張 曉，王玉春，張玉峰

(1.北京市第二十中學(xué)，北京 100085；2.北京教育科學(xué)研究院，北京 100036)

新課標(biāo)中明確提出：物理學(xué)基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系[1]. 新教材很好地體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中獨(dú)有價(jià)值及功能[2-5],必修模塊以大量的學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)為依托，幫助學(xué)生建立終身發(fā)展必備的核心概念,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成. 本文以必修模塊中的實(shí)驗(yàn)為例，從新教材使用者的角度進(jìn)行說(shuō)明與分析.

1 新教材必修模塊的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

必修教材的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)：獨(dú)立小節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)7個(gè)，實(shí)驗(yàn)欄目11個(gè)，教師演示實(shí)驗(yàn)11個(gè)，做一做、拓展學(xué)習(xí)14個(gè)，與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的習(xí)題7個(gè)，與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的節(jié)首問(wèn)題4個(gè)，使用傳感器實(shí)驗(yàn)8個(gè). 新教材最大限度納入實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了物理學(xué)是基于觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科. 以學(xué)習(xí)主題為引領(lǐng)，在提煉出可探究的物理問(wèn)題和問(wèn)題的解決過(guò)程中盡可能以實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn). 通過(guò)7個(gè)獨(dú)立小節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力進(jìn)行有針對(duì)性、系統(tǒng)地培養(yǎng)，并使學(xué)生逐步形成科學(xué)態(tài)度. 以盡可能多的動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力.

2 新教材必修模塊實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)特色分析

新教材必修模塊的實(shí)驗(yàn)部分面向全體學(xué)生，該模塊的編寫(xiě)目的是促進(jìn)新課標(biāo)所要求的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的能力發(fā)展.

1)實(shí)驗(yàn)盡可能用實(shí)物圖呈現(xiàn)，體現(xiàn)了真實(shí)感，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中增強(qiáng)學(xué)生的探究興趣，同時(shí)具有可操作性，啟發(fā)學(xué)生確定探究方案.

2)實(shí)驗(yàn)前問(wèn)題的提出過(guò)程、實(shí)驗(yàn)思想的確定、實(shí)驗(yàn)方案的制定、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等幾方面，注重學(xué)生科學(xué)研究問(wèn)題方法的形成過(guò)程，對(duì)于學(xué)生的核心素養(yǎng)的能力發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用.

3)盡可能體現(xiàn)時(shí)代性，以當(dāng)前的新技術(shù)和信息化手段為依托，使很多難以測(cè)量或難以控制的實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行，也使很多實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度大大提升.

4)提高了實(shí)驗(yàn)效率和用不同方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、研究物理問(wèn)題的能力，有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和利用信息化手段進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的能力.

實(shí)驗(yàn)的編寫(xiě)系統(tǒng)考慮了學(xué)生在物理觀念形成和能力提升的不同發(fā)展階段的作用，并在各個(gè)實(shí)驗(yàn)中以問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生不斷深入思考，體現(xiàn)了“以人為本”的編寫(xiě)理念.

2.1 注重傳感器等新技術(shù)手段在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

新技術(shù)信息化手段層出不窮，在物理學(xué)科教學(xué)中有所體現(xiàn)是必要的[6]，新教材注重傳感器等新技術(shù)手段在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用.

1)傳感器等新技術(shù)手段的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)某些物理概念的理解更加深入. 比如“用力的傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生建立作用力與反作用力關(guān)系的清晰概念起到不可替代的作用. 用彈簧測(cè)力計(jì)可以較好地研究靜態(tài)情境下作用力與反作用力的關(guān)系，但在動(dòng)態(tài)的情境下，讀數(shù)遇到了困難，而力傳感器可以起到突出的作用：通過(guò)電腦屏幕上導(dǎo)出的清晰圖像，學(xué)生能準(zhǔn)確建立這一物理概念，并在觀念上發(fā)生改變. 同時(shí)，力傳感器不僅能做2個(gè)力互拉，還能顯示互推的2種情境，豐富了學(xué)生的認(rèn)知.

2)傳感器等新技術(shù)手段的應(yīng)用，對(duì)展示實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、提升學(xué)生用物理知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力起到重要作用. 比如“靜摩擦力的大小隨拉力變化”實(shí)驗(yàn)，在完成用彈簧測(cè)力計(jì)水平方向拉木塊的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對(duì)最大靜摩擦力有了初步認(rèn)知，但腦海中對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的細(xì)節(jié)不夠清晰. 使用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電腦呈現(xiàn)圖像，學(xué)生的認(rèn)識(shí)更加全面、準(zhǔn)確. 同時(shí)，放大圖像，抓住細(xì)節(jié)引發(fā)思考，還可以深入探討摩擦力與速度的關(guān)系等問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、創(chuàng)新能力.

3)傳感器等新技術(shù)手段的應(yīng)用，可以提高實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)約時(shí)間，利于教師與學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)誤差，審視和評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)論. 比如“做一做”的“用計(jì)算機(jī)繪制v-t圖”，提升了學(xué)生用信息化手段處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力. 同時(shí)，因?yàn)檎n時(shí)有限，恰當(dāng)協(xié)調(diào)常規(guī)實(shí)驗(yàn)和傳感器實(shí)驗(yàn)的時(shí)間比例，這樣既提升學(xué)生自己動(dòng)手繪圖等實(shí)踐能力，也提高了課堂效率. 比如：在研究自由落體運(yùn)動(dòng)是怎樣的直線運(yùn)動(dòng)的教學(xué)片段中，首先采取的實(shí)驗(yàn)方案是應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶，讓學(xué)生規(guī)范畫(huà)出v-t圖像，看是否是1條傾斜的直線，得到自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并測(cè)出自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度. 在接下來(lái)的誤差等深入分析過(guò)程中，可以用“電磁定位板”的傳感器讓小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，電腦記錄小球在不同點(diǎn)的位置，畫(huà)出v-t圖像，求出自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度，還可以更換不同質(zhì)量的小球多次實(shí)驗(yàn). 這樣，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，借助傳感器等信息化手段，可以在不減少實(shí)踐活動(dòng)的同時(shí)使科學(xué)探究活動(dòng)更加豐富. 盡量在多種情況下的實(shí)驗(yàn)歸納，有利于學(xué)生形成準(zhǔn)確而豐富的物理觀念.

4)傳感器等新技術(shù)的應(yīng)用，豐富了實(shí)驗(yàn)手段，解決了用常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器不好完成的實(shí)驗(yàn). 比如用彈簧測(cè)力計(jì)很難準(zhǔn)確測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的受力，尤其是變力，用力傳感器可很好解決；用氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén)實(shí)驗(yàn)裝置可以盡量克服打點(diǎn)計(jì)時(shí)器完成實(shí)驗(yàn)時(shí)的阻力問(wèn)題.

2.2 各欄目的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一規(guī)劃，在教學(xué)過(guò)程中恰當(dāng)呈現(xiàn)，課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

新教材實(shí)驗(yàn)形式多樣，根據(jù)教學(xué)需要恰當(dāng)呈現(xiàn). 節(jié)首問(wèn)題、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、做一做和拓展學(xué)習(xí)以及獨(dú)立小節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，形成統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體，根據(jù)所講授的內(nèi)容要求和實(shí)驗(yàn)儀器特點(diǎn)采取不同的呈現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)功能. 盡可能增加學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)和階段性完整探究活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)探究能力不斷進(jìn)階. 下面舉例說(shuō)明必修一“運(yùn)動(dòng)學(xué)”實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)化分析.

“位移和時(shí)間的測(cè)量”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)欄目“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”，在建立了位移和時(shí)間的概念后，由于測(cè)量的需要，介紹和使用2種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器. 實(shí)驗(yàn)從理解儀器的構(gòu)造和實(shí)驗(yàn)原理，到實(shí)驗(yàn)方案的制定以及實(shí)施，再到原始數(shù)據(jù)記錄，最后得到紙帶上一段時(shí)間的位移，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性；通過(guò)紙帶獲取證據(jù)，可以探究很多運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題，所以該實(shí)驗(yàn)無(wú)論從方法還是實(shí)驗(yàn)技能，起到奠定基礎(chǔ)的目的.

“速度”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)欄目“測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”，是在建立速度、平均速度和瞬時(shí)速度后設(shè)置的實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)，在上個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生的探究能力有計(jì)劃地提升. 具體表現(xiàn)在：

1)需要通過(guò)紙帶上的位置信息(證據(jù))以及所學(xué)知識(shí)(平均速度、瞬時(shí)速度)分析數(shù)據(jù)，形成合理的結(jié)論，課文出示了2個(gè)數(shù)據(jù)記錄表格，進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生數(shù)據(jù)記錄和處理的能力.

2)通過(guò)選取合適的位移和時(shí)間段來(lái)求紙帶上其中一點(diǎn)的瞬時(shí)速度的探究過(guò)程，是對(duì)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行科學(xué)解釋的能力和意識(shí)的培養(yǎng)過(guò)程，也提升了學(xué)生推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維能力. 在拓展學(xué)習(xí)“借助傳感器與計(jì)算機(jī)測(cè)速度”中，無(wú)論從科學(xué)探究問(wèn)題的提出、探究方案的制定、數(shù)據(jù)處理以及得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程，還是在實(shí)驗(yàn)中獲取證據(jù)的難易度、應(yīng)用信息技術(shù)的能力和科學(xué)思維能力，都比上個(gè)實(shí)驗(yàn)要求提高了很多. 對(duì)有較高發(fā)展要求的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在拓展學(xué)習(xí)的過(guò)程中，進(jìn)一步提高探究能力，體現(xiàn)了教材對(duì)學(xué)生能力進(jìn)階的系統(tǒng)考慮.

“實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”一節(jié)中，在前期對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和探究能力有計(jì)劃的培養(yǎng)下，課文就具體的情境(小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng))和問(wèn)題(速度隨時(shí)間變化的規(guī)律)進(jìn)行了1次完整的科學(xué)探究活動(dòng)，是科學(xué)探究方法的1次總結(jié)和能力進(jìn)階過(guò)程. 做一做“用計(jì)算機(jī)繪制v-t圖像”著重于培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)等信息化手段處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力. 練習(xí)與應(yīng)用第1題：進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生用不同的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)意識(shí)(用紙帶表示時(shí)間軸，用紙帶的長(zhǎng)度表示速度——縱軸)和科學(xué)推理能力(由于時(shí)間間隔相同，所以紙帶長(zhǎng)度可認(rèn)為單位時(shí)間的位移，即速度).

在“自由落體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)欄目：研究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，用已熟悉的實(shí)驗(yàn)器材(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶)研究實(shí)際問(wèn)題(測(cè)量重物下落的加速度)，實(shí)驗(yàn)條件的控制、數(shù)據(jù)處理和誤差分析都比上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的能力要求高，進(jìn)一步達(dá)到使學(xué)生的探究能力進(jìn)階的目的. 做一做：用手機(jī)測(cè)自由落體加速度，以及練習(xí)與應(yīng)用的第5題、第6題，屬于更高水平要求的應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐活動(dòng)，為學(xué)生能力發(fā)展提供了很好的教學(xué)素材.

2.3 實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)給學(xué)生留有思考和發(fā)展的空間，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)

舉例：在“力的合成和分解”的實(shí)驗(yàn)欄目“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”，實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)具有深度學(xué)習(xí)的基本特征：

1)落實(shí)了物理學(xué)科的等效替代的思想方法，通過(guò)探究力的矢量運(yùn)算法則，促進(jìn)了相互作用的物理觀念的形成.

2)設(shè)置了具有情境化的3個(gè)挑戰(zhàn)任務(wù)，以問(wèn)題導(dǎo)向進(jìn)行規(guī)范的探究活動(dòng)，學(xué)生高度參與，深度思維.

3)學(xué)生積極合作、交流和對(duì)結(jié)論進(jìn)行解釋.

4)學(xué)生會(huì)用到科學(xué)思維方法(科學(xué)推理、論證)去解決實(shí)際問(wèn)題(小圓環(huán)受到2個(gè)互成角度的力與其合力的矢量關(guān)系).

第1個(gè)問(wèn)題：合力F與F1、F2有什么關(guān)系？培養(yǎng)學(xué)生能夠從實(shí)際問(wèn)題情境中提煉出可探究的物理問(wèn)題的能力，這和直接給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)是不同的，可調(diào)動(dòng)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和情感.

第2個(gè)問(wèn)題：用力的圖示畫(huà)出F與F1、F2的大小和方向，看看三者間有什么關(guān)系？說(shuō)出你的猜想. 問(wèn)題的提出給了學(xué)生很大的能力發(fā)展空間，有助于學(xué)生猜想能力和意識(shí)的發(fā)展與形成，有助于學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的提升，課文提供了很好的思維創(chuàng)新點(diǎn).

第3個(gè)問(wèn)題：怎樣驗(yàn)證你的猜想，說(shuō)出你的方法. 有助于學(xué)生科學(xué)推理和基于證據(jù)的科學(xué)論證能力的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力、用已有的知識(shí)進(jìn)行解釋的能力.

課文體現(xiàn)了在實(shí)際的問(wèn)題情境下，以具有挑戰(zhàn)性問(wèn)題引領(lǐng)，引發(fā)學(xué)生深度思考，有效提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力.

2.4 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)著眼于促進(jìn)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成

在新課標(biāo)視域下的物理課教學(xué)應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有集中的體現(xiàn). 新教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的同時(shí)，在概念、規(guī)律的得出過(guò)程中，也發(fā)揮著重要的、不可替代的作用. 同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)展了學(xué)生建立物理模型、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維能力.

舉例1：“輕重不同的物體下落快慢的研究”演示實(shí)驗(yàn)，在有空氣和抽氣后觀察羽毛和鐵片下落的不同，在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上引發(fā)思考，體會(huì)到空氣阻力對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的影響，這對(duì)學(xué)生從實(shí)際的生活情境中進(jìn)行科學(xué)抽象、構(gòu)建自由落體運(yùn)動(dòng)的物理模型起到關(guān)鍵性的作用.

舉例2：在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)參考案例2“通過(guò)位移之比測(cè)量加速度之比”，實(shí)驗(yàn)方案很巧妙地在保持小車質(zhì)量相同、盤(pán)中重物不同的情況下，或是在盤(pán)中重物相同的情況下，通過(guò)增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量，通過(guò)比較位移大小的方法來(lái)確定二者加速度的關(guān)系. 這里包含著應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律的理論證據(jù)確定加速度關(guān)系的結(jié)論，有助于使學(xué)生具有證據(jù)意識(shí). 同時(shí)，也發(fā)展了學(xué)生歸納推理的科學(xué)思維能力.

舉例3：在“超重和失重”一節(jié)的章首問(wèn)題：站在體重計(jì)上向下蹲，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過(guò)程中，體重計(jì)的示數(shù)先變小，后變大，再變小. 當(dāng)人靜止后，保持某一數(shù)值不變. 這是為什么呢？這一問(wèn)題的思考和解決，就是一段很好的推理論證過(guò)程. 通過(guò)事實(shí)證據(jù)(人下蹲過(guò)程中速度的變化情況)和理論證據(jù)(加速度定義式以及牛頓運(yùn)動(dòng)定律)，進(jìn)行科學(xué)推理，論證了觀點(diǎn)(觀察到的體重計(jì)的示數(shù)情況)，這一教學(xué)過(guò)程，可以使學(xué)生科學(xué)的論證方法顯性化.

舉例4：在“閉合電路的歐姆定律”一節(jié)的章首問(wèn)題：小燈泡的規(guī)格都相同，兩個(gè)電路中的電池也相同. 多個(gè)并聯(lián)的小燈泡的亮度明顯比單獨(dú)一個(gè)小燈泡暗. 如何解釋這一現(xiàn)象呢？課文中以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生歸納出可探究的物理問(wèn)題：路端電壓為什么會(huì)變？在學(xué)生初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)產(chǎn)生了質(zhì)疑，在問(wèn)題的逐步解決過(guò)程中，發(fā)展了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力.

2.5 實(shí)驗(yàn)裝置圖用實(shí)物圖展示

新教材盡可能用實(shí)物圖代替原理圖的改變，體現(xiàn)了在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中討論物理問(wèn)題和展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)的思想，使廣大師生使用新教材時(shí)具有可操作性，同時(shí)，也啟發(fā)了具有不同能力水平的學(xué)生用其他實(shí)驗(yàn)方案和手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的思路.

舉例1：“導(dǎo)體電阻率的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)，展示了清晰的游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的實(shí)物圖，使學(xué)生對(duì)儀器的整體結(jié)構(gòu)有了準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，可以更好地理解儀器的測(cè)量原理. 對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，從原理圖到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)器材需要思維的轉(zhuǎn)化，若開(kāi)始就對(duì)儀器有真實(shí)的直觀感受，就會(huì)快速對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)有整體認(rèn)識(shí)和對(duì)原理有初步的猜想，并在自己的思考和教師的講解過(guò)程中得到驗(yàn)證. 在此過(guò)程中增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和意識(shí)，發(fā)展了探究能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力.

舉例2：“研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能”實(shí)驗(yàn)，用氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén)來(lái)完成，真實(shí)、清晰的實(shí)物圖使學(xué)生更加準(zhǔn)確地理解實(shí)驗(yàn)原理并形成探究方案，有助于探究能力的提升. 同時(shí)，這套實(shí)驗(yàn)裝置也對(duì)學(xué)生具有啟發(fā)，可以研究系統(tǒng)的機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理，真實(shí)的情境拓寬了師生的探究思路.

3 新教材必修模塊中實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值分析

新教材進(jìn)一步加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，盡可能通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出要學(xué)習(xí)和解決的問(wèn)題，體現(xiàn)從真實(shí)的問(wèn)題情境中引發(fā)學(xué)生思考的教學(xué)理念. 在學(xué)生物理觀念形成過(guò)程中，盡可能用實(shí)驗(yàn)的有效教學(xué)手段幫助學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象和事實(shí)情境進(jìn)行科學(xué)抽象和提煉，體現(xiàn)物理學(xué)最主要的研究方法. 新教材必修模塊的7個(gè)獨(dú)立小節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力的全面培養(yǎng)，為后續(xù)的選擇性必修模塊的學(xué)習(xí)和研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ). “做一做”和“拓展學(xué)習(xí)”為學(xué)生提供了大量實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，體現(xiàn)了注重知識(shí)得出過(guò)程和方法形成過(guò)程，豐富的實(shí)踐體驗(yàn)對(duì)學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度至關(guān)重要. 課后習(xí)題也強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)，更注重對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決和對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

3.1 獨(dú)立小節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生探究能力全面提升的價(jià)值

3.1.1 編寫(xiě)結(jié)構(gòu)

1)在事實(shí)或結(jié)論的基礎(chǔ)上先提出可探究的物理問(wèn)題，使學(xué)生具有問(wèn)題意識(shí).

2)實(shí)驗(yàn)思路的分析，是在已有知識(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上制定實(shí)驗(yàn)方案的環(huán)節(jié)，教科書(shū)的編寫(xiě)方式更加有利于教師在課堂上組織學(xué)生進(jìn)行小組討論. 實(shí)驗(yàn)方案的確定過(guò)程就是提升學(xué)生推理、論證的科學(xué)思維過(guò)程，也是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用過(guò)程，是物理觀念的提煉和發(fā)展過(guò)程，強(qiáng)化了學(xué)生的證據(jù)意識(shí).

3)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教科書(shū)提供了操作性強(qiáng)、不同實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)手段的方案供選擇，體現(xiàn)了基礎(chǔ)性和選擇性，注重培養(yǎng)學(xué)生從不同視角分析和審視物理問(wèn)題的習(xí)慣和意識(shí)、注重實(shí)際問(wèn)題的解決，有助于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、創(chuàng)新能力.

4)注重學(xué)生規(guī)范的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，有助于使學(xué)生形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度. 數(shù)據(jù)記錄更加顯性化，使學(xué)生養(yǎng)成重視記錄和保存原始數(shù)據(jù)的良好習(xí)慣，這是進(jìn)行物理研究的必備能力.

5)數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)啟發(fā)學(xué)生用多種方法分析數(shù)據(jù)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的意識(shí)和能力，從而形成合理的結(jié)論，鼓勵(lì)學(xué)生用已有的物理知識(shí)進(jìn)行科學(xué)解釋和交流.

6)教科書(shū)為實(shí)施探究活動(dòng)設(shè)立了很好的框架，同時(shí)也對(duì)教師和不同程度學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)留有發(fā)展接口，最大程度實(shí)現(xiàn)教材的“交互性”.

3.1.2 根據(jù)新課標(biāo)和學(xué)生能力發(fā)展的要求，進(jìn)行了相應(yīng)的變化

舉例：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).

“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)是在拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律得出前進(jìn)行的，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)探究得出平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn). 不同于之前的教材編寫(xiě)：在平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得出后進(jìn)行“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)，主要解決2個(gè)問(wèn)題：判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是否為拋物線，計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度. 新教材編寫(xiě)的變化體現(xiàn)了更加注重學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)過(guò)程和知識(shí)的得出過(guò)程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在學(xué)生物理觀念形成過(guò)程中的獨(dú)有價(jià)值. 同時(shí)，教材的編寫(xiě)也引導(dǎo)一線教師真正做到教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變：使學(xué)生真正成為探究的主體，并使探究活動(dòng)規(guī)范化、外顯化. 從探究問(wèn)題的明確和提煉，到通過(guò)制定實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、獲取證據(jù)，再到在獲得實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和論證的解釋，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論進(jìn)行交流，這是一段完整的科學(xué)探究過(guò)程，有助于提升學(xué)生的科學(xué)探究能力.

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出物理概念和規(guī)律的教學(xué)思路，這是教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變. 突出對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、構(gòu)建新知識(shí)能力的培養(yǎng),完整的探究活動(dòng)，可以逐步實(shí)現(xiàn)在物理課堂上落實(shí)核心素養(yǎng)的總體目標(biāo).

實(shí)驗(yàn)思路的確定：

1)教材的敘述：我們可以按照把復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)的思路，分別研究物體在豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn). 體現(xiàn)了研究曲線運(yùn)動(dòng)的一般性方法，在教學(xué)中應(yīng)通過(guò)設(shè)置必要的問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考.

2)平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為哪兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)呢？這一問(wèn)題的分析過(guò)程實(shí)際上是對(duì)學(xué)生綜合分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，是對(duì)“運(yùn)動(dòng)和相互作用”物理觀念再次體驗(yàn)和深入理解的過(guò)程.

3)教學(xué)科書(shū)中提出：位移和速度哪一個(gè)更方便測(cè)量？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得所需信息？對(duì)問(wèn)題的深入分析，可提升學(xué)生從不同角度審視物理問(wèn)題并提出探究方案的能力及逐步形成證據(jù)意識(shí).

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：教科書(shū)從不同角度和用不同的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了幾個(gè)方案，使不同程度的學(xué)生和不同條件的學(xué)校都能夠很好地完成實(shí)驗(yàn). 更重要的是，不同的實(shí)驗(yàn)方案的著眼點(diǎn)不同. 比如：

方案一，用頻閃照片或者錄制視頻的方法，記錄物體在不同時(shí)刻的位置. 方法方便、簡(jiǎn)單，這些技術(shù)手段現(xiàn)在已普及. 因?yàn)轭l閃周期一定，研究水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)將更加方便.

方案二，用傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)器材有針對(duì)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，分2步進(jìn)行：先研究豎直方向的分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，再研究水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn). 在研究水平方向的分運(yùn)動(dòng)時(shí)，結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)根據(jù)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)研究. 教材編寫(xiě)充分考慮到了學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)自由落體運(yùn)動(dòng)，且用教科書(shū)上研究豎直方向的分運(yùn)動(dòng)的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)可以避免測(cè)量數(shù)據(jù)，只需比較二者是否始終同時(shí)落地，使學(xué)生體會(huì)轉(zhuǎn)化思想. 豎直方向的分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的確定，也為探究水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)打好了基礎(chǔ). 此方案也有助于提升學(xué)生的推理、論證能力，進(jìn)一步豐富學(xué)生的運(yùn)動(dòng)和相互作用的物理觀念，又是一段完整的探究活動(dòng). 所以，新教材實(shí)驗(yàn)方案以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo).

方案三，用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，更加注重新的技術(shù)手段在學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中的應(yīng)用. 理解實(shí)驗(yàn)原理，本身就是綜合提升學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，信息素養(yǎng)也是學(xué)生的基本素養(yǎng)之一，用新的技術(shù)手段可以很快確定做平拋運(yùn)動(dòng)的小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣可以節(jié)約大量時(shí)間處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論、分析誤差，并從不同角度分析和審視實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)行解釋和交流.

課后練習(xí)題用家庭版的實(shí)驗(yàn)裝置又一次實(shí)踐體驗(yàn)，對(duì)形成全面、準(zhǔn)確的物理觀念起到很好的作用，也體現(xiàn)了物理學(xué)就在身邊的教學(xué)理念.

方案一和方案二都設(shè)計(jì)了具體的思考問(wèn)題，以問(wèn)題為引領(lǐng)，涉及到了科學(xué)探究過(guò)程的主要環(huán)節(jié)，有猜想、在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上獲取信息和加工信息、數(shù)據(jù)處理、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行反思和評(píng)估. 規(guī)范操作，使科學(xué)探究方法外顯，既有知識(shí)的構(gòu)建，也有對(duì)方法和能力提升的考慮.

3.2 學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和做一做體驗(yàn)活動(dòng)在幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)和能力進(jìn)階中的價(jià)值

3.2.1 新教材盡可能在學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)中抽象、概括出物理概念和規(guī)律

在新的概念建立過(guò)程中，物理實(shí)驗(yàn)有著不可替代的作用，新教材雖說(shuō)提供給教師的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)有限，但很好的教學(xué)思路能夠幫助教師實(shí)施教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生能力的進(jìn)階.

舉例1：在“曲線運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的“做一做”中“用飛鏢顯示曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向”的體驗(yàn)活動(dòng). 在節(jié)首問(wèn)題的引領(lǐng)下，學(xué)生對(duì)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向有了自己的猜想和初步認(rèn)識(shí)；在隨后用沾有紅色印泥的鋼球從彎管不同位置離開(kāi)時(shí)的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這是用實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)結(jié)論進(jìn)行論證的過(guò)程；緊接著研究了“曲線的切線”，從理論上進(jìn)行論證，這是用理論證據(jù)對(duì)觀點(diǎn)進(jìn)行論證的教學(xué)過(guò)程；最后用“飛鏢”體驗(yàn)活動(dòng)豐富了學(xué)生“運(yùn)動(dòng)”的物理觀念，形成了對(duì)“做曲線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向，沿曲線在這一點(diǎn)的切線方向”這一概念的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí). 這次實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)是學(xué)生在頭腦中提煉出物理概念必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了新教材重視知識(shí)的得出過(guò)程，在實(shí)踐體驗(yàn)中學(xué)生構(gòu)建知識(shí)和實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階.

舉例2：在“向心力”一節(jié)“做一做”欄目中感受向心力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理雖然不盡完善(手所提供的拉力不完全是向心力)，但學(xué)生這一體驗(yàn)過(guò)程必不可少. 這對(duì)學(xué)生能夠提出可探究的問(wèn)題和做出科學(xué)的猜想起到很好的作用，增強(qiáng)了繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和探究的愿望. 在隨后用向心力演示器進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，可以很好地制定出實(shí)驗(yàn)方案，順利得出向心力的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論. 這樣的教學(xué)安排符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有助于學(xué)生探究能力的培養(yǎng).

3.2.2 體現(xiàn)了在學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展中的價(jià)值

比如：“速度”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)“測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”，是對(duì)概念深入理解和鞏固的過(guò)程，也是知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程. 旁批：D、F兩點(diǎn)間距離過(guò)小，測(cè)量誤差會(huì)增大. 所以，實(shí)際測(cè)量中要根據(jù)需要及所用儀器的情況，在要測(cè)量的點(diǎn)附近選取合適的位移和時(shí)間. 請(qǐng)考慮此實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因. 這一問(wèn)題的探究和分析過(guò)程，是學(xué)生養(yǎng)成質(zhì)疑的習(xí)慣和意識(shí)的過(guò)程，問(wèn)題解決過(guò)程也是學(xué)生創(chuàng)新能力的提升過(guò)程.

在隨后的“拓展學(xué)習(xí)”欄目中又提供了借助傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)方案. 理解實(shí)驗(yàn)原理的過(guò)程伴隨著獲取信息、加工信息能力的思維過(guò)程，也是把實(shí)際的問(wèn)題抽象為可研究的物理問(wèn)題，并構(gòu)建勻速直線運(yùn)動(dòng)的物理模型的過(guò)程. 這一拓展學(xué)習(xí)，是對(duì)速度概念的深入理解，用速度的概念解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程. 在確定時(shí)間和位移的過(guò)程中，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)推理能力.

3.3 與實(shí)驗(yàn)為背景的節(jié)首問(wèn)題和習(xí)題解決實(shí)際問(wèn)題的價(jià)值

新教材必修模塊11個(gè)節(jié)首問(wèn)題和習(xí)題中以實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)，一方面體現(xiàn)了物理源于生活，另一方面也注重于實(shí)際問(wèn)題的解決，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

舉例1：“摩擦力”一節(jié)的章首實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，雖然是簡(jiǎn)單的實(shí)踐體驗(yàn)過(guò)程，但是是有效的教學(xué)行為. 以學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、問(wèn)題引領(lǐng)，提出本節(jié)課要探究的主要問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生深層思考，例如能夠在生活實(shí)踐中提煉出相關(guān)可探究的物理問(wèn)題：摩擦力可能和哪些因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)探究方案的制定，實(shí)驗(yàn)探究方案的優(yōu)化，如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)……學(xué)生始終是在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中構(gòu)建知識(shí)和提升能力.

舉例2：“超重和失重”一節(jié)的章首實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)事實(shí)和結(jié)論(體重計(jì)示數(shù)的變化)開(kāi)始本節(jié)課的學(xué)習(xí)，為隨后一系列的模型建構(gòu)、理論分析、科學(xué)論證以及科學(xué)探究的教學(xué)活動(dòng)提供了很好的思維起點(diǎn). 體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)主題引領(lǐng)、注重問(wèn)題解決的教學(xué)理念，是建立運(yùn)動(dòng)和相互作用的“大概念”很好的教學(xué)組成.

教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視也體現(xiàn)在習(xí)題的設(shè)計(jì)上，以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的“練習(xí)與應(yīng)用”設(shè)計(jì)說(shuō)明. 本節(jié)正文在構(gòu)建自由落體運(yùn)動(dòng)模型時(shí)進(jìn)行了牛頓管的演示實(shí)驗(yàn). 在探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究了重物的下落運(yùn)動(dòng)的學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)探究中得出物理概念和規(guī)律的研究方法；做一做欄目中用手機(jī)測(cè)出自由落體加速度的實(shí)踐體驗(yàn)過(guò)程是概念總結(jié)和深化理解、應(yīng)用過(guò)程，有利于提升學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)綜合解決實(shí)際問(wèn)題的能力，現(xiàn)在手機(jī)應(yīng)用已很普遍，教學(xué)中完全可以實(shí)現(xiàn). 課后習(xí)題第5題，用頻閃照片研究自由落體運(yùn)動(dòng)，是課堂學(xué)習(xí)過(guò)程的延續(xù)，增強(qiáng)了用新技術(shù)手段研究物理問(wèn)題的能力和意識(shí)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)可以起到促進(jìn)作用，也是對(duì)學(xué)生從不同視角和選擇不同的探究方案來(lái)研究同一個(gè)物理問(wèn)題的能力和意識(shí)的提升. 第6題“人的反應(yīng)時(shí)間測(cè)量尺”的小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在愉悅的體驗(yàn)過(guò)程中學(xué)會(huì)了選用恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ徒鉀Q實(shí)際問(wèn)題的方法，是知識(shí)的內(nèi)化和提煉過(guò)程. 所以，教材無(wú)論是正文還是課后練習(xí)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)都有系統(tǒng)的考慮，在學(xué)生形成物理觀念和科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力發(fā)展的不同階段都有恰當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)：既考慮到了不同程度學(xué)生的學(xué)情和不同地區(qū)的實(shí)際情況，也考慮到學(xué)生能力和思維的發(fā)展過(guò)程所需采用的有效實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段.

4 使用建議之一：探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案

關(guān)于拉力的測(cè)量，在平衡完摩擦力后，用鉤碼受到的重力代替小車所受的拉力. 教科書(shū)用旁批：可證明這兩個(gè)力只是近似相等，條件是鉤碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小很多. 而學(xué)生對(duì)該結(jié)論不甚理解，在學(xué)生還不知道牛頓第二定律的情況下，教師又很難解釋清楚，又不好用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 新課標(biāo)要求在教學(xué)中應(yīng)特別體現(xiàn)方法和過(guò)程，探究過(guò)程中注重提升學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力. 尤其是在解決探索物理問(wèn)題的過(guò)程中出現(xiàn)困難時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和創(chuàng)新能力. 基于以上的考慮，我們感覺(jué)到：直接告訴學(xué)生這個(gè)結(jié)論不符合新課程的理念，但又不能避開(kāi)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題. 實(shí)際上應(yīng)用傳感器能夠很好處理此問(wèn)題. 在探究活動(dòng)受阻的情況下，用綁在小車上的力傳感器來(lái)說(shuō)明其受到的拉力不等于槽碼的重力，并逐步探究得出在用較輕的鉤碼來(lái)牽引小車的情況下誤差較小的結(jié)論. 這樣做，無(wú)疑是對(duì)學(xué)生日后科學(xué)探究活動(dòng)提供方法上的指導(dǎo)，也改變了學(xué)生的思維觀念；同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的意識(shí)，并在解決問(wèn)題的過(guò)程中能夠正確應(yīng)用科學(xué)的思維方法和實(shí)驗(yàn)方法. 建議有實(shí)驗(yàn)條件的學(xué)?？梢栽谑褂眯陆滩臅r(shí)加上這一教學(xué)片段.