关注知识本质 注重科学探究

黎莎 谢立

摘 要：初中物理教学注重科学探究，在实验的基础上，通过分析数据或观察现象得出相关结论.本文通过对“阻力对物体运动的影响”这一探究实验进行深入的思考和解读，从控制变量的角度对本实验进行更加严谨的设计，这对学生理解实验本质、建立运动和力的关系，起到至关重要的作用.

关键词：科学探究;控制变量;牛顿第一定律

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）14-0057-02

作者简介：黎莎（1987-），女，山东人，博士，中学一级教师，研究方向：物理教学创新及实验创新;

谢立（1989-），男，湖南岳阳人，博士，中学二级教师，研究方向：物理课堂教学.

初高中物理教学注重培养学生的核心素养，这就要求教师在教学中关注科学探究过程，特别是在实验过程中，教师应该引导学生对实验进行深入的思考和设计，这对提高学生的科学探究能力有至关重要的作用.

人教版《物理》八年级下册第八章第一节“牛顿第一定律”中，探究“阻力对物体运动的影响”是得出牛顿第一定律的关键演示实验，对学生正确理解“惯性”概念，以及高中物理中加速度等知识的学习有着很重要的铺垫作用，而教材中对这个实验的描述过于简洁，对实验中的变量关系描述模糊，不利于学生对实验的深入理解，从以上这些方面考虑，引导学生对这个实验进行逻辑严谨的设计是非常有必要的.

本文从控制变量的角度对“阻力对物体运动的影响”进行深入解读，通过理清其中的变量关系，使学生在实验设计过程中加深对实验的认识以及对“运动与力的关系”的理解.接下来，对教材中“探究阻力对物体运动的影响”实验进行详细解读，经历明确变量的过程，将其转化为可探究的科学问题，更利于学生对本实验的深入理解，从而培养科学思维.

本节课的教学中，通过前期的引导和铺垫，引出探究问题——“阻力对物体运动的影响”，但是根据“可探究的科学问题”中要求变量可观测、可测量的原则，显然这个实验探究中“物体运动”是一种状态描述，不可直接测量，而“阻力”也需要进一步思考怎么改变.不够具体.针对这样的思考，在教学中需要引导学生将本探究问题转化为可探究的科学问题，才能进一步对本实验进行合理的设计和操作，从而得到更科学、更合理的结论.

结合前面学过的“力的作用效果”相关知识，如图1所示，力的作用效果是：（1）使物体发生形变;（2）改变物体的运动状态（速度大小改变或速度方向改变）.为了使实验可操作，力改变速度方向这一点因为操作比较困难，先不作考虑.在实验中使物体做直线运动即可满足.因此，需要从“力可以改变物体的速度大小”的角度思考本实验中的变量.再结合本实验是要探究“阻力对物体运动的影响”，如果改变阻力大小，那么物体速度大小改变的快慢会受到影响，因此，将原探究问题中的“物体运动”这个不可直接测量的变量转换为“物体速度大小改变的快慢”，使变量更具体.

结合以上思考，将原实验“探究阻力对物体运动的影响”转换为“探究阻力对物体速度大小改变的快慢的影响”，即“探究物体速度大小改变的快慢与阻力大小的关系”，这就将原来不可探究的科学问题转换为一个可探究的科学问题.利用思维导图，实验中自变量为阻力大小，因变量为物体速度大小改变的快慢，

不同质量的学生在跑步比赛中停下来的快慢不同，可以看出，物体质量也会影响物体速度大小改变的快慢，通过一些贴近学生的生活实例，比如道路上的限重标志显示出相同速度行驶中的不同质量的车辆会影响刹车的快慢，

因此在本实验中需要控制物体质量，即控制变量为物体质量m，如图2所示.

接下来就需要在思维导图的基础上对其中的变量进行具体的操作设计.对于自变量“阻力大小”，需要思考怎么改变，因为实验中阻力选择的是摩擦力，学生结合生活经验，很容易想到通过选用不同粗糙程度的接触面可以改变阻力大小;对于控制变量“物体质量m”，需要思考怎么控制其不变，结合已有的学习和生活经验，在实验中可以选择同一小车即可控制物体质量m.

本实验设计的难点在于对因变量“物体速度大小改变的快慢”的测量如何实现，如图2所示，大多数教师在教学中直接引导学生将其转换为测量“推动小车移动的距离s”，严格来说，这是不符合科学逻辑的.基于这样的思考，引导学生对因变量“物体速度大小改变的快慢”进行更深入的思考，从知识本质出发找到测量方法，这对学生科学思维的培养，以及完整地建立运动和力的关系都会起到促进作用.

本实验中，因变量“物体速度大小改变的快慢”其实就是加速度，由于在初中阶段学生的知识水平有限，需要结合学生的已有知识，将其转换为学生更容易理解的变量，对其进行测量.可以类比学过的第一章第三节“运动的快慢”中，对于问题“怎样比较物体运动的快慢”的处理方法，一种方法是相同路程比较物体的运动时间，另一种方法是相同时间比较物体的运动路程，两种方法都可以比较出物体运动的快慢，其实这就是控制其中的某些条件，去比较其他因素，进而得出结果的方法.那么，针对本实验中因变量“物体速度大小改变的快慢”的测量，为了在实验中更容易测量和比较，也可以采取相同的方法，一种方法是使物体速度大小的改变相同，比较速度变化所需的时间，另一种方法是使物体的运动时间相同，比较物体速度大小的改变.显然，第一种方式更简单，也更加易于操作.在这样的思考下，为了更简单定性地比较因变量“物体速度大小改变的快慢”，可以将其转换为测量“物体速度变化所需的时间”，在因变量转换的过程中，产生的控制条件是“物体速度大小的改变”必须相同.在这样的思考下，对本实验的思维导图进行改进，如图3所示.

接下来就需要思考控制条件“物体速度大小的改变”怎么控制，显然，根据学生已有的生活经验和所学知识，可以使物体最终停下，即末速度为零，那么，只需要控制物体的初速度不变，就可以达到控制“物体速度大小的改变”相同的目的.而根据学过的“测量小车平均速度”的实验，学生容易想到通过让小车从同一斜面的同一高度由静止自由下滑就可以使小车到达斜面底端的速度相同.在这样的思考下，设计实验，经历实验的过程，结合数据进行推理，即可得出牛顿第一定律.

通过这样的思维过程，将原来的实验“探究阻力对物体运动的影响”这个不好直接探究的问题转化为“探究阻力对物体速度大小改变的快慢的影响”，在转化的过程中使学生经历知识的迁移、深入思考，相比原来的实验过程，更加严谨、更加科学.

牛顿第一定律作为经典力学的基石，对学生学习力学知识，建立运动和力的关系知识体系起着至关重要的作用，本文中对“探究阻力对物体运动的影响”的实验从知识本质出发，做出更深入的挖掘和设计，有助于帮助学生对牛顿第一定律的内容建立更加全面而深刻的认识，并且对于高中物理相关知识的学习也起到了衔接的作用.

参考文献：

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（收稿日期：2021-04-14）