对人教版教材“实验:探究碰撞中的不变量”编写的一点质疑

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维果斯基“最近发展区”理论认为，学生的发展有两种水平：一种是学生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教学所获得的潜力.两者之间的差距就是最近发展区，如图1所示.教学应着眼于学生的最近发展区，为学生提供带有难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到其潜在发展水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展，通过教学再创造出新的“最近发展区”，如图2所示，教学只有落在学生的“最近发展区”内，才能促进学生不断向前发展.

1 问题的由来

本节课是一节典型的科学探究课，探究教学过程可以概括为“创设问题情境-发现和表述问题-猜想和假设-论据、论证、结论-评估与应用”.其中“猜想和假设”环节有承上启下的作用.“猜想和假设”落在学生的“最近发展区”内才可能激发学生进一步学习的兴趣.本节课的“猜想和假设”环节教材中是这样编写的：

“碰撞前后那个物理量可能是不变的？质量是不变的，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的”不变量“.速度在碰撞前后是变化的，但一个物体的质量与它的速度的乘积是不是不变量？如果不是，那么，两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不是不变量？

质疑1 对于科学探究课，教材中有没有必要给出“猜想与假设”的具体情况？教材中给出的“猜想”容易被看作“标准”，误导教学.探究教学应该遵循动态生成的原则，学生猜想的结果应该是丰富多彩的，这正是探究教学中“猜想与假设”的魅力所在，而不是拘泥于教材中的“标准猜想”.

质疑2 即使教材中给出几个可能的情况，也应该是大多数学生能猜到的，即在学生可接受的范围内，又能引领学生发展.也就是要落在学生的“最近发展区”内，而不是像教材中给出三种学生并不理解的情形.

质疑3 给出的表达式要有“物理味”，要代表一定的物理意义，不能为了猜想而猜想，例如教材中给出表达式：m1v21+m2v22=m1v′21+m1v′22.

3 问题的解决方案：顺学而导

新课程的一个重要理念就是要突出学生的主体地位，既然学生有自己的猜想，就应该按照学生的猜想进行实验，分析论证，当学生在探究的过程中遇到问题时，老师再给予适当的引导，让学生经历“再猜想-再论证-再猜想”的过程.激发认知冲突，不断完成知识的“顺应”，一步一步引导学生向前发展.所以笔者给出的教学建议是：教科书上的三种猜想教学价值不大，应顺应学生的两种猜想，逐步引导得出所要寻找的不变量.笔者在教学实践中，给出一种可行的解决方案.

本实验中采用如图3所示的实验装置，利用DIS实验平台中的光电门传感器测出挡光片挡光的时间，从而间接测量小车的速度，并且先研究特殊情况：一个运动的小车去撞击一个静止的小车，简称“一静一动”碰撞.

学生活动1 小组合作探究：用DIS实验平台定量研究

在“一静一动”碰撞中，将学生分为10个小组，每个小组4个人，进行合作探究.其中五个小组小车的质量是m1=0.132 kg、m2=0.278 kg；另外五个小组小车的质量是m1=0.182 kg、m2=0.328 kg.

待各小组都完成实验测量后，让学生处理实验数据，判断前面自己的两种猜想是否正确.

经过上面的分析可以得出的学生自己的猜想不正确，此时教师要引导学生.

提出问题1 速度是矢量，我们在实验数据处理过程中有什么不妥当的地方？大家可以交流一下.

交流结果 碰撞后m1的速度方向发生变化，在计算碰撞后的平均速度时应该考虑速度的方向性.重新处理实验数据.

在考虑速度的方向性后，碰撞前的平均速度和碰撞后的平均速度差别依然很大.

提出问题2 由于只猜想了两种情况，可能有其他新的物理量在碰撞前后保持不变.大家不妨计算质量和速度的乘积在碰撞前后是否保持不变.

结果显示，碰撞前两物体质量和速度的乘积之和与碰撞后两物体质量和速度的乘积之和差别还是很大.

提出问题3 直接将质量和速度大小的乘积加起来，这样处理有什么不妥的地方？

学生会想到此时没有考虑速度的方向性.

提出问题4 现在再次考虑速度的方向性，如果规定m1的初速度v1的方向为正方向，那么碰撞后m1的速度是正值还是负值？

经过“反复猜想与论证”，终于找到了在“一静一动”碰撞前后的不变量，同理，可以采用同样的方法去研究其他碰撞情况下：质量和速度的乘积是否也保持不变.同时注意：这里是“速度”，而不是“速率”.