多版本教材对探究动能定理实验的处理对比分析

多版本教材对探究动能定理实验的处理对比分析 多版本教材对“探究动能定理”实验的处理对比分析 韩峰 (枣庄山亭区教研室) 本文已刊发在中学物理教学参考上 《普通高中物理课程 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》和《全国统一考试大纲(课程标准实验版)》中明确提出“通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系”，相比以往的旧教材和要求，这是一个新增的 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 ，并且2008年广东高考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 专门以此实验作为考查的重点。目前新课标区的教材对实验探究“动能定理”的编写处理不尽相同，笔者对其进行比较分析，希望教学中对此内容灵活处理，以期对学生进行综合能力的培养。(本文分析教材是指“普通高中课程标准实验教科书《物理》(必修2)”，均经全国中小学教材审定委员会2004年初审通过，分别由人民教育出版社、上海科技教育出版社、山东科学技术出版社和广东教育出版社出版，文中为叙述方便简称为“人教版”、“沪科版”、“司南版”和“粤教版”) 一 共性分析 1 实验探究的思路大致相同，都是让学生根据科学探究的要素通过实验进行探究，通过实验得出的数据进行分析，从而得出结论。不论是验证性 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 还是探究性设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，都充分体现了探究的基本要素。 2 对探究环节中的“提出问题”的处理，即“如何用实验手段探究恒力做功与物体动能变化的关系”，虽然问题的提法不完全相同，但都是直接明确问题，然后进行实验;对“进行实验与收集证据”与“分析与论证”环节的处理趋于一致，都是让学生自主进行。 3 都能对探究活动进行指导，让学生在问题的指引下进行实验，对实验进行中的某些问题能够引发思考，从而能够顺利完成实验。 4 对科学探究要素的处理都集中体现在实验进行和数据处理上，让学生对科学探究中的某些重要环节进行处理，符合新课程标准的要求。比较而言，人教版的指引更为详细，对实验进行的步骤和数据处理的方法(图像法)都进行了详尽的指导;沪科版的探究要素较为全面，是一个完整的实验探究方案，但对每个要素的处理较为粗略;司南版的实验方案和步骤较为详细，可操作性很强。 二 个性比较 1 不同版本教材对该内容使用的标题不尽相同，并且对此内容的处理方式不同。人教版为“探究功与速度变化的关系”，沪科版为“探究恒力做功与物体动能变化的关系”，粤教版为“探究外力做功与物体动能变化的关系”，司南版为“恒力做功与动能改变的关系”。人教版和粤教版、司南版的教材虽然对此内容的标题不同，但是给出的实验方案或预设的实验方案中都是验证的外力做功与物体速度变化间的关系，对与物体的质量间的关系则忽略;同时人教版的设计方案中对外力的功验证的是“位移一定，变力加倍，从而功加倍”的方法，其他教材中的处理都是恒力的功。 2 不同教材中该内容在本章中的位置不同。人教版在讲完“功”、“功率”、“重力势能和弹性势能”之后，以独立的一节出现;沪科版在第一节中先是通过理论分析得到恒力做功与 1122物体动能变化的关系，即:，接着提出问题，进行实验验证;粤教版是Wmvmv,,2122 在讲完“动能 势能”之后，以独立的一节出现;司南版是在第一节中讲完“动能”之后，以一个独立的子课题出现。 3 不同版本教材中对实验探究的指导详细程度和方式不同。沪科版要求学生“设计实验方案，拟定实验步骤并进行实验，通过实验数据分析得出结论”，只是给出了一种实验方案和实验处理的参考方法，即直接验证或用图像验证;人教版给出了完整的实验方案和实验步 骤，并且对实验结果的处理方法也给出了参考方案，只是对其中过程中的一些操作技巧给出了问题提示;粤教版教材提供了实验器材，要求学生按照所给器材自主设计实验方案，并拟定实验步骤和进行实验，并在实验的基础上进行理论分析与论证，此种处理方法与沪科版的方法前后呼应;司南版则是给出现成的实验方案和实验步骤，学生只需按照方案和步骤即可进行实验和数据处理。 4 不同教材对实验方案的设计不尽相同。人教版是用橡皮筋的弹力做功使小车获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度的关系，实验装置如图1所示;沪科版是给出了用气垫导轨验证动能定理的实验装置，如图2所示，装置中的测量是用光电门和光电计时器测出物体的瞬时速度来进行验证的，实验的方案要求学生自己设计;粤教版给出了实验器材如图3所示，要求学生根据给出的器材自行设计，从器材中能得出是利用重锤自由下落打出的纸带，计算重力的功与物体动能变化的关系;司南版是利用重物通过定滑轮拉动小车打出的纸带进行验证的，给出了具体的实验方案，装置如图4所示。 图1 图2 电源插头 纸带 电火花计时器 小车 图3 图4 5 不同教材对实验和数据处理上凸显了教材对新课标理念的理解。 数据采 数据 动能变化 外力 教材版本 实验步骤 集方式 处理 的处理 做功 纸带求速人教版 有具体的步骤 打点计时器 图像法 变力的功 度，看增量 逐一比较或光电计时器重力代替沪科版 自行设计 光电计时器 图像法 求瞬时速度 拉力求功 纸带求速粤教版 自行设计 打点计时器 自行设计 重力的功 度，看增量 悬吊砝码纸带求速司南版 有具体的步骤 打点计时器 自行设计 代替重力度，看增量 求功 三 综合评价 1 人教版教材直接探究“功与速度变化的关系”，采用的是橡皮筋的弹力做功使小车获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度的关系。这个实验设计的巧妙之处在于: (1)巧妙避开了应用功的公式计算功的大小，设计思路充分体现了探究的精神。橡皮筋的弹力做功是变力做功，不能用弹力的公式计算。但在位移相同的情况下，用一条橡皮筋做的功是W，用两条橡皮筋做的功是2W，以此类推找出功与速度的关系。 (2)在材料的准备上选择橡皮筋体现了探究的精神。对橡皮筋的要求比较高，市售的橡皮筋的规格不能满足实验要求，可以选择服装中使用的多股橡皮筋的松紧带，取其中的单股，长约32cm备用。 (3)在数据的处理上，也充分体现了探究的思路。如果做出的功―速度曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比关系即W?V;如果不是直线，就可能是 232W?V、W?V，甚至W?......到底是哪一种关系,根据测得的速度分别按W?V、Wv 3?V、W?......算出相应的功，实际测得的速度与哪一种接近，他们之间就具有哪一种v 关系。 教材中又提供了更好的处理数据的方法，先对数据进行估计，大致判断两个量是什么关 2V关系，就对每一个速度值算出它的平方，然后以W为纵坐标、系。如果认为可能是W? 22V为横坐标作图，如果做出的是一条直线，说明两者的关系是W?V...... 最后提供了如何用数表软件进行数据处理，可以迅速准确地做出W?V图象，甚至能写出图象代表的公式，只须做出W?V图象即可。实验的设计非常新颖，为探究性学习提供了很好的机会。 不足之处是实验准备起来很麻烦，有的仪器需要自己准备，实验室没有现成的仪器，比如要求很高的橡皮筋，对于平衡摩擦力也是一个难点，对数据的处理最好是用数表软件进行数据处理，这样可以在一节课完成。 2 沪科版虽然是验证性实验，但完全体现了科学探究的要素，具有一定的开放性。首先提出为了得到恒力做功与物体动能变化的关系，应该怎样来设计实验，需要测量哪些物理量,给出了用气垫导轨验证动能定理的实验装置。实验的方案要求学生自己设计。在进行实验和收集数据中，要求学生设计记录表格，在分析论证中，给出了用图象验证的提示。在评估中，要求学生分析误差的原因，改进实验。最后完成实验报告。这是一个完整的实验探究方案。实验的安排主要是培养学生的科学探究能力，虽然是验证性实验，但也体现了科学探究的要素，体现了新课程的理念。 这个实验得出的数据计算出来的速度是比较精确的，实验中使用了光电门，不需要平衡摩擦力了，但数据的处理还是比较烦琐，不足之处是这一套仪器不是每个学校都有。用砝码的重力代替对滑块的拉力也是有条件的，是一种近似。对于条件较好的学校，这个实验的设计是很好，但对于一般条件的学校，实施起来可能有一定的难度。若是采用“探究加速度与力、质量的关系”中的方法，则需要平衡摩擦力，这样就给实验增加了难度，还要求砝码的质量要远大于滑块的质量。 3 粤教版的实验探究指导能让学生在问题的提示下，将实验探究过程很好的体验一下，该实验方案和“验证机械能守恒”方案类似，对于自由下落的数据处理，学生有前面的基础 应该不难完成。 4 司南版教材的实验方案是安排好的，由学生自行设计表格记录数据，分析实验数据得出结论，分析实验误差，改进实验方案，完成实验探究报告。 这个实验的设计对于实验条件不好的学校，是很适用的，但这个实验需要平衡摩擦力，这一点是很难做到的，否则会给实验带来很大的误差，跟预想的结论大相径庭，而且数据的处理也需要很复杂的计算。应该说对这个实验的安排是很传统的。 综合以上版本教材对这个实验的安排，司南版教材虽然比较传统，但效果会比较好。有了探究加速度与力、质量的关系做基础，学生完成这个实验并不困难，对于培养学生的动手能力，处理数据的能力等都起到了很好的作用。沪科版和粤教版教材的安排基本一致，只不过沪科版是用气垫导轨做实验，设计的思路是一致的，都是验证性实验。人教版教材的安排比较有创新精神，更符合新课改的理念，从设计的思路、方法，对实验数据的处理，包括对实验器材的准备等都包含了探究的精神，但真正做起来比较困难。