高中物理與初中物理實(shí)驗(yàn)部分的對接研究

高中物理與初中物理實(shí)驗(yàn)部分的對接研究*

劉麗軍田戰(zhàn)永王 冰尤佳佳孫 健尹國盛

(河南大學(xué)物理與電子學(xué)院河南 開封475004)

河南省教育廳2014年教師教育教改研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2014-JSJYYB-008；河南省科技廳2013年基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：132300410142

通信作者：尹國盛(1955-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事物理教學(xué)及研究．

摘 要：在中學(xué)物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不容忽視.通過對比初中《九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，以及研究現(xiàn)行初高中物理教材中實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及要求.我們發(fā)現(xiàn)，初高中物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容既有延續(xù)性，又有一定的跳躍性.從初中的觀察演示實(shí)驗(yàn)，到高中的驗(yàn)證探究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的教學(xué)顯得越來越重要.

關(guān)鍵詞：初中物理高中物理實(shí)驗(yàn)對接研究

作者簡介：劉麗軍(1986-)，女，中教二級，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究．

收稿日期：(2015-05-08)

1義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)對物理實(shí)驗(yàn)的要求

《九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.”[1]要求物理教學(xué)中要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用，進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)方案的前提下，自己選擇實(shí)驗(yàn)器材，組合實(shí)驗(yàn)裝置，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn).避免把實(shí)驗(yàn)步驟一條條地羅列給學(xué)生，并代替學(xué)生繪制各種表格，讓學(xué)生“按方抓藥”不求甚解地在表格中填入數(shù)據(jù)，這種菜單式的實(shí)驗(yàn)操作模式固然容易得出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng).同時(shí)，給出了20個(gè)學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋力、熱、光、電等物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.

2普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)對物理實(shí)驗(yàn)的要求

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》三維目標(biāo)均對物理實(shí)驗(yàn)有所強(qiáng)調(diào)，并指出“高中物理實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生較為深入地學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的有關(guān)理論、方法和技能；進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的興趣；增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度；養(yǎng)成交流與合作的良好習(xí)慣；發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力.”[2]可見，高中物理實(shí)驗(yàn)要突出物理學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用，物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)中的重要內(nèi)容.在必修和選修模塊中，都不同程度地體現(xiàn)了對物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步要求.在高中物理教學(xué)中，應(yīng)該重視學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的理解.在觀察演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要學(xué)生關(guān)注所觀察的現(xiàn)象，同時(shí)要讓學(xué)生理解該物理現(xiàn)象是用來說明什么問題和怎樣說明問題的.應(yīng)該盡量讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理.在進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒗斫鈱?shí)驗(yàn)原理的前提下獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn).重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高，使學(xué)生能正確使用高中物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的儀器和工具，獲得較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)信息，但要避免進(jìn)行刻板的技能訓(xùn)練.實(shí)驗(yàn)是了解、研究自然規(guī)律的重要方法，它的作用不只是為了獲取信息.應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)操作是在相關(guān)原理的指引下進(jìn)行的，學(xué)會把實(shí)驗(yàn)獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論，只動(dòng)腦不動(dòng)手和只動(dòng)手不動(dòng)腦都是不正確的.

3初高中物理實(shí)驗(yàn)要求的異同

初高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)都對學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ筝^高，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生獨(dú)立自主的進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，教師要避免在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中對學(xué)生進(jìn)行不必要的干預(yù)，達(dá)到全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.因此，教師在教學(xué)中要重視學(xué)生獨(dú)立意識的培養(yǎng)，避免在物理實(shí)驗(yàn)中羅列步驟，學(xué)生填表式的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等情況.同時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生去思考實(shí)驗(yàn)背后的物理規(guī)律，找到問題的本質(zhì)，掌握分析處理問題的方法，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣.

初高中物理實(shí)驗(yàn)部分最大的不同在于，高中物理較多地增加了探究型實(shí)驗(yàn)，這對于進(jìn)一步提升全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)非常重要。在探究型實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將會學(xué)習(xí)到更多處理問題的科學(xué)方法和技能，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的素養(yǎng)，同時(shí)也養(yǎng)成良好的探索習(xí)慣，學(xué)會通過探究獲取新的知識，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，開發(fā)創(chuàng)新思維能力.

4高中物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及其與初中物理實(shí)驗(yàn)的對接教學(xué)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》更強(qiáng)調(diào)學(xué)生對于物理實(shí)驗(yàn)的理解應(yīng)用能力，要能夠理解物理現(xiàn)象與問題的解決之間的關(guān)系，不僅僅是停留于對某個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與總結(jié).學(xué)生要更加重視實(shí)驗(yàn)的原理和方法的分析，以及結(jié)論的得出方法，等等.

首先，以人教版高中物理實(shí)驗(yàn)“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”[3]和初中物理實(shí)驗(yàn)“科學(xué)探究：速度的變化”[4]為例，探討如何更好地進(jìn)行初高中物理實(shí)驗(yàn)的對接.

初中物理中對于速度的變化的探究過程如下：

(1)提出問題.如何確定一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的速度有沒有變化.

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).若測出物體在運(yùn)動(dòng)過程中有兩段時(shí)間的速度值不一樣，那就可以證明這個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中速度變化了.

(3)進(jìn)行試驗(yàn).測量路程和時(shí)間，填入表格.

(4)得出結(jié)論.

高中物理實(shí)驗(yàn)“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”是在實(shí)驗(yàn)“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”之后，所以教材中首先提出實(shí)驗(yàn)的方案：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究小車在重物牽引下的運(yùn)動(dòng).其過程如下：

(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).重物牽引小車，小車帶動(dòng)紙帶，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車運(yùn)動(dòng)的相關(guān)信息.

(2)數(shù)據(jù)處理.選擇合適的紙帶，使用合適的時(shí)間間隔對紙帶進(jìn)行計(jì)數(shù)，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，填表.

(3)作出v-t圖像.描述小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律.

由此可以看出，高中物理注重獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性.同時(shí)，高中物理實(shí)驗(yàn)中所體現(xiàn)的處理分析問題的科學(xué)方法也更具有普遍性.例如，本實(shí)驗(yàn)中，高中物理在實(shí)驗(yàn)器材上選擇了精確度較高的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器作為計(jì)時(shí)工具；數(shù)據(jù)處理上也有了更多的誤差減小的辦法，在計(jì)算瞬時(shí)速度的時(shí)候采取了選取計(jì)數(shù)點(diǎn)的方法，減小了測量時(shí)的相對誤差；同時(shí)在最后的數(shù)據(jù)分析上，采用了圖像法這一物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的數(shù)據(jù)分析方法，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出更加準(zhǔn)確合理.

下面再以力的合成為例對比初高中物理實(shí)驗(yàn)的異同，從中進(jìn)一步體會初高中物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，力求能更準(zhǔn)確地把握教學(xué)中的切合點(diǎn).

初中物理實(shí)驗(yàn)“探究同一直線上二力的合成”對于同一直線上的力的合成給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，并為學(xué)生繪制了完整的數(shù)據(jù)表格，學(xué)生只需按照課本所給過程和操作方法認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)步驟，并將所需數(shù)據(jù)填入繪制好的表格即可完成實(shí)驗(yàn).

高中物理實(shí)驗(yàn)“探究求合力的方法”只是簡單給出了實(shí)驗(yàn)的整體規(guī)劃并給予簡單提示,對于試驗(yàn)中的一些具體的實(shí)施方法以及操作方式并未詳細(xì)給出,而是留給了學(xué)生去獨(dú)立思考,自行確定實(shí)驗(yàn)操作方案.本實(shí)驗(yàn)通過探究互成角度的兩個(gè)力的合成方法，最后讓學(xué)生總結(jié)出了求合力的具體方法，嘗試了矢量運(yùn)算的相關(guān)技能.

可以看出，高中物理實(shí)驗(yàn)的探究性要高于初中物理實(shí)驗(yàn)的探究性，實(shí)驗(yàn)中均涉及到力的合成方法的總結(jié)，不同的是，初中物理只是對同一直線上的力的合成給出了計(jì)算方法，高中物理則是通過更為一般性的探究，得出了力的合成的方法——平行四邊形定則，也即是矢量運(yùn)算法則.通過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到更為普適的知識，才能更好地為他們今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).這也是完全符合課程標(biāo)準(zhǔn)的，同時(shí)也符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律.

5高中物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

高中物理實(shí)驗(yàn)對初中物理實(shí)驗(yàn)有延續(xù)，但更多的是提升，不僅僅是實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜程度的變化，而是通過實(shí)驗(yàn)教授學(xué)生去思考問題，找尋解決問題的更為合理的方式和方法.教會學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法的在后續(xù)知識的學(xué)習(xí)以及生活中的應(yīng)用.在進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，教師要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行.

(1)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

1)實(shí)驗(yàn)原理的分析.原理清楚，才能設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，原理分析要從已有的物理規(guī)律、定律等出發(fā)，弄清楚實(shí)驗(yàn)中要測量的物理量以及如何通過測量的物理量得出相關(guān)數(shù)據(jù).

2)實(shí)驗(yàn)操作過程的設(shè)計(jì).正確無誤地操作可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，避免實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤操作.實(shí)驗(yàn)操作也就是實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程，決定著實(shí)驗(yàn)的成敗.

3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的設(shè)計(jì).數(shù)據(jù)分析決定了實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出的準(zhǔn)確性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要.

(2)引導(dǎo)學(xué)生選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材

只有合理的實(shí)驗(yàn)器材才能保證實(shí)驗(yàn)操作的簡單高效、數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確便捷.同時(shí)，實(shí)驗(yàn)器材的選擇必須遵循實(shí)驗(yàn)的“安全、準(zhǔn)確、易操作”等原則，器材的選擇也要與實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等相配合.

(3)引導(dǎo)學(xué)生思考和總結(jié)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束并不意味著思考的結(jié)束，相反，它是思考更深層次問題的開始.教師應(yīng)當(dāng)適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生思考以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1)思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).主要引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)是通過什么樣的方式去研究物理問題的，實(shí)驗(yàn)中有沒有比較科學(xué)的方法可以借鑒，以及為什么要這樣設(shè)計(jì)，有沒有更好的實(shí)驗(yàn)方案和方法來實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新思考.

2)思考實(shí)驗(yàn)過程.引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)過程中的操作注意事項(xiàng)，為什么要注意這些，對于實(shí)驗(yàn)有什么樣的效果，能不能使用其他的操作方法，提高學(xué)生的操作創(chuàng)新能力.

3)思考實(shí)驗(yàn)結(jié)論.思考實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確，是否合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)論能說明什么樣的問題，能不能推廣到其他情況，以及推廣條件和范圍等，提高學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力.

4)思考實(shí)驗(yàn)所反映的物理現(xiàn)象和規(guī)律.本實(shí)驗(yàn)通過什么物理現(xiàn)象反映了什么樣的物理規(guī)律，是否能夠嚴(yán)格驗(yàn)證該規(guī)律.更深層次的思考是，如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證其他物理規(guī)律，等等.提高學(xué)生處理和解決問題的能力.

參 考 文 獻(xiàn)

1中華人民共和國教育部. 全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn). 北京：人民教育出版社,2011

2中華人民共和國教育部. 全日制普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn). 北京：人民教育出版社, 2011

3張大昌,彭前程，等.普通高中物理共同必修1.北京：人民教育出版社,2013

4彭前程,杜敏，等.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書八年級物理.北京：人民教育出版社,2013

Research on Experimental Part Links Between

Senior Physics and Junior Physic

Liu LijunTian ZhanyongWang BingYou JiajiaSun JianYin Guosheng

(Physics and Electronic College, Henan University, Kaifeng，Henan475004)

Abstract:Experimental part can not be ignored in middle school physics teaching. In this articale we have compared the standard of physics courses in the nine-year compulsory education, the full-time general Senior High School Physics Curriculum Standard and middle school physics teaching materials in use now. We found that there are something in common and difference in this part between junior physics and senior physics. The biggest different is that analytical and problem-solving abilities is much valued in senior physics rather than observing and thinking ablitity in junior physics. So, in this situation, we should pay more attention to the design of experimental method in senior physics.

Key words:junior physics; senior physics; experiment; research in teaching links.

教育技術(shù)應(yīng)用