高中物理圆周运动实验教具的研究与制作

作     者：皮振均 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘江洪

授予年度：2023年

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 

主      题：圆周运动 离心运动 模型归纳 教具开发与制作 

摘      要：物理学是自然科学领域的一门基础学科,基于观察与实验。课标指出:在高中物理课程中,应注重科学探究,尤其应注重物理实验,这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位。实验教具在教学中能直观、生动、鲜活地将物理现象重现于学生,能很好地激发学生学习物理的热情,提升学生物理学科核心素养,自制教具的开发是实验教学中非常重要的一环。为了明晰教具自制的选题与设计要点、为教师同行展开实验教学提供补充实验并进一步促进自制教具的发展。笔者选取人教版高中物理《圆周运动》章节作为研究对象,以文献研究法为研究方法,在前人的研究基础上,依据课程标准和考纲的要求,对本章内容进行了教材分析和学情分析,明晰了学生学习圆周运动的困难。同时,笔者对近五年高考物理中包含圆周运动知识点的试题进行了统计分析,对所考查的试题进行了模型分类。笔者依据以上研究,对圆周运动章节的实验教具进行了深入研究,发掘圆周运动章节教材实验教具存在数量偏少与功能不全的问题。针对现有实验教具的不足,笔者设计开发了新型向心力大小表达式探究仪、竖直面圆周运动向心力探究仪、离心运动演示仪以及自制离心机四个教具,用于补充课堂实验教学,提升学生物理学科核心素养。新型向心力大小表达式探究仪的实验误差控制在了3%以内,该教具的制作填补了圆周运动章节圆锥面圆周运动实验教具缺乏的空白。竖直面圆周运动向心力探究仪的理论模型为绳球模型,该教具的制作填补了竖直面绳球模型下圆周运动教具缺乏的空白,并一定程度上改进了该类型向心力教具的结构。离心运动演示仪精简了该类型教具的结构,同时进一步放大了离心运动的实验现象,补充了向心运动的实验现象。自制离心机为一个简单有趣的自制教具,制作成本低,现象明显。本文详细地展现了笔者在选题、设计与制作教具过程中的思考,列举了笔者所遇到的问题以及进行的解决方案,细致地介绍了四个自制教具的设计原理、制作过程、实验效果以及优缺点,希望为各位物理教师自制教具与物理实验教学提供参考。