提高物理教学中自由探究效度的尝试

　　问题4:设计实验步骤. 
　　要通过合作性研讨形成缜密有效的实验方案. 教师要强调实验操作的技巧,针对问题不断完善实验方案. 
　　(1)观察打点的纸带,点距是如何变化的?点距是否均匀?问题出在哪里?若恰能平衡摩擦力,试分析小车会做何种运动?应该采用哪些点距来计算小车的速度? 
　　(2)如何标记小车运动的初始点和开始做匀速直线运动的起始点? 
　　(3)如何进行多次实验? 
　　①使用一根橡皮筋时将小车的前(或后)端拉到点,接通电源,打点计时器打点,释放小车,小车离开木板前适时使小车制动,断开电源,取下纸带. 重复本项前面的过程,选出清晰的纸带. 
　　②换用材料、粗细、长度相同的两根、三根、…、 六根橡皮筋分别进行实验. 记下各次实验中点距相等t=0.1s的位移Δx2,Δx3,…,Δxn求出小车分别获得的速度v2,v3,…,vn. 
　　③以功为纵轴(用第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度),以速度为横轴(可以用适当的速度值为单位长度,也可以用第一次小车的速度为横轴的单位长度),建立坐标系,用描点法作出图象,看看是否是正比例图象,若不是,功与速度的哪种相关量(的变化量)是正比的,功就与速度的这种相关量(的变化量)具有确定的函数关系. 
　　【实验数据的分析与处理】 
　　教师选择部分实验小组的代表,通过视频转化装置展示实验数据的记录和描点法作图做出的图象. 教师组织各学习小组对展示的几个成果进行研讨,听取部分学习小组的评价发言. 同时教师要通过任务驱动的方式引导学生针对记录的实验数据进行探究. 
　　(1)应该用平滑的线连接W-v坐标轴上的点,得到平滑的曲线. (2)在W-v坐标系中描绘出W、v的各对应点后,既要观察各点的位置关系,又要考虑这些点间应有的函数关系. 由于存在实验误差,这些点的位置既可能表现为直线分布,也可能呈曲线分布. 
　　 
　　教师:在W-v图象中得到一条曲线说明什么问题?是否可以说明W、v间呈双曲线分布关系?为什么?我们是否试做一下W-v2图线来看看W、v间的函数关系呢? 
　　 
　　教师:我们将这些数据录入计算机,利用Excel软件进行数据处理. 在“添加趋势线”选项中可以实现线性,2次、3次、……、n次等多种曲线性质的选择,使坐标平面上作出的各离散点间拟合出来的曲线的性质更加直观明确,如图所示. 
　　【交流与评价】 
　　以上我们通过橡皮筋对小车做的这一变力功与小车速度变化的探究,理解了探究的原理、过程和方法,针对实验对其产生的误差进行了初步的分析,寻找到了功与速度变化之间的关系,针对自我探究的过程,就自己的认识请同学们交流! 
　　学生甲:我们使用橡皮筋、气垫导轨和光电门探究变力做功和速度变化的关系. 数据的处理在使用软件后,图象上显示功和物体获得的速度的平方成正比关系,这和我们猜想的结果相同. 
　　学生乙:若物体的初速度不为零,我们猜测橡皮筋做的功和速度的平方差成正比. 我们利用气垫导轨和两个光电门来验证我们的猜想. 
　　教师:请你们具体谈一下验证新猜想时你们的实验设计? 
　　学生丙:我们在橡皮筋伸长的状态下,取两个位置分别放上两个光电门,只要橡皮筋每次的起点相同,在两个位置间橡皮筋做的功和橡皮筋的根数同样成正比,我们只要测出两个位置的速度就可以分析功和速度平方差间的关系了. 
　　教师:这一组同学做得非常好,得到功和速度的平方成正比后,还进一步探究了初速度不为零的情况下橡皮筋的功和速度的平方的差成正比. 
　　教师:我们顺着这条思路可以继续大胆地猜想,如果是变力做功,变力做功和速度变化的关系的定量等式是怎样的呢?请同学们课余思考! 
　　教学设计的定位如果不仅局限在对动能定理的理解和应用上,那就必须对探究功与速度的关系从实验原理、实验过程、实验操作的细节、测量的物理量、数据如何处理,包括实验条件的控制和实验数据的采集与分析等几个环节,进行逐层递进的问题设计,这都是向什么样的命题进行趋近,让学生明确探究及思考后的设计,只有这样才能达到课堂教学的真正目的.