陸雪嬌

(南京師范大學教師教育學院 江蘇 南京 210000)

1 引言

物理是一門理論與實踐并重的學科，楊振寧先生也曾說過：“物理學科是一個多方面的學科，是現象的學科，不是一個死的學科，是一個新的學科，是一個跟實驗非常接近的學科，而不是整天在公式內打滾的學科”.實驗作為物理教學中的重要內容，其在教材中的呈現形式、內容對物理教學有著重要的影響.因此，物理教材如何編寫實驗內容至關重要.本文首先對中美兩種物理教材中實驗的形式進行了比較，其次以“拋體運動”為例，對比分析了兩種教材中的物理實驗，希望能對新課程改革中物理教材實驗部分內容的編寫有所啟示.

本文選取的國內教材是人教版高中物理教材，有必修系列2本，選修系列共10本，共涉及12個模塊，是我國應用最為普遍的高中物理教材.美國高中物理教材是《物理：原理與問題》(Physics:Principles and Problems)，它在美國的選用率一直處于較高的水平，從20世紀80年代開始一直廣受好評.

2 中美教材實驗形式對比

2.1 中國教材實驗形式

我國人教版高中物理教材中的實驗主要有“學生實驗”、“實驗”、“演示”、“做一做”、“問題與練習”5種形式.

“學生實驗”是用物理實驗室內的器材做的定量實驗.這些實驗要按照教學要求，由同學們分組進行.在我國人教版高中物理教材中，一個“學生實驗”編為一節(jié)，標題都有“實驗”二字，可在兩個課時或一個課時內完成操作，數據處理往往要在課后進行.

“實驗”在我國人教版高中物理教材中以欄目的形式出現，在課堂上由同學們自己操作完成.這類實驗比“學生實驗”簡單，用時短，多數是定性實驗.

“演示”在課堂上由教師操作，同學們觀察、討論.有些演示的操作應該有同學參與.

“做一做”欄目中實驗的趣味性較強.在“做一做”欄目中，有些是實驗性的活動.這些實驗中，有的要用到計算機，有的要用到生活中的器材，有條件要盡量多做.

“問題與練習”中也有一些實驗性的題目.這些題目中的器材也是容易獲得的，它們的難度比“做一做”中的低些，同學們都應該完成.

2.2 美國教材實驗形式

美國高中物理教材《物理：原理與問題》中的實驗主要有“物理實驗(Physics Lab)”、“自行設計物理實驗(Design Your Own Physics Lab)”、“袖珍實驗(Pocket Lab)”3種形式.

“物理實驗”中的實驗都是為了糾正普通學生在學習本章物理知識時的錯誤理解而設置的.“物理實驗”中的內容能在一個課時內完成，并且相對容易進行.“物理實驗”作為教材中的一部分內容，其中的實驗是現成的，這將協助教師完成實驗課的要求.由于該部分實驗針對的是學生的一些普遍的錯誤理解，因而它們?yōu)閷W生對概念的發(fā)展和重新學習提供了理想的動手機會.它們的設置也讓教師有了額外的機會來向學生指出物理原理的日常應用.

“自行設計物理實驗”通過讓學生自行設計并完成實驗來經歷科學的探究過程.當學生設計、進行以及評估他們自己的實驗時，這些實驗將帶給他們前所未有的興奮感.學生通過親身感受將會發(fā)現，為研究問題而設計一系列過程并不像他們想象的那么難.作為教師可以看到，學生通過自主進行的“自行設計物理實”，在自信心和能力上不斷地成長.

“袖珍實驗”是一些容易完成的微型實驗.它們?yōu)閷W生加強物理原理的概念化提供了額外的動手、發(fā)現經歷.在物理課程的學習過程中，袖珍實驗室包含的一系列額外的實驗活動對學生來說是一個很好的機會.

2.3 中美教材實驗形式對比

首先，我國教材在實驗形式的種類上明顯多于美國教材，我國教材共有5種形式的實驗設置，種類豐富，而美國教材只有3種.其次，美國教材的實驗相對于中國教材來說操作起來更加簡單，且耗時較少.不管是“物理實驗”、“自行設計實驗”，還是“袖珍實驗”，學生完成起來都相對容易.最后，美國教材的實驗形式更強調學生的自主性，美國學生在各種實驗中，都掌握著主動權.

3 中美教材實驗對比——以“拋體運動”為例

本文選取了中美兩本高中物理教材中“拋體運動”部分的實驗，對其進行了比較.

3.1 我國教材“拋體運動”的實驗

《物理·必修2》第五章第3節(jié) “拋體運動的規(guī)律”之后，教材中呈現了一個“做一做”的實驗.教材為學生提供了參考圖片及實驗方法：用小錘擊打金屬片，讓一個球沿水平方向被拋出，同一時間，松開同一高度的另一個小球.實驗要求是讓學生用觀察或“聽”的方法判斷哪一個小球先落地，完成一次實驗后，學生還需要改變兩個小球距離地面的高度以及小錘擊打金屬片的力度，經過多次實驗，反復觀察和“聽”兩個小球落地的先后，最后思考、回答實驗現象說明的問題.

3.2 美國教材“拋體運動”的實驗

在《物理：原理與問題》第六章第2節(jié)“拋體運動”中共有3個相關實驗.

第一個實驗是“袖珍實驗”，實驗名稱叫做“在邊緣”.實驗方法是讓兩個小球分別從等高的桌面以相同的速度水平飛出，要求學生預測哪一個小球先落地，哪一個小球落地時距離桌面更遠并解釋原因.其中一小球的質量是另一小球的兩倍.實驗完成后要求學生進一步分析總結：球的質量影響它的運動嗎？質量存在于任何拋體運動的方程中嗎？

第二個實驗依舊是“袖珍實驗”，實驗名稱叫做“球從何處反彈”.畫面中出現一個人手中抓著一個高爾夫球，從側面伸展開手臂使球位于肩高位置.實驗要求學生將球釋放，讓搭檔在球打到地板時用秒表開始計時，下一次球落地時停止計時.學生以穩(wěn)定的速度行走，預測球將在哪里落地，思考球從落地到完成第一次反彈是否會花費相同的時間.

第三個實驗是“自行設計物理實驗”，實驗名稱叫做“壘球運動”.首先提出問題：中場手如何將球扔給本壘處的捕手才能使它在跑壘者之前到達？你能給中場手提供什么建議？然后引導學生建立假設：利用已知的水平和垂直方向的拋體運動的知識制定假設，向中場手提出建議，考慮影響球到達本壘所用時間的因素.實驗器材包括：秒表、壘球、足球場或有預定距離的大型開放場地.實驗設計是：首先，小組討論確定要測的變量，思考水平和垂直速度如何影響射程；其次，確定誰來投球，如何確定射程，射程是一個常量還是變量；再者，制作一個表格記錄所有投擲和計算的數據；最后，檢查實驗設計，確保教師批準后，再進行實驗.實驗完成后學生需要進行分析總結：確定每次投擲壘球vx和vy的初始值，計算壘球的初速度v0；所有人投擲的射程是否一樣，投擲的初速度是否一樣；壘球的投擲角度是否影響射程和落地時間；驗證假設，思考中場手在投球時應該增大vx還是vy.最后，教材還以提問的方式讓學生對實驗結果進行應用：為什么足球在開球時要以一定的角度而不能踢懸空球？

3.3 中美教材“拋體運動”實驗對比

3.3.1 實驗性質

在實驗位置的安排上，中國教材關于拋體運動的兩個實驗都位于“拋體運動的規(guī)律”這一節(jié)課的內容之后，是在學生對拋體運動的規(guī)律有了一定的了解之后進行的，實驗性質偏向于驗證性實驗.而美國教材中的3個實驗，其中有兩個都是位于拋體運動規(guī)律講授的過程之中，課后的實驗也是與生活相關、學生需要自主進行的，實驗性質更加偏向于探究性實驗.

3.3.2 實驗器材

美國教材中3個實驗的實驗器材更加多樣，有小球、高爾夫球、壘球等.相對來說，中國教材中實驗器材的選擇較為單一，兩個實驗選取的主要實驗對象都是鋼球.當然在獲得物體平拋運動軌跡時，學生還可以選擇水流形成軌跡，但考慮到簡單、方便等原因，多數情況下，教師可能只要求學生選擇用鋼球進行實驗.從實驗器材的選擇上我們也能看出，美國教材中的實驗更加簡單、貼近生活.高爾夫球和壘球都是體育活動中常見的物品，這在某種程度上也更能吸引學生，激發(fā)學生探究的興趣.

3.3.3 實驗設置

除了“袖珍實驗”中的實驗，美國教材在設置實驗時都會有一個完整的思路，一般路徑為：問題—假設—實驗器材—實驗設計—分析總結—應用.這有助于學生體驗科學的探究過程，表明美國教材注重培養(yǎng)學生的自主探究能力.中國教材中實驗的設置就較為簡單和直接，一上來就“開門見山”，學生可以直接按照教材上的實驗步驟進行實驗，因此缺少自行設計實驗、進行科學探究的過程.

3.3.4 實驗內容

相比較而言，中國教材中的實驗內容更加嚴謹，對于實驗過程和一些注意事項交代得都較為具體.例如，在第一個“做一做”實驗中除了讓學生觀察還提醒學生通過“聽”的方式判斷小球落地的先后，而在后面的實驗中，為了讓學生獲得物體做平拋運動的軌跡，提供了3個詳細的參考案例.這會使學生的實驗過程更加順利，而美國學生在進行探究類實驗時可能就會遇到較多的問題.美國教材除了在實驗器材的選擇上更加生活化，在實驗內容的選擇上也更加生活化，“壘球運動”實驗的選擇就十分貼近學生的日常生活.由美國教材實驗設置中的“應用”環(huán)節(jié)可以看出，美國學生的實驗場所更加多樣，教材也更加注重相關原理、規(guī)律在實際生活中的應用，而中國教材中的實驗一般只限于在教室或實驗室內完成.

3.3.5 其他

除了上述差異，相較于美國教材，中國教材更多地關注實驗中圖像的獲得和數據的計算、處理.美國教材在呈現實驗時更具創(chuàng)意，教材中的每一個實驗都被賦予了名稱，這在某種程度上能更多地吸引學生的注意.在實驗目的規(guī)范化、實驗過程活動化、實驗方案微型化、實驗內容人性化、實驗評價行為化等方面，中國教材都還有待加強.

4 總結

教材是教師進行教學活動的主要依據，也是學生進行物理學習的重要工具.而通過本文的比較，發(fā)現與國外教材相比，中國教材中對實驗內容的設置雖然有其自身的獨特性和優(yōu)點，但還是存在著較多的不足.編者在改進物理教材時需要向國外教材多加學習，不斷地優(yōu)化我國的物理教材，特別是實驗部分內容的呈現，完善教材中的實驗設計，充分展現實驗教學在物理教學中的基礎性地位.通過實驗的獨特魅力，讓學生感受到物理學習的趣味性的同時，了解到物理本身的科學性.

參 考 文 獻

1 李雪瑩,高嵩.人教版教材與美國《物理原理與問題》教材的比較研究 ——以“自由落體運動”一節(jié)為例.物理通報,2017(05):127～129

2 祁映宏.中美2套高中物理教材學生實驗的比較與研究.物理實驗,2006(11):24～27

3 陳嫻,梁玲,梁寒冰.從改革后的新教材看美國中學物理實驗教學的主要特點及發(fā)展趨勢.課程·教材·教法,2007(04):92～96

4 李蘭.中美高中物理教材實驗部分設置的比較研究：[碩士學位論文].長沙：湖南師范大學,2013

5 戚靜芳.中美高中物理教材中物理實驗的比較研究：[碩士學位論文].武漢：華中師范大學,2013

6 孟芳,鄭修林,劉春蘭. 人教版與滬科版兩種高中物理教材比較淺析——以“萬有引力與航天”的內容為例.硅谷,2009(22):155