李二鹏

摘要：本文作者以《力的分解》实验教学课为例探索了如何在实验教学中落实物理学科核心素养的策略。自制了一个实验教具。根据《课程标准》制定了“科学探究能力评价量表”，注重过程评价，采用自评和小组互评的方式促进合作交流，提高实验探究的热情，进而提高物理学科核心素养。

关键词：核心素养形成过程;力的分解;斜面受力随倾角变化演示仪

“实验探究”是物理学科科学素养的重要组成部分。实验教学过程本身蕴含着”科学态度与责任”的培养^[1]。

沈典俊老师在《物理实验中落实物理核心素养的策略研究》一文中指出在实验中落实物理核心素养的四种策略：

1.开发探究实验，提升学生科学探究能力。

2.提倡自主创新实验，塑造学生的物理思维。

3.组织科技制作比赛，培养学生的科学态度和责任感。

4.对实验教学进行有效的评价，落实物理核心素养。

笔者通过学习《课程标准》和借鉴其他教师的研究成果，对“利用实验课提高物理核心素养”在教学实践中做出了尝试和探索。本文以 《力的分解》实验教学课为例谈谈收获和感受，希望得到读者的批评指正。

一.开发探究实验

人教版必修一教材《力的合成》中提到“力的合成遵循平行四边形定则”并安排了实验“探究求合力的方法”，而在《力的分解》一节中直接指出“力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则”。力的分解重点是力按照作用效果分解，斜面上的压力随倾斜角的变化规律缺少定性和定量的实验数据支持。基于以上考虑笔者认为应该在教材中安排“力的分解”实验，以验证“力的分解遵循平行四边形定则”。所以在教学过程中我向同学们提出问题：请同学们设计实验验证“力的分解遵循平行四边形定则”。

二.在实验中体会合作和创新

经过讨论和交流，同学们改进了一套实验仪器，自制了一套实验教具。现在把同学们的实验探究成果与广大读者一起分享。该仪器命名为“斜面受力随倾角变化演示仪”（图1）。该仪器可以测量物体在斜面上物体的下滑分力和对斜面的压力随斜面倾角的变化情况。

（一）实验原理

通过力的分解，把三力平衡问题转化问二力平衡问题。F=G₁，N=G₂，物体对台秤的压力和台秤对物体的支持力是相互作用力。通过测量F和N的大小，得知G₁和G₂的测量值。根据平行四边形定则计算出G₁和G₂的理論值，G₁=mgsinθ，G₂=mgcosθ。验证测量值和理论值是否相等。从而验证在力的分解中平行四边形定则是否成立。

（二）实验过程和创新亮点

1.实验过程

通过改变斜面倾角，实现物体对弹簧秤拉力和对台秤压力随倾角的变化。记录斜面倾角，弹簧秤示数和台秤示数。

2.创新亮点

遇到的问题1：斜面倾角读数不方便。最初设计是在斜面底部固定一个量角器，但由于斜面铁梁的宽度不能忽略，斜面底角和量角器的圆心很难对齐，横梁和量角器的刻度线也很难对齐。

解决方法：在上端斜面拐角处设置一条重锤线和量角器。由几何知识可以证明细绳和量角器刻度线的夹角等于斜面倾角。（图3）

遇到的问题2：实验过程同学们中发现，斜面倾角在小于30°的范围内变化时，弹簧秤示数几乎为零。

解决方法：原因在于物体和台秤接触面间的接触面积较大，摩擦力的影响不能忽略（图4）。如何减小物体和接触面的摩擦力成为同学们讨论的焦点。各小组同学提出以下解决方法：（1）在接触面上放润滑油（2）变滑动摩擦为滚动摩擦，把砝码换成带轮子的小车。（3）减小接触面积。通过实验和讨论我们综合了第二种和第三种建议，请读者参考图5和图6。在图5中，把两个砝码粘在一起，水平放置在台秤的秤盘上。砝码的圆形截面和秤盘相切，接触面很小（图6），可以减小摩擦力影响。砝码和弹簧之间用光滑金属环相连，圆环套住砝码的细柱处，在弹簧伸长时砝码会向下滚动，砝码和圆环接触处随之发生转动。实现变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦力的影响。

（三）实验数据和结论

以上数据说明，在误差允许的范围内，物体对斜面的压力呈余弦规律变化，物体对弹簧秤的拉力呈正弦规律变化，在斜面上重力的分解符合平行四边形定则。

三.对实验过程和结果的有效评价

根据“物理学科核心素养的水平划分”^[2]，笔者把高中生的“科学探究”能力划分为了四个维度，五个层次，每个层次赋予相应的分值，如下表所示。

培养物理学科核心素养需要从课堂教学做起，过去单纯以掌握知识和习题训练为主的教学只能训练逻辑推理能力和计算能力。我国要提高全民科学素质，建设创新型社会，青年学子们必须学会主动观察生活，善于提出物理问题，设计实验验证猜想，在学习中互相交流合作。这些科学素养的获得必须通过物理学科的学习来完成。而物理是一门实验学科，物理实验的学习是物理学科能力的重要组成部分，物理实验技能是一种综合能力，是多种基础能力在实验过程中的综合体现，实验教学是落实物理核心素养的重要途径。

参考文献

[1]沈典俊. 《物理实验中落实物理核心素养的策略研究》. 《中学物理》，2018（3）

[2]《2017版普通高中物理课程标准》

[3]安丽 杨金文 李晓艳 《中学物理实验技能的评价研究》《教学与管理》2018（4）

（作者单位：保定市第三中学）