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物理是一门实验科学，演示实验是初中物理课堂教学的一个重要组成部分。多数教师实验教学的程序是：简介组装器材——实验观察现象——分析得出结论。从教学流程可以看出，“为什么要用这些器材？”、“怎样组装这些器材？”是实验教学的盲区，没有充分发挥低成本实验设计对学生思维的促进作用。笔者结合刘军和吴庆荣两老师开设的苏科版八年级物理教材的两个教学片段，谈谈如何设计框架性问题和系列小问题，让学生参与低成本实验设计的教学过程。
片段一“探究二力平衡条件”实验
问题1二力平衡的条件有哪些？
演示：教师组装好如图1实验装置。在木块两端用相同的细棉线各系住一只相同的托盘，再同时放入一只相等重量的砝码。
师：木块处于什么状态？在水平方向受到几个力的作用？这几个力是不是平衡力？
生：木块处于静止状态，在水平方向上受到两个力作用（在黑板上画出木块在水平方向上的受力示意图），这两个力是平衡力。
设计意图：演示实验、画受力示意图，是为学生猜想提供依据。
师：请你猜想，二力平衡的条件有哪些？
生：二力平衡的条件可能有，大小相等，方向相反。
生：两个力还要作用在同一直线上，作用在同一物体上。
[TP7CW47。TIF，BP#]
问题2用什么装置探究二力平衡的条件？
演示：在右盘中再加一只小砝码（结果木块仍处于静止状态）。
设计意图：设置思维冲突，引发学生思考。
师：木块在水平方向上受到的两个拉力不相等，为什么还会处于平衡状态？
生：此时木块在水平方向上还受到一个摩擦力作用（在黑板上画出木块在水平方向上的受力示意图），现在已经不是二力平衡问题了。
师：要避免这种现象，实验改进的思路是什么？
生：要设法减少这个摩擦力。
生：可以在木块下加轮子，变滑动摩擦力为滚动摩擦力，就可以减少这个摩擦力了，如图2所示。
师：在相同条件下，滚动摩擦力比滑动摩擦力要小，这位同学能将所学知识应用于实验设计，很好。那么，我们能消除这个摩擦力吗？
设计意图：既表扬了刚才回答问题的同学，又同时启发下面问题的思路，要用所学知识来设计实验。
生：课本上说，“使物体与物体支持面脱离接触，也可以减小摩擦”，我们将木块离开桌面，摩擦力不就消失了吗？
师：你回答得真棒！那么，又怎样才能使木块离开桌面呢？
生：在两端托盘里增加砝码。
演示：用两个铁架台抬高两端的定滑轮，分别在两端增加砝码（结果由于砝码重量增加有限，不行）；再将砝码改为钩码（解决问题），如图3所示。
[TP7CW48。TIF，BP#]
师：现在摩擦力消除了，木块在水平方向上受到的两个拉力相等了。有没有出现新的问题呢？
众生：木块两端的拉力不在同一直线上。
师：我们又怎么办呢？
生：继续增加钩码。
演示：在两端同时增加钩码（在钩码增加了一定数量后，勉强可以达到效果）。
生：也可以将木块换成木片，减小木块重力。
演示：将木块换成木片（不需要挂很多钩码，就达到很好效果）。
师：你们回答得都很好！增加钩码数量是增加拉力，将木块换成木片的目的是减小木块重力，这两种方法实质上是使木块的重力相对于两端的拉力足够小，可以忽略不计，这种研究问题的方法叫忽略次要因素法。课本上介绍的实验装置用的是硬纸片，如图4所示，我们就用此装置研究二力平衡的条件。
设计意图：两次演示，提供直观现象，让学生理解忽略次要因素法的实质，有效突破教学难点。将学生提出的木片换成纸片，为下面剪纸片的实验操作埋下伏笔。
问题3二力平衡的条件是什么？
师：同学们认为二力平衡的条件有4个，如何通过实验来验证这4个条件呢？
生：二力平衡的条件有4个，我们可以采用控制变量法来探究。当研究某个条件不满足时，必须控制其他三个条件相同。
师：如何探究二力大小不相等对物体平衡的影响？
生：利用定滑轮能改变施力方向的特点，在两端挂数量不等的钩码来改变F1和F2的大小。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
[HT6”][BG（！]
[BHDFG2，WK5，K10，K8，K5，K5W]
实验次数[]控制条件[]改变条件[]实验现象[]实验结论[HJ*4]
[BHDG16，WK28，K5W][ZB（][BHDG4，WK5，K10ZQ，K8ZQ，K5]1[]两力方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上[]两力大小不相等
[BH]2[]两力大小相等、作用在同一直线上、作用在同一物体上[]两力方向相同
[BH]3[]两力大小相等、方向相反、作用在同一物体上[]两力作用线不在同一直线上
[BH]4[]两力大小相等、方向相反、作用在同一直线上[]两力作用在两个物体上[HJ3mm][ZB）]
[BG）F][HJ1。6mm]
设计意图：教师直接出示表格，不让学生设计，以免冲淡实验主题。
师：如何探究二力方向不相反对物体平衡的影响？
生：把一端的钩码移到另一端，如图5，观察纸片是否处于静止状态。
[TP7CW49。TIF，BP#]
生：也可将铁架台靠近一些，再把小纸片向下压，如图6，观察纸片是否处于静止状态。
设计意图：让学生开放性思考，只要答案合理，就要充分肯定，并让学生动手操作。 学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：如何探究二力作用线不在同一直线上对二力平衡的影响？
生：保持F1与F2相等，用手将小卡片旋转一定角度，如图7，松手后，观察纸片是否处于静止状态。
[TP7CW50。TIF，BP#]
师：“旋转”与“翻转”不同，旋转的轴心与棉线垂直，翻转的轴心与棉线重合。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：如何探究二力作用在不同物体上对物体平衡的影响？
生：用剪刀将纸片剪开，观察纸片是否处于静止状态。
设计意图：当学生思维出现障碍时，可出示剪刀提示。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：通过上述实验探究，你能得出二力平衡的条件是什么？
生：由上述实验可知，二力平衡的4个条件一个都不能少。也就是二力平衡的条件是大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，缺一不可。
师：在实验过程中，老师发现某小组同学在滑轮两边所挂的钩码数不一样，而小纸片仍处于静止状态，如图8，这是为什么？
生：左边的棉线粗糙些，两端棉线与滑轮间的摩擦力不同。
设计意图：这是在学生练习中出现的问题，教师在实验中进行必要的预设，将实验现象展现在学生面前，学生一目了然，比空洞说教好。
片段二“探究阻力对物体运动影响”实验
问题1物体运动的距离与哪些因素有关？
演示：在水平木板上先轻推木块，再快推木块，观察木块运动的距离。
生：物体在木板上运动的距离与物体的初速度有关。
演示：在水平木板上先用力推木块，再在木板上用相同的力推小车，观察木块和小车的运动距离。
生：物体在木板上运动的距离还与物体受到的阻力大小有关。
设计意图：上述两次实验为学生猜想提供了依据。
问题2用什么装置来探究阻力对物体运动的影响？
师：如何探究阻力对物体运动的影响呢？
生：控制物体在水平面上的初速度相同，改变物体受到的阻力。
师：那么，如何控制物体在水平面的初速度相同呢？
生：用相同的力来推木块。
师：用手两次推木块，能保证两次推的力大小相同吗？
生：不能保证。
师：那么怎样才能保证呢？
生：用机械来推。可以用一只硬弹簧，让木块每次压缩弹簧的压缩量相等，然后松手，让弹簧把木块弹出去，如图9。
[TP7CW51。TIF，BP#]
演示：用木块将弹簧压缩相同的压缩量，松手，木块移动相同距离。
设计意图：教师通过不断追问，引发学生思考：一是本实验的主要研究方法是控制变量法；二是保证木块在水平面的初速度相等的原始方法是人用相等的力来推木块，再到被压缩的弹簧弹木块，而不是从斜面滑下来，学生难以接受。
师：还有其他方法吗？
演示：在木板前加一个斜面，让小车从斜面不同高度滑下，请同学们观察小车在水平面上移动的距离。
生：小车放得越高，小车在水平面上移动距离越长；小车放得越低，小车在水平面上移动的距离越短。
设计意图：先让学生观察实验现象，有了直观体验后，再思考实验装置的设计方法。
师：这说明小车移动的距离是由什么来决定？
生：小车放在斜面上的高度。
生（顿悟）：如果我们将小车放在斜面上同一高度后释放，小车到达水平面时的初速度就应该相等。
师：释放小车有什么要求吗？
生：自由释放，不能有推力。
师：那么我们怎样改变物体受到的阻力呢？
生：改变木板的粗糙程度，如在水平桌面铺上粗糙程度不同的棉布、木板、玻璃等。
师：我们就利用如图10所示的装置做实验。
[TP7CW52。TIF，BP#]
问题3阻力对物体运动有什么影响？
师：实验记录表格如下（教师直接出示，以免冲淡实验主题）。
[HT6”]
[BG（！][BHDFG4，WK7，K13，K13W]
木板表面状况[]阻力大小f（选填“大”、“较大”、“较小”）
[]小车运动的距离s（选填“长”、“较长”、“较短”）
[BHDG2]棉布（粗糙）[BH]木板（较粗糙）[BH]玻璃（光滑）[HJ2mm]
[BG）F][HJ1。45mm]
学生实验，并将实验现象填入表格。
师：由实验现象，你能得出什么结论吗？
生：水平面越光滑，小车运动的距离越长。
师：这说明什么？
生：这说明小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。
师：假如水平面完全光滑， 且足够长，那么小车运动的距[LL][HJ1。6mm]离如何？
生：小车将一直运动下去。
师：刚才我们先做实验，再根据实验现象的发展趋势推知实验结论。这种实验和推理的方法叫什么？你还能举出应用此方法的探究实验的事例吗？
生：理想化实验，探究声音不能在真空中传播。
设计意图：实验的方法一直是学生学习的难点。此处及时点明运用的实验方法，并复习巩固此方法的应用，将知识串珠成网。
问题4在垫放棉布、玻璃板时，水平面的高度就变高了，小车所放置的高度也就相对变低了，这会影响实验的结果，怎么办？
生：先将棉布和玻璃板放在木板下方，这样分别取出棉布或玻璃板放在木板上方时，小车到达水平面的总高度不变化。
设计意图：该问题是同学们在实验过程中生成的，经过他们的认真讨论、思考，最后创新地解决了问题，使实验装置更加完善。
通过上述两个片段的教学，教者改变原有直接出示并利用器材进行实验的做法，而是循循善诱，引导学生参与设计实验装置，让学生不但知其然、而且知其所以然，让学生具有实验设计的知情权，这样使物理课堂更具有理性，对实验的细节理解、掌握得更加深刻，有利于发展学生的实验能力。
片段一“探究二力平衡条件”实验
问题1二力平衡的条件有哪些？
演示：教师组装好如图1实验装置。在木块两端用相同的细棉线各系住一只相同的托盘，再同时放入一只相等重量的砝码。
师：木块处于什么状态？在水平方向受到几个力的作用？这几个力是不是平衡力？
生：木块处于静止状态，在水平方向上受到两个力作用（在黑板上画出木块在水平方向上的受力示意图），这两个力是平衡力。
设计意图：演示实验、画受力示意图，是为学生猜想提供依据。
师：请你猜想，二力平衡的条件有哪些？
生：二力平衡的条件可能有，大小相等，方向相反。
生：两个力还要作用在同一直线上，作用在同一物体上。
[TP7CW47。TIF，BP#]
问题2用什么装置探究二力平衡的条件？
演示：在右盘中再加一只小砝码（结果木块仍处于静止状态）。
设计意图：设置思维冲突，引发学生思考。
师：木块在水平方向上受到的两个拉力不相等，为什么还会处于平衡状态？
生：此时木块在水平方向上还受到一个摩擦力作用（在黑板上画出木块在水平方向上的受力示意图），现在已经不是二力平衡问题了。
师：要避免这种现象，实验改进的思路是什么？
生：要设法减少这个摩擦力。
生：可以在木块下加轮子，变滑动摩擦力为滚动摩擦力，就可以减少这个摩擦力了，如图2所示。
师：在相同条件下，滚动摩擦力比滑动摩擦力要小，这位同学能将所学知识应用于实验设计，很好。那么，我们能消除这个摩擦力吗？
设计意图：既表扬了刚才回答问题的同学，又同时启发下面问题的思路，要用所学知识来设计实验。
生：课本上说，“使物体与物体支持面脱离接触，也可以减小摩擦”，我们将木块离开桌面，摩擦力不就消失了吗？
师：你回答得真棒！那么，又怎样才能使木块离开桌面呢？
生：在两端托盘里增加砝码。
演示：用两个铁架台抬高两端的定滑轮，分别在两端增加砝码（结果由于砝码重量增加有限，不行）；再将砝码改为钩码（解决问题），如图3所示。
[TP7CW48。TIF，BP#]
师：现在摩擦力消除了，木块在水平方向上受到的两个拉力相等了。有没有出现新的问题呢？
众生：木块两端的拉力不在同一直线上。
师：我们又怎么办呢？
生：继续增加钩码。
演示：在两端同时增加钩码（在钩码增加了一定数量后，勉强可以达到效果）。
生：也可以将木块换成木片，减小木块重力。
演示：将木块换成木片（不需要挂很多钩码，就达到很好效果）。
师：你们回答得都很好！增加钩码数量是增加拉力，将木块换成木片的目的是减小木块重力，这两种方法实质上是使木块的重力相对于两端的拉力足够小，可以忽略不计，这种研究问题的方法叫忽略次要因素法。课本上介绍的实验装置用的是硬纸片，如图4所示，我们就用此装置研究二力平衡的条件。
设计意图：两次演示，提供直观现象，让学生理解忽略次要因素法的实质，有效突破教学难点。将学生提出的木片换成纸片，为下面剪纸片的实验操作埋下伏笔。
问题3二力平衡的条件是什么？
师：同学们认为二力平衡的条件有4个，如何通过实验来验证这4个条件呢？
生：二力平衡的条件有4个，我们可以采用控制变量法来探究。当研究某个条件不满足时，必须控制其他三个条件相同。
师：如何探究二力大小不相等对物体平衡的影响？
生：利用定滑轮能改变施力方向的特点，在两端挂数量不等的钩码来改变F1和F2的大小。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
[HT6”][BG（！]
[BHDFG2，WK5，K10，K8，K5，K5W]
实验次数[]控制条件[]改变条件[]实验现象[]实验结论[HJ*4]
[BHDG16，WK28，K5W][ZB（][BHDG4，WK5，K10ZQ，K8ZQ，K5]1[]两力方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上[]两力大小不相等
[BH]2[]两力大小相等、作用在同一直线上、作用在同一物体上[]两力方向相同
[BH]3[]两力大小相等、方向相反、作用在同一物体上[]两力作用线不在同一直线上
[BH]4[]两力大小相等、方向相反、作用在同一直线上[]两力作用在两个物体上[HJ3mm][ZB）]
[BG）F][HJ1。6mm]
设计意图：教师直接出示表格，不让学生设计，以免冲淡实验主题。
师：如何探究二力方向不相反对物体平衡的影响？
生：把一端的钩码移到另一端，如图5，观察纸片是否处于静止状态。
[TP7CW49。TIF，BP#]
生：也可将铁架台靠近一些，再把小纸片向下压，如图6，观察纸片是否处于静止状态。
设计意图：让学生开放性思考，只要答案合理，就要充分肯定，并让学生动手操作。 学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：如何探究二力作用线不在同一直线上对二力平衡的影响？
生：保持F1与F2相等，用手将小卡片旋转一定角度，如图7，松手后，观察纸片是否处于静止状态。
[TP7CW50。TIF，BP#]
师：“旋转”与“翻转”不同，旋转的轴心与棉线垂直，翻转的轴心与棉线重合。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：如何探究二力作用在不同物体上对物体平衡的影响？
生：用剪刀将纸片剪开，观察纸片是否处于静止状态。
设计意图：当学生思维出现障碍时，可出示剪刀提示。
学生实验，并将实验结果填入记录表格。
师：通过上述实验探究，你能得出二力平衡的条件是什么？
生：由上述实验可知，二力平衡的4个条件一个都不能少。也就是二力平衡的条件是大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，缺一不可。
师：在实验过程中，老师发现某小组同学在滑轮两边所挂的钩码数不一样，而小纸片仍处于静止状态，如图8，这是为什么？
生：左边的棉线粗糙些，两端棉线与滑轮间的摩擦力不同。
设计意图：这是在学生练习中出现的问题，教师在实验中进行必要的预设，将实验现象展现在学生面前，学生一目了然，比空洞说教好。
片段二“探究阻力对物体运动影响”实验
问题1物体运动的距离与哪些因素有关？
演示：在水平木板上先轻推木块，再快推木块，观察木块运动的距离。
生：物体在木板上运动的距离与物体的初速度有关。
演示：在水平木板上先用力推木块，再在木板上用相同的力推小车，观察木块和小车的运动距离。
生：物体在木板上运动的距离还与物体受到的阻力大小有关。
设计意图：上述两次实验为学生猜想提供了依据。
问题2用什么装置来探究阻力对物体运动的影响？
师：如何探究阻力对物体运动的影响呢？
生：控制物体在水平面上的初速度相同，改变物体受到的阻力。
师：那么，如何控制物体在水平面的初速度相同呢？
生：用相同的力来推木块。
师：用手两次推木块，能保证两次推的力大小相同吗？
生：不能保证。
师：那么怎样才能保证呢？
生：用机械来推。可以用一只硬弹簧，让木块每次压缩弹簧的压缩量相等，然后松手，让弹簧把木块弹出去，如图9。
[TP7CW51。TIF，BP#]
演示：用木块将弹簧压缩相同的压缩量，松手，木块移动相同距离。
设计意图：教师通过不断追问，引发学生思考：一是本实验的主要研究方法是控制变量法；二是保证木块在水平面的初速度相等的原始方法是人用相等的力来推木块，再到被压缩的弹簧弹木块，而不是从斜面滑下来，学生难以接受。
师：还有其他方法吗？
演示：在木板前加一个斜面，让小车从斜面不同高度滑下，请同学们观察小车在水平面上移动的距离。
生：小车放得越高，小车在水平面上移动距离越长；小车放得越低，小车在水平面上移动的距离越短。
设计意图：先让学生观察实验现象，有了直观体验后，再思考实验装置的设计方法。
师：这说明小车移动的距离是由什么来决定？
生：小车放在斜面上的高度。
生（顿悟）：如果我们将小车放在斜面上同一高度后释放，小车到达水平面时的初速度就应该相等。
师：释放小车有什么要求吗？
生：自由释放，不能有推力。
师：那么我们怎样改变物体受到的阻力呢？
生：改变木板的粗糙程度，如在水平桌面铺上粗糙程度不同的棉布、木板、玻璃等。
师：我们就利用如图10所示的装置做实验。
[TP7CW52。TIF，BP#]
问题3阻力对物体运动有什么影响？
师：实验记录表格如下（教师直接出示，以免冲淡实验主题）。
[HT6”]
[BG（！][BHDFG4，WK7，K13，K13W]
木板表面状况[]阻力大小f（选填“大”、“较大”、“较小”）
[]小车运动的距离s（选填“长”、“较长”、“较短”）
[BHDG2]棉布（粗糙）[BH]木板（较粗糙）[BH]玻璃（光滑）[HJ2mm]
[BG）F][HJ1。45mm]
学生实验，并将实验现象填入表格。
师：由实验现象，你能得出什么结论吗？
生：水平面越光滑，小车运动的距离越长。
师：这说明什么？
生：这说明小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。
师：假如水平面完全光滑， 且足够长，那么小车运动的距[LL][HJ1。6mm]离如何？
生：小车将一直运动下去。
师：刚才我们先做实验，再根据实验现象的发展趋势推知实验结论。这种实验和推理的方法叫什么？你还能举出应用此方法的探究实验的事例吗？
生：理想化实验，探究声音不能在真空中传播。
设计意图：实验的方法一直是学生学习的难点。此处及时点明运用的实验方法，并复习巩固此方法的应用，将知识串珠成网。
问题4在垫放棉布、玻璃板时，水平面的高度就变高了，小车所放置的高度也就相对变低了，这会影响实验的结果，怎么办？
生：先将棉布和玻璃板放在木板下方，这样分别取出棉布或玻璃板放在木板上方时，小车到达水平面的总高度不变化。
设计意图：该问题是同学们在实验过程中生成的，经过他们的认真讨论、思考，最后创新地解决了问题，使实验装置更加完善。
通过上述两个片段的教学，教者改变原有直接出示并利用器材进行实验的做法，而是循循善诱，引导学生参与设计实验装置，让学生不但知其然、而且知其所以然，让学生具有实验设计的知情权，这样使物理课堂更具有理性，对实验的细节理解、掌握得更加深刻，有利于发展学生的实验能力。