對(duì)人教版高中物理教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫的一些質(zhì)疑和修改建議

周喆

【摘 要】指出人教版物理教材中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分編寫中存在的一些令人質(zhì)疑、欠妥甚至錯(cuò)誤的不利于教學(xué)之處，針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行梳理和歸納，指出教材中應(yīng)該修改的幾處錯(cuò)誤或值得商榷的說(shuō)法，并給予相應(yīng)的修改建議。

【關(guān)鍵詞】物理實(shí)驗(yàn) 質(zhì)疑 商榷 錯(cuò)誤 修改建議

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）07B-0111-02

廣西作為參加新課程標(biāo)準(zhǔn)改革的最后一個(gè)地方，從2012年9月至去年完成全國(guó)高考，高中物理教學(xué)中采用了人民教育出版社出版（2010年3月或4月第3版）的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書。在此輪本地區(qū)新課改實(shí)施的具體教學(xué)、集體備課和研究學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸發(fā)現(xiàn)了一些該套教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫存在的令人質(zhì)疑、欠妥甚至錯(cuò)誤的不利于教學(xué)之處?，F(xiàn)針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行梳理和歸納，并且分別提出相應(yīng)的修改建議，供大家在后續(xù)的新課改的進(jìn)一步實(shí)施或教材改版時(shí)加以參考和借鑒。限于篇幅和本人水平局限，在本文后面提供的相關(guān)“參考文獻(xiàn)”中有同行已經(jīng)先后提出了正確的觀點(diǎn)并進(jìn)行詳細(xì)論述，在此文中將加以采用而不再過(guò)多展開，敬請(qǐng)?jiān)髡哒徑?，有意者可查閱所列原文。此文意在拋磚引玉，以得到大家的關(guān)注。

一、對(duì)一處建立物理概念的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的質(zhì)疑

必修2的23頁(yè)至24頁(yè)“實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”，該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作時(shí)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)有兩方面的困難：一是用秒表測(cè)周期及線速度，用天平測(cè)鋼球的質(zhì)量，利用軌跡圓半徑和懸點(diǎn)的豎直高度（用刻度尺）測(cè)定tanθ，無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn)，測(cè)量工具及待測(cè)物理量較多，已經(jīng)超出“粗略驗(yàn)證”的本意；二是由水平面內(nèi)的軌跡圓確認(rèn)所需要的向心力，再由豎直面至圓錐面分析實(shí)際的力如何提供向心力，需要學(xué)生具備足夠的空間想象能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力。這些對(duì)于剛開始認(rèn)識(shí)向心力的學(xué)生來(lái)說(shuō)，臺(tái)階過(guò)高。而大多數(shù)學(xué)校仍然保留有“向心力演示器”，其主要是通過(guò)皮帶將兩個(gè)變速塔輪連接起來(lái)操作，用它來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是因?yàn)橛星皟晒?jié)的“問(wèn)題與練習(xí)”和“思考與討論”作為基礎(chǔ)，相當(dāng)于其內(nèi)容的延伸，所以在課堂上操作比較容易，表現(xiàn)比較直觀，理解比較容易，也能較完整和較快地體現(xiàn)控制變量的探究方法，用來(lái)“粗略驗(yàn)證”的臺(tái)階較低。因此建議將“演示（或做一做）：用向心力演示器粗略驗(yàn)證向心力大小的表達(dá)式”（或者作為實(shí)驗(yàn)方案一）及相關(guān)內(nèi)容編排在“實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力大小的表達(dá)式”（或者作為實(shí)驗(yàn)方案二）之前。

另外，必修2的23頁(yè)“向心加速度的表達(dá)式”和“向心力的表達(dá)式”，均應(yīng)分別修改為“向心加速度大小的表達(dá)式”和“向心力大小的表達(dá)式”，這樣既與前一節(jié)的表述保持一致，又使得向心力的矢量性更加凸顯，為后面向心力實(shí)例分析和矢量處理奠定好基礎(chǔ)。

二、對(duì)有關(guān)物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一些質(zhì)疑

1.在必修1的56頁(yè)“胡克定律”相關(guān)內(nèi)容中，雖然有“實(shí)驗(yàn)表明”的敘述，但沒(méi)有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探究過(guò)程等的設(shè)置。一方面在初中教材中原來(lái)就沒(méi)有這類實(shí)驗(yàn)的要求，另一方面也不符合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中“通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解物體的彈性，知道胡克定律”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，何況《新課標(biāo)高考考試大綱》中一直有“實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的明確要求，并且在近幾年全國(guó)高考新課標(biāo)試卷中對(duì)此實(shí)驗(yàn)已做了重點(diǎn)考查。

為了落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)，使正常教學(xué)與高考實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接和統(tǒng)一，教材在此處應(yīng)該增加比較完整的“實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的內(nèi)容，并在實(shí)驗(yàn)后留出拓展性作業(yè)：（1）調(diào)查日常生活和生產(chǎn)中所用彈簧的形狀及使用目的（如獲得彈力或減緩振動(dòng)等）；（2）制作一個(gè)簡(jiǎn)易彈簧秤，用胡克定律解釋其工作原理。

2.牛頓第一定律不應(yīng)涉及“質(zhì)量”，而本節(jié)教材69頁(yè)至70頁(yè)“慣性與質(zhì)量”內(nèi)容所涉及的力、質(zhì)量和加速度三個(gè)物理量，正是牛頓第二定律的核心內(nèi)容。從學(xué)生最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，建議將“慣性與質(zhì)量”包括“思考與討論”的內(nèi)容向后編排到第二節(jié)《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的開始部分。

3.必修2的第七章第六節(jié)《實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系（動(dòng)能定理）》中的參考案例二，當(dāng)橡皮筋、小車等器材選擇不妥當(dāng)時(shí)，會(huì)使得實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程和效果不夠理想。建議在70頁(yè)“操作與作圖的技巧”下方的“在第二個(gè)方案中”之后，增加“可以選用如下器材：小車（前端帶小鉤，有帶輪緣的輪子）；100～200g的砝碼；用鋁合金軌道制成的斜軌道（并在斜軌道一端的兩側(cè)適當(dāng)位置對(duì)稱地固定兩個(gè)用于固定橡皮筋的鐵夾子）；電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶；6根等長(zhǎng)的約為62cm的同規(guī)格、兩端分別系有兩個(gè)小鉤的橡皮筋（橫斷面為圓形、單根半徑約為0.7mm的橡皮筋，或用去掉外層包裹紗線的圓柱狀的松緊帶，也可用已仔細(xì)剪成單股的帶狀松緊帶）”。

4.選修3-5的第2頁(yè)至第4頁(yè)，即第一節(jié)《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量（動(dòng)量守恒定律）》的“實(shí)驗(yàn)的基本思路”中“現(xiàn)在的問(wèn)題是（猜想和假設(shè)）”之后的內(nèi)容和“需要考慮的問(wèn)題”下方表格中的表達(dá)式，以及第4頁(yè)第一段“舉例來(lái)說(shuō)”之后的說(shuō)明，有多處既不符合“最近發(fā)展區(qū)”理論，又沒(méi)有代表一定的物理意義?，F(xiàn)提出以下三種層次的猜想與假設(shè)，建議將教材中相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行修改：“猜測(cè)1：，即碰撞前后系統(tǒng)速度的平均值保持不變。猜測(cè)2：即碰撞前后系統(tǒng)總的動(dòng)能保持不變。猜測(cè)3：，即碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和保持不變。”

三、教材中應(yīng)該修改的幾處錯(cuò)誤或值得商榷的說(shuō)法

1.必修2的第4頁(yè)“做一做（實(shí)驗(yàn)）”中的飛鏢本意是要“顯示曲線運(yùn)動(dòng)速度方向的”，但是“飛鏢的指向根本不可能是它做曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向”，或者說(shuō)“飛鏢的實(shí)際速度方向并不是飛鏢指示的方向”。既然如文中制作的飛鏢及其現(xiàn)象的描述與實(shí)際不符合，目前還沒(méi)有其它正確、恰當(dāng)?shù)钠鞑暮筒僮鞣椒?，建議將該“做一做”整體刪除掉，以防止影響前后內(nèi)容及引起錯(cuò)誤地應(yīng)用。

2.必修2的13頁(yè)“圖5.3-1某物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡”左側(cè)內(nèi)容中有“例如M3的坐標(biāo)為x=2.8mm，y=1.9mm”。經(jīng)過(guò)對(duì)比學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)可能是編排“單位”時(shí)出現(xiàn)了疏忽，應(yīng)當(dāng)修改為“例如M3的坐標(biāo)為x=2.8cm，y=1.9cm”。

3.選修3-4的34頁(yè)至35頁(yè)“波的干涉”傳承了舊教材的內(nèi)容，作為多年以來(lái)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，通過(guò)教材內(nèi)容讓學(xué)生理解了兩列相干波相遇的某點(diǎn)為什么是加強(qiáng)點(diǎn)或減弱點(diǎn)，但是在后續(xù)拓展時(shí)雖然有34頁(yè)“圖12.4-5波的干涉的示意圖”可以幫助識(shí)別和記憶，若要讓學(xué)生去確定加強(qiáng)點(diǎn)（加強(qiáng)區(qū)域）或減弱點(diǎn)（減弱區(qū)域）分布的規(guī)律并加以應(yīng)用，在新課教學(xué)過(guò)程中學(xué)生往往不得要領(lǐng)、手足無(wú)措，即使把“滿足波程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍的點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，處于加強(qiáng)區(qū)域”的結(jié)論經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單引導(dǎo)告訴學(xué)生，學(xué)生往往仍一頭霧水或一知半解。尤其近幾年高考已經(jīng)多次考查兩相干波源連線上、連線的中垂線上或相應(yīng)坐標(biāo)軸上、周圍封閉路徑上加強(qiáng)點(diǎn)分布的位置及數(shù)目等實(shí)際問(wèn)題。出現(xiàn)這些疑難問(wèn)題的癥結(jié)主要是教學(xué)中沒(méi)有及時(shí)將“干涉圖樣”及分布規(guī)律與數(shù)學(xué)的雙曲線知識(shí)和方法有機(jī)聯(lián)系和融合起來(lái)，讓學(xué)生失去了數(shù)形結(jié)合、數(shù)理邏輯統(tǒng)一的極好素材和發(fā)展?jié)撃艿挠欣麜r(shí)機(jī)。

綜上所述，建議在35頁(yè)“做一做（實(shí)驗(yàn)）：操場(chǎng)上聲音的干涉”之后，增加“思考與討論：同學(xué)們可以回憶、查閱數(shù)學(xué)的雙曲線及其圖象知識(shí)和方法，并且聯(lián)系圖12.4-5波的干涉的示意圖，嘗試推理、得出兩相干波源周圍哪些位置是加強(qiáng)點(diǎn)？哪些位置又是減弱點(diǎn)？然后進(jìn)一步總結(jié)、確定出加強(qiáng)點(diǎn)（加強(qiáng)區(qū)域）或減弱點(diǎn)（減弱區(qū)域）分布的規(guī)律”。

4.選修3-4的54頁(yè)小標(biāo)題“決定條紋間距的條件”應(yīng)該修改為：“出現(xiàn)明暗干涉條紋的條件”。這樣才能與其后面的內(nèi)容相符合，也與56頁(yè)小標(biāo)題“實(shí)驗(yàn)原理”后面的內(nèi)容不再造成誤解和沖突。

為了維護(hù)人教版物理教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的科學(xué)性、權(quán)威性和普及性，更加充分地貫徹落實(shí)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)，以上進(jìn)行了不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的梳理和歸納，逐項(xiàng)提出了針對(duì)教材中有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一些質(zhì)疑、錯(cuò)誤、值得商榷之處和相應(yīng)的修改建議，望在教材再版時(shí)專家們能借鑒或采納，以修去原有的瑕疵或不足。由于本人水平有限，若有不妥或仍然存在未提出的類似問(wèn)題，請(qǐng)專家和同仁們?cè)谶M(jìn)一步教學(xué)實(shí)踐中繼續(xù)發(fā)掘和批評(píng)指正。

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【作者簡(jiǎn)介】周 喆（1967— ），男，漢族，籍貫甘肅省天水市，現(xiàn)就職于廣西師范大學(xué)附屬中學(xué)，中學(xué)高級(jí)教師，中學(xué)市級(jí)骨干教師，已有十二部教育教學(xué)輔導(dǎo)用書出版和二十多篇專業(yè)論文在國(guó)家級(jí)雜志發(fā)表或獲各類獎(jiǎng)項(xiàng)，一直從事全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽和奧林匹克物理競(jìng)賽的組織、輔導(dǎo)等教練工作，因所帶學(xué)生多次榮獲全國(guó)一、二、三等獎(jiǎng)，有十三人次代表廣西參加全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽決賽或冬令營(yíng)，先后十次榮獲中國(guó)物理學(xué)會(huì)等頒發(fā)的優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)。曾被聘為廣西師范大學(xué)教育碩士學(xué)位論文評(píng)閱專家，被桂林市教育局聘為中小學(xué)教師資格評(píng)審專家。

（責(zé)編 盧建龍）