演示实验在自由落体运动教学中经典与创新的博弈_自由落体运动经典例题
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演示实验在自由落体运动教学中经典与创新的博弈
铜陵市实验高级中学
颜文彬
物理学是一门以实验为基础的科学，所有的物理概念、规律的发现和确立，都是在实验的基础上建立起来的。
随着时代的进步，在如今的物理教学课堂中，实验由最薄弱的环节慢慢转变为课堂教学最重要的角色之一。传统教学中落后的教育观念和方法妨碍着对学生创新能力的培养。反映在物理教学中，就是应该做并且有条件做的许多重要实验被人为地取消了，或者做一个“粉笔”和“黑板”的演示实验，造成学生对实验的印象就是“听实验、背实验”。这样做的严重后果是，学生能力结构不完整，缺乏实际的学习感受和开拓精神。因此我们应该重视实验在物理教学中的作用，有针对性的对物理实验课堂的教学方法、教学模式进行研究，切实提出演示实验教学改革策略，有效地激发学生学习物理的兴趣和好奇心，激发学生强烈的问题意识和探究欲望，从而让学生的天性得到充分发挥。
在演示实验教学中要注意以下几点：巧用趣味实验，激发学生的兴趣；用演示实验设置问题，引发学生思考；从演示操作上引导学生科学探究精神，即严谨又勇敢，求知与求真；在演示实验的选择上取舍有度，做到演示实验选择的精炼与创新。下面我们通过演示实验实例来谈谈经典演示实验与创新演示实验在课堂中的使用
一：经典的魅力：在对比实验中学习自由落体运动的规律 在经典的自由落体运动教学中，教师通过设计三组左右趣味对比实验，让学生获得对比体验，在演示实验的对比中学习自由落体运动规律
【实验1】从同一高度同时由静止释放一枚硬币和一张纸片，结果硬币下落的快。教师再取一张相同的纸片，将其中一张揉成纸团，再次从同一高度由静止释放纸团和纸片，结果观察到纸团下落得快。然后从同一高度释放硬币和纸团，两者下落的速度几乎相同。
【实验2】取三只量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，B、C分别装上等量清水和酒精。将三只相同的铁球从量筒口同时释放，观察铁球运动的快慢。然后再量筒A中加入等量清水，用铁球和等大塑料球分别在A、B中重复以上操作，观察两球下落快慢。
【实验3】牛顿管实验，将管抽成真空，可以看到羽毛与铁片下落速度相同。
自由落体运动概念的生成通过这一系列的对比实验，在经典物理课堂教学中就形成了，然而近年智能手机和互联网飞速普及，学生接受一些常识知识的速度远远超过了三年前的学生。经典课堂中，学习可能由【实验1】得出的结论是：重的物体下落的比轻的物体下落的快，再得出物体下落的快慢与重量无关。再由【实验2】得出结论：阻力对物体下落有影响，阻力越大，影响也越大；阻力相对重力越小，则影响越小。最后由【实验3】得出结论：如果没有阻力，物体只受重力作用，则由静止开始下落的运动的快慢都相同，从而得出自由落体运动的定义。
设置对比实验，让学生获得一系列的直观体验，这样的设计成为一时自由落体教学的经典演示实验，一时众多教师引用并获得了很好的教学效果，成功引导学生从不同的实验现象中发现问题寻找规律。但是在面对零零后的高中生时，在网络、电视上以及初中学习中学生自主学习、自主探究了比旧时的学生更多的科学知识，他们会按照教师设计的思路思考从而得出自由落体运动定义吗？在实际课堂中，面对知识面更广的零零后，从第一个硬币和纸片下落开始，大部分学生已经知道结果是硬币先着地，纸片受到空气阻力作用明显所以较慢下落。其他物体比较下落快慢学生在演示之前已经知道了结果，并且也能根据重力的阻力的关系解释。【实验1、2】的现象与结论学生都已经知道了，这时候做演示实验的教师在学生眼里也许不是在演示，而是在表演了，那么演示【实验1、2】在目前课堂教学中已经不再适用了。这就是经典演示实验在新课程中该斟酌并为新一代学生重新设计的部分。
但是学生对于完全不受空气阻力只受重力作用下落的物体没有直观的感受，对于【实验3】即使“学识渊博”的学生也不敢笃定铁片和羽毛会同时下落，牛顿管这个经典的演示实验，让学生首次亲眼看到真空中轻重不同的物体下落快慢一样这一不争的事实，对于验证亚里士多德“重物体比轻物体下落快”这一结论的错误性和帮助学生理解伽利略落体运动的规律有着不可替代的重要作用。不可思议的实验现象激发了学生的主动学习的欲望，使学生在奇特现象背后深求其所含的物理知识与原理。牛顿管这个经典的实验是必然要演示的，教师可以在经典的牛顿管实验基础上改进实验设计，在经典的基础上创新。
二、创新的光芒：轨迹摄影演示实验
用打点计时器研究自由落体运动规律是我们惯用的传统实验方法,而频闪照相的实验方法对实验硬件及技术有较高要求,在中学课堂中很难得到实际应用。随着数码相机对高速视频录制性能的提升,视频播放软件逐帧播放功能的拓展,对运动物体进行视频分析的现代实验方法已逐步受到中学老师的青睐和认可。但是昂贵的单反相机并不是多数教师与学生具备的设备，视频播放软件逐帧播放功能也需要去学习并练习使用，这些设备与软件不论是若干年前还是现如今并未在生活中普遍使用。那么如何在课堂演示实验中展示频闪相机研究自由落体运动呢？是借助录像播放别人的成果，还是用动画演示，这些比起教师自己在课堂上直接展示自己的频闪照相操作的效果都有很大差距。
如何利用如今普及的设备和技术来进行频闪照相实验，在现在智能手机高速发展并普及的背景下是有迹可循的。手机显示功能的进化、软件的完善、照相功能的进步，几乎让一部智能手机兼具了频闪照相实验对软硬件的要求。目前已经有智能手机产家将“运动轨迹”拍摄功能加入手机相机，这是通过设置相机应用程序，把手机固定，设置快门间隔时间，连续拍完物体照片后自动把图片合并，从而在一张照片中呈现物体连续相同时间的运动轨迹。智能手机更新换代的速度和普及度决定了利用智能手机进行轨迹摄影演示实验的可行性，并且在未来可进行学生户外分组进行轨迹摄影实验探究物体的下落。利用它可以观测自由落体运动中无法用肉眼看出的速度变化。
优秀经典的演示实验是前辈物理老师的创新，是他们聪明智慧的结晶。它代表着当时的物理教学演示实验，记录着曾经的汗水与成功，但决不能成为后辈教师坐吃山空的资本，珍视经典尊重经典，并不意味着享用经典实验的果实坐享其成。我们永远处在一个变革的岗位上，为了学生励精图治。开创新课程下的物理演示实验教学，需要大量与之相匹配的具有鲜明创新型的创造性演示实验。经典演示实验中可取之处在取用时也不宜直接拿来主义，匹配新课程下的新课堂新学生后，经典演示实验也能以全新的面貌重新展现在课堂上，从而物尽其用。新课程下物理课堂的下一个“经典”需要当下的教师来“创新”！
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