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

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)

新課標中明確提出：物理學(xué)基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(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)了實驗在教學(xué)中獨有價值及功能[2-5],必修模塊以大量的學(xué)生實踐活動為依托，幫助學(xué)生建立終身發(fā)展必備的核心概念,促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成. 本文以必修模塊中的實驗為例，從新教材使用者的角度進行說明與分析.

1 新教材必修模塊的實驗統(tǒng)計

必修教材的實驗統(tǒng)計：獨立小節(jié)學(xué)生實驗7個，實驗欄目11個，教師演示實驗11個，做一做、拓展學(xué)習(xí)14個，與實驗相關(guān)的習(xí)題7個，與實驗相關(guān)的節(jié)首問題4個，使用傳感器實驗8個. 新教材最大限度納入實驗，體現(xiàn)了物理學(xué)是基于觀察和實驗基礎(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題和問題的解決過程中盡可能以實驗呈現(xiàn). 通過7個獨立小節(jié)學(xué)生實驗，實現(xiàn)對學(xué)生科學(xué)探究能力進行有針對性、系統(tǒng)地培養(yǎng)，并使學(xué)生逐步形成科學(xué)態(tài)度. 以盡可能多的動手實踐活動促進學(xué)生形成物理觀念，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力.

2 新教材必修模塊實驗的設(shè)計特色分析

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

1)實驗盡可能用實物圖呈現(xiàn)，體現(xiàn)了真實感，在真實的實驗情境中增強學(xué)生的探究興趣，同時具有可操作性，啟發(fā)學(xué)生確定探究方案.

2)實驗前問題的提出過程、實驗思想的確定、實驗方案的制定、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等幾方面，注重學(xué)生科學(xué)研究問題方法的形成過程，對于學(xué)生的核心素養(yǎng)的能力發(fā)展起到很好的促進作用.

3)盡可能體現(xiàn)時代性，以當前的新技術(shù)和信息化手段為依托，使很多難以測量或難以控制的實驗得以順利進行，也使很多實驗的測量精度大大提升.

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

實驗的編寫系統(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，并在各個實驗中以問題引領(lǐng)學(xué)生不斷深入思考，體現(xiàn)了“以人為本”的編寫理念.

2.1 注重傳感器等新技術(shù)手段在實驗中的應(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)手段在實驗中的應(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”實驗，對于學(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. 用彈簧測力計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：通過電腦屏幕上導(dǎo)出的清晰圖像，學(xué)生能準確建立這一物理概念，并在觀念上發(fā)生改變. 同時，力傳感器不僅能做2個力互拉，還能顯示互推的2種情境，豐富了學(xué)生的認知.

2)傳感器等新技術(shù)手段的應(yīng)用，對展示實驗細節(jié)、提升學(xué)生用物理知識分析解決實際問題的能力起到重要作用. 比如“靜摩擦力的大小隨拉力變化”實驗，在完成用彈簧測力計水平方向拉木塊的實驗后，學(xué)生對最大靜摩擦力有了初步認知，但腦海中對實驗過程的細節(jié)不夠清晰. 使用傳感器進行實驗，電腦呈現(xiàn)圖像，學(xué)生的認識更加全面、準確. 同時，放大圖像，抓住細節(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，可以提高實驗效率，節(jié)約時間，利于教師與學(xué)生分析實驗誤差，審視和評估實驗結(jié)論. 比如“做一做”的“用計算機繪制v-t圖”，提升了學(xué)生用信息化手段處理實驗數(shù)據(jù)的能力. 同時，因為課時有限，恰當協(xié)調(diào)常規(guī)實驗和傳感器實驗的時間比例，這樣既提升學(xué)生自己動手繪圖等實踐能力，也提高了課堂效率. 比如：在研究自由落體運動是怎樣的直線運動的教學(xué)片段中，首先采取的實驗方案是應(yīng)用打點計時器打紙帶，讓學(xué)生規(guī)范畫出v-t圖像，看是否是1條傾斜的直線，得到自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動的實驗結(jié)論，并測出自由落體運動的加速度. 在接下來的誤差等深入分析過程中，可以用“電磁定位板”的傳感器讓小球做自由落體運動，電腦記錄小球在不同點的位置，畫出v-t圖像，求出自由落體運動的加速度，還可以更換不同質(zhì)量的小球多次實驗. 這樣，在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，借助傳感器等信息化手段，可以在不減少實踐活動的同時使科學(xué)探究活動更加豐富. 盡量在多種情況下的實驗歸納，有利于學(xué)生形成準確而豐富的物理觀念.

4)傳感器等新技術(shù)的應(yīng)用，豐富了實驗手段，解決了用常規(guī)實驗儀器不好完成的實驗. 比如用彈簧測力計很難準確測出運動物體的受力，尤其是變力，用力傳感器可很好解決；用氣墊導(dǎo)軌和光電門實驗裝置可以盡量克服打點計時器完成實驗時的阻力問題.

2.2 各欄目的實驗統(tǒng)一規(guī)劃，在教學(xué)過程中恰當呈現(xiàn)，課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

新教材實驗形式多樣，根據(jù)教學(xué)需要恰當呈現(xiàn). 節(jié)首問題、演示實驗、學(xué)生動手實驗、做一做和拓展學(xué)習(xí)以及獨立小節(jié)學(xué)生實驗，形成統(tǒng)一的實驗教學(xué)整體，根據(jù)所講授的內(nèi)容要求和實驗儀器特點采取不同的呈現(xiàn)方式，實現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)功能. 盡可能增加學(xué)生的實踐活動和階段性完整探究活動，實現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)探究能力不斷進階. 下面舉例說明必修一“運動學(xué)”實驗的結(jié)構(gòu)化分析.

“位移和時間的測量”一節(jié)的實驗欄目“練習(xí)使用打點計時器”，在建立了位移和時間的概念后，由于測量的需要，介紹和使用2種打點計時器. 實驗從理解儀器的構(gòu)造和實驗原理，到實驗方案的制定以及實施，再到原始數(shù)據(jù)記錄，最后得到紙帶上一段時間的位移，強調(diào)了實驗操作的規(guī)范性；通過紙帶獲取證據(jù)，可以探究很多運動學(xué)的問題，所以該實驗無論從方法還是實驗技能，起到奠定基礎(chǔ)的目的.

“速度”一節(jié)的實驗欄目“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”，是在建立速度、平均速度和瞬時速度后設(shè)置的實踐體驗活動，在上個實驗的基礎(chǔ)上對學(xué)生的探究能力有計劃地提升. 具體表現(xiàn)在：

1)需要通過紙帶上的位置信息(證據(jù))以及所學(xué)知識(平均速度、瞬時速度)分析數(shù)據(jù)，形成合理的結(jié)論，課文出示了2個數(shù)據(jù)記錄表格，進一步加強了學(xué)生數(shù)據(jù)記錄和處理的能力.

2)通過選取合適的位移和時間段來求紙帶上其中一點的瞬時速度的探究過程，是對學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識對實驗結(jié)論進行科學(xué)解釋的能力和意識的培養(yǎng)過程，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)“借助傳感器與計算機測速度”中，無論從科學(xué)探究問題的提出、探究方案的制定、數(shù)據(jù)處理以及得出實驗結(jié)論的過程，還是在實驗中獲取證據(jù)的難易度、應(yīng)用信息技術(shù)的能力和科學(xué)思維能力，都比上個實驗要求提高了很多. 對有較高發(fā)展要求的學(xué)生來說，在拓展學(xué)習(xí)的過程中，進一步提高探究能力，體現(xiàn)了教材對學(xué)生能力進階的系統(tǒng)考慮.

“實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”一節(jié)中，在前期對學(xué)生實驗技能和探究能力有計劃的培養(yǎng)下，課文就具體的情境(小車在重物牽引下運動)和問題(速度隨時間變化的規(guī)律)進行了1次完整的科學(xué)探究活動，是科學(xué)探究方法的1次總結(jié)和能力進階過程. 做一做“用計算機繪制v-t圖像”著重于培養(yǎng)學(xué)生用計算機等信息化手段處理實驗數(shù)據(jù)的能力. 練習(xí)與應(yīng)用第1題：進一步發(fā)展學(xué)生用不同的方法處理實驗數(shù)據(jù)的能力，強化學(xué)生的證據(jù)意識(用紙帶表示時間軸，用紙帶的長度表示速度——縱軸)和科學(xué)推理能力(由于時間間隔相同，所以紙帶長度可認為單位時間的位移，即速度).

在“自由落體運動”實驗欄目：研究自由落體運動規(guī)律，用已熟悉的實驗器材(打點計時器和紙帶)研究實際問題(測量重物下落的加速度)，實驗條件的控制、數(shù)據(jù)處理和誤差分析都比上幾個實驗的能力要求高，進一步達到使學(xué)生的探究能力進階的目的. 做一做：用手機測自由落體加速度，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)用物理知識解決實際問題的實踐活動，為學(xué)生能力發(fā)展提供了很好的教學(xué)素材.

2.3 實驗編寫給學(xué)生留有思考和發(fā)展的空間，引領(lǐng)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)

舉例：在“力的合成和分解”的實驗欄目“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”，實驗編寫具有深度學(xué)習(xí)的基本特征：

1)落實了物理學(xué)科的等效替代的思想方法，通過探究力的矢量運算法則，促進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個挑戰(zhàn)任務(wù)，以問題導(dǎo)向進行規(guī)范的探究活動，學(xué)生高度參與，深度思維.

3)學(xué)生積極合作、交流和對結(jié)論進行解釋.

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

第1個問題：合力F與F1、F2有什么關(guān)系？培養(yǎng)學(xué)生能夠從實際問題情境中提煉出可探究的物理問題的能力，這和直接給出實驗任務(wù)是不同的，可調(diào)動學(xué)生積極學(xué)習(xí)的動機和情感.

第2個問題：用力的圖示畫出F與F1、F2的大小和方向，看看三者間有什么關(guān)系？說出你的猜想. 問題的提出給了學(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.

第3個問題：怎樣驗證你的猜想，說出你的方法. 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)生分析實驗數(shù)據(jù)并得出實驗結(jié)論的能力、用已有的知識進行解釋的能力.

課文體現(xiàn)了在實際的問題情境下，以具有挑戰(zhàn)性問題引領(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)能力和實踐能力.

2.4 實驗的設(shè)計著眼于促進學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成

在新課標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)，實驗教學(xué)也有集中的體現(xiàn). 新教材中的實驗設(shè)計在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的同時，在概念、規(guī)律的得出過程中，也發(fā)揮著重要的、不可替代的作用. 同時，通過實驗，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”演示實驗，在有空氣和抽氣后觀察羽毛和鐵片下落的不同，在實驗觀察的基礎(chǔ)上引發(fā)思考，體會到空氣阻力對落體運動的影響，這對學(xué)生從實際的生活情境中進行科學(xué)抽象、構(gòu)建自由落體運動的物理模型起到關(guān)鍵性的作用.

舉例2：在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗參考案例2“通過位移之比測量加速度之比”，實驗方案很巧妙地在保持小車質(zhì)量相同、盤中重物不同的情況下，或是在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量，通過比較位移大小的方法來確定二者加速度的關(guān)系. 這里包含著應(yīng)用運動學(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. 同時，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)的章首問題：站在體重計上向下蹲，你會發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過程中，體重計的示數(shù)先變小，后變大，再變小. 當人靜止后，保持某一數(shù)值不變. 這是為什么呢？這一問題的思考和解決，就是一段很好的推理論證過程. 通過事實證據(jù)(人下蹲過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動定律)，進行科學(xué)推理，論證了觀點(觀察到的體重計的示數(shù)情況)，這一教學(xué)過程，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)的章首問題：小燈泡的規(guī)格都相同，兩個電路中的電池也相同. 多個并聯(lián)的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗. 如何解釋這一現(xiàn)象呢？課文中以真實的實驗現(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題：路端電壓為什么會變？在學(xué)生初中所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，對實驗事實產(chǎn)生了質(zhì)疑，在問題的逐步解決過程中，發(fā)展了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力.

2.5 實驗裝置圖用實物圖展示

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

舉例1：“導(dǎo)體電阻率的測量”實驗，展示了清晰的游標卡尺和螺旋測微器的實物圖，使學(xué)生對儀器的整體結(jié)構(gòu)有了準確的認識，可以更好地理解儀器的測量原理. 對于學(xué)生來說，從原理圖到真實的實驗器材需要思維的轉(zhuǎn)化，若開始就對儀器有真實的直觀感受，就會快速對儀器的結(jié)構(gòu)有整體認識和對原理有初步的猜想，并在自己的思考和教師的講解過程中得到驗證. 在此過程中增強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和意識，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械能”實驗，用氣墊導(dǎo)軌和光電門來完成，真實、清晰的實物圖使學(xué)生更加準確地理解實驗原理并形成探究方案，有助于探究能力的提升. 同時，這套實驗裝置也對學(xué)生具有啟發(fā)，可以研究系統(tǒng)的機械能守恒定律和動能定理，真實的情境拓寬了師生的探究思路.

3 新教材必修模塊中實驗的教學(xué)價值分析

新教材進一步加強了實驗教學(xué)，盡可能通過實驗現(xiàn)象提出要學(xué)習(xí)和解決的問題，體現(xiàn)從真實的問題情境中引發(fā)學(xué)生思考的教學(xué)理念. 在學(xué)生物理觀念形成過程中，盡可能用實驗的有效教學(xué)手段幫助學(xué)生對生活現(xiàn)象和事實情境進行科學(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個獨立小節(jié)學(xué)生實驗是對學(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)和研究奠定了堅實的基礎(chǔ). “做一做”和“拓展學(xué)習(xí)”為學(xué)生提供了大量實驗體驗的機會，體現(xiàn)了注重知識得出過程和方法形成過程，豐富的實踐體驗對學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度至關(guān)重要. 課后習(xí)題也強化了實驗，更注重對實際問題的解決和對創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

3.1 獨立小節(jié)學(xué)生實驗對于學(xué)生探究能力全面提升的價值

3.1.1 編寫結(jié)構(gòu)

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

2)實驗思路的分析，是在已有知識和實驗條件的基礎(chǔ)上制定實驗方案的環(huán)節(jié)，教科書的編寫方式更加有利于教師在課堂上組織學(xué)生進行小組討論. 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，也是對實際問題的應(yīng)用過程，是物理觀念的提煉和發(fā)展過程，強化了學(xué)生的證據(jù)意識.

3)實驗環(huán)節(jié)，教科書提供了操作性強、不同實驗條件和技術(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題的習(xí)慣和意識、注重實際問題的解決，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)范的實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，有助于使學(xué)生形成實事求是的科學(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)律的意識和能力，從而形成合理的結(jié)論，鼓勵學(xué)生用已有的物理知識進行科學(xué)解釋和交流.

6)教科書為實施探究活動設(shè)立了很好的框架，同時也對教師和不同程度學(xué)生進行探究活動留有發(fā)展接口，最大程度實現(xiàn)教材的“交互性”.

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

舉例：探究平拋運動的特點.

“探究平拋運動的特點”實驗是在拋體運動規(guī)律得出前進行的，通過一系列實驗探究得出平拋運動的特點. 不同于之前的教材編寫：在平拋運動的規(guī)律得出后進行“研究平拋運動”的實驗，主要解決2個問題：判斷平拋運動的軌跡是否為拋物線，計算平拋運動的初速度. 新教材編寫的變化體現(xiàn)了更加注重學(xué)生實踐體驗過程和知識的得出過程，實現(xiàn)實驗在學(xué)生物理觀念形成過程中的獨有價值. 同時，教材的編寫也引導(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，并使探究活動規(guī)范化、外顯化. 從探究問題的明確和提煉，到通過制定實驗方案、進行實驗、獲取證據(jù)，再到在獲得實驗證據(jù)的基礎(chǔ)上進行分析和論證的解釋，以及對實驗過程和結(jié)論進行交流，這是一段完整的科學(xué)探究過程，有助于提升學(xué)生的科學(xué)探究能力.

通過實驗得出物理概念和規(guī)律的教學(xué)思路，這是教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變. 突出對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、構(gòu)建新知識能力的培養(yǎng),完整的探究活動，可以逐步實現(xiàn)在物理課堂上落實核心素養(yǎng)的總體目標.

實驗思路的確定：

1)教材的敘述：我們可以按照把復(fù)雜的曲線運動分解為兩個相對簡單的直線運動的思路，分別研究物體在豎直方向和水平方向的運動特點. 體現(xiàn)了研究曲線運動的一般性方法，在教學(xué)中應(yīng)通過設(shè)置必要的問題引發(fā)學(xué)生思考.

2)平拋運動可以分解為哪兩個方向的運動呢？這一問題的分析過程實際上是對學(xué)生綜合分析解決實際問題能力的培養(yǎng)，是對“運動和相互作用”物理觀念再次體驗和深入理解的過程.

3)教學(xué)科書中提出：位移和速度哪一個更方便測量？如何通過實驗獲得所需信息？對問題的深入分析，可提升學(xué)生從不同角度審視物理問題并提出探究方案的能力及逐步形成證據(jù)意識.

實驗環(huán)節(jié)：教科書從不同角度和用不同的實驗裝置設(shè)計了幾個方案，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驗. 更重要的是，不同的實驗方案的著眼點不同. 比如：

方案一，用頻閃照片或者錄制視頻的方法，記錄物體在不同時刻的位置. 方法方便、簡單，這些技術(shù)手段現(xiàn)在已普及. 因為頻閃周期一定，研究水平和豎直方向的運動將更加方便.

方案二，用傳統(tǒng)的演示實驗器材有針對性進行實驗，更注重實驗設(shè)計和實驗操作過程，分2步進行：先研究豎直方向的分運動的特點，再研究水平方向分運動的特點. 在研究水平方向的分運動時，結(jié)合傳統(tǒng)實驗根據(jù)小球的運動軌跡來研究. 教材編寫充分考慮到了學(xué)生已經(jīng)學(xué)過自由落體運動，且用教科書上研究豎直方向的分運動的儀器進行實驗時可以避免測量數(shù)據(jù)，只需比較二者是否始終同時落地，使學(xué)生體會轉(zhuǎn)化思想. 豎直方向的分運動特點的確定，也為探究水平方向分運動的特點打好了基礎(chǔ). 此方案也有助于提升學(xué)生的推理、論證能力，進一步豐富學(xué)生的運動和相互作用的物理觀念，又是一段完整的探究活動. 所以，新教材實驗方案以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為目標.

方案三，用傳感器和計算機描繪物體做平拋運動的軌跡，更加注重新的技術(shù)手段在學(xué)習(xí)和研究過程中的應(yīng)用. 理解實驗原理，本身就是綜合提升學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識解決實際問題的能力，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動的小球的運動軌跡，這樣可以節(jié)約大量時間處理實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論、分析誤差，并從不同角度分析和審視實驗結(jié)論，進行解釋和交流.

課后練習(xí)題用家庭版的實驗裝置又一次實踐體驗，對形成全面、準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)計了具體的思考問題，以問題為引領(lǐng)，涉及到了科學(xué)探究過程的主要環(huán)節(jié)，有猜想、在實驗的基礎(chǔ)上獲取信息和加工信息、數(shù)據(jù)處理、得出實驗結(jié)論以及對實驗結(jié)論進行反思和評估. 規(guī)范操作，使科學(xué)探究方法外顯，既有知識的構(gòu)建，也有對方法和能力提升的考慮.

3.2 學(xué)生的動手實驗和做一做體驗活動在幫助學(xué)生構(gòu)建知識和能力進階中的價值

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

在新的概念建立過程中，物理實驗有著不可替代的作用，新教材雖說提供給教師的實驗和實踐體驗活動有限，但很好的教學(xué)思路能夠幫助教師實施教學(xué)活動和學(xué)生能力的進階.

舉例1：在“曲線運動”一節(jié)的“做一做”中“用飛鏢顯示曲線運動的速度方向”的體驗活動. 在節(jié)首問題的引領(lǐng)下，學(xué)生對物體做曲線運動的速度方向有了自己的猜想和初步認識；在隨后用沾有紅色印泥的鋼球從彎管不同位置離開時的演示實驗進行了實驗驗證，這是用實驗證據(jù)對結(jié)論進行論證的過程；緊接著研究了“曲線的切線”，從理論上進行論證，這是用理論證據(jù)對觀點進行論證的教學(xué)過程；最后用“飛鏢”體驗活動豐富了學(xué)生“運動”的物理觀念，形成了對“做曲線運動的質(zhì)點在某一點的速度方向，沿曲線在這一點的切線方向”這一概念的準確認識. 這次實踐體驗活動是學(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)了新教材重視知識的得出過程，在實踐體驗中學(xué)生構(gòu)建知識和實現(xiàn)能力進階.

舉例2：在“向心力”一節(jié)“做一做”欄目中感受向心力實驗，實驗原理雖然不盡完善(手所提供的拉力不完全是向心力)，但學(xué)生這一體驗過程必不可少. 這對學(xué)生能夠提出可探究的問題和做出科學(xué)的猜想起到很好的作用，增強了繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和探究的愿望. 在隨后用向心力演示器進行探究活動時，可以很好地制定出實驗方案，順利得出向心力的大小與哪些因素有關(guān)的實驗結(jié)論. 這樣的教學(xué)安排符合學(xué)生的認知規(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)展中的價值

比如：“速度”一節(jié)的實驗“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”，是對概念深入理解和鞏固的過程，也是知識的應(yīng)用過程. 旁批：D、F兩點間距離過小，測量誤差會增大. 所以，實際測量中要根據(jù)需要及所用儀器的情況，在要測量的點附近選取合適的位移和時間. 請考慮此實驗中產(chǎn)生誤差的原因. 這一問題的探究和分析過程，是學(xué)生養(yǎng)成質(zhì)疑的習(xí)慣和意識的過程，問題解決過程也是學(xué)生創(chuàng)新能力的提升過程.

在隨后的“拓展學(xué)習(xí)”欄目中又提供了借助傳感器和計算機測速度的實驗方案. 理解實驗原理的過程伴隨著獲取信息、加工信息能力的思維過程，也是把實際的問題抽象為可研究的物理問題，并構(gòu)建勻速直線運動的物理模型的過程. 這一拓展學(xué)習(xí)，是對速度概念的深入理解，用速度的概念解決實際問題的過程. 在確定時間和位移的過程中，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)推理能力.

3.3 與實驗為背景的節(jié)首問題和習(xí)題解決實際問題的價值

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

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

舉例2：“超重和失重”一節(jié)的章首實驗問題，從實驗事實和結(jié)論(體重計示數(shù)的變化)開始本節(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)活動提供了很好的思維起點. 體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)主題引領(lǐng)、注重問題解決的教學(xué)理念，是建立運動和相互作用的“大概念”很好的教學(xué)組成.

教材對實驗的重視也體現(xiàn)在習(xí)題的設(shè)計上，以“自由落體運動”一節(jié)的“練習(xí)與應(yīng)用”設(shè)計說明. 本節(jié)正文在構(gòu)建自由落體運動模型時進行了牛頓管的演示實驗. 在探究自由落體運動的規(guī)律時用打點計時器研究了重物的下落運動的學(xué)生動手實驗，體現(xiàn)了在實驗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測出自由落體加速度的實踐體驗過程是概念總結(jié)和深化理解、應(yīng)用過程，有利于提升學(xué)生應(yīng)用物理知識綜合解決實際問題的能力，現(xiàn)在手機應(yīng)用已很普遍，教學(xué)中完全可以實現(xiàn). 課后習(xí)題第5題，用頻閃照片研究自由落體運動，是課堂學(xué)習(xí)過程的延續(xù)，增強了用新技術(shù)手段研究物理問題的能力和意識，對學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)可以起到促進作用，也是對學(xué)生從不同視角和選擇不同的探究方案來研究同一個物理問題的能力和意識的提升. 第6題“人的反應(yīng)時間測量尺”的小實驗，學(xué)生在愉悅的體驗過程中學(xué)會了選用恰當?shù)奈锢砟Ｐ徒鉀Q實際問題的方法，是知識的內(nèi)化和提煉過程. 所以，教材無論是正文還是課后練習(xí)題，對實驗的設(shè)計都有系統(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?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)的實際情況，也考慮到學(xué)生能力和思維的發(fā)展過程所需采用的有效實驗教學(xué)手段.

4 使用建議之一：探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗的改進方案

關(guān)于拉力的測量，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. 教科書用旁批：可證明這兩個力只是近似相等，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)實驗驗證. 新課標要求在教學(xué)中應(yīng)特別體現(xiàn)方法和過程，探究過程中注重提升學(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題的過程中出現(xiàn)困難時培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和創(chuàng)新能力. 基于以上的考慮，我們感覺到：直接告訴學(xué)生這個結(jié)論不符合新課程的理念，但又不能避開現(xiàn)實的問題. 實際上應(yīng)用傳感器能夠很好處理此問題. 在探究活動受阻的情況下，用綁在小車上的力傳感器來說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牽引小車的情況下誤差較小的結(jié)論. 這樣做，無疑是對學(xué)生日后科學(xué)探究活動提供方法上的指導(dǎo)，也改變了學(xué)生的思維觀念；同時，也培養(yǎng)了學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的意識，并在解決問題的過程中能夠正確應(yīng)用科學(xué)的思維方法和實驗方法. 建議有實驗條件的學(xué)?？梢栽谑褂眯陆滩臅r加上這一教學(xué)片段.