【摘要】 新課程改革大力倡導(dǎo)在各科中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是物理課程改革的一個(gè)根本目標(biāo)。而有效落實(shí)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，是積極主動(dòng)地開展科學(xué)探究活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，是落實(shí)物理課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生素養(yǎng)的重要途徑，也是物理課程改革的重要資源。因此，對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取與分析處理顯得非常重要。本文從研究的背景和意義談起，闡述中等職業(yè)學(xué)校力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取與分析處理步驟。

【關(guān)鍵詞】 中職物理力學(xué) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取 分析處理 整體法 隔離法

【中圖分類號(hào)】 G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2016）01-033-020

1.研究的背景和意義

1.1物理課程改革的理念

物理課程改革的核心理念是通過突出科學(xué)探究來提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。科學(xué)探究是新一輪物理課程改革的突破口，中等職業(yè)學(xué)校物理課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：在課程目標(biāo)上，過程與方法作為三維目標(biāo)之一單獨(dú)列出，要求學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律；在課程內(nèi)容上，將科學(xué)探究列入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)科學(xué)探究的七個(gè)要素，對科學(xué)探究能力提出具體要求。

1.2物理學(xué)科的特點(diǎn)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)不僅是一種驗(yàn)證性的實(shí)踐活動(dòng)，更是一種探究性的實(shí)踐活動(dòng)。探究性實(shí)驗(yàn)作為一種重要的實(shí)驗(yàn)形式，同時(shí)也是科學(xué)探究的一種有效方式。探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)芨浞值伢w現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、探索性和創(chuàng)造性，探究性物理實(shí)驗(yàn)可以在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮重要作用。因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理就顯得特別重要。

1.3物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

長期以來，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著三種傾向：其一、表現(xiàn)為重理論輕動(dòng)手；其二、表現(xiàn)為只動(dòng)手不動(dòng)腦；其三、表現(xiàn)為驗(yàn)證多探究少。因此，基于對中等職業(yè)學(xué)校物理課程改革理念、物理學(xué)科特點(diǎn)以及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)，要促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提高，我們要用科學(xué)探究思想指導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，大力開展探究性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，從而充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究功能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，用科學(xué)的教學(xué)思想培養(yǎng)學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力，進(jìn)一步改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.研究內(nèi)容和實(shí)施步驟

2.1中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力現(xiàn)狀調(diào)查

2014年以來，我們對新一年級學(xué)生進(jìn)行學(xué)生生源情況調(diào)查，調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：新生90%左右是農(nóng)村人口，70%左右是邊遠(yuǎn)黃河灘區(qū)和偏遠(yuǎn)特困區(qū)農(nóng)家子弟。同時(shí)進(jìn)行新生入學(xué)摸底考試和問卷調(diào)查，結(jié)果物理科平均成績不到30分（滿分100分），及格人數(shù)不到10%。問卷調(diào)查表明，新生的學(xué)習(xí)習(xí)慣不良，缺乏自主學(xué)習(xí)，與人溝通、合作交流、科學(xué)創(chuàng)新的能力，很大一部分同學(xué)初中三年都沒親手做過一次物理實(shí)驗(yàn)，對基本物理實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)范操作和使用，對如何有效地獲取并優(yōu)化處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的手段和方法知道甚少。

2.2物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的實(shí)施途徑

（1）課堂教學(xué)中實(shí)施。

（2）課外活動(dòng)中實(shí)施。

（3）實(shí)驗(yàn)課上實(shí)施。

2.3常見實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得方法

2.3.1利用測量工具直接測量的基本物理量模塊

基本物理量測量儀器力學(xué)長度刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器時(shí)間秒表（停表）、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器質(zhì)量（力）天平（彈簧秤）

2.3.2常見間接測量的物理量及其測量方法

有些物理量不能由測量儀器直接測量，這時(shí)可利用待測量和直接測量的基本物理量之間的關(guān)系，將待測物理量的測量轉(zhuǎn)化為基本物理量的測量。

模塊待測物理量基本測量方法

力學(xué)速度？利用紙帶，vm=Sx+Sx+12T；%利用平拋，v=xg2y加速度？利用紙帶，逐差法a=&ST2；%利用單擺g=4N2LT2功根據(jù)W=&Ex轉(zhuǎn)化為測量m、v3

2.4常用實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法

為了減小由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而引起的偶然誤差，常需要采用以下方法控制實(shí)驗(yàn)誤差。

（1）多次測量求平均值

這是所有實(shí)驗(yàn)必須采取的辦法，也是做實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的基本思想。

（2）累積法

一些小量直接測量誤差較大，可以累積起來測量，以減小誤差。用單擺測定重力加速度 的實(shí)驗(yàn)中，為了減小周期的測量誤差，不是測量完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，而是測量完成30～50次全振動(dòng)的時(shí)間。

2.5常用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法

實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)需要很好地記錄、表示、分析、計(jì)算，然后從中得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，找出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這一過程稱為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法一般有列表法、公式法（逐差法）、平均值法、圖象法（化曲為直法、圖象外推法、圖象面積法）、計(jì)算機(jī)輔助處理數(shù)據(jù)。

（1）列表法

在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，常將數(shù)據(jù)列成表格。數(shù)據(jù)列表可以簡單而又明確的表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之間的規(guī)律性的聯(lián)系。列表的要求是 寫明表的標(biāo)題或加上必要的說明；%必須交待清楚表中各符號(hào)所表示的物理量的意義，并寫明單位； 表中的數(shù)據(jù)要正確反映測量結(jié)果的有效數(shù)字。

（2）逐差法

這就是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算加速度時(shí)用到的方法，這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果。

（3）平均值法

將測定的若干組數(shù)相加求和，然后除以測量次數(shù)。必須注意，求取平均值時(shí)應(yīng)該按原來測量儀器的準(zhǔn)確度決定保留的位數(shù)。

（4）作圖法

用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中最常用方法之一。用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡便，有取平均的效果，由圖線的斜率、截距、所包圍面積和圖線的交點(diǎn)等可以研究物理量之間的變化及其關(guān)系，找出規(guī)律。作圖的規(guī)則是： 作圖一定要用坐標(biāo)紙.坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)測量數(shù)據(jù)有效數(shù)字的多少和結(jié)果的需要來定；%要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在軸上每隔一定相等的間距按有效數(shù)字位數(shù)標(biāo)明數(shù)值； 圖上連線要是光滑曲線（或直線），連線時(shí)不一定要通過所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而是要使數(shù)據(jù)點(diǎn)在線的兩側(cè)合理的分布；（在圖上求直線的斜率時(shí)，要選取線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，不一定要取原來的數(shù)據(jù)點(diǎn)；）作圖時(shí)常設(shè)法使圖線線性化，即化曲為直。

（5）計(jì)算機(jī)輔助處理數(shù)據(jù)

當(dāng)今，信息技術(shù)在中等職業(yè)學(xué)校物理學(xué)科中應(yīng)用日益廣泛，學(xué)生的信息技術(shù)水平日益提高。利用計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖象處理，已經(jīng)為廣大的師生所接受。計(jì)算機(jī)輔助處理數(shù)據(jù)是信息技術(shù)和物理學(xué)科整合的一個(gè)重要方面。

（6）有關(guān)誤差分析的問題

要求認(rèn)識(shí)誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來源；不要求計(jì)算誤差。

3.學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力培養(yǎng)途徑探究

（1）變演示實(shí)驗(yàn)為師生共同完成實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生創(chuàng)造更多的自主動(dòng)手的機(jī)會(huì)。

（2）變學(xué)生實(shí)驗(yàn)為學(xué)生自主動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（3）通過實(shí)驗(yàn)專題講座，拓寬學(xué)生思維，規(guī)范實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序。

（4）開展課外活動(dòng)，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行課外小實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)，讓每個(gè)學(xué)生都自己設(shè)計(jì)一些課外小實(shí)驗(yàn)，并親自動(dòng)手。

4.學(xué)生受力分析處理探究

學(xué)生在解決力學(xué)問題時(shí)，往往采用隔離法或整體法。整體法是從局部到全局的思維過程，是系統(tǒng)論中的整體原理在力學(xué)中的應(yīng)用。通常在分析這一整體對象之外的物體對整體的作用力（外力），不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力（內(nèi)力）時(shí)，用整體法。隔離法就是把要分析的物體從相關(guān)的物體體系中隔離出來，作為研究對象，只分析該研究對象以外的物體對該對象的作用力，不考慮研究對象對其他物體的作用力。在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體（或一個(gè)物體的各個(gè)部分）間的相互作用時(shí)用隔離法。

4.1系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)

整體都處于靜止?fàn)顟B(tài)或一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者系統(tǒng)內(nèi)一部分處于靜止?fàn)顟B(tài)，另一部分勻速運(yùn)動(dòng)。以上這些情況，整體都平衡，整體內(nèi)每個(gè)物體所受合力為零，整體所受合力也為零。這樣，根據(jù)整體的平衡條件，就可以確定整體或某一個(gè)物體的受力特點(diǎn)。

例1：在粗糙水平面上有一個(gè)三角形木塊abc，在它的兩個(gè)粗糙斜面上分別放兩個(gè)質(zhì)量m1和m2和木塊，m1>m2，如圖所示，已知三角形木塊和兩物體都是靜止的，則粗糙水平面對三角形木塊（ ）。A.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右；B.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左；C.有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能確定，因?yàn)閙1，m2，θ1，θ2的數(shù)值并未給出；D.以上說法都不對。解析：這樣類型的問題優(yōu)先選用整體法，根據(jù)整體受力平衡，則很容易判斷水平面對三角形木塊摩擦力為零，且彈力等于整體的重力之和，所以D正確。

例2：質(zhì)量m=5Kg的物體置于質(zhì)量為M=20Kg的粗糙斜面上，斜面的傾角α=370.用一平行于斜面向上、大小為40N的力F推物體，使物體沿斜面M向上作勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)M保持靜止?fàn)顟B(tài)（g=10m/s）。則地面對斜面的摩擦力大小為 N，斜面對地的壓力大小為 N.

解析：這種類型通常習(xí)慣利用隔離法分析，先分析物塊，在對斜面體進(jìn)行分析，過程比較復(fù)雜。如果利用整體法會(huì)比較簡單，因?yàn)檎w都處于平衡狀態(tài)，所以合力為零。根據(jù)整體水平方向平衡，可以得到地面對斜面體的摩擦力f=Fcosα=32（N），根據(jù)整體豎直方向平衡，得到地面對斜面的支持力N=（M+m）g-Fsinα=226（N）。

4.2系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)且無相對運(yùn)動(dòng)

由于系統(tǒng)內(nèi)物體間沒有相對運(yùn)動(dòng)，即整體內(nèi)每個(gè)物體都具有相同的速度和加速度，這時(shí)整體所受的合力提供整體運(yùn)動(dòng)的加速度。這種情況利用整體法，更容易把握整體的受力情況和整體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

例3：光滑水平面上，放一傾角為θ的光滑斜木塊，質(zhì)量為m的光滑物體放在斜面上，如圖所示，現(xiàn)對斜面施加力F，若使M與m保持相對靜止，F(xiàn)應(yīng)為多大？

解析：由于斜面光滑，物塊只受重力和斜面的彈力，而且和斜面一起運(yùn)動(dòng)，則先隔離物塊分析受力，計(jì)算出加速度a=gtan，方向水平向左，再根據(jù)整體法可以求得F=（M+m）gtan.

這是典型整體法與隔離法的綜合應(yīng)用（先隔離后整體）。

4.3系統(tǒng)內(nèi)部分平衡部分不平衡

這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，物體間有相對運(yùn)動(dòng)，通常習(xí)慣用隔離法。若系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體一個(gè)處于平衡，另一個(gè)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，也可以利用整體法來分析，有時(shí)會(huì)使問題簡化易于理解。

例4：若例3中使M靜止不動(dòng)，F(xiàn)應(yīng)為多大？

解析：這就是非常典型的系統(tǒng)內(nèi)部分平衡部分不平衡的問題，物塊在光滑的斜面上沿斜面加速下滑，處于不平衡狀態(tài)，而斜面體在光滑的水平面上由于外力F作用而保持靜止不動(dòng)，及平衡狀態(tài)。這種類型許多學(xué)生都習(xí)慣用隔離法分別對物塊分析，從而計(jì)算出物塊和斜面之間的彈力，然后再分析斜面，根據(jù)斜面的平衡來確定外力F的大小。

這種類型如果利用整體法來分析要簡單得多，這里整體所受的合力就等于處于不平衡的物塊所受的合力。當(dāng)然，這里首先要根據(jù)物塊受力明確物塊的加速度，方向沿斜面向下。

整體受力為：重力（M+m）g、地面的支持力N和外力F

用正交分解法，將加速度分解為水平方向ax=acos=gsincos；豎直方向ay=asin=gsin2，

再根據(jù)牛頓第二定律得到：F=max=mgsincos=mgsin2，（M+m）g-N=may=mgsin2

這種方法很顯然要比分別隔離來計(jì)算要簡單方便。

綜上所述，在分析多個(gè)物體相互作用時(shí)，靈活運(yùn)用整體法和隔離法對問題解決將會(huì)帶來很大的方便。特別是在教學(xué)過程中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生整體法的思維意識(shí)，幫助學(xué)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，更加有利于學(xué)生思維能力的提升。

基金項(xiàng)目：2015年河南省職業(yè)教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“河南職業(yè)院校教師育人能力提升問題研究”（立項(xiàng)號(hào)：ZJB15126）階段性成果。主持人：王鳳珍

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[5]馬英卓：用慣性力學(xué)三定律解力學(xué)習(xí)題?！懂?dāng)代物理世界—物理論文集》網(wǎng)站.