美國高中物理主流教材學(xué)生實驗賞析和啟示

孔興隆+金邦建

摘 要：美國高中選用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和問題》2005年最新版本的學(xué)生實驗有值得借鑒的地方。本文以其中的《對運動中的物體的探究》為例，介紹了美國教材的學(xué)生實驗，得出其特點：緊密結(jié)合生活實際，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，引導(dǎo)學(xué)生深入探究。并得到相應(yīng)的啟示：加強實驗與生活的聯(lián)系，用視頻起好輔助作用，借網(wǎng)絡(luò)平臺促進交流討論，為進行實驗的進一步拓展服務(wù)。

關(guān)鍵詞：美國；物理教材；學(xué)生實驗；聯(lián)系生活；網(wǎng)絡(luò)資源；探究

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）11（S）-0068-3

美國高中選用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和問題》2005年最新版本（以下簡稱美國教材）的學(xué)生實驗有值得借鑒的地方。本文以其中的《對運動中的物體的探究》為例，介紹了美國教材的學(xué)生實驗，得出其特點，并得到相應(yīng)的啟示，以供教師參考。

1 美國教材的物理實驗介紹

對運動中的物體的探究

物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)。許多被用來描述和理解（諸如：做線性運動的物體）力學(xué)系統(tǒng)的基本原理，以后也可以用來描述更復(fù)雜的自然現(xiàn)象。現(xiàn)在請你思考：你該如何測量錄像片中所示的機動車的速度？

問題

采用什么類型的測量方式，可以求出機動車的速度？

目標(biāo)

觀察錄像片中機動車的運動情況。

描述機動車的運動情況。

收集并整理機動車運動的有關(guān)數(shù)據(jù)。

計算機動車的速度。

實驗器材

互聯(lián)網(wǎng)上提供的錄像片。

手表或其他計時器。

實驗步驟

（1）請登錄網(wǎng)站：physicspp.com/internet_lab，觀看第一部分的實驗室錄像片段。

（2）上述錄像片是在美國中西部接近中午時段拍攝到的。在路面的右側(cè)邊緣，每隔0.322km就會出現(xiàn)一大段白色的長方形標(biāo)記。許多州在進行空中交通觀測時，都用這類標(biāo)記作為參照物。

（3）觀察 要知道機動車的行駛速度，你可以采取什么樣的測量方法？準備一個類似表1所示的數(shù)據(jù)表，記錄你對環(huán)境、其他的機動車以及白色標(biāo)記的觀察。比如，攝像機對準的是什么顏色的機動車？左邊車道的貨車又是什么顏色的（圖1）？

（4）測量與估計 再看一次錄像片，留意更多的細節(jié)。比如，路面是否平滑？機動車都朝哪個方向行駛？每輛機動車駛過兩個白色標(biāo)記需要多少時間？記錄你的觀察結(jié)果及數(shù)據(jù)（表1）。

分析

（1）定性地總結(jié)你的觀察結(jié)果。

（2）定量地總結(jié)你的觀察結(jié)果。

（3）繪制和運用圖像 在同一坐標(biāo)系上作出兩組數(shù)據(jù)的圖像。

（4）估計 機動車的速度為多大？請分別用km/s和km/h表示。

（5）預(yù)測 各輛車在5 min內(nèi)行駛了多遠的距離？

結(jié)論和應(yīng)用

（1）測量 距離和時間的測量值的精確度分別為多少？

（2）測量 你的速度測量值的精確度是多少？它與什么有關(guān)？

（3）使用變量、常量和控制量 描述本實驗中的自變量和因變量。

（4）對比與比較 哪一輛車得出的圖線的斜率更大？這個斜率等于什么？

（5）推斷 如果圖像上出現(xiàn)的是一條水平線，那么表示什么意思？若是一條有較大斜率的直線呢？

進一步探索

速度等于位移除以通過這段位移所用的時間。設(shè)計一個實驗，在教室里測量遙控車的速度。你會用什么作為標(biāo)記？你測量的位移和時間的精確度為多少？在測量小車經(jīng)過標(biāo)記時，如果你的視線與小車存在一個角度，它對測量結(jié)果會產(chǎn)生影響嗎？影響又是多大？你該如何改進你的測量？哪些單位對速度有意義？你最遠能預(yù)測到的小車的位置在何處？如果可能，請完成這個實驗，并總結(jié)你的結(jié)果。

生活中的物理學(xué)

副駕駛座上的乘客、駕駛員、駕駛員身后座位上的乘客同時看車上的時速表，所得到的讀數(shù)分別是90 km/h、100 km/h和110 km/h。請解釋這種差異產(chǎn)生的原因。

交流數(shù)據(jù)

設(shè)計實驗

登錄網(wǎng)站：physicspp.com/internet_lab。張貼你在教室里進行的測量遙控車速度的實驗。內(nèi)容包括材料清單、具體步驟以及對實驗準確度的預(yù)測。如果你已完成了實驗，把數(shù)據(jù)和結(jié)果也張貼出來。

物理在線

若想了解更多關(guān)于測量的內(nèi)容，請登錄網(wǎng)站：physicspp.com。

2 美國教材學(xué)生實驗的特點

2.1 緊密結(jié)合生活實際

物理來源于生活、應(yīng)用于生活，培養(yǎng)學(xué)生在實際生活中學(xué)物理、用物理，是物理教學(xué)中的一個重要內(nèi)容，也是激發(fā)學(xué)生興趣的重要手段。《普通高中物理課程標(biāo)準（實驗稿）》指出：高中物理課程在內(nèi)容上應(yīng)精選學(xué)生終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識與技能，加強與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系?！叭私贪妗苯滩闹械牧W(xué)實驗，大多都使用電磁打點計時器或電火花計時器。但是學(xué)生在生活實際中，很少用到這兩種計時器。由此，“人教版”力學(xué)實驗與學(xué)生的生活實際結(jié)合并不密切。

認知心理學(xué)研究指出，我們每個人都有一個詳細的自我圖示，它是一個與我們自己、我們的態(tài)度以及我們的個人經(jīng)歷相關(guān)的、有組織的內(nèi)部信息系統(tǒng)。因此，我們可以充分地、詳細地對與我們自己有關(guān)的信息進行編碼，這勝于任何其他主題的信息。同樣，我們可以很輕松就組織好那些與我們自己有關(guān)的新信息。根據(jù)認知心理學(xué)的研究成果，當(dāng)實驗與學(xué)生的生活實際結(jié)合得并不密切時，學(xué)生較難對實驗進行編碼。這或許是我們不少學(xué)生學(xué)不好實驗的原因之一。相比之下，美國教材的實驗比“人教版”教材更緊密結(jié)合了生活實際。

以《對運動中的物體的探究》為例，本實驗并不采用電磁打點計時器或電火花計時器，而是采用手表、路面上行駛的汽車。就從實驗器材來看，都是學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸到的。在進一步探索中，采用遙控車，是學(xué)生喜聞樂見的?！吧钪械奈锢韺W(xué)”所設(shè)置的時速表的讀數(shù)情景，也是學(xué)生在乘車時會遇到的。當(dāng)生活實際多次與物理實驗結(jié)合，學(xué)生會感覺到物理就在身邊，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣，還使學(xué)生在提取相關(guān)物理知識時會更有效。

2.2 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

“人教版”的物理實驗器材，幾乎都取自實驗室。美國教材給我們提供了另一條使用實驗器材的途徑，那就是網(wǎng)絡(luò)資源。本實驗中，美國教材以網(wǎng)絡(luò)視頻中的汽車為研究對象，取代了小車、斜面等較枯燥無味的實驗器材，拉近了實驗與生活的距離。在“交流數(shù)據(jù)”這一欄目，美國教材充分利用了網(wǎng)絡(luò)的共享性、便捷性，有利于學(xué)生快速地分享、交流、討論數(shù)據(jù)。

2.3 引導(dǎo)學(xué)生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的方法，那么有什么學(xué)習(xí)比通過積極地投入到探究的過程中去更好呢？”美國教材中不僅在“分析”欄目提供探究，而且在“進一步探索”、“生活中的物理學(xué)”等欄目中進行更為深入的探究。

施瓦布對教材和實驗手冊的編寫提供了三種建議：實驗手冊或教學(xué)材料只提出問題和描述研究問題的方法而不告訴學(xué)生實驗的結(jié)果，這樣能夠讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們事先不知道的關(guān)系。教學(xué)材料可以提出問題，但是研究方法和結(jié)論可以是開放的，讓學(xué)生們根據(jù)自己的實驗做出判斷。最為開放的設(shè)計是，學(xué)生實驗可以不限于教材或?qū)嶒炇謨灾兄付ǖ膯栴}，而是自己提出要研究的問題，收集證據(jù)，根據(jù)他們自己的實驗提出科學(xué)的解釋。

從美國教材可以看出，美國教材剛開始就給出了實驗器材和實驗步驟，但沒有告訴學(xué)生實驗的結(jié)果。之后在進一步探究中，只是提出問題：設(shè)計一個實驗，在教室里測量遙控車的速度。換言之，美國教材從剛開始提供各種支架到慢慢減少支架，逐漸增大探究的空間，這有助于學(xué)生探究能力的提高。

3 美國教材對學(xué)生實驗的啟示

3.1 加強實驗與生活的聯(lián)系

“人教版”教材的物理實驗與生活的聯(lián)系不多，為此，教師可以在實驗教學(xué)中借鑒美國教材的內(nèi)容，加強實驗與生活的聯(lián)系。將實驗、生活聯(lián)系在一起，可以拉近實驗與生活的距離，體驗到實驗的親切感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 用好視頻，起好輔助作用

教師大多能應(yīng)用視頻于物理課堂教學(xué)之中，起到了較好的輔助教學(xué)的作用。但視頻資源在物理實驗中的應(yīng)用，則相對欠缺。無疑，美國教材給我們提供了很好的示范。例如：我們可以把電梯里人在體重計上的示數(shù)變化拍攝好，制作成視頻，讓學(xué)生研究人的體重的最大讀數(shù)、最小讀數(shù)，研究電梯在超重、失重時的最大加速度。

3.3 網(wǎng)絡(luò)平臺促進交流討論

美國教材有配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以把實驗的數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)上，供大家分享和討論?？v觀美國教材的實驗，大多都有“交流數(shù)據(jù)”這一欄目。例如，美國教材中測量出自由落體運動的重力加速度后，鼓勵學(xué)生把得到的g的平均值與大家交流。并找出一張州地圖或國家地圖，把其他同學(xué)張貼在網(wǎng)上的g值數(shù)據(jù)記錄在地圖的相應(yīng)位置上。并引導(dǎo)學(xué)生：你是否可以看出不同的位置、區(qū)域和海拔對重力加速度有什么影響？教材的實驗結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺，不僅有助于分享和討論數(shù)據(jù)，也有助于學(xué)生開展更為深入的探究。

為此，我國教材也可以建設(shè)與教材相配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，以便學(xué)生交流討論。

3.4 進行實驗的進一步拓展

美國教材不僅對實驗進行“分析”，還有“結(jié)論和應(yīng)用”，“進一步探索”，“生活中的物理學(xué)”，“交流數(shù)據(jù)”等欄目。所有這些欄目，都是對實驗的進一步拓展，都有助于讓學(xué)生的探究能力得到培養(yǎng)和提高。

為此，我國教材也可以對實驗展開進一步拓展，讓學(xué)生在更豐富的情境中理解實驗，應(yīng)用實驗中的相關(guān)知識和規(guī)律解決問題。

參考文獻：

[1]Rorbert J.Sternberg.認知心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.120.

[2]張亮.“探究”教學(xué)的歷史嬗變[J].當(dāng)代教育科學(xué).2008（12）：60.

[3]張密密.高中物理課堂探究性學(xué)習(xí)的實踐研究[D].濟南：山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）

以《對運動中的物體的探究》為例，本實驗并不采用電磁打點計時器或電火花計時器，而是采用手表、路面上行駛的汽車。就從實驗器材來看，都是學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸到的。在進一步探索中，采用遙控車，是學(xué)生喜聞樂見的?！吧钪械奈锢韺W(xué)”所設(shè)置的時速表的讀數(shù)情景，也是學(xué)生在乘車時會遇到的。當(dāng)生活實際多次與物理實驗結(jié)合，學(xué)生會感覺到物理就在身邊，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣，還使學(xué)生在提取相關(guān)物理知識時會更有效。

2.2 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

“人教版”的物理實驗器材，幾乎都取自實驗室。美國教材給我們提供了另一條使用實驗器材的途徑，那就是網(wǎng)絡(luò)資源。本實驗中，美國教材以網(wǎng)絡(luò)視頻中的汽車為研究對象，取代了小車、斜面等較枯燥無味的實驗器材，拉近了實驗與生活的距離。在“交流數(shù)據(jù)”這一欄目，美國教材充分利用了網(wǎng)絡(luò)的共享性、便捷性，有利于學(xué)生快速地分享、交流、討論數(shù)據(jù)。

2.3 引導(dǎo)學(xué)生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的方法，那么有什么學(xué)習(xí)比通過積極地投入到探究的過程中去更好呢？”美國教材中不僅在“分析”欄目提供探究，而且在“進一步探索”、“生活中的物理學(xué)”等欄目中進行更為深入的探究。

施瓦布對教材和實驗手冊的編寫提供了三種建議：實驗手冊或教學(xué)材料只提出問題和描述研究問題的方法而不告訴學(xué)生實驗的結(jié)果，這樣能夠讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們事先不知道的關(guān)系。教學(xué)材料可以提出問題，但是研究方法和結(jié)論可以是開放的，讓學(xué)生們根據(jù)自己的實驗做出判斷。最為開放的設(shè)計是，學(xué)生實驗可以不限于教材或?qū)嶒炇謨灾兄付ǖ膯栴}，而是自己提出要研究的問題，收集證據(jù)，根據(jù)他們自己的實驗提出科學(xué)的解釋。

從美國教材可以看出，美國教材剛開始就給出了實驗器材和實驗步驟，但沒有告訴學(xué)生實驗的結(jié)果。之后在進一步探究中，只是提出問題：設(shè)計一個實驗，在教室里測量遙控車的速度。換言之，美國教材從剛開始提供各種支架到慢慢減少支架，逐漸增大探究的空間，這有助于學(xué)生探究能力的提高。

3 美國教材對學(xué)生實驗的啟示

3.1 加強實驗與生活的聯(lián)系

“人教版”教材的物理實驗與生活的聯(lián)系不多，為此，教師可以在實驗教學(xué)中借鑒美國教材的內(nèi)容，加強實驗與生活的聯(lián)系。將實驗、生活聯(lián)系在一起，可以拉近實驗與生活的距離，體驗到實驗的親切感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 用好視頻，起好輔助作用

教師大多能應(yīng)用視頻于物理課堂教學(xué)之中，起到了較好的輔助教學(xué)的作用。但視頻資源在物理實驗中的應(yīng)用，則相對欠缺。無疑，美國教材給我們提供了很好的示范。例如：我們可以把電梯里人在體重計上的示數(shù)變化拍攝好，制作成視頻，讓學(xué)生研究人的體重的最大讀數(shù)、最小讀數(shù)，研究電梯在超重、失重時的最大加速度。

3.3 網(wǎng)絡(luò)平臺促進交流討論

美國教材有配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以把實驗的數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)上，供大家分享和討論?？v觀美國教材的實驗，大多都有“交流數(shù)據(jù)”這一欄目。例如，美國教材中測量出自由落體運動的重力加速度后，鼓勵學(xué)生把得到的g的平均值與大家交流。并找出一張州地圖或國家地圖，把其他同學(xué)張貼在網(wǎng)上的g值數(shù)據(jù)記錄在地圖的相應(yīng)位置上。并引導(dǎo)學(xué)生：你是否可以看出不同的位置、區(qū)域和海拔對重力加速度有什么影響？教材的實驗結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺，不僅有助于分享和討論數(shù)據(jù)，也有助于學(xué)生開展更為深入的探究。

為此，我國教材也可以建設(shè)與教材相配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，以便學(xué)生交流討論。

3.4 進行實驗的進一步拓展

美國教材不僅對實驗進行“分析”，還有“結(jié)論和應(yīng)用”，“進一步探索”，“生活中的物理學(xué)”，“交流數(shù)據(jù)”等欄目。所有這些欄目，都是對實驗的進一步拓展，都有助于讓學(xué)生的探究能力得到培養(yǎng)和提高。

為此，我國教材也可以對實驗展開進一步拓展，讓學(xué)生在更豐富的情境中理解實驗，應(yīng)用實驗中的相關(guān)知識和規(guī)律解決問題。

參考文獻：

[1]Rorbert J.Sternberg.認知心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.120.

[2]張亮.“探究”教學(xué)的歷史嬗變[J].當(dāng)代教育科學(xué).2008（12）：60.

[3]張密密.高中物理課堂探究性學(xué)習(xí)的實踐研究[D].濟南：山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）

以《對運動中的物體的探究》為例，本實驗并不采用電磁打點計時器或電火花計時器，而是采用手表、路面上行駛的汽車。就從實驗器材來看，都是學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸到的。在進一步探索中，采用遙控車，是學(xué)生喜聞樂見的。“生活中的物理學(xué)”所設(shè)置的時速表的讀數(shù)情景，也是學(xué)生在乘車時會遇到的。當(dāng)生活實際多次與物理實驗結(jié)合，學(xué)生會感覺到物理就在身邊，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣，還使學(xué)生在提取相關(guān)物理知識時會更有效。

2.2 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

“人教版”的物理實驗器材，幾乎都取自實驗室。美國教材給我們提供了另一條使用實驗器材的途徑，那就是網(wǎng)絡(luò)資源。本實驗中，美國教材以網(wǎng)絡(luò)視頻中的汽車為研究對象，取代了小車、斜面等較枯燥無味的實驗器材，拉近了實驗與生活的距離。在“交流數(shù)據(jù)”這一欄目，美國教材充分利用了網(wǎng)絡(luò)的共享性、便捷性，有利于學(xué)生快速地分享、交流、討論數(shù)據(jù)。

2.3 引導(dǎo)學(xué)生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的方法，那么有什么學(xué)習(xí)比通過積極地投入到探究的過程中去更好呢？”美國教材中不僅在“分析”欄目提供探究，而且在“進一步探索”、“生活中的物理學(xué)”等欄目中進行更為深入的探究。

施瓦布對教材和實驗手冊的編寫提供了三種建議：實驗手冊或教學(xué)材料只提出問題和描述研究問題的方法而不告訴學(xué)生實驗的結(jié)果，這樣能夠讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們事先不知道的關(guān)系。教學(xué)材料可以提出問題，但是研究方法和結(jié)論可以是開放的，讓學(xué)生們根據(jù)自己的實驗做出判斷。最為開放的設(shè)計是，學(xué)生實驗可以不限于教材或?qū)嶒炇謨灾兄付ǖ膯栴}，而是自己提出要研究的問題，收集證據(jù)，根據(jù)他們自己的實驗提出科學(xué)的解釋。

從美國教材可以看出，美國教材剛開始就給出了實驗器材和實驗步驟，但沒有告訴學(xué)生實驗的結(jié)果。之后在進一步探究中，只是提出問題：設(shè)計一個實驗，在教室里測量遙控車的速度。換言之，美國教材從剛開始提供各種支架到慢慢減少支架，逐漸增大探究的空間，這有助于學(xué)生探究能力的提高。

3 美國教材對學(xué)生實驗的啟示

3.1 加強實驗與生活的聯(lián)系

“人教版”教材的物理實驗與生活的聯(lián)系不多，為此，教師可以在實驗教學(xué)中借鑒美國教材的內(nèi)容，加強實驗與生活的聯(lián)系。將實驗、生活聯(lián)系在一起，可以拉近實驗與生活的距離，體驗到實驗的親切感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 用好視頻，起好輔助作用

教師大多能應(yīng)用視頻于物理課堂教學(xué)之中，起到了較好的輔助教學(xué)的作用。但視頻資源在物理實驗中的應(yīng)用，則相對欠缺。無疑，美國教材給我們提供了很好的示范。例如：我們可以把電梯里人在體重計上的示數(shù)變化拍攝好，制作成視頻，讓學(xué)生研究人的體重的最大讀數(shù)、最小讀數(shù)，研究電梯在超重、失重時的最大加速度。

3.3 網(wǎng)絡(luò)平臺促進交流討論

美國教材有配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以把實驗的數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)上，供大家分享和討論。縱觀美國教材的實驗，大多都有“交流數(shù)據(jù)”這一欄目。例如，美國教材中測量出自由落體運動的重力加速度后，鼓勵學(xué)生把得到的g的平均值與大家交流。并找出一張州地圖或國家地圖，把其他同學(xué)張貼在網(wǎng)上的g值數(shù)據(jù)記錄在地圖的相應(yīng)位置上。并引導(dǎo)學(xué)生：你是否可以看出不同的位置、區(qū)域和海拔對重力加速度有什么影響？教材的實驗結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺，不僅有助于分享和討論數(shù)據(jù)，也有助于學(xué)生開展更為深入的探究。

為此，我國教材也可以建設(shè)與教材相配套的網(wǎng)絡(luò)平臺，以便學(xué)生交流討論。

3.4 進行實驗的進一步拓展

美國教材不僅對實驗進行“分析”，還有“結(jié)論和應(yīng)用”，“進一步探索”，“生活中的物理學(xué)”，“交流數(shù)據(jù)”等欄目。所有這些欄目，都是對實驗的進一步拓展，都有助于讓學(xué)生的探究能力得到培養(yǎng)和提高。

為此，我國教材也可以對實驗展開進一步拓展，讓學(xué)生在更豐富的情境中理解實驗，應(yīng)用實驗中的相關(guān)知識和規(guī)律解決問題。

參考文獻：

[1]Rorbert J.Sternberg.認知心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.120.

[2]張亮.“探究”教學(xué)的歷史嬗變[J].當(dāng)代教育科學(xué).2008（12）：60.

[3]張密密.高中物理課堂探究性學(xué)習(xí)的實踐研究[D].濟南：山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）