劉雪文

摘? ?要：對比分析2019年版、2003年版粵教版和2019年版人教版高中物理教材必修一實驗部分的內(nèi)容，總結(jié)粵教版新教材“實驗與探究”欄目在問題提出、實驗方案選擇等方面的編寫特點，給出經(jīng)歷完整探究、設(shè)置進階實驗等教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：新教材;粵教版;實驗;科學(xué)探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）5-0021-3

新課標明確提出科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括問題、證據(jù)、解釋、交流四個基本要素。根據(jù)新課標編寫的2019年版高中物理教材已經(jīng)推廣使用，教材中的實驗欄目內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的主要抓手。選取2019年版、2003年版粵教版和2019年版人教版三版高中物理教材，對比分析必修一中的實驗欄目，總結(jié)粵教版新教材（2019年版）“實驗與探究”欄目的編寫特點，再結(jié)合具體學(xué)情給出本欄目的教學(xué)建議，以期有效落實科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1? ? 不同版本教材實驗欄目對比分析

2019年版粵教版必修一與2003年版相比，“實驗與探究”欄目的數(shù)量由16個減少為11個。將瞬時速度、自由落體運動等有關(guān)概念和規(guī)律的理解放在“討論與交流”欄目，體會科學(xué)思維在分析物理問題中的作用。將力的作用效果、超重與失重現(xiàn)象等演示實驗放在“觀察與思考”欄目，鍛煉學(xué)生觀察和分析物理現(xiàn)象的能力。增加了“探究小球沿傾斜直槽運動的速度變化特點”“測量勻變速直線運動的瞬時速度和加速度”“探究滑動摩擦力的大小與壓力、接觸面粗糙程度之間的定量關(guān)系”三個探究實驗，促進知識體系建構(gòu)的同時增加科學(xué)探究的體驗。在探究內(nèi)容設(shè)計上，2019版教材繼承了粵教版教材的一些特點，比如，在實驗探究中以逐漸深入的關(guān)鍵問題引導(dǎo)學(xué)生主動思考實驗方案，注重傳感器等新技術(shù)在實驗中的作用等。同時，新教材在問題提出、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄表格的設(shè)計等方面表述得更加清晰，更適合學(xué)生自主學(xué)習。

2019年版粵教版必修一“實驗與探究”欄目與2019年版人教版必修一相對應(yīng)的“實驗”欄目對比，在部分實驗的取舍和實驗方案的選擇上有所區(qū)別。比如，粵教版中有探究共點力的平衡條件的實驗，人教版是從二力平衡條件和力的等效替代思想推理出共點力平衡的條件。人教版中有研究自由落體運動的規(guī)律的實驗，而在粵教版中通過對自由落體運動頻閃照片的討論與交流得到結(jié)論。在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系實驗中，人教版給出用阻力補償法和通過位移之比測量加速度之比兩個參考方案，重視實驗原理的理解和實驗方法的創(chuàng)新;粵教版利用氣墊導(dǎo)軌和光電門進行實驗，避開了平衡摩擦力的難點，使學(xué)生更關(guān)注實驗?zāi)康暮蛯嶒灲Y(jié)論的獲得。兩版教材無論是實驗和理論分析的選擇，還是實驗方案的區(qū)別，都只是側(cè)重點不同，都能有效促進學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的發(fā)展，教學(xué)中可作相互參考。

2? ? 粵教版新教材“實驗與探究”欄目的編寫特點

2.1? ? 明確探究問題

科學(xué)問題和實驗?zāi)康氖翘骄康钠瘘c，粵教版新教材基本都是從真實問題情境中提煉岀明確表述的可探究的物理問題，這符合新課標的要求，也可調(diào)動學(xué)生學(xué)習的主動性。在“探究共點力的平衡條件”實驗中，教材先給出墻壁掛畫受共點力平衡的情境，再聯(lián)系豎直懸掛燈籠二力平衡的條件，接著就提出如果物體受到三個不在一條直線上的共點力作用怎樣才能保持平衡的問題。在“探究彈簧彈力與彈簧形變量的關(guān)系”實驗中，教材選用我國古代著作《考工記》中對彈簧彈力與形變量的定量關(guān)系的思考引出探究問題，關(guān)注了對學(xué)生的情感培養(yǎng)。

2.2? ? 問題引領(lǐng)探究

粵教版新教材在實驗之前一般都會設(shè)置幾個關(guān)于實驗原理或操作的關(guān)鍵問題，以問題引領(lǐng)學(xué)生深入思考實驗方案，給了學(xué)生很大的能力發(fā)展空間，使實驗過程更加清晰，實驗?zāi)康母用鞔_。在“探究互成角度的力的合成方法”實驗中，教材給出了四個問題。實驗中怎樣保證分力F1、F2產(chǎn)生的效果與合力F產(chǎn)生的效果相同？如何測量合力F和分力F1、F2的大小和方向？實驗過程中需要記錄哪些實驗數(shù)據(jù)？采用什么方法可以直觀描述出力的大小和作用點？第一個問題強調(diào)實驗原理，中間兩個問題明確實驗步驟和方法，最后一個問題引導(dǎo)學(xué)生采用作圖法處理數(shù)據(jù)獲得結(jié)論。

2.3? ? 優(yōu)化實驗方案

一個好的實驗，首先在于它的巧妙構(gòu)思，能夠突出研究課題的關(guān)鍵[1]。

在“探究作用力與反作用力的關(guān)系”實驗中，粵教版新教材采用分類與歸納的研究方法設(shè)計了三個實驗方案，從接觸力到非接觸力、從靜止狀態(tài)到運動狀態(tài)、從定性判斷到定量對比，充分探究后進行歸納整理。在“探究勻變速直線運動的速度特點”實驗中，教材選擇了伽利略的經(jīng)典斜面實驗裝置，用光電門測量小球沿傾斜直槽軌道運動的速度。在課后“資料活頁”中適時給出伽利略的研究過程，巧妙發(fā)揮了物理學(xué)史在教學(xué)中的重要作用。

2.4? ? 促進知識建構(gòu)

科學(xué)探究能促進知識的主動生成，能加深學(xué)生對概念和規(guī)律的理解。如先通過實驗探究勻變速直線運動的速度特點，結(jié)合實驗結(jié)論進行規(guī)律總結(jié)，再進一步應(yīng)用規(guī)律探究自由落體運動，學(xué)生經(jīng)歷了完整的知識建構(gòu)過程。

3? ? “實驗與探究”欄目的教學(xué)建議

3.1? ? 經(jīng)歷完整實驗，提高探究素養(yǎng)

創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生積極參與實驗探究，學(xué)習體會科學(xué)探究的過程和方法。在事實的基礎(chǔ)上明確探究實驗所要解決的物理問題，使學(xué)生具有問題意識。能根據(jù)經(jīng)驗進行合理的猜想，提出假設(shè)，能利用控制變量等方法設(shè)計實驗方案，實驗方案的確定過程就是提升學(xué)生推理論證的科學(xué)思維過程，是物理觀念的提煉和發(fā)展過程[2]。會熟練使用實驗器材，規(guī)范進行實驗操作獲取數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度，鍛煉學(xué)生認真觀察、規(guī)范操作、尊重原始數(shù)據(jù)等實驗技能和實驗素養(yǎng)。按照原理要求處理數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論，知道實驗誤差的來源和減小誤差的方法，強化證據(jù)意識，培養(yǎng)學(xué)生通過分析和處理實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的意識和能力。能反思與交流實驗的過程，撰寫實驗報告。能利用結(jié)論解釋或解決實際問題，更好地理解科學(xué)探究的方法和結(jié)論。F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84

3.2? ? 整合相關(guān)實驗，促進能力進階

對比分析“測量沿斜面運動小車的瞬時速度”“測量勻變速直線運動的瞬時速度和加速度”和“探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系”三個實驗，這幾個實驗中研究對象均做勻變速直線運動，均利用了間接測量的實驗方法，均利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。但在實驗器材選擇、實驗條件、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面都比前一個實驗有更高的要求。比如，數(shù)據(jù)處理方面，從根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點作圖（v-t圖像），到利用圖像計算相關(guān)物理量（用v-t圖像直線斜率求加速度），再到利用圖像發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律（分析a-F圖像和a-■圖像）;誤差分析方面，從認識實驗誤差（用平均速度計算瞬時速度存在誤差），到用科學(xué)方法減小誤差（利用逐差法計算加速度），再到控制實驗條件減小誤差（控制小桶與橡皮泥的質(zhì)量遠小于滑塊和砝碼的質(zhì)量）。在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生建立實驗間的聯(lián)系，逐漸促進學(xué)生的探究能力進階。

同一個實驗探究活動中也可以在原有裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計進階實驗，促進學(xué)生問題意識、實驗方案設(shè)計和質(zhì)疑創(chuàng)新等能力的發(fā)展。“探究互成角度的力的合成方法”實驗是學(xué)生第一次接觸矢量運算，通過實驗探究學(xué)生明確了力的合成需要利用平行四邊形定則。但是受前概念的影響，部分學(xué)生對合力與分力的大小關(guān)系仍然存在錯誤認識。可以設(shè)置進階實驗“探究合力大小與分力、夾角的關(guān)系”，控制分力大小不變改變夾角大小，或控制夾角不變改變分力大小，通過橡皮筋的伸長量比較合力的大小。

3.3? ? 深化實驗情境，指向深度學(xué)習

深度學(xué)習是指圍繞具有挑戰(zhàn)性的物理學(xué)習主題，通過科學(xué)探究及情境互動全身心參與，掌握核心知識，理解學(xué)習過程，把握學(xué)科本質(zhì)和思想，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展的過程[3]?；趯嶒炁c探究的深度學(xué)習是一種重要的教學(xué)方式，圍繞不斷深化的真實情境，提出新問題，多次經(jīng)歷制訂方案、獲取證據(jù)、解釋交流等過程，解決實際問題，實現(xiàn)深度學(xué)習。

在“探究彈簧彈力大小與伸長量之間的定量關(guān)系”實驗中，按照教材所給實驗方案完成實驗獲得結(jié)論后，可指導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有的器材對彈簧進行進一步的研究。可將兩彈簧進行串接，重新進行實驗觀察彈簧勁度系數(shù)的變化，并從胡克定律出發(fā)對結(jié)果作出理論解釋。也可引導(dǎo)學(xué)生分析彈簧自重對實驗誤差的影響，水平和豎直測量彈簧原長后進行實驗，對比分析實驗結(jié)果得到結(jié)論，利用所得結(jié)論討論交流使用彈簧測力計時調(diào)零的重要性。對學(xué)有余力的學(xué)生可以嘗試利用極限法或平均力法定量分析彈簧自重對形變量的影響，體會物理思想和方法在解決問題中的作用。在歷年高考中也多次對該實驗進行了深入的考查，如2014年全國新課標Ⅱ卷探究彈簧勁度系數(shù)與其長度（圈數(shù)）的關(guān)系，2012年廣東卷將鉤碼換成砝碼盤和砝碼分析砝碼盤重力對實驗結(jié)果的影響。

參考文獻：

[1]李春密，俞曉明，鄭少山.中學(xué)物理實驗教學(xué)研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018：148.

[2]張曉， 王玉春， 張玉峰. 新教材（人教版）必修模塊實驗的設(shè)計特色和教學(xué)價值分析[J].物理實驗，2021，41（2）：53-59.

[3]李春密，馬朝華.深度學(xué)習：走向核心素養(yǎng)（學(xué)科教學(xué)指南·初中物理）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2020：2-3.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84