Vo 1 3 5 NO 3 201 4 物 理 教 师 PH Y SI CS TEA CH ER 第 3 5卷第 3期 2 O1 4年 基于最近发展 区理论的 高中 物理实验教学 徐 卫华 南通 市教 育科 学研 究中心 江苏 南通2 2 6 0 0 1 摘 要 高 中物理课程标准指 出 实验是物理课程改革的重乏 环节 是 落实物理课 程 目标 全 面提 高学 生科学 素 养 的重要途径 高 中物理 实验教学 与物理规律 的教 学一样 电应基于 学生的最近发 展 区 笔 者 以一 个实验教 学的 案例 为例 谈基于最近发展 区的高 中物理 实验教 学的实践 关键词 最近发展 区 高 中物理 实验教 学 实践研究 课堂应是学 生 的学堂 不应 该是 教师 的讲 堂 传统 的教学模式下 我们 教 师常常 自认 为物理 难 所 以更 多 地选 择将 知识 灌输给 学生 即使 是 学生 分组 实验 思 维 开 放 的尺度 也不 够大 导致 学生 的实 验探 究体 验度 不高 其 根本 原因在于未能做到心中有学生 脚 手架 的搭 建偏离 了学 生的 最近发展 区 笔者 以 探究 加速度 与力 质量 的 关系 为例 就高 中物 理实 验教 学如何 基 于最 近发展 区 理 论给学生搭好 脚手架 进行探讨 望有助 于教学 实践 1 立足 于 现有发 展水 平 引导学 生开放 式设计 实验 实验是探索物理 规律 的过 程 学 生是探 究 的 主体 实 验教学的本 质特 征不 在 于 训 练 强 化 学 生 已 形成 的 思 维 技能和任务 即 现有发 展水 平 而 在于 激发 形成 目 前还不存在的心理机能 即 潜在 发展水平 而后者往 往 又具有复杂性和动态性 因此 只有在师 生交往过 程 中才 能 准确地确定学生的两个发展水平 学生 的 现有发 展水平 和 潜在发展水平 之间的距离就 是最近 发展 区 是学生 不 成熟的心理机能所在 这 也恰 好是我们教学的着眼点 人教版必修 1第 4章第 2节 探究加速度与力 质量的 关系 从生 活经 验 出发 学 生 很容 易 猜 测加 速 度 大小 与 力 质量有关 加上学生在初 中已经掌握 了 控 制变量 法 初步掌握 了探究一个物理量与 几个可能 有关 因素的方法 这是学生的现有 发展 水平 学生 在实 验 中如何 设计 实验 如何定量处理 数据 尤其 是如何 自主进 行误 差分 析 这 是学生 的潜在发展 水平 我们在该 节内容 的教 学过 程中应 该给学生搭好脚 手架 引导其逐步接近潜在发展水平 1 1 提供 过剩 实验装置 让学生 自主选择器材 提供器材 带定滑轮 的长木板 带定 滑轮 的导轨 车 气 垫导轨 带有挡 光条 滑块 小 车 细线 钩码 砝 码盘 砝 码 打点计时器 光 电门 天平 弹簧秤 学 生第一 次 做 这个 实 验 不 管选 择 什 么样 的 实 验器 材 都是其 现有 发展 水平 的真实 反映 我 们不 要 去否定 任何 一个学 生的 器材 选择 而要 根 据 其思 维 方 向进 行 引 导 帮助其分析并 形成 实验方 案 促进 他们 求 知的 心理 机 能得到最大的发展 教师也不 要轻易说选 长木板 的学生 没 有选导轨或者气垫导轨的学生聪 明 打点 计时器 和光 电门 的选择也不要 进 行 约束 而 应 该让 他 们带 着 问题 来 做 实 验 从而产生探 究的动 机 学生选 择 实验 器材 的过 程对 器 材的作用及 位置 摆放 都 会有 所 思考 是形 成 实 验方 案 的 前提 1 2初步形成实验方案 要进行量化 实验 必须要准确地测得加速度 质 量 M 以及 力 F 1 测量加速度 学生在 第 2章学 习匀变 速直 线 运 动 的规律 时有 了经 验基础 利用 打点计时 器可 以测 量匀 变 速 直线运 动的加速度 利用光 电门 可以得 到小车 通过某 两 个标识 的速度 运用匀变速运动规律 可以计算 出加速度 a 2 可以片 j 天平直接测量 小车 或滑块 的质 量 M 3 力 F如何 得 到 用 弹簧 秤 直接 拉行 不 行 引 导 学生尝试 后发现 弹簧秤 无法 保证 示数 稳 定 初 中学 习过 滑轮组 的知识 除 了用力直接 拉 以外 还 可 以用 钩码 砝 码等重物来代替 经过上述一番思 考 选择 不 同实 验装 置 的学生 都能 设计 出相应的实验方案 如 图 1 图 2 图 3所示 纸带 一砝码 长木板 水平 验 台 l l 砝码 气垫 导 图 2 一I 光电门I 光 电门2 图 3 实验 中 保证实验成功有 2 个 要素 一是 钩码 质量 或 砝 码盘和砝码的总质量 远小 于小车质 量 二 是 平衡摩 擦 力 学生在初始设 计时 是想不 到 的 属 于本 节课 的 潜 在 发展水平 教学中不要急于灌输 而应 该让学 生在 自主实 第 3 5卷第 3期 2 01 4年 物 理教 师 PH Y SI CS T EA CH ER Vo 1 3 5 No 3 2O1 4 验 中去发 现矛盾 然后再 和学 生一起 分析得到 对 于学生形成 的不 同方案 我们 不要进 行 约束 不 过 在学生提 出用 控制变量法进行探究 后 为 了学 生更好地 进 行实验探究 我们有必要 引导学生设计 记录数据的表格 2 自主探 究 结论 从矛盾 到统 一 学生得 到不 同的实验方案 是 否都 可以得 到理想 的实 验结果 呢 学生 只有在 实验后才能 知道 得到 的实验数 据 和结果是新 的 现有发展水平 我 们应该 引导学 生从不 同 的实验方案得 到的结果 对 比中 发 现问题 并进行深 入 的思 考 跨越 到最近发展区到达新 的 潜在发展水平 2 1 组 间对 比 自主发现需要 平衡摩擦力 控制小车 或 滑块 质量 M 不变 探究加速 度 n与力 F 的关系 分别用 图 2 图 3 图 l的结果 与图 3类 似 的装置 实验 结果具有 明显 的差异性 用图 2装嚣 气 垫导轨 得 到数据 如表 1 所 示 学生根 据表中数据 可 以很快得 到力 F与加速 度 n的比值 F 分 别为 0 3 8 6 0 3 9 4 0 3 9 5 0 4 0 7 0 4 0 2 在误 差 允许 范 围 内 猜想在 M 一定 时 n与 F成正 比例 进 一步描点连图得 到如 图 4所示 的过 原点 的直线 可 以确 立这 样 的结论 M 一 定 时 加速度 n与力 F成正 比 表 1 Ff N t l ms t 2 ms a m S 一 0 1 7 47 15 2 8 63 0 4 40 O 27 40 0 4 2 3 42 O 6 85 O 37 3 3 9 1 9 96 0 9 37 O 57 3 6 1 1 7 62 1 4 02 0 67 3 1 4 1 5 95 1 6 67 表 2 F l ms t 2 ms a m S 一 2 挂钩码 1 0 g 0 0 9 8 8 5 8 4 7 5 O 1 2 挂 钩 码 2 0 g O 1 9 6 5 7 O 6 2 7 9 O 3 9 挂钩码 3 0 g O 2 9 4 4 7 4 2 2 1 9 O 6 6 挂钩码 4 0 g 0 3 9 2 3 4 O 5 1 7 8 O 9 2 挂 钩 码 5 0 g 0 4 9 3 5 2 2 1 6 4 1 1 7 O 8 07 O 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 图 4 1 4 0 l 2 0 1 0 0 0 8O 0 6O 0 4 0 O 20 0 0 o 图 5 用图 3装置 一般 导轨车 得 到数 据如表 2所示 学生 根据 表中数据得 到 F n的值分 别为 0 8 1 7 0 5 0 3 0 4 4 5 0 4 2 6 0 4 1 9 这样 的结 果 显然无 法得 到 M 一 定时 n与 F成正 比例 的结论 那 么 两者 是什 么关 系 呢 引导 学生 也采用描点 连 图的 方式 进 行探 究 得 到 的 图线 如 图 5所 示 是一 条不过原点的直线 问题 生 成 为何 2种不 同的装 置 在探 究 同一个 规 律 时 会得 到 2个不 同的结果 学生带着差异性 的结果 重新 审视 图 2 图 3 或 图 1 不难发现用气垫导轨 实验时 图 2 滑块与 导轨 间的摩 擦 力很 小 可以忽略不计 用 般 导轨 车实验 时 图 3 滑块 与导轨间的摩擦 力不 能忽 略 那 么 图 3 或 图 1 的装置 是 不是 就不能进行实验探究呢 新 的问题再次生成 用 图 3 或图 1 的装 置如何 f 削涂 摩擦力对 实验的影响 此时生成 了平 衡摩 擦力 的需 求 这 个 问题是 在学 生的 最 近发展 区 内的 学 生 已经 学习 了力 的分解 熟悉 斜 面 这一模 型 很 自然 地联 系到将导轨 或 长木板 垫高 借助 于重力 沿斜 面 向下的 分量来 平衡 摩擦 力 改进后再次实验 并记 录数 据 用 图 3装 置平 衡摩 擦力 后得到 的数据 如表 3 所示 表 3 Ff N t l ms f 2 ms n m S 一 挂 钩码 1 0 g O O 9 8 7 5 4 3 1 5 O 3 3 挂钩码 2 0 g O 1 9 6 5 4 0 1 2 1 5 O 7 2 挂钩码 3 0 g 0 2 9 4 4 8 6 1 8 O 1 O 6 挂 钩 码 4 0 g 0 3 9 2 4 2 3 l 1 5 6 1 4 3 挂 钩 码 5 0 g O 4 9 3 6 2 1 3 8 1 7 9 根据 表 3数据 学生 描点连 图 得到 的图线如 图 6所示 是一条过原点1 44 0 的 直 线 也 可 以 得 出 结 论 M一定时 加速度 8 8 与力F 成正比 8 8 8 2 2 变 量 转 换 强 化 应 用 图像 探 究 物 理 量 关 系 的正确方法 图 6 运用图像法处理数据是重要 的实验探 究方法 如果 描 点 连图得到的是直线 那 么学生能够根据 线性关 系来确定 两 个物理量之间 的关 系 如 果描点 连 图得到 的是 曲线 如 F一定 探究加速度 n与质量 M 的关系 学生在初 中的定 量 实验 中没有遇到 过 属 于 潜 在 发展水 平 需要我 们 引 导 学生先根据曲线的形态进行猜 想 再改 变变量 来验证 自 己 的猜 想 例 如 用 图 3装 置平衡摩 擦力 后进行 实验 保 持 F一 定 改变 小车与 钩码 的总质量 M 测 得几 组数据 如表 4所 示 以 M 为 横坐标 n为纵 坐标 描点连 图得 到图线 如 图 7 所示 引导学生观察 图线 形态 再 进一 步分 析表 4中的数 1 1 据 不难猜想 n C 于是在表 4中添加最后一 列 再 以 y 1 为横坐标 a为纵坐标描点连 图 得到过 原点 的直线如 图 8 所示 继 而 得 出 结 论 F 一 定 时 加 速 度 n与 质 量 M 成 反 比 下转第 1 1页 第 3 5卷第 3期 2 01 4 钲 物 理教师 PH Y SI CS T EA CH ER Vo1 3 5 NO 3 2 0l 4 4从定 性 到定量 研究 矢量 之差 理解 加速 度 的方 向 加速度的方 向是学 生学 习中的又一 个难 点 利用加 速 A 度大小的计算公式 n 一 帮助学生 理解加 速度方 向就是 L 速度 变化 的方 向 引 导学生 先从矢 量 之差 的角度 进行 定性 讨论 确 定其 正 负 再通 过 定量 计 算 出带 有 正 负号 的 数值 加深x t J J 速度方 向的理解 教学片断 4 研究实 际运 动中加速度的方 向 研 究 3 个 实 际 运 动 汽 车 速 度 从 1 0 m s增 加 到 2 0 m s 汽车速 度从 3 0 m s 减小 到 1 5 m s 小球 以8 m s 碰墙后 又以 8 m s 返 回 对 3 个 运动情 况用长度 不 同的