朱亞平

(北京景山學(xué)校，北京 100006)

1 新教材選修模塊的實驗統(tǒng)計

2019年人民教育出版社出版的高中物理教材(以下簡稱“人教版教材”)選修模塊[1-3]的3本教材，共27章，獨立小節(jié)125節(jié)，其中獨立小節(jié)實驗共4個，實驗欄目23個，演示實驗36個，做一做欄目25個，涉及實驗的拓展學(xué)習(xí)9個，以實驗為背景的節(jié)首問題28個，與實驗有關(guān)的習(xí)題40個. 從實驗操作主體來看,既有教師,也有學(xué)生；從實驗實施時間來看,既有課堂完成的實驗,也有課下完成的實驗. 選擇性必修學(xué)生和教師為實驗主體的分類統(tǒng)計見表1.

表1 選擇性必修學(xué)生和教師為實驗主體的分類統(tǒng)計

2 人教版教材選修模塊實驗的設(shè)計特色

密立根說：科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實驗. 有時一條腿走在前面，有時另一條腿走在前面，但只有使用兩條腿才能前進. 對于中學(xué)物理而言,實驗不僅是重要的教學(xué)內(nèi)容，也是拓展學(xué)生認知方式、發(fā)展學(xué)生思維能力、提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體. 根據(jù)課程結(jié)構(gòu)變化、學(xué)生需要和時代發(fā)展需要，人教版教材的編寫實驗遵循以下原則：實驗作為物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，提升科學(xué)探究素養(yǎng)是實驗教學(xué)的目標(biāo)，實驗探究應(yīng)以學(xué)生為主體，實驗器材力求傳統(tǒng)與現(xiàn)代并重[4].

2.1 設(shè)計多層次、多角度的實驗欄目

教材設(shè)計的實驗欄目包括實驗、演示、做一做和拓展學(xué)習(xí)，分別從學(xué)生個體、學(xué)生小組、教師和學(xué)生等角度，從動手操作、展示觀看、思考體驗和感悟、拓展延伸等不同層面進行設(shè)計，在問題欄目、練習(xí)與應(yīng)用、復(fù)習(xí)與提高欄目也有與實驗有關(guān)的設(shè)問. 從章節(jié)的布局看，全章從不同角度、不同層面設(shè)計實驗，為概念、規(guī)律得出提供認知基礎(chǔ)，讓學(xué)生經(jīng)歷概念、規(guī)律建構(gòu)的過程，形成相關(guān)的物理觀念.

對于動量守恒規(guī)律的探究，教材共呈現(xiàn)了10個不同的真實碰撞實驗或者實踐活動圖景：

1)質(zhì)量不同的2個小球發(fā)生相互碰撞；

2)接收大乳膠氣球的實踐活動；

3)汽車碰撞試驗；

4)利用光電計時器測量氣墊導(dǎo)軌上2輛小車的碰撞實驗；

5)斜槽末端2個小球的碰撞；

6)斜面上2輛小車的碰撞；

7)用傳感器測量2輛小車的碰撞；

8)氣球的反沖；

9)帶彎管可以旋轉(zhuǎn)的盛水容器的旋轉(zhuǎn)噴水運動；

10)運載火箭噴氣加速過程.

以上實驗不僅有實驗室人為設(shè)計的實驗情景、日常生活中的碰撞情景，還有航天工程、汽車制造等科技生產(chǎn)中的碰撞情景. 教材通過豐富的碰撞現(xiàn)象，促使學(xué)生將熟悉的碰撞和陌生的碰撞、自然發(fā)生的碰撞、實驗室人為設(shè)計的碰撞等多種動量守恒的現(xiàn)象聯(lián)系到一起，發(fā)現(xiàn)不同表象背后的共性規(guī)律，使學(xué)生對碰撞中動量守恒的認識更加具體、豐富.

光的干涉有多種不同的圖樣，雙縫干涉圖樣是等間距條紋，薄膜干涉圖樣不一定是等間距的，不管圖樣的表象如何，其形成原理是相同的. 教材設(shè)計了4個干涉實驗幫助學(xué)生認識光的干涉，理解不同表象背后規(guī)律的一致性.

1)用紅色激光照射金屬擋板上的2條平行的狹縫，在屏上得到紅黑相間的條紋；

2)觀察肥皂膜的干涉現(xiàn)象，認識不等間距的干涉圖樣；

3)根據(jù)雙縫干涉原理測量波長，定量認識條紋間距與波長的關(guān)系；

4)用傳感器和計算機測量干涉圖樣中光的強度在空間分布情況.

以上4個實驗從簡單到復(fù)雜，從不同層次提供具體直觀的干涉情景，幫助學(xué)生建構(gòu)典型的光的干涉模型，提升學(xué)生解釋和理解光的干涉現(xiàn)象的能力.

自感在不同情境中的具體表象不同. 教材設(shè)計了3個實驗：

1)觀察直流電路通電瞬間和放電瞬間小燈泡的發(fā)光情況；

2)通過電流傳感器顯示通電瞬間電流隨時間變化的圖像；

3)以習(xí)題的方式呈現(xiàn)，2位同學(xué)在用多用電表的歐姆擋測量變壓器線圈的電阻過程中，由于沒有注意操作規(guī)范，當(dāng)表筆與被測線圈脫離時，其中1位同學(xué)有電擊的感覺.

3個實驗分別從燈泡亮暗變化的視覺信息、電流-時間的圖像信息、觸覺感官信息3個角度呈現(xiàn)自感現(xiàn)象的不同表象，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度認識自感和互感現(xiàn)象，豐富了學(xué)生的認識視角.

2.2 設(shè)計突破學(xué)生思維難點的針對性實驗

選修模塊的有些概念對學(xué)生而言是非常陌生的，學(xué)生在建構(gòu)概念的過程中存在思維難點. 教材針對學(xué)生認知的思維難點設(shè)計實驗，突破學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙.

學(xué)生學(xué)習(xí)熱學(xué)主題時開始接觸隨機事件，即在一定條件下某件事可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，單個事件的發(fā)生具有隨機性，而大量隨機事件的整體往往會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這是學(xué)生思維的難點之一. 教材設(shè)計伽爾頓板實驗，讓學(xué)生形象地認識隨機事件和統(tǒng)計規(guī)律. 在觀察實驗現(xiàn)象的過程中，體會在每個小球下落的過程中很難準(zhǔn)確判斷它會落入哪個狹槽中，但是可以估計大量小球下落后狹槽中小球最終數(shù)量的分布情況——靠近入口的狹槽內(nèi)小球的數(shù)量多，遠離入口的狹槽內(nèi)小球的數(shù)量少. 習(xí)題中設(shè)計了拋硬幣活動，通過分析“我的實驗數(shù)據(jù)”“我所在小組的數(shù)據(jù)”“我所在大組的數(shù)據(jù)”“全班的數(shù)據(jù)”來認識隨機事件.

分子動理論將氣體系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)歸結(jié)為分子的熱運動及其相互作用. 密閉容器中氣體對容器的壓強是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果，很多學(xué)生不理解為什么分子不連續(xù)的撞擊會產(chǎn)生持續(xù)的壓強. 教材通過用豆粒模擬氣體壓強產(chǎn)生的機理，讓學(xué)生觀察這樣的事實：單顆豆粒給秤盤的壓力很小，作用時間也很短，但是大量的豆粒對秤盤的頻繁撞擊就對秤盤產(chǎn)生了持續(xù)、均勻的壓力. 在實驗基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生將氣體無規(guī)則撞擊器壁與豆粒撞擊秤盤進行類比，將豆粒實驗的結(jié)果遷移到氣體分子撞擊器壁的現(xiàn)象中：從微觀來講，單個氣體分子的撞擊是間斷而不均勻的，但對于大量分子的合作用來說，宏觀上表現(xiàn)為連續(xù)和均勻的特點. 豆粒的撞擊實驗為學(xué)生學(xué)習(xí)密閉容器中氣體壓強的微觀機理提供了有效的認知通道.

2.3 設(shè)計多樣化、開放性的實驗方案

同一個實驗可以有不同的實驗方案和數(shù)據(jù)處理方法. 多樣化的方案和開放性的提問為學(xué)生提供了思考選擇、分析論證和做出判斷的機會. 選擇性必修教材的4個獨立小節(jié)實驗中有3個實驗的設(shè)計都具有開放性.

關(guān)于動量守恒的實驗方案，教材提供了2個參考案例：氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞和斜槽末端小球的碰撞. 第1個實驗的器材是學(xué)生比較熟悉的，其優(yōu)點在于能研究完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞以及非完全彈性碰撞3種典型的碰撞，為從能量角度分析碰撞做鋪墊. 第2個實驗方案的優(yōu)點在于將速度的測量轉(zhuǎn)化為距離的測量，不僅是平拋運動規(guī)律在實踐中的具體應(yīng)用，而且體現(xiàn)了物理實驗的設(shè)計美，這種轉(zhuǎn)換的思想有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

關(guān)于單擺運動周期的測量，教材提供了2種方案，引導(dǎo)學(xué)生比較2種方案的優(yōu)劣并且說明評價依據(jù). 關(guān)于實驗數(shù)據(jù)處理，教材鼓勵學(xué)生思考其他方案. 通過開放性問題引導(dǎo)學(xué)生思考如何減小測量誤差，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)處理實驗數(shù)據(jù)的方法，提升學(xué)生的實驗素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的認識方式.

用雙縫干涉測量光的波長實驗，教材提供了2種方案：用遮光筒裝置的傳統(tǒng)人工測量方案，以及用光傳感器裝置的自動測量方案. 前者的實驗現(xiàn)象是光干涉的典型圖樣——明暗相間的等間距條紋，后者呈現(xiàn)干涉后光的強弱在空間的分布規(guī)律，讓學(xué)生“看到”干涉后光在空間的強弱分布并不是非亮即暗，而是連續(xù)變化的，“看到”光干涉現(xiàn)象更多的細節(jié).

開放性的設(shè)計不僅讓學(xué)生對實驗的認識更加全面豐富，還能培養(yǎng)學(xué)生從多角度思考問題的習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的認識方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

2.4 突出實驗原理的統(tǒng)領(lǐng)性

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認識科學(xué)本質(zhì)，認識科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，嚴(yán)謹(jǐn)認真、實事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度以及遵守道德規(guī)范、保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感[5]. 學(xué)生實驗是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認真、實事求是的科學(xué)態(tài)度以及遵守實驗規(guī)范的重要學(xué)習(xí)活動. 人教版教材突出實驗原理的統(tǒng)領(lǐng)性，注重建立實驗操作與原理的聯(lián)系，針對實驗操作環(huán)節(jié)進行提問，引導(dǎo)學(xué)生思考操作與原理中的哪個物理量或者實驗條件有對應(yīng)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生重視實驗操作對實驗結(jié)果的影響，以此培養(yǎng)實驗操作規(guī)范的意識和承擔(dān)操作帶來的結(jié)果的責(zé)任感.

比如驗證碰撞中動量是否守恒的實驗，人教版教材這樣提問：氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平，如果需要，你能想出哪些辦法？這個問題與“如何創(chuàng)造實驗條件使系統(tǒng)所受的外力的矢量和近似為零”一致，都強調(diào)調(diào)節(jié)軌道水平這一操作的重要性——創(chuàng)設(shè)動量守恒的實驗環(huán)境. 教材還問：兩個滑塊相向運動的碰撞，如果碰撞后的速度方向與原來方向相反，這個時候應(yīng)該怎樣去記錄碰撞后的速度？引導(dǎo)學(xué)生建立碰撞過程與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，進而引導(dǎo)學(xué)生思考實驗操作與結(jié)果的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認真的科學(xué)態(tài)度.

用單擺測量重力加速度實驗的操作細節(jié)對實驗結(jié)果影響大. 教材針對操作的關(guān)鍵點逐一提問：線有粗細和長短的不同，伸縮性也有區(qū)別. 不同小球的質(zhì)量和體積有差異. 想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？教材用圖例展示細線上端的2種不同的懸掛方式，提問學(xué)生應(yīng)該選用哪種方式及原因，以及是否有更好的設(shè)計. 通過問題引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實驗操作與原理的區(qū)別和聯(lián)系，關(guān)注實驗的細節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度.

用油膜法估測油酸分子大小的實驗是學(xué)生通過測量宏觀量，進而間接測量微觀量的重要體驗，根據(jù)實驗原理，需要測量單分子層油酸膜的面積. 通過怎樣的操作才能得到單分子層油酸膜呢？實驗中需要注意哪些細節(jié)？教材通過圖例示范實驗操作的規(guī)范性，如何記錄油酸酒精溶液的滴數(shù)，均勻的薄薄的痱子粉呈什么狀態(tài)，如何記錄油膜形狀等細節(jié)，都展示了真實的實驗照片，提供操作參考的“樣本”.

3 人教版教材選修模塊的教學(xué)價值分析

實驗編寫根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中高中物理課程結(jié)構(gòu)變化進行了調(diào)整：刪除了課程標(biāo)準(zhǔn)中不再要求學(xué)習(xí)或者被壓縮部分的相關(guān)實驗，刪除操作難度大、多次重復(fù)的演示實驗；根據(jù)學(xué)生需要、時代發(fā)展改進或者新增加一些實驗，旨在使實驗更有利于教和學(xué)，更好地發(fā)揮實驗的教學(xué)價值.

3.1 創(chuàng)設(shè)真實的探究情境

真實的探究情境能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生全身心投入到學(xué)習(xí)中， 專注于解決物理問題. 教材中除了實驗、演示、做一做和拓展學(xué)習(xí)欄目外，節(jié)首問題、練習(xí)與應(yīng)用、復(fù)習(xí)與提高欄目都有與實驗相關(guān)的問題，這些都可以轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉奶骄壳榫?，成為學(xué)生在學(xué)習(xí)知識、技能的同時完成能力提升、素養(yǎng)發(fā)展的載體.

利用節(jié)首問題創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)環(huán)境. 水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢？這是全反射一節(jié)的節(jié)首問題，有的學(xué)生可能沒有見過，有必要在課堂上重現(xiàn)這一現(xiàn)象，可以用觀察洗滌靈中的氣泡做替代實驗. 用透明瓶裝滿洗滌靈，再倒出1瓶蓋，蓋好蓋子，晃動盛有洗滌靈的瓶子，直到瓶內(nèi)出現(xiàn)大氣泡，讓學(xué)生動手做一做并描述觀察到的現(xiàn)象，嘗試作出解釋.

將自感現(xiàn)象節(jié)后的練習(xí)與應(yīng)用欄目的習(xí)題改編成學(xué)生做一做實踐活動，準(zhǔn)備完好的線圈，用多用電表的歐姆擋測量線圈的阻值. 讓學(xué)生用2只手分別握住線圈裸露的兩端測量，在看到歐姆表指針偏轉(zhuǎn)過一定角度后，將多用電表的表筆與被測線圈脫離，學(xué)生會有電擊的感覺，教師要在實驗前檢測斷開表筆時的電流大小，有輕微的電擊感即可. 學(xué)生會很奇怪，為什么總是在斷開表筆的瞬間有電擊的感覺. 這個實驗?zāi)芎芎玫丶ぐl(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲.

通過實驗創(chuàng)設(shè)認知沖突情景，激發(fā)學(xué)生的思維活動. 磁鐵對玻璃管沒有吸引作用，磁鐵在豎直放置玻璃管中的運動可看作自由落體，在2 m長的玻璃管中下落的時間0.6 s左右. 磁鐵對銅沒有吸引作用，磁鐵在2 m長的銅管中的下落時間遠超過1 s. 通過對比實驗，引起學(xué)生的認知沖突，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)、探究的熱情，提升學(xué)生科學(xué)猜想、科學(xué)論證的能力.

3.2 發(fā)展學(xué)生的思維能力

思維認知能力是指學(xué)習(xí)者在面對生活實踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時,在進行學(xué)科認知加工的過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定的個性心理特征，是學(xué)習(xí)者在秉持科學(xué)態(tài)度，運用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S和豐富的感性思維，發(fā)現(xiàn)新問題、運用新方法、解決新問題、獲得新結(jié)論的過程中表現(xiàn)出來的思維能力，是激發(fā)個體好奇心、想象力、塑造創(chuàng)新人格所必須具備的能力基礎(chǔ)[6].

能夠獨立思考，通過自己的邏輯思辨發(fā)表獨立的、有創(chuàng)造性的看法，能夠從不同視角觀察、思考同一問題，能夠靈活地運用不同方法解決同一問題,等等，這些都是思維能力強的具體表現(xiàn). 教材編寫的實驗有利于橫向發(fā)展思維的多樣性，縱向發(fā)展思維的深刻性.

教材提供了3種繪制簡諧運動圖像的方法:用數(shù)碼相機繪制振子的振動圖像，用計算機顯示振子的振動位移隨時間變化曲線，還可以用模擬振動曲線的記錄裝置繪制. 3種方案都能解決問題——得到簡諧運動的圖像，但是解決的途徑不同，對學(xué)生的認知要求也不同. 讓學(xué)生認識到解決同一問題可以有不同方案，用不同方案解決問題的路徑是有差異的，橫向發(fā)展學(xué)生的認識方式，使其思維具有多樣性.

教材通過練習(xí)與應(yīng)用中的實驗問題縱向發(fā)展學(xué)生思維的認識深度. 光照射到有孔的障礙物上會通過孔繼續(xù)傳播，如果孔的尺寸較大，光通過孔后在屏上形成的光斑形狀與孔的形狀相似，這是光直線傳播的現(xiàn)象；若孔的尺寸小到一定程度，屏上將出現(xiàn)明暗間隔分布的圖樣，這是光的衍射現(xiàn)象. 教材以習(xí)題的方式引導(dǎo)學(xué)生動手實踐，在回答具體問題的過程中促進學(xué)生對光現(xiàn)象的縱向認識發(fā)展，提升學(xué)生思維認識的深度.

3.3 引導(dǎo)教學(xué)方式改進

知識的獲取能力是個體認識世界、學(xué)會學(xué)習(xí)所必需具備的關(guān)鍵能力之一. 通過閱讀教材進行自主學(xué)習(xí)是日常教學(xué)中容易實施的一種學(xué)習(xí)方式，是提升學(xué)生知識獲取能力的有效途徑. 教材的每個實驗都配有相應(yīng)的實驗圖景照片，在學(xué)生認知的關(guān)鍵點設(shè)問，提供多樣的實驗方案，這有利于學(xué)生自主閱讀、自主學(xué)習(xí).

在驗證動量守恒的獨立小節(jié)實驗中，針對實驗裝置、滑塊碰撞的狀態(tài)教材共配有5幅圖片，實驗原理部分提出3個問題，關(guān)于速度的測量進行開放性提問，對實驗細節(jié)提出問題:如何創(chuàng)造實驗條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似于零？氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平？需要測量哪些物理量？有哪些方式可以測量速度，在設(shè)計實驗方案時你會選擇哪種？為什么？實驗裝置中的鉛垂線起什么作用？如何記錄并測量小球飛出的水平距離？這些問題可以作為學(xué)生課前學(xué)習(xí)的思考和診斷題，讓學(xué)生通過閱讀教材作出回答，在課堂上交流分享，不僅提高了課堂效率，還能促進學(xué)生實踐探索能力的提升，學(xué)會自主學(xué)習(xí).

關(guān)于洛倫茲力方向的演示實驗，教材呈現(xiàn)了電子束在磁場中受力偏轉(zhuǎn)的實驗照片和實驗結(jié)果. 這部分內(nèi)容也適合學(xué)生課前學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生閱讀教材后，用簡易的物理圖景表示照片中的圖景并標(biāo)出電子受力的大致方向. 一方面引導(dǎo)學(xué)生重視從現(xiàn)象到結(jié)論的分析論證過程，另一方面也可以對學(xué)生的分析論證能力做出診斷，使課堂教學(xué)更加符合學(xué)生的實際需求.

對于學(xué)生能夠根據(jù)理論分析得出結(jié)論的實驗，都可以采用學(xué)生課前學(xué)習(xí)或者自主閱讀的方式進行實驗教學(xué)，提升學(xué)生圖像理解能力、閱讀理解能力、信息搜索能力、信息整理能力等知識獲取能力.

3.4 促進信息轉(zhuǎn)化能力發(fā)展

《中國高考評價體系》[6]指出，實踐操作能力是學(xué)生關(guān)鍵能力之一，包括：實驗設(shè)計能力、數(shù)據(jù)處理能力、信息轉(zhuǎn)化能力、動手操作能力、應(yīng)用寫作能力、語言表達能力. 實踐操作能力強的學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)行為目標(biāo)和面臨的客觀條件，設(shè)計或者選擇解決問題的最佳方案. 信息轉(zhuǎn)化能力在實驗中表現(xiàn)為能夠根據(jù)不同的器材選擇或者設(shè)計實驗.

測量碰撞前后小球的速度是驗證碰撞中的動量守恒實驗的重要測量步驟，通過必修課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了多種測量速度的方法，如用打點計時器、光電門或者傳感器都可以測量瞬時速度. 教材提供了2個參考案例:用數(shù)字計時器測量速度，既快捷又準(zhǔn)確. 在沒有數(shù)字計時器和傳感器的年代，能不能完成這個實驗?zāi)?？教材提供了另一種方案，利用平拋原理將速度測量轉(zhuǎn)化為小球飛出的水平距離的測量. 教材通過實例啟發(fā)學(xué)生在直接測量有困難的情況下，可以考慮轉(zhuǎn)換物理量進行間接測量，引導(dǎo)學(xué)生思維的多樣化發(fā)展，提升學(xué)生的信息轉(zhuǎn)化能力.

測定玻璃磚的折射率的重要步驟是獲取光的傳播路徑，即入射光線和折射光線. 當(dāng)今，可以通過激光直接獲得光的傳播路徑. 在激光沒有進入課堂的年代，可以利用光的直線傳播和2點確定1條線的原理，用插針法確定光線. 該設(shè)計把光線這一假想的抽象概念變得具體“可見”，這也是在實驗中進行信息轉(zhuǎn)化的很好范例.

對于能體現(xiàn)設(shè)計魅力的實驗，要通過設(shè)問方式引起學(xué)生思考和重視，一方面通過呈現(xiàn)遇到困難時轉(zhuǎn)換思維進行間接測量的范例啟發(fā)學(xué)生的思維，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，另一方面也展現(xiàn)物理實驗之美.

3.5 提升科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)

具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，關(guān)心國內(nèi)外科技發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，了解物理研究和物理成果的應(yīng)用，是中學(xué)生的科學(xué)態(tài)度的一種具體表現(xiàn). 選修模塊的實驗編寫重視物理研究與物理成果的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)知識的同時思考相關(guān)的實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

波的干涉可以作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的素材. 教材用水波的干涉演示實驗幫助學(xué)生學(xué)習(xí)干涉的原理；在做一做欄目，讓學(xué)生探索聲音的干涉現(xiàn)象中，聲音最大和最小位置在空間的分布規(guī)律，感受聲音干涉的具體表現(xiàn)——聲音的加強和減弱(甚至消失)；在STSE欄目介紹主動降噪技術(shù)在耳機中的應(yīng)用，并呈現(xiàn)消聲原理圖. 呈現(xiàn)原理與技術(shù)、課堂與生活的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生對物理的積極情感.

變壓器是電磁感應(yīng)原理的重要應(yīng)用，通過探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗，學(xué)生知道了變電站和傳統(tǒng)充電器中變壓器的工作原理，但對變壓器的認識還是停留在概念層面，不容易產(chǎn)生濃厚的興趣和求知欲. 教材在科學(xué)漫步欄目介紹了近幾年發(fā)展起來的無線電充電技術(shù)，其中有一種是基于變壓器原理設(shè)計的，不需要用導(dǎo)線連接電源和充電設(shè)備，盡管有成本高、能量損耗大等不足，但是突破了大家對于輸電模式的認識邊界，能引起學(xué)生對物理技術(shù)的好奇心，有利于學(xué)生產(chǎn)生探索自然的內(nèi)在動力.

4 選修模塊實驗的教學(xué)建議

通過必修實驗部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了基本實驗操作技能，掌握了設(shè)計實驗的程序、基本的測量方法、數(shù)據(jù)處理方法等實驗素養(yǎng)[7]. 選修模塊實驗可以看作必修模塊實驗的進階學(xué)習(xí)，不僅是知識上的進階，還包括實驗素養(yǎng)的進階. 在教學(xué)中要分析不同的實驗內(nèi)容、實驗欄目對應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)，挖掘適合的教學(xué)進階點，設(shè)計教學(xué)活動，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

1)演示實驗側(cè)重發(fā)展學(xué)生觀察、描述、記錄等獲取和處理信息的能力，發(fā)展學(xué)生基于證據(jù)作出解釋、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力. 也可以改變教學(xué)方式，用問題引導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)實驗，作出預(yù)估分析，甚至讓學(xué)生來演示和講解演示實驗.

2)學(xué)生實驗側(cè)重發(fā)展學(xué)生設(shè)計與制定實驗方案，對實驗過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力. 實際教學(xué)中不拘泥于1種實驗方案，可以讓學(xué)生自主選擇實驗方案完成實驗，組織不同方案的小組交流實驗的過程和收獲.

3)有條件的學(xué)?？梢园炎鲆蛔鰴谀恐械膶嶒炞兂烧n堂演示演示、學(xué)生小組實驗或者課后實驗. 沒有條件的學(xué)?？梢耘某梢曨l，教師針對實驗設(shè)計具體問題，讓學(xué)生觀看實驗，回答問題，引導(dǎo)學(xué)生間接完成實驗.

4)鼓勵學(xué)生在家做習(xí)題中的實驗，甚至把它變成演示實驗、學(xué)生實驗，讓學(xué)生獲得驗證理論的機會，體會成功給學(xué)生帶來的快樂.