二力平衡實驗改進后的思索內容摘要：“二力平衡的條件”的探究是高中化學實驗中拿來作為改進實驗方案教學的典型個例，在教學過程中應當讓中學生經歷對實驗原理、器材、步驟、結果等進行評價和剖析，在探究過程中發覺問題，嘗試改變實驗設計方案。關鍵詞：二力平衡實驗方案評價改進對探究“二力平衡的條件”的實驗作出了改進，研究的對象把鐵塊換成了小紙片，更有利于中學生通過探究活動，找尋到二力平衡的規律。為了了解中學生對這兩種實驗方案的認識，筆者設計了以下試卷，統計結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驗，解釋最合理的是（）A.可以減少磨擦力的影響B.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%左右的中學生都選擇了C。在試題剖析時，多半的老師都有所領悟，我們的實驗教學都是“依本施教”，沒有引導中學生對探究的過程和結果進行剖析和評價，并嘗試讓中學生去改進實驗設計方案。這道考題名為考查中學生的能力，實則是對化學實驗教學弊病的叩問。大多數版本的教材在探究“二力平衡的條件”時，采用的是如圖2甲所示的方案，把鐵塊置于水平桌面上，在兩側懸掛重物通過安裝在桌面兩端的滑輪拉鐵塊，進行實驗探究。
在實際探究時發覺，兩側所掛砝碼質量相同時，鐵塊保持靜止；當鐵塊往右勻速運動時，左邊鉤碼的質量小于右邊鉤碼的質量。剖析緣由，鐵塊往右勻速運動時探究二力平衡條件實驗，遭到桌面對它向左的磨擦力，鐵塊在水平方向上遭到拉力F1、F2和磨擦力f三個力的作用（如圖2乙所示），這三個力是平衡的，滿足關系：F1+f=F2，所以F2>F1。許多老師設計了多種減少磨擦力影響的實驗方案，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中的鐵塊做實驗，把原先的滑動磨擦變為滾動磨擦，使磨擦力的影響大大的降低了。在實際探究過程中，發覺貨車勻速運動時，兩側的拉力F1和F2依然有一定的誤差，說明這種改進方案對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力是否平衡”時，須要把鐵塊（或貨車）旋轉一個角度后松手，觀察鐵塊（或貨車）能夠保持平衡狀態。這個操作是在桌面上完成的（如圖4所示），后排的中學生可以清楚地觀察到現象，靠后的中學生根本就看不見。這套裝置還有一個缺陷就是，不能拿來驗證一對平衡力必須作用在同一物體上。針對上述實驗方案的種種缺陷，大膽創新，對探究“二力平衡的條件”的實驗作出了重要改進（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驗。
實驗中拉力的大小等于所掛鉤碼的重力，給實驗帶來了便捷。為了保持與上述實驗方案的一致性，圖5裝置的關鍵是支架的設計和制做。方案一：可以用兩個鐵架臺分別夾有一個定滑輪，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”的探究活動內容中，因為小紙片的重力遠大于鉤碼對卡片的拉力，所以小紙片的重力可以忽視不計。這一設計符合數學學中忽視次要誘因、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，90%的中學生選答案C是合情合理的。但是，這道考題的高錯誤率必須造成教者的思索。一、要讓中學生了解實驗方案設計的意圖要成功的進行科學探究活動，關鍵是要設計出合理的實驗方案。在進行實驗教學時，班主任有必要讓中學生了解實驗的理論根據（實驗原理）、實驗器材的選則及作用、實驗操作的步驟以及數據搜集和處理的方式等。
中學生了解這種實驗方案設計的意圖，在實驗過程中就會有的放矢，進而進行真實驗、真探究。在探究“二力平衡的條件”的活動中，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、方向和作用點等方面著手，設計實驗方案時要運動控制變量的方式。為了確切便捷的測出拉力的大小，采用的兩側掛砝碼的方式，砝碼的重力就等于拉力的大小。安裝兩個定滑輪則是為了改變拉力的方向。把研究對象置于水平面上，而且拉力的方向沿水平方向，是為了防止自身重力對實驗結果的影響。如何證明二力平衡時必須作用在同仍然線上，可以逆向思索，把研究對象旋轉一個角度，使作用在同一物體的兩個力不在同仍然線上，松手后觀察研究對象能夠保持平衡。中學生了解了為何這樣做，才曉得怎么去做。班主任若果讓中學生了解了有關“二力平衡的條件”的實驗方案的設計意圖，就才能使中學生更好完成實驗探究，而且可以幫助中學生理解“二力平衡的條件”。二、要讓中學生學會對探究活動進行評價和改進按照早已把握的知識或已有的經驗，對探究過程和探究結果進行評價，注意假定與探究結果間的差別，注意探究活動中未解決的矛盾，發覺新的問題，嘗試改進探究方案。通過對實驗的評價汲取成功的經驗和失敗的教訓，因而對之后的科學探究活動形成積極的影響。
在探究“二力平衡的條件”的活動中，依據物體處于平衡狀態時，作用在物體上的兩個力的作用療效應當互相抵消，可以做出推測：二力平衡的條件之一是力的大小相等。但是借助鐵塊做實驗進行探究的結果卻是兩個力大小不等。假定與探究的結果之間出現了差別，就須要引導中學生進行評估，到底是假定出現了錯誤，還是探究的過程存在不足造成錯誤的結果。通過進一步的交流，可以發覺是因為桌面對鐵塊的磨擦力影響了探究的結果，屬于實驗設計方案不健全，須要對改進探究方案。其實，實驗勝敗的關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、在氣墊滑軌上進行實驗等等。為了提高實驗的可見性探究二力平衡條件實驗，就會設法把研究對象抬升，把它懸掛在支架上。考慮到研究對象自身重力的影響，選用重力很小、可以忽視不計的小紙片來進行探究。在探究過程中又形成了新的發覺，可以用剪刀把紙片從中間剪成兩半，進而驗證兩個力只有作用在同一物體上能夠平衡。通過對各類實驗設計方案的的評價和剖析可知，以小紙片作為研究對象，是由于小紙片的重力可以忽視不計；以貨車作為研究對象，貨車遭到的重力和支持力是一對平衡力，鐵塊自身的重力對探究結果也沒有影響。對比這兩種實驗方案發現，用小紙片懸掛在支架上取代貨車置于水平桌面上做實驗，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當為A。參評組別：數學組姓名：王兵工作單位：甘州校長東鄉中心校區郵箱：職稱：學校二級班主任電話滑輪滑輪細線細線圖5圖4