作者簡介：王莉萍，女，北京市物理特級教師，北京師范大學(xué)基礎(chǔ)教育研究員。1988年畢業(yè)于北京師范大學(xué)附屬中學(xué);1988年至1992年于北京師范大學(xué)物理系學(xué)習(xí)，獲學(xué)士學(xué)位;1992年至1995年于北京師范大學(xué)師從閻金鐸先生，學(xué)習(xí)物理學(xué)科教學(xué)論，獲碩士學(xué)位。曾獲第二屆全國中學(xué)物理青年教師教學(xué)大賽全國一等獎。曾被評為宣武區(qū)模范教師?，F(xiàn)任北京師大附中校長，北京師范大學(xué)免費師范生導(dǎo)師，北京市物理學(xué)會理事、中國教育學(xué)會理事、國家教材委員會科學(xué)學(xué)科專家委員會委員、中央統(tǒng)戰(zhàn)部黨外知識分子建言獻策專家組成員。中國人民政治協(xié)商會議北京市西城區(qū)第十三屆委員、北京市西城區(qū)第十六屆人大代表。全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年度教育部重點課題“基于‘全人格教育理念下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究——以北師大附中錢學(xué)森班為對象”課題負責(zé)人。參與教育部哲學(xué)社會科學(xué)研究重大課題攻關(guān)項目“我國學(xué)校教育創(chuàng)新發(fā)展”，編寫項目成果《守望與凝思》一書。

摘 ? 要：做好學(xué)生實驗是綜合提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑，但“沒有懸念”是當(dāng)下學(xué)生實驗教學(xué)的尷尬之處。教師可通過把實驗過程的自主權(quán)放給學(xué)生，以及引入創(chuàng)新實驗，設(shè)置“懸念”，激發(fā)學(xué)生做實驗的熱情，提升學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?/p>

關(guān)鍵詞：學(xué)生實驗;懸念;實驗裝置安裝;創(chuàng)新實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）11-0001-3

2016年9月中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系公布，2017年12月基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)頒布。在新的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中特別明確了高中階段學(xué)生必做的物理實驗，可見，新課程對學(xué)生實驗越發(fā)重視。但學(xué)生實驗教學(xué)卻依然處于比較尷尬的境地。學(xué)生實驗對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升到底發(fā)揮怎樣的作用？多年來學(xué)生實驗教學(xué)的尷尬之處在哪里？我們能做些什么來破解學(xué)生實驗教學(xué)當(dāng)下的困境？本文將圍繞上述三個問題展開探討。

1 ? ?學(xué)生實驗是綜合提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。物理學(xué)科的學(xué)生實驗主要包括測量性實驗、驗證性實驗和探究性實驗。科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)在探究性實驗中體現(xiàn)得最為充分，而其他素養(yǎng)在上述所有實驗中都能得到培養(yǎng)。實驗的原理和內(nèi)容會涉及大量物理觀念，做實驗的過程就是對物理觀念理解的加深過程;科學(xué)思維對于理解實驗原理和方法、判斷實驗現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)和解決實驗中出現(xiàn)的問題、根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得到實驗結(jié)論都是必不可少的;而科學(xué)態(tài)度與責(zé)任中的嚴(yán)謹(jǐn)認真、實事求是、持之以恒最能在學(xué)生動手完成實驗中體現(xiàn)。

綜上，學(xué)生實驗可以發(fā)揮綜合培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的作用。

2 ? ?“沒有懸念”是當(dāng)下學(xué)生實驗教學(xué)的尷尬之處

學(xué)生感覺做實驗“沒有懸念”體現(xiàn)在兩個方面。第一，實驗的結(jié)果沒有“懸念”。對于驗證性實驗，學(xué)生非常明確要做出符合物理規(guī)律的結(jié)果;對于探究性實驗，說是探究，其實要探究的結(jié)論在教材中就有，學(xué)生翻翻書就能看到，從實驗結(jié)果的角度看，所謂“探究”也就演變成了“驗證”;而測量性實驗對學(xué)生而言，就是測出一個物理量，他對結(jié)果沒有期盼，頂多是測量的誤差大些或小些，不會引發(fā)什么懸念。第二，實驗的過程沒有“懸念”。因為課時寶貴，大部分教師都希望學(xué)生能順利完成實驗。于是，他們想方設(shè)法為學(xué)生設(shè)計好操作流程，實驗開始前，還要交代清楚哪些環(huán)節(jié)是實驗成功的關(guān)鍵點，甚至還會替學(xué)生安裝出實驗裝置的“半成品”甚至“成品”。學(xué)生做實驗的過程相當(dāng)順利，基本不用動腦，動手也不費勁。做實驗沒有“懸念”，就沒有機會體驗實驗帶來的鍛煉與挑戰(zhàn)。

3 ? ?讓“懸念”激發(fā)學(xué)生做實驗的熱情

為了讓學(xué)生實驗富有“懸念”，必須讓實驗過程或?qū)嶒灲Y(jié)果出現(xiàn)“不可預(yù)料”。即，放手讓學(xué)生自己動手做實驗，在實驗過程中讓學(xué)生去遭遇“想不到”，或設(shè)計學(xué)生不知道結(jié)果的實驗，讓學(xué)生有欲望去揭曉答案。為此，筆者在進行高中物理必修課程的學(xué)生實驗教學(xué)時做了一些簡單探索。

由于教學(xué)時間有限，所有的探索要以課程標(biāo)準(zhǔn)中的必做實驗為基礎(chǔ)，可添加實驗，但不宜多。在這一前提下，必須系統(tǒng)性地設(shè)計所有實驗，讓每個實驗都能發(fā)揮作用。

3.1 ? ?充分挖掘必做實驗，讓實驗裝置安裝帶來“懸念”

目前物理必修部分的必做實驗有七個：（1）測量做直線運動物體的瞬時速度;（2）探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系;（3）探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律;（4）探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系;（5）驗證機械能守恒定律;（6）探究平拋運動的特點;（7）探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系。前六個實驗在原課程標(biāo)準(zhǔn)中也屬于必做實驗，筆者有意識地在“實驗裝置安裝”環(huán)節(jié)，針對上述的第一個、第二個、第三個、第五個和第六個實驗進行難度依次升高的設(shè)計，使學(xué)生的每次實驗總能遇到未知的新挑戰(zhàn)。

在做第一個實驗時，老師要先帶著學(xué)生討論怎么安裝和操作更合理，讓學(xué)生有意識地考慮到儀器安裝與使用的問題，再讓學(xué)生按照老師的示范安裝裝置，正確使用打點計時器。第二個實驗，老師不再給學(xué)生示范，直接先讓學(xué)生自己安裝，安裝好要請老師檢查，合格后方可開始測量。第三個實驗先讓學(xué)生獨立安裝操作，做出實驗結(jié)果后，裝置不動，小組間互相查看，討論各自的優(yōu)點和不足。第五個實驗與第一個實驗有較高的相似度，可以完全放手讓學(xué)生自己做。第六個實驗的裝置相對復(fù)雜，固定描記小球軌跡的木板需要處于豎直狀態(tài)，平拋器的水平軌道出口必須保持水平，在白紙上建立的直角坐標(biāo)系必須準(zhǔn)確，等等。這個實驗不僅要求學(xué)生獨立安裝實驗儀器，還要在安裝完成后開展小組間互評。老師先給學(xué)生提出安裝的大致要求，互評前要求學(xué)生先討論、確定評價標(biāo)準(zhǔn)。表1是學(xué)生討論得出的評價表。

這種淡化實驗結(jié)果、強化實驗過程中學(xué)生動手與動腦訓(xùn)練的實驗教學(xué)設(shè)計，讓學(xué)生每次做實驗都會遇到新挑戰(zhàn)，學(xué)生也會對未知的實驗“懸念”有著小小的期待。

3.2 ? ?引入創(chuàng)新實驗，為學(xué)生帶來“實驗結(jié)果”和“實驗過程”的“懸念”

筆者在實驗教學(xué)中引入了兩個創(chuàng)新實驗，分別是“探究橡皮筋所受拉力與其伸長量的關(guān)系”和“測量同學(xué)運動的平均功率”。

第一個創(chuàng)新實驗是在學(xué)生完成了實驗“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”之后布置給學(xué)生的。這個實驗設(shè)置了兩處“懸念”。第一處，學(xué)生不知道實驗結(jié)果。由于橡皮筋材質(zhì)不一定相同，即使材質(zhì)相同，切割時也不一定均勻，使得橡皮筋所受拉力與其伸長量之間未必是線性關(guān)系，測出每根橡皮筋的關(guān)系也不盡相同， 學(xué)生很想知道自己的橡皮筋受力和伸長量到底是一種怎樣的關(guān)系。第二處，不允許學(xué)生用實驗室中的儀器來測量拉力大小，必須用生活中的物品器具，但不許使用家中稱菜用的彈簧秤。這是學(xué)生需要親自破解的“懸念”。學(xué)生在苛刻條件的“逼迫”下竟也想出了一些辦法，制作出了各種不相同的“砝碼”。第一類，直接用有質(zhì)量標(biāo)識的物品做砝碼，例如火腿腸、袋裝酸奶等，但要保證外包裝的質(zhì)量遠小于食品質(zhì)量。第二類，用已知密度的瓶裝水（標(biāo)有體積）制作砝碼。在家里拿五六個相同的水杯，將一瓶水平均分成五六份，利用水的密度計算出每份水的質(zhì)量，每份水相當(dāng)于一個砝碼?；虬延匈|(zhì)量標(biāo)識的肥皂均分成幾份，每份相當(dāng)于一個砝碼。第三類，利用浮力制作砝碼。還是用肥皂，但不用切割，測量出肥皂的長寬高。先將肥皂作為一個大砝碼，然后將肥皂分步浸入水中，分別記錄每一步浸入水中的深度，可通過計算浮力，得到橡皮筋每次所受的拉力。學(xué)生們用智慧成功地破解了“砝碼懸念”！

第二個創(chuàng)新實驗要比第一個創(chuàng)新實驗復(fù)雜，是學(xué)生完成第五個必做實驗后布置的。前期課內(nèi)實驗學(xué)習(xí)為完成這個創(chuàng)新實驗打下了良好的基礎(chǔ)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些實驗原理的思想和方法，也學(xué)習(xí)了一些物理量的測量方法。實驗前，教師先和學(xué)生討論實驗方案。測量人在運動一段時間內(nèi)的平均功率，需要知道這段時間人做了多少功。如果在水平路面跑，很難測出人做了多少功，而人在“跑樓梯”時所做的功則易于測量。只要測出人的體重和負重，再量出爬了多高的樓（這也是個小挑戰(zhàn)）即可。時間用秒表測量。實驗時，選擇了7位不同體重的學(xué)生，讓他們竭盡全力跑上樓。一共跑三次，分別是零負重、較輕負重和較重負重。測量數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)繪出的學(xué)生功率隨體重變化的圖像，如圖1所示。

這個結(jié)果令學(xué)生們很驚奇，也引發(fā)了他們的思考。

第一，身邊同學(xué)的功率會相差這么多！功率最大的同學(xué)達到720多瓦，快趕上1馬力了。而功率小的同學(xué)才350瓦左右，是最大功率的一半左右。第二，功率大小似乎和體重有一定關(guān)系，但又不是體重越大功率越大，功率大小還和什么因素有關(guān)？第三，體重大的同學(xué)，負重越多功率越大，而體重小的同學(xué)，卻是負重越多功率越小，這是為什么？是偶然現(xiàn)象還是必然現(xiàn)象？帶著疑問，他們又踏上了尋找答案的新征程。

筆者在做這些教學(xué)探索的過程中感受到了學(xué)生對遇到“懸念”的渴望，以及破解“懸念”后的興奮。希望我們教師能在學(xué)生實驗中不斷為學(xué)生創(chuàng)造“懸念”，無論“懸念”能否破解，這些“懸念”都將激發(fā)學(xué)生的求知欲，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引發(fā)學(xué)生的思考！

（欄目編輯 ? ?廖伯琴）