二力平衡實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的思索內(nèi)容摘要：“二力平衡的條件”的探究是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中拿來作為改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案教學(xué)的典型個(gè)例，在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)讓中學(xué)生經(jīng)歷對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、器材、步驟、結(jié)果等進(jìn)行評(píng)價(jià)和剖析，在探究過程中發(fā)覺問題，嘗試改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：二力平衡實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)改進(jìn)對(duì)探究“二力平衡的條件”的實(shí)驗(yàn)作出了改進(jìn)，研究的對(duì)象把鐵塊換成了小紙片，更有利于中學(xué)生通過探究活動(dòng)，找尋到二力平衡的規(guī)律。為了了解中學(xué)生對(duì)這兩種實(shí)驗(yàn)方案的認(rèn)識(shí)，筆者設(shè)計(jì)了以下試卷，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示該題的正確率不足10%。如圖1所示，在“探究二力平衡條件”的活動(dòng)中，用圖a中的小紙片懸掛在支架上取代圖b中的貨車置于水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，解釋最合理的是（）A.可以減少磨擦力的影響B(tài).可以任意改變小紙片的形狀C.小紙片的重力可以忽視不計(jì)D.小紙片是比較容易獲取的器材本題的正確答案是A，90%左右的中學(xué)生都選擇了C。在試題剖析時(shí)，多半的老師都有所領(lǐng)悟，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是“依本施教”，沒有引導(dǎo)中學(xué)生對(duì)探究的過程和結(jié)果進(jìn)行剖析和評(píng)價(jià)，并嘗試讓中學(xué)生去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。這道考題名為考查中學(xué)生的能力，實(shí)則是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)弊病的叩問。大多數(shù)版本的教材在探究“二力平衡的條件”時(shí)，采用的是如圖2甲所示的方案，把鐵塊置于水平桌面上，在兩側(cè)懸掛重物通過安裝在桌面兩端的滑輪拉鐵塊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
在實(shí)際探究時(shí)發(fā)覺，兩側(cè)所掛砝碼質(zhì)量相同時(shí)，鐵塊保持靜止；當(dāng)鐵塊往右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，左邊鉤碼的質(zhì)量小于右邊鉤碼的質(zhì)量。剖析緣由，鐵塊往右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)探究二力平衡條件實(shí)驗(yàn)，遭到桌面對(duì)它向左的磨擦力，鐵塊在水平方向上遭到拉力F1、F2和磨擦力f三個(gè)力的作用（如圖2乙所示），這三個(gè)力是平衡的，滿足關(guān)系：F1+f=F2，所以F2>F1。許多老師設(shè)計(jì)了多種減少磨擦力影響的實(shí)驗(yàn)方案，其中最具代表性的如圖3所示。用一輛裝有輪子的貨車取代圖2中的鐵塊做實(shí)驗(yàn)，把原先的滑動(dòng)磨擦變?yōu)闈L動(dòng)磨擦，使磨擦力的影響大大的降低了。在實(shí)際探究過程中，發(fā)覺貨車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)的拉力F1和F2依然有一定的誤差，說明這種改進(jìn)方案對(duì)于減少磨擦力的影響的療效是有限的。另外，探究“不在同仍然線上的兩個(gè)力是否平衡”時(shí)，須要把鐵塊（或貨車）旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后松手，觀察鐵塊（或貨車）能夠保持平衡狀態(tài)。這個(gè)操作是在桌面上完成的（如圖4所示），后排的中學(xué)生可以清楚地觀察到現(xiàn)象，靠后的中學(xué)生根本就看不見。這套裝置還有一個(gè)缺陷就是，不能拿來驗(yàn)證一對(duì)平衡力必須作用在同一物體上。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)方案的種種缺陷，大膽創(chuàng)新，對(duì)探究“二力平衡的條件”的實(shí)驗(yàn)作出了重要改進(jìn)（如圖5所示），用小紙片懸掛在支架取代鐵塊（或貨車）置于水平桌面上做實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)中拉力的大小等于所掛鉤碼的重力，給實(shí)驗(yàn)帶來了便捷。為了保持與上述實(shí)驗(yàn)方案的一致性，圖5裝置的關(guān)鍵是支架的設(shè)計(jì)和制做。方案一：可以用兩個(gè)鐵架臺(tái)分別夾有一個(gè)定滑輪，且兩定滑輪共面等高搭配成支架，在器材充足、場地較大的情況下可選用這一方案。方案二：可按圖5所示自行制做專用支架，下方鐵塊的尺寸約為12cm×9cm×2cm，在鐵塊中間相距約6cm出分別鉆兩個(gè)孔，孔的大小以筷子恰好能插入為宜，兩根支柱可用一段圓形、一端方形的筷子取代，在兩根筷子等高處分別鉆一小孔，以大頭針正好能插入為宜，將空珠子水筆剪下一小段套在大頭針上，再將大頭針插入筷子上的小孔之中，就將支架做好了。在“二力平衡的條件”的探究活動(dòng)內(nèi)容中，因?yàn)樾〖埰闹亓h(yuǎn)大于鉤碼對(duì)卡片的拉力，所以小紙片的重力可以忽視不計(jì)。這一設(shè)計(jì)符合數(shù)學(xué)學(xué)中忽視次要誘因、突出主要誘因、建立理想模型的思想。所以，在上述試卷作答時(shí)，90%的中學(xué)生選答案C是合情合理的。但是，這道考題的高錯(cuò)誤率必須造成教者的思索。一、要讓中學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的意圖要成功的進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)，關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，班主任有必要讓中學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的理論根據(jù)（實(shí)驗(yàn)原理）、實(shí)驗(yàn)器材的選則及作用、實(shí)驗(yàn)操作的步驟以及數(shù)據(jù)搜集和處理的方式等。
中學(xué)生了解這種實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的意圖，在實(shí)驗(yàn)過程中就會(huì)有的放矢，進(jìn)而進(jìn)行真實(shí)驗(yàn)、真探究。在探究“二力平衡的條件”的活動(dòng)中，考慮到力的三要素都是影響力的作用療效的誘因，探究“二力平衡的條件”也須要從力的大小、方向和作用點(diǎn)等方面著手，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要運(yùn)動(dòng)控制變量的方式。為了確切便捷的測出拉力的大小，采用的兩側(cè)掛砝碼的方式，砝碼的重力就等于拉力的大小。安裝兩個(gè)定滑輪則是為了改變拉力的方向。把研究對(duì)象置于水平面上，而且拉力的方向沿水平方向，是為了防止自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如何證明二力平衡時(shí)必須作用在同仍然線上，可以逆向思索，把研究對(duì)象旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使作用在同一物體的兩個(gè)力不在同仍然線上，松手后觀察研究對(duì)象能夠保持平衡。中學(xué)生了解了為何這樣做，才曉得怎么去做。班主任若果讓中學(xué)生了解了有關(guān)“二力平衡的條件”的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)意圖，就才能使中學(xué)生更好完成實(shí)驗(yàn)探究，而且可以幫助中學(xué)生理解“二力平衡的條件”。二、要讓中學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)探究活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)按照早已把握的知識(shí)或已有的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)探究過程和探究結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，注意假定與探究結(jié)果間的差別，注意探究活動(dòng)中未解決的矛盾，發(fā)覺新的問題，嘗試改進(jìn)探究方案。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)汲取成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，因而對(duì)之后的科學(xué)探究活動(dòng)形成積極的影響。
在探究“二力平衡的條件”的活動(dòng)中，依據(jù)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，作用在物體上的兩個(gè)力的作用療效應(yīng)當(dāng)互相抵消，可以做出推測：二力平衡的條件之一是力的大小相等。但是借助鐵塊做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的結(jié)果卻是兩個(gè)力大小不等。假定與探究的結(jié)果之間出現(xiàn)了差別，就須要引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，到底是假定出現(xiàn)了錯(cuò)誤，還是探究的過程存在不足造成錯(cuò)誤的結(jié)果。通過進(jìn)一步的交流，可以發(fā)覺是因?yàn)樽烂鎸?duì)鐵塊的磨擦力影響了探究的結(jié)果，屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案不健全，須要對(duì)改進(jìn)探究方案。其實(shí)，實(shí)驗(yàn)勝敗的關(guān)鍵是如何減少磨擦力的影響，最先想到的方案是用裝有輪子的貨車代替鐵塊、把桌面換成阻力更小的玻璃表面、在氣墊滑軌上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等等。為了提高實(shí)驗(yàn)的可見性探究二力平衡條件實(shí)驗(yàn)，就會(huì)設(shè)法把研究對(duì)象抬升，把它懸掛在支架上。考慮到研究對(duì)象自身重力的影響，選用重力很小、可以忽視不計(jì)的小紙片來進(jìn)行探究。在探究過程中又形成了新的發(fā)覺，可以用剪刀把紙片從中間剪成兩半，進(jìn)而驗(yàn)證兩個(gè)力只有作用在同一物體上能夠平衡。通過對(duì)各類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的的評(píng)價(jià)和剖析可知，以小紙片作為研究對(duì)象，是由于小紙片的重力可以忽視不計(jì)；以貨車作為研究對(duì)象，貨車遭到的重力和支持力是一對(duì)平衡力，鐵塊自身的重力對(duì)探究結(jié)果也沒有影響。對(duì)比這兩種實(shí)驗(yàn)方案發(fā)現(xiàn)，用小紙片懸掛在支架上取代貨車置于水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，使接觸面脫離接觸，雖然也是為了減少磨擦力的影響。所以上述試卷的正確答案應(yīng)當(dāng)為A。參評(píng)組別：數(shù)學(xué)組姓名：王兵工作單位：甘州校長東鄉(xiāng)中心校區(qū)郵箱：職稱：學(xué)校二級(jí)班主任電話滑輪滑輪細(xì)線細(xì)線圖5圖4