí),由于交流電流的周期性,兩個(gè)極性相反的二極管都能發(fā)光.

參考文獻(xiàn)

1．羅星凱、李萍昌.探究式學(xué)習(xí)：含義、特征和核心要素［J］教育研究，2001，（12）.

2．羅星凱.實(shí)施科學(xué)探究性學(xué)習(xí)必須正視的問(wèn)題［M］.北京：人民教育出版社，2003.

3．羅星凱.中學(xué)物理疑難實(shí)驗(yàn)專題研究［M］.桂林：廣西師范大學(xué)出版社，1998.

4．高文.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的特征［J］外國(guó)教育資料，1999，（1）.

5．馮忠良等著.教育心理學(xué)［M］.北京：人民教育出版社.