物理探究性学习案例
李鸿
1探究目标
（1）培养学生进行科学探究的兴趣、体验探究的乐趣，发展学生的创新和创造能力.
（2）初步培养学生将所学的知识运用于实践，设计的实验方案与实际材料相结合，选择合适的实验方案进行实验探究的能力.
（3）培养团队合作、协调配合的精神.
（4）初步培养学生书写探究报告的能力.
2课题分析
鸡蛋是学生生活中最常见的食物之一，古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻自不量力，鸡蛋的易碎性是显而易见.课题探究中要求鸡蛋能从2 m高地方落下而安然无恙，在没有进行实验探究前，这个问题对学生而言如同天方夜谭，更是一个巨大的挑战.
本课题可以用来模拟飞行器在极端恶劣的情况下从高空中着陆、模拟在极端恶劣的情况下从高空中落下逃生等情景，有较强的现实意义，能够激起学生探究的兴趣.
3课题实施
3.1准备阶段
在正式比赛之前一周，将课题实验要求以公告的形式张贴出来，其内容如下：
（1）使生鸡蛋从不低于2 m的高处落下，落到水磨石地面上，鸡蛋不能摔破.
（2）根据所使用包装物的质量大小排定成绩，质量小的作品成绩优秀. 对优秀作品进行表彰，并公开展示.
（3）对使用方法具有创新性、创意好的作品将特别提出表扬.
（4）写出探究过程报告，对优秀的探究报告将在校内张贴.
以物理教师为主，在学生中进行广泛的宣传动员，以学生个体和团队探究为主进行实验设计，再将设计方案以作品的形式制作出来，参加比赛.
3.2正式比赛
物理教师作裁判，在学校的水磨石篮球上进行正式比赛.然后收集学生的成功作品，测量其质量.有吕胜、杨芳等15名学生的作品（含鸡蛋）总质量不大于70 g.
比赛结束后，我们及时张榜对学生进行表彰，对叶景、顾明等13名同学创新性、观赏性强的作品进行特别表扬，并发给各团队每一个成员一份获奖证书，鼓励个人探究和团队探究，培养学生合作精神.
收集学生探究报告，及时张贴学生的优秀探究报告作品.
4实验成果
4.1选择合适时间，重培养科学探究兴趣
我们选择午后学生的自由活动时间进行比赛，吸引了大量的学生观看，优秀作品引起许多学生的赞叹，参赛的学生高兴的表情一露无遗.通过几天的观察发现，参与探究的学生，个个都沉浸在探究成功的喜悦中.比赛中，还有一些让我们物理教师感到高兴的小插曲：在布置课题之初，一些认为“摔不破鸡蛋”是不可能实现的任务的学生，不屑一顾去进行实验探究，看到率先表演的杨芳和叶景同学实验成功后，许多学生说：这太简单了.一些学生，就在学校周围现买鸡蛋和气球，现场制作出作品来进行比赛.有的学生通过观摩，还将作品进行改进.为了保护学生探究的积极性，我们也让这些学生参加了比赛.可以想象，这些学生，去掉了科学探究的神秘外衣，在今后的学习、生活和工作中，对科学探究的兴趣一定会越来越浓.
4.2保护探究热情，让学生体验成功喜悦
针对初中八、九年级学生生理和心理特点，从保障学生的安全角度出发，我们降低实验难度，鸡蛋下落的高度只要求不低于2 m，只从包装材料质量来比较成绩，其目的是让更多的学生参与到实验探究中来，让学生体验成功的喜悦.
活动中，学生自由上场比赛，三名学生同时进行表演，营造出一种激烈竞争的场面，观赏性非常强.学生参与的人数比我们预想的多很多.我们允许鸡蛋摔破的学生改进装置，再进行一次实验，这样参与探究的学生越来越多，参赛的学生越来越多，无论鸡蛋是否摔破，参赛学生都很高兴，有效地保护了学生的探究热情.
比赛结束几天后，还有学生还在进行类似的实验探究.很多学生要求提高鸡蛋下落的高度来进行比赛，让他们的作品最优秀的一面体现出来.
4.3作品千姿百态，物理与生活紧紧拥抱
通过实验探究活动，再一次让我们物理教师体会到“没有最好，只有更好”.在学习生活之余，学生参与热情完全超出我们的预料，学生的创意远远超出我们实验之初的预想.
探究活动中，学生充分理解了比赛的规则：比赛前提是鸡蛋不破，鸡蛋一旦破了，便会被淘汰.最重要的是要保证鸡蛋不破，再考虑如何使装置质量尽可能小，使装置稳定性尽可能提高.保证鸡蛋不破就要加强保护措施；质量尽可能小，就要选用密度小的材料，能省就尽量省.为了保证鸡蛋安全，学生在鸡蛋包装上下工夫，各有创意.学生设计的作品种类主要有以下几种：
（1）气垫型：先让气球充气，将鸡蛋夹在两个或两个以上的气球中间，使鸡蛋四周都是气球和气体组成的垫子.学生比赛完后，从六楼上抛下装置，鸡蛋都没有摔破.八（1）班孙美玉同学的作品没花一分钱：将两个废弃的方形塑料袋内充入空气，用细线将袋口扎住；用胶带将鸡蛋固定在一个袋子中间，再盖上另一个充气袋；最后用细线将两个袋子捆绑在一起制成作品.
工作过程
①一开始我们想利用泡沫把鸡蛋包住，装置很轻盈，实验了几次，鸡蛋没有摔破，但我们认为这种装置的外观不漂亮，且方法不新颖.
②然后我们想利用降落伞来帮助，利用浮力和空气的阻力来减小鸡蛋下落的速度，但鸡蛋很容易摔破，很不可靠.于是我们想到了氢气球.氢气球内氢气密度比空气小.如果我们利用的好，我们可以使鸡蛋在氢气球的作用下，缓慢落到地上，鸡蛋不会摔破，也很美观.但我们考虑到，氢气球的价格高，担心如果氢气球没有利用好，鸡蛋随球上浮，不下落.
③最后，我们想到利用普通气球.我们准备把气球吹大，把鸡蛋装进去，然后再把装有鸡蛋的气球外面贴上吹大的气球，这样有气球为鸡蛋挡着，使鸡蛋跟气球落地时，不与地面接触，鸡蛋就不容易破了.但是鸡蛋的个儿太大，气球口太小，不能装下去.我们还是利用气球，将鸡蛋贴在气球的外面，再用两个气球在鸡蛋的另外两边贴着，鸡蛋牢牢夹在三个气球的中间.在三个气球的尾部粘上透明胶带，使它们构成一个三角形，利用了三角形的稳定性，使鸡蛋与气球落下时能平稳点，避免过多振动.在此基础上，我们进行了几次实验，实验结果很成功，这个装置既轻盈又美观.
结论：在气球与鸡蛋下落的过程中，鸡蛋被三个气球包裹着，落地时，鸡蛋不与地面接触，因此没有摔破.
反思：在实验过程中，要不断探究，反复实验.在失败中吸取经验，不断改进实验方法.要在探究过程中，勇于创新，善于思考，把实验做到尽善尽美.
（2）不倒翁型：使整个装置重心尽可能降低，像不倒翁一样，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地.只需要在落地这一个面做好保护，从而节省材料.
首先，学生考虑到的是鸡蛋的受力面积问题.第一次做的装置头部的海绵与鸡蛋接触的那一面是平面，改进实验后，将平面挖了一个与鸡蛋大头弧度大致相同的小坑.
第二道防线是鸡蛋与纸筒的摩擦.有了这一防线，鸡蛋受到更好的缓冲作用.
接下来的问题就是怎样保证装置竖直下落.在装置尾部剪开了四个成“十”字形的口，分别将两块硬纸片插入相对的口中，这样便能保证装置竖直下落了.草图如图1所示.
工作过程：
①装置在尾翼的作用下，竖直下落.
②装置与地面接触时，鸡蛋由于惯性从纸筒中滑下，同时受到纸筒的摩擦力，使鸡蛋下落速度缓慢减小.
③鸡蛋下滑到与海绵接触时，海绵压缩，鸡蛋下落速度进一步缓慢减小，使鸡蛋与地面撞击时，受到的压强很小.
④装置倾倒时，海绵不受约束，由于弹性势能转化为动能，海绵从纸筒中挤出.
（3）多面体型：用骨架和线制作一个多面体，将鸡蛋悬空固定在多面体的中央.装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会着地，鸡蛋就完好无损了.本装置受空气阻力较小，稳定性较好.八（9）班蔡奎同学在鸡蛋上用纸直接扎成多面体，用料极省，造型美观，鸡蛋能够从很高的地方掉下也不会摔破.
（4）外包装型：借鉴生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法，用泡沫、棉花、团成一团的废纸或海绵等密度极小的材料，将鸡蛋包裹起来，通过这些材料的缓冲减震作用，达到保护鸡蛋的目的.本次实验中采用这种方法的学生作品比较多：如先在一块泡沫塑料中间挖一个与鸡蛋完全相同的洞，在洞口封上泡沫塑料或海绵，用胶带扎好就制成作品.有的同学直接用海绵包扎鸡蛋，用胶带扎好就制成一个最简单的装置.
（5）吸管组型：用几根吸管绑在一起做成吸管组，将鸡蛋夹在中间，用胶条固定，利用中空的吸管起到缓冲作用.方乙岚同学利用吸管制成吸引人的圣诞老人的外形，质量小，对鸡蛋的保护作用也很明显.
（6）降落伞型：借鉴跳伞、宇宙飞船减速等实例，利用塑料袋、气球等制成降落伞，增大空气阻力，使鸡蛋连同整个装置以较小的速度平稳落地.九（5）班刘凯同学利用两个画有卡通图案的气球作降落伞，将包有海绵的鸡蛋用细线系在气球下.冉冉下落的气球，鸡蛋安全落地，吸引了学生的眼球.
5意外收获
实验设计之初，我们以去掉鸡蛋再测量整个装置的质量取成绩，但取下鸡蛋时，容易将很多作品损坏，无法展示，最后采用鸡蛋和包装材料一起测量的方案来计量成绩.这引起部分学生抗议：鸡蛋的质量有大小之分，对成绩影响较大.实验中学生还提出不同鸡蛋抗压能力对实验结果的影响、鸡蛋生或熟、用鸡蛋做实验好还是鸭蛋做实验好等问题.这一方面需要我们在今后实验中要设计的更完善，也从另外一个角度说明学生在探究过程中，能够采用控制变量法等科学方法来思考问题，也善于发现问题，这些正是我们在科学教育中最希望学生拥有的能力.
实验探究中，我们发现大部分学生所使用的材料都是废物再利用，充分体现了学生已经形成环境保护意识，学生已经有初步的环境意识.在使用氢气球还是普通气球为材料时，已能用经济观念来判断，体现了学生具有对事物的判断能力.
比赛中，学生已经懂得保护自己的知识产权.我们为了让更多学生参与到实验探究中来，准许现场模仿的学生参加比赛，受到先比赛学生的抗议，后来参加比赛的学生，有的只是单纯的模仿，但有的同学在模仿中并改进了实验装置，使成绩更好.学生在自己的探究报告中标出“版权所有，仿冒必究”，这一方面说明其作品是他们经过很多次探究而得出的，对他人的模仿存在天生的反感，也说明他们对自己作品的保护意识，这提醒我们在以后的实验探究中要善于处理创新与模仿的冲突，既要鼓励全体学生进行实验探究，也要恰当地保护各层次学生的创新和创造成果.
实验探究活动中，学生经受失败打击的能力增强了.有的同学反映，实验中，为了找到合适的方法，摔破了六个鸡蛋，通过改进实验方法来进行实验，最终选取一个自己认为比较好的方案来进行比赛，取得了好成绩.失败是成功之母，经过实验挫折考验的学生，永不放弃的学生，相信他们在今后的生活和工作中，一定会更好地生存.
鸡蛋撞地球，高空坠蛋而不破，通过怀疑、尝试，越来越多的学生加入到探究活动中来，将看似不可能的事情经过实验探究变成现实，能用科学的手段解决类似问题.活动培养了学生学习物理和科学探究的兴趣，培养了学生科学探究的能力和STS意识，进一步使学生明白：物理来源于生活，从生活中学习物理，让物理知识应用于生活中，我们的生活会越来越美好.
1探究目标
（1）培养学生进行科学探究的兴趣、体验探究的乐趣，发展学生的创新和创造能力.
（2）初步培养学生将所学的知识运用于实践，设计的实验方案与实际材料相结合，选择合适的实验方案进行实验探究的能力.
（3）培养团队合作、协调配合的精神.
（4）初步培养学生书写探究报告的能力.
2课题分析
鸡蛋是学生生活中最常见的食物之一，古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻自不量力，鸡蛋的易碎性是显而易见.课题探究中要求鸡蛋能从2 m高地方落下而安然无恙，在没有进行实验探究前，这个问题对学生而言如同天方夜谭，更是一个巨大的挑战.
本课题可以用来模拟飞行器在极端恶劣的情况下从高空中着陆、模拟在极端恶劣的情况下从高空中落下逃生等情景，有较强的现实意义，能够激起学生探究的兴趣.
3课题实施
3.1准备阶段
在正式比赛之前一周，将课题实验要求以公告的形式张贴出来，其内容如下：
（1）使生鸡蛋从不低于2 m的高处落下，落到水磨石地面上，鸡蛋不能摔破.
（2）根据所使用包装物的质量大小排定成绩，质量小的作品成绩优秀. 对优秀作品进行表彰，并公开展示.
（3）对使用方法具有创新性、创意好的作品将特别提出表扬.
（4）写出探究过程报告，对优秀的探究报告将在校内张贴.
以物理教师为主，在学生中进行广泛的宣传动员，以学生个体和团队探究为主进行实验设计，再将设计方案以作品的形式制作出来，参加比赛.
3.2正式比赛
物理教师作裁判，在学校的水磨石篮球上进行正式比赛.然后收集学生的成功作品，测量其质量.有吕胜、杨芳等15名学生的作品（含鸡蛋）总质量不大于70 g.
比赛结束后，我们及时张榜对学生进行表彰，对叶景、顾明等13名同学创新性、观赏性强的作品进行特别表扬，并发给各团队每一个成员一份获奖证书，鼓励个人探究和团队探究，培养学生合作精神.
收集学生探究报告，及时张贴学生的优秀探究报告作品.
4实验成果
4.1选择合适时间，重培养科学探究兴趣
我们选择午后学生的自由活动时间进行比赛，吸引了大量的学生观看，优秀作品引起许多学生的赞叹，参赛的学生高兴的表情一露无遗.通过几天的观察发现，参与探究的学生，个个都沉浸在探究成功的喜悦中.比赛中，还有一些让我们物理教师感到高兴的小插曲：在布置课题之初，一些认为“摔不破鸡蛋”是不可能实现的任务的学生，不屑一顾去进行实验探究，看到率先表演的杨芳和叶景同学实验成功后，许多学生说：这太简单了.一些学生，就在学校周围现买鸡蛋和气球，现场制作出作品来进行比赛.有的学生通过观摩，还将作品进行改进.为了保护学生探究的积极性，我们也让这些学生参加了比赛.可以想象，这些学生，去掉了科学探究的神秘外衣，在今后的学习、生活和工作中，对科学探究的兴趣一定会越来越浓.
4.2保护探究热情，让学生体验成功喜悦
针对初中八、九年级学生生理和心理特点，从保障学生的安全角度出发，我们降低实验难度，鸡蛋下落的高度只要求不低于2 m，只从包装材料质量来比较成绩，其目的是让更多的学生参与到实验探究中来，让学生体验成功的喜悦.
活动中，学生自由上场比赛，三名学生同时进行表演，营造出一种激烈竞争的场面，观赏性非常强.学生参与的人数比我们预想的多很多.我们允许鸡蛋摔破的学生改进装置，再进行一次实验，这样参与探究的学生越来越多，参赛的学生越来越多，无论鸡蛋是否摔破，参赛学生都很高兴，有效地保护了学生的探究热情.
比赛结束几天后，还有学生还在进行类似的实验探究.很多学生要求提高鸡蛋下落的高度来进行比赛，让他们的作品最优秀的一面体现出来.
4.3作品千姿百态，物理与生活紧紧拥抱
通过实验探究活动，再一次让我们物理教师体会到“没有最好，只有更好”.在学习生活之余，学生参与热情完全超出我们的预料，学生的创意远远超出我们实验之初的预想.
探究活动中，学生充分理解了比赛的规则：比赛前提是鸡蛋不破，鸡蛋一旦破了，便会被淘汰.最重要的是要保证鸡蛋不破，再考虑如何使装置质量尽可能小，使装置稳定性尽可能提高.保证鸡蛋不破就要加强保护措施；质量尽可能小，就要选用密度小的材料，能省就尽量省.为了保证鸡蛋安全，学生在鸡蛋包装上下工夫，各有创意.学生设计的作品种类主要有以下几种：
（1）气垫型：先让气球充气，将鸡蛋夹在两个或两个以上的气球中间，使鸡蛋四周都是气球和气体组成的垫子.学生比赛完后，从六楼上抛下装置，鸡蛋都没有摔破.八（1）班孙美玉同学的作品没花一分钱：将两个废弃的方形塑料袋内充入空气，用细线将袋口扎住；用胶带将鸡蛋固定在一个袋子中间，再盖上另一个充气袋；最后用细线将两个袋子捆绑在一起制成作品.
工作过程
①一开始我们想利用泡沫把鸡蛋包住，装置很轻盈，实验了几次，鸡蛋没有摔破，但我们认为这种装置的外观不漂亮，且方法不新颖.
②然后我们想利用降落伞来帮助，利用浮力和空气的阻力来减小鸡蛋下落的速度，但鸡蛋很容易摔破，很不可靠.于是我们想到了氢气球.氢气球内氢气密度比空气小.如果我们利用的好，我们可以使鸡蛋在氢气球的作用下，缓慢落到地上，鸡蛋不会摔破，也很美观.但我们考虑到，氢气球的价格高，担心如果氢气球没有利用好，鸡蛋随球上浮，不下落.
③最后，我们想到利用普通气球.我们准备把气球吹大，把鸡蛋装进去，然后再把装有鸡蛋的气球外面贴上吹大的气球，这样有气球为鸡蛋挡着，使鸡蛋跟气球落地时，不与地面接触，鸡蛋就不容易破了.但是鸡蛋的个儿太大，气球口太小，不能装下去.我们还是利用气球，将鸡蛋贴在气球的外面，再用两个气球在鸡蛋的另外两边贴着，鸡蛋牢牢夹在三个气球的中间.在三个气球的尾部粘上透明胶带，使它们构成一个三角形，利用了三角形的稳定性，使鸡蛋与气球落下时能平稳点，避免过多振动.在此基础上，我们进行了几次实验，实验结果很成功，这个装置既轻盈又美观.
结论：在气球与鸡蛋下落的过程中，鸡蛋被三个气球包裹着，落地时，鸡蛋不与地面接触，因此没有摔破.
反思：在实验过程中，要不断探究，反复实验.在失败中吸取经验，不断改进实验方法.要在探究过程中，勇于创新，善于思考，把实验做到尽善尽美.
（2）不倒翁型：使整个装置重心尽可能降低，像不倒翁一样，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地.只需要在落地这一个面做好保护，从而节省材料.
首先，学生考虑到的是鸡蛋的受力面积问题.第一次做的装置头部的海绵与鸡蛋接触的那一面是平面，改进实验后，将平面挖了一个与鸡蛋大头弧度大致相同的小坑.
第二道防线是鸡蛋与纸筒的摩擦.有了这一防线，鸡蛋受到更好的缓冲作用.
接下来的问题就是怎样保证装置竖直下落.在装置尾部剪开了四个成“十”字形的口，分别将两块硬纸片插入相对的口中，这样便能保证装置竖直下落了.草图如图1所示.
工作过程：
①装置在尾翼的作用下，竖直下落.
②装置与地面接触时，鸡蛋由于惯性从纸筒中滑下，同时受到纸筒的摩擦力，使鸡蛋下落速度缓慢减小.
③鸡蛋下滑到与海绵接触时，海绵压缩，鸡蛋下落速度进一步缓慢减小，使鸡蛋与地面撞击时，受到的压强很小.
④装置倾倒时，海绵不受约束，由于弹性势能转化为动能，海绵从纸筒中挤出.
（3）多面体型：用骨架和线制作一个多面体，将鸡蛋悬空固定在多面体的中央.装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会着地，鸡蛋就完好无损了.本装置受空气阻力较小，稳定性较好.八（9）班蔡奎同学在鸡蛋上用纸直接扎成多面体，用料极省，造型美观，鸡蛋能够从很高的地方掉下也不会摔破.
（4）外包装型：借鉴生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法，用泡沫、棉花、团成一团的废纸或海绵等密度极小的材料，将鸡蛋包裹起来，通过这些材料的缓冲减震作用，达到保护鸡蛋的目的.本次实验中采用这种方法的学生作品比较多：如先在一块泡沫塑料中间挖一个与鸡蛋完全相同的洞，在洞口封上泡沫塑料或海绵，用胶带扎好就制成作品.有的同学直接用海绵包扎鸡蛋，用胶带扎好就制成一个最简单的装置.
（5）吸管组型：用几根吸管绑在一起做成吸管组，将鸡蛋夹在中间，用胶条固定，利用中空的吸管起到缓冲作用.方乙岚同学利用吸管制成吸引人的圣诞老人的外形，质量小，对鸡蛋的保护作用也很明显.
（6）降落伞型：借鉴跳伞、宇宙飞船减速等实例，利用塑料袋、气球等制成降落伞，增大空气阻力，使鸡蛋连同整个装置以较小的速度平稳落地.九（5）班刘凯同学利用两个画有卡通图案的气球作降落伞，将包有海绵的鸡蛋用细线系在气球下.冉冉下落的气球，鸡蛋安全落地，吸引了学生的眼球.
5意外收获
实验设计之初，我们以去掉鸡蛋再测量整个装置的质量取成绩，但取下鸡蛋时，容易将很多作品损坏，无法展示，最后采用鸡蛋和包装材料一起测量的方案来计量成绩.这引起部分学生抗议：鸡蛋的质量有大小之分，对成绩影响较大.实验中学生还提出不同鸡蛋抗压能力对实验结果的影响、鸡蛋生或熟、用鸡蛋做实验好还是鸭蛋做实验好等问题.这一方面需要我们在今后实验中要设计的更完善，也从另外一个角度说明学生在探究过程中，能够采用控制变量法等科学方法来思考问题，也善于发现问题，这些正是我们在科学教育中最希望学生拥有的能力.
实验探究中，我们发现大部分学生所使用的材料都是废物再利用，充分体现了学生已经形成环境保护意识，学生已经有初步的环境意识.在使用氢气球还是普通气球为材料时，已能用经济观念来判断，体现了学生具有对事物的判断能力.
比赛中，学生已经懂得保护自己的知识产权.我们为了让更多学生参与到实验探究中来，准许现场模仿的学生参加比赛，受到先比赛学生的抗议，后来参加比赛的学生，有的只是单纯的模仿，但有的同学在模仿中并改进了实验装置，使成绩更好.学生在自己的探究报告中标出“版权所有，仿冒必究”，这一方面说明其作品是他们经过很多次探究而得出的，对他人的模仿存在天生的反感，也说明他们对自己作品的保护意识，这提醒我们在以后的实验探究中要善于处理创新与模仿的冲突，既要鼓励全体学生进行实验探究，也要恰当地保护各层次学生的创新和创造成果.
实验探究活动中，学生经受失败打击的能力增强了.有的同学反映，实验中，为了找到合适的方法，摔破了六个鸡蛋，通过改进实验方法来进行实验，最终选取一个自己认为比较好的方案来进行比赛，取得了好成绩.失败是成功之母，经过实验挫折考验的学生，永不放弃的学生，相信他们在今后的生活和工作中，一定会更好地生存.
鸡蛋撞地球，高空坠蛋而不破，通过怀疑、尝试，越来越多的学生加入到探究活动中来，将看似不可能的事情经过实验探究变成现实，能用科学的手段解决类似问题.活动培养了学生学习物理和科学探究的兴趣，培养了学生科学探究的能力和STS意识，进一步使学生明白：物理来源于生活，从生活中学习物理，让物理知识应用于生活中，我们的生活会越来越美好.
