关于高中物理教学中牛顿管实验的改进

高中物理两省一市教材《自由落体运动》一节，有两个教学重点:①自由落体运动定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动；②自由落体运动的性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。关于第一点，不管是现行的传统教材，还是新课标教材，都是用牛顿管演示不同物体分别在有空气的环境和接近真空的环境中的下落情况，然后进行推理，理想升华到真空情况，由此引出自由落体运动的定义。关于第二点，传统教材先是引用一张频闪照片说明自由落体运动是加速直线运动，然后直接指出伽利略的研究结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动；而新课标教材的处理方法是让学生用实验（打点计时器）进行探究。
　　
　　牛顿管实验的关键是抽气，对条件好的学校有真空泵，抽气快、效果好。而条件较差的学校只有手摇抽气机，光抽气就要十几分钟且效果不一定理想，往往出现重复抽气情况。如果采用传统教学法，后面的教学内容还可草草对付过去。但如果运用符合新课标的《探究式教学模式》，那就只有“望洋兴叹”了。也有的教师对牛顿管实验作了这样的改进：上课前抽气，上课时先演示物体在接近真空环境中下落，再将管内气体放掉，演示物体在有空气的环境中下落。这虽然大大节省了时间，但不当着学生的面抽气，有违实验的真实性。另外，牛顿管演示还有个观察性缺陷，学生隔得远，现象不易观察清楚。
　　
　　我在使用现行人教版教材（必修第一册）采用“探究式”进行本节的教学时，对牛顿管实验进行了彻底的改进，那就是弃之不用，代之以简单的学生实验。我在经过展示问题：现实生活中轻重不同的物体由静止下落谁快谁慢？学生猜想：重的快、轻的快或一样快两个环节后引导学生设计了下列两个小实验进行探究：
　　
　　实验一：将一张展开的纸片和一块橡皮擦（或钥匙片等）从同一高度同时由静止释放，观察谁快谁慢？
　　
　　实验二：将纸片揉成小团，重做实验。
　　
　　学生完成实验后思考：①物体下落快慢与物体的轻重（重力）有关吗？②影响物体下落快慢的因素是什么？
　　
　　结论：物体下落快慢与重力无关，影响下落快慢的因素是空气阻力。
　　
　　推理升华：
　　
　　教师：如果没有空气阻力，也即物体只受重力作用，不同物体从同一高度同时由静止下落会出现什么结果？
　　
　　学生：所有物体下落快慢相同（或说所有物体同时落地）。
　　
　　归纳：如果没有空气阻力，一切物体在重力作用下由静止下落快慢相同，运动方向竖直向下。
　　
　　在此基础上就可引出自由落体运动的定义。
　　
　　与牛顿管演示实验相比，本改进实验有下列特点：
　　
　　1、易行。利用学生身边的物件做实验，随手可得，效果明显，特别是耗时少，为后面自由落体运动性质的探究节约了大量的时间；
　　
　　2、科学。本改进实验尽管达不到牛顿管的高真空度，但足以证明了影响物体下落快慢的因素是空气阻力，经过推理升华，同样得到牛顿管实验的结论。
　　
　　3、激趣。本改进实验让学生亲身体验了一次科学探究的高层大法-理想实验，大大激发了学生科学探究的欲望。
　　
　　4、超前：本改进实验完全符合新课标理念：变学生的被动学习为主动学习；变学生被动接受为主动参与；变只重视结果为既重结果，更重过程。