新教材(人教版)選修模塊實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)特色和教學(xué)價(jià)值分析

朱亞平

(北京景山學(xué)校，北京 100006)

1 新教材選修模塊的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

2019年人民教育出版社出版的高中物理教材(以下簡稱“人教版教材”)選修模塊[1-3]的3本教材，共27章，獨(dú)立小節(jié)125節(jié)，其中獨(dú)立小節(jié)實(shí)驗(yàn)共4個(gè)，實(shí)驗(yàn)欄目23個(gè)，演示實(shí)驗(yàn)36個(gè)，做一做欄目25個(gè)，涉及實(shí)驗(yàn)的拓展學(xué)習(xí)9個(gè)，以實(shí)驗(yàn)為背景的節(jié)首問題28個(gè)，與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的習(xí)題40個(gè). 從實(shí)驗(yàn)操作主體來看,既有教師,也有學(xué)生；從實(shí)驗(yàn)實(shí)施時(shí)間來看,既有課堂完成的實(shí)驗(yàn),也有課下完成的實(shí)驗(yàn). 選擇性必修學(xué)生和教師為實(shí)驗(yàn)主體的分類統(tǒng)計(jì)見表1.

表1 選擇性必修學(xué)生和教師為實(shí)驗(yàn)主體的分類統(tǒng)計(jì)

2 人教版教材選修模塊實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)特色

密立根說：科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實(shí)驗(yàn). 有時(shí)一條腿走在前面，有時(shí)另一條腿走在前面，但只有使用兩條腿才能前進(jìn). 對于中學(xué)物理而言,實(shí)驗(yàn)不僅是重要的教學(xué)內(nèi)容，也是拓展學(xué)生認(rèn)知方式、發(fā)展學(xué)生思維能力、提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體. 根據(jù)課程結(jié)構(gòu)變化、學(xué)生需要和時(shí)代發(fā)展需要，人教版教材的編寫實(shí)驗(yàn)遵循以下原則：實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，提升科學(xué)探究素養(yǎng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)以學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)器材力求傳統(tǒng)與現(xiàn)代并重[4].

2.1 設(shè)計(jì)多層次、多角度的實(shí)驗(yàn)欄目

教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)欄目包括實(shí)驗(yàn)、演示、做一做和拓展學(xué)習(xí)，分別從學(xué)生個(gè)體、學(xué)生小組、教師和學(xué)生等角度，從動(dòng)手操作、展示觀看、思考體驗(yàn)和感悟、拓展延伸等不同層面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在問題欄目、練習(xí)與應(yīng)用、復(fù)習(xí)與提高欄目也有與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的設(shè)問. 從章節(jié)的布局看，全章從不同角度、不同層面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為概念、規(guī)律得出提供認(rèn)知基礎(chǔ)，讓學(xué)生經(jīng)歷概念、規(guī)律建構(gòu)的過程，形成相關(guān)的物理觀念.

對于動(dòng)量守恒規(guī)律的探究，教材共呈現(xiàn)了10個(gè)不同的真實(shí)碰撞實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐活動(dòng)圖景：

1)質(zhì)量不同的2個(gè)小球發(fā)生相互碰撞；

2)接收大乳膠氣球的實(shí)踐活動(dòng)；

3)汽車碰撞試驗(yàn)；

4)利用光電計(jì)時(shí)器測量氣墊導(dǎo)軌上2輛小車的碰撞實(shí)驗(yàn)；

5)斜槽末端2個(gè)小球的碰撞；

6)斜面上2輛小車的碰撞；

7)用傳感器測量2輛小車的碰撞；

8)氣球的反沖；

9)帶彎管可以旋轉(zhuǎn)的盛水容器的旋轉(zhuǎn)噴水運(yùn)動(dòng)；

10)運(yùn)載火箭噴氣加速過程.

以上實(shí)驗(yàn)不僅有實(shí)驗(yàn)室人為設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)情景、日常生活中的碰撞情景，還有航天工程、汽車制造等科技生產(chǎn)中的碰撞情景. 教材通過豐富的碰撞現(xiàn)象，促使學(xué)生將熟悉的碰撞和陌生的碰撞、自然發(fā)生的碰撞、實(shí)驗(yàn)室人為設(shè)計(jì)的碰撞等多種動(dòng)量守恒的現(xiàn)象聯(lián)系到一起，發(fā)現(xiàn)不同表象背后的共性規(guī)律，使學(xué)生對碰撞中動(dòng)量守恒的認(rèn)識更加具體、豐富.

光的干涉有多種不同的圖樣，雙縫干涉圖樣是等間距條紋，薄膜干涉圖樣不一定是等間距的，不管圖樣的表象如何，其形成原理是相同的. 教材設(shè)計(jì)了4個(gè)干涉實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生認(rèn)識光的干涉，理解不同表象背后規(guī)律的一致性.

1)用紅色激光照射金屬擋板上的2條平行的狹縫，在屏上得到紅黑相間的條紋；

2)觀察肥皂膜的干涉現(xiàn)象，認(rèn)識不等間距的干涉圖樣；

3)根據(jù)雙縫干涉原理測量波長，定量認(rèn)識條紋間距與波長的關(guān)系；

4)用傳感器和計(jì)算機(jī)測量干涉圖樣中光的強(qiáng)度在空間分布情況.

以上4個(gè)實(shí)驗(yàn)從簡單到復(fù)雜，從不同層次提供具體直觀的干涉情景，幫助學(xué)生建構(gòu)典型的光的干涉模型，提升學(xué)生解釋和理解光的干涉現(xiàn)象的能力.

自感在不同情境中的具體表象不同. 教材設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)：

1)觀察直流電路通電瞬間和放電瞬間小燈泡的發(fā)光情況；

2)通過電流傳感器顯示通電瞬間電流隨時(shí)間變化的圖像；

3)以習(xí)題的方式呈現(xiàn)，2位同學(xué)在用多用電表的歐姆擋測量變壓器線圈的電阻過程中，由于沒有注意操作規(guī)范，當(dāng)表筆與被測線圈脫離時(shí)，其中1位同學(xué)有電擊的感覺.

3個(gè)實(shí)驗(yàn)分別從燈泡亮暗變化的視覺信息、電流-時(shí)間的圖像信息、觸覺感官信息3個(gè)角度呈現(xiàn)自感現(xiàn)象的不同表象，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度認(rèn)識自感和互感現(xiàn)象，豐富了學(xué)生的認(rèn)識視角.

2.2 設(shè)計(jì)突破學(xué)生思維難點(diǎn)的針對性實(shí)驗(yàn)

選修模塊的有些概念對學(xué)生而言是非常陌生的，學(xué)生在建構(gòu)概念的過程中存在思維難點(diǎn). 教材針對學(xué)生認(rèn)知的思維難點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，突破學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙.

學(xué)生學(xué)習(xí)熱學(xué)主題時(shí)開始接觸隨機(jī)事件，即在一定條件下某件事可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，單個(gè)事件的發(fā)生具有隨機(jī)性，而大量隨機(jī)事件的整體往往會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這是學(xué)生思維的難點(diǎn)之一. 教材設(shè)計(jì)伽爾頓板實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生形象地認(rèn)識隨機(jī)事件和統(tǒng)計(jì)規(guī)律. 在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中，體會(huì)在每個(gè)小球下落的過程中很難準(zhǔn)確判斷它會(huì)落入哪個(gè)狹槽中，但是可以估計(jì)大量小球下落后狹槽中小球最終數(shù)量的分布情況——靠近入口的狹槽內(nèi)小球的數(shù)量多，遠(yuǎn)離入口的狹槽內(nèi)小球的數(shù)量少. 習(xí)題中設(shè)計(jì)了拋硬幣活動(dòng)，通過分析“我的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”“我所在小組的數(shù)據(jù)”“我所在大組的數(shù)據(jù)”“全班的數(shù)據(jù)”來認(rèn)識隨機(jī)事件.

分子動(dòng)理論將氣體系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)歸結(jié)為分子的熱運(yùn)動(dòng)及其相互作用. 密閉容器中氣體對容器的壓強(qiáng)是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果，很多學(xué)生不理解為什么分子不連續(xù)的撞擊會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的壓強(qiáng). 教材通過用豆粒模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理，讓學(xué)生觀察這樣的事實(shí)：單顆豆粒給秤盤的壓力很小，作用時(shí)間也很短，但是大量的豆粒對秤盤的頻繁撞擊就對秤盤產(chǎn)生了持續(xù)、均勻的壓力. 在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生將氣體無規(guī)則撞擊器壁與豆粒撞擊秤盤進(jìn)行類比，將豆粒實(shí)驗(yàn)的結(jié)果遷移到氣體分子撞擊器壁的現(xiàn)象中：從微觀來講，單個(gè)氣體分子的撞擊是間斷而不均勻的，但對于大量分子的合作用來說，宏觀上表現(xiàn)為連續(xù)和均勻的特點(diǎn). 豆粒的撞擊實(shí)驗(yàn)為學(xué)生學(xué)習(xí)密閉容器中氣體壓強(qiáng)的微觀機(jī)理提供了有效的認(rèn)知通道.

2.3 設(shè)計(jì)多樣化、開放性的實(shí)驗(yàn)方案

同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以有不同的實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)處理方法. 多樣化的方案和開放性的提問為學(xué)生提供了思考選擇、分析論證和做出判斷的機(jī)會(huì). 選擇性必修教材的4個(gè)獨(dú)立小節(jié)實(shí)驗(yàn)中有3個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)都具有開放性.

關(guān)于動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)方案，教材提供了2個(gè)參考案例：氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞和斜槽末端小球的碰撞. 第1個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材是學(xué)生比較熟悉的，其優(yōu)點(diǎn)在于能研究完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞以及非完全彈性碰撞3種典型的碰撞，為從能量角度分析碰撞做鋪墊. 第2個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)在于將速度的測量轉(zhuǎn)化為距離的測量，不僅是平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律在實(shí)踐中的具體應(yīng)用，而且體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)美，這種轉(zhuǎn)換的思想有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

關(guān)于單擺運(yùn)動(dòng)周期的測量，教材提供了2種方案，引導(dǎo)學(xué)生比較2種方案的優(yōu)劣并且說明評價(jià)依據(jù). 關(guān)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，教材鼓勵(lì)學(xué)生思考其他方案. 通過開放性問題引導(dǎo)學(xué)生思考如何減小測量誤差，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識方式.

用雙縫干涉測量光的波長實(shí)驗(yàn)，教材提供了2種方案：用遮光筒裝置的傳統(tǒng)人工測量方案，以及用光傳感器裝置的自動(dòng)測量方案. 前者的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是光干涉的典型圖樣——明暗相間的等間距條紋，后者呈現(xiàn)干涉后光的強(qiáng)弱在空間的分布規(guī)律，讓學(xué)生“看到”干涉后光在空間的強(qiáng)弱分布并不是非亮即暗，而是連續(xù)變化的，“看到”光干涉現(xiàn)象更多的細(xì)節(jié).

開放性的設(shè)計(jì)不僅讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識更加全面豐富，還能培養(yǎng)學(xué)生從多角度思考問題的習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

2.4 突出實(shí)驗(yàn)原理的統(tǒng)領(lǐng)性

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度以及遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感[5]. 學(xué)生實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度以及遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)范的重要學(xué)習(xí)活動(dòng). 人教版教材突出實(shí)驗(yàn)原理的統(tǒng)領(lǐng)性，注重建立實(shí)驗(yàn)操作與原理的聯(lián)系，針對實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行提問，引導(dǎo)學(xué)生思考操作與原理中的哪個(gè)物理量或者實(shí)驗(yàn)條件有對應(yīng)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)操作對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，以此培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范的意識和承擔(dān)操作帶來的結(jié)果的責(zé)任感.

比如驗(yàn)證碰撞中動(dòng)量是否守恒的實(shí)驗(yàn)，人教版教材這樣提問：氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平，如果需要，你能想出哪些辦法？這個(gè)問題與“如何創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件使系統(tǒng)所受的外力的矢量和近似為零”一致，都強(qiáng)調(diào)調(diào)節(jié)軌道水平這一操作的重要性——?jiǎng)?chuàng)設(shè)動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)環(huán)境. 教材還問：兩個(gè)滑塊相向運(yùn)動(dòng)的碰撞，如果碰撞后的速度方向與原來方向相反，這個(gè)時(shí)候應(yīng)該怎樣去記錄碰撞后的速度？引導(dǎo)學(xué)生建立碰撞過程與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)操作與結(jié)果的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度.

用單擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)的操作細(xì)節(jié)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響大. 教材針對操作的關(guān)鍵點(diǎn)逐一提問：線有粗細(xì)和長短的不同，伸縮性也有區(qū)別. 不同小球的質(zhì)量和體積有差異. 想一想，應(yīng)如何選擇擺線和擺球？為什么？教材用圖例展示細(xì)線上端的2種不同的懸掛方式，提問學(xué)生應(yīng)該選用哪種方式及原因，以及是否有更好的設(shè)計(jì). 通過問題引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作與原理的區(qū)別和聯(lián)系，關(guān)注實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度.

用油膜法估測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生通過測量宏觀量，進(jìn)而間接測量微觀量的重要體驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，需要測量單分子層油酸膜的面積. 通過怎樣的操作才能得到單分子層油酸膜呢？實(shí)驗(yàn)中需要注意哪些細(xì)節(jié)？教材通過圖例示范實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，如何記錄油酸酒精溶液的滴數(shù)，均勻的薄薄的痱子粉呈什么狀態(tài)，如何記錄油膜形狀等細(xì)節(jié)，都展示了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)照片，提供操作參考的“樣本”.

3 人教版教材選修模塊的教學(xué)價(jià)值分析

實(shí)驗(yàn)編寫根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中高中物理課程結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了調(diào)整：刪除了課程標(biāo)準(zhǔn)中不再要求學(xué)習(xí)或者被壓縮部分的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，刪除操作難度大、多次重復(fù)的演示實(shí)驗(yàn)；根據(jù)學(xué)生需要、時(shí)代發(fā)展改進(jìn)或者新增加一些實(shí)驗(yàn)，旨在使實(shí)驗(yàn)更有利于教和學(xué)，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值.

3.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)的探究情境

真實(shí)的探究情境能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生全身心投入到學(xué)習(xí)中， 專注于解決物理問題. 教材中除了實(shí)驗(yàn)、演示、做一做和拓展學(xué)習(xí)欄目外，節(jié)首問題、練習(xí)與應(yīng)用、復(fù)習(xí)與提高欄目都有與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題，這些都可以轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)的探究情境，成為學(xué)生在學(xué)習(xí)知識、技能的同時(shí)完成能力提升、素養(yǎng)發(fā)展的載體.

利用節(jié)首問題創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)環(huán)境. 水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢？這是全反射一節(jié)的節(jié)首問題，有的學(xué)生可能沒有見過，有必要在課堂上重現(xiàn)這一現(xiàn)象，可以用觀察洗滌靈中的氣泡做替代實(shí)驗(yàn). 用透明瓶裝滿洗滌靈，再倒出1瓶蓋，蓋好蓋子，晃動(dòng)盛有洗滌靈的瓶子，直到瓶內(nèi)出現(xiàn)大氣泡，讓學(xué)生動(dòng)手做一做并描述觀察到的現(xiàn)象，嘗試作出解釋.

將自感現(xiàn)象節(jié)后的練習(xí)與應(yīng)用欄目的習(xí)題改編成學(xué)生做一做實(shí)踐活動(dòng)，準(zhǔn)備完好的線圈，用多用電表的歐姆擋測量線圈的阻值. 讓學(xué)生用2只手分別握住線圈裸露的兩端測量，在看到歐姆表指針偏轉(zhuǎn)過一定角度后，將多用電表的表筆與被測線圈脫離，學(xué)生會(huì)有電擊的感覺，教師要在實(shí)驗(yàn)前檢測斷開表筆時(shí)的電流大小，有輕微的電擊感即可. 學(xué)生會(huì)很奇怪，為什么總是在斷開表筆的瞬間有電擊的感覺. 這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫丶ぐl(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲.

通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情景，激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng). 磁鐵對玻璃管沒有吸引作用，磁鐵在豎直放置玻璃管中的運(yùn)動(dòng)可看作自由落體，在2 m長的玻璃管中下落的時(shí)間0.6 s左右. 磁鐵對銅沒有吸引作用，磁鐵在2 m長的銅管中的下落時(shí)間遠(yuǎn)超過1 s. 通過對比實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)、探究的熱情，提升學(xué)生科學(xué)猜想、科學(xué)論證的能力.

3.2 發(fā)展學(xué)生的思維能力

思維認(rèn)知能力是指學(xué)習(xí)者在面對生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時(shí),在進(jìn)行學(xué)科認(rèn)知加工的過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定的個(gè)性心理特征，是學(xué)習(xí)者在秉持科學(xué)態(tài)度，運(yùn)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S和豐富的感性思維，發(fā)現(xiàn)新問題、運(yùn)用新方法、解決新問題、獲得新結(jié)論的過程中表現(xiàn)出來的思維能力，是激發(fā)個(gè)體好奇心、想象力、塑造創(chuàng)新人格所必須具備的能力基礎(chǔ)[6].

能夠獨(dú)立思考，通過自己的邏輯思辨發(fā)表獨(dú)立的、有創(chuàng)造性的看法，能夠從不同視角觀察、思考同一問題，能夠靈活地運(yùn)用不同方法解決同一問題,等等，這些都是思維能力強(qiáng)的具體表現(xiàn). 教材編寫的實(shí)驗(yàn)有利于橫向發(fā)展思維的多樣性，縱向發(fā)展思維的深刻性.

教材提供了3種繪制簡諧運(yùn)動(dòng)圖像的方法:用數(shù)碼相機(jī)繪制振子的振動(dòng)圖像，用計(jì)算機(jī)顯示振子的振動(dòng)位移隨時(shí)間變化曲線，還可以用模擬振動(dòng)曲線的記錄裝置繪制. 3種方案都能解決問題——得到簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像，但是解決的途徑不同，對學(xué)生的認(rèn)知要求也不同. 讓學(xué)生認(rèn)識到解決同一問題可以有不同方案，用不同方案解決問題的路徑是有差異的，橫向發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識方式，使其思維具有多樣性.

教材通過練習(xí)與應(yīng)用中的實(shí)驗(yàn)問題縱向發(fā)展學(xué)生思維的認(rèn)識深度. 光照射到有孔的障礙物上會(huì)通過孔繼續(xù)傳播，如果孔的尺寸較大，光通過孔后在屏上形成的光斑形狀與孔的形狀相似，這是光直線傳播的現(xiàn)象；若孔的尺寸小到一定程度，屏上將出現(xiàn)明暗間隔分布的圖樣，這是光的衍射現(xiàn)象. 教材以習(xí)題的方式引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，在回答具體問題的過程中促進(jìn)學(xué)生對光現(xiàn)象的縱向認(rèn)識發(fā)展，提升學(xué)生思維認(rèn)識的深度.

3.3 引導(dǎo)教學(xué)方式改進(jìn)

知識的獲取能力是個(gè)體認(rèn)識世界、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)所必需具備的關(guān)鍵能力之一. 通過閱讀教材進(jìn)行自主學(xué)習(xí)是日常教學(xué)中容易實(shí)施的一種學(xué)習(xí)方式，是提升學(xué)生知識獲取能力的有效途徑. 教材的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)圖景照片，在學(xué)生認(rèn)知的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)問，提供多樣的實(shí)驗(yàn)方案，這有利于學(xué)生自主閱讀、自主學(xué)習(xí).

在驗(yàn)證動(dòng)量守恒的獨(dú)立小節(jié)實(shí)驗(yàn)中，針對實(shí)驗(yàn)裝置、滑塊碰撞的狀態(tài)教材共配有5幅圖片，實(shí)驗(yàn)原理部分提出3個(gè)問題，關(guān)于速度的測量進(jìn)行開放性提問，對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)提出問題:如何創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似于零？氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平？需要測量哪些物理量？有哪些方式可以測量速度，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)你會(huì)選擇哪種？為什么？實(shí)驗(yàn)裝置中的鉛垂線起什么作用？如何記錄并測量小球飛出的水平距離？這些問題可以作為學(xué)生課前學(xué)習(xí)的思考和診斷題，讓學(xué)生通過閱讀教材作出回答，在課堂上交流分享，不僅提高了課堂效率，還能促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐探索能力的提升，學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí).

關(guān)于洛倫茲力方向的演示實(shí)驗(yàn)，教材呈現(xiàn)了電子束在磁場中受力偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)照片和實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 這部分內(nèi)容也適合學(xué)生課前學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生閱讀教材后，用簡易的物理圖景表示照片中的圖景并標(biāo)出電子受力的大致方向. 一方面引導(dǎo)學(xué)生重視從現(xiàn)象到結(jié)論的分析論證過程，另一方面也可以對學(xué)生的分析論證能力做出診斷，使課堂教學(xué)更加符合學(xué)生的實(shí)際需求.

對于學(xué)生能夠根據(jù)理論分析得出結(jié)論的實(shí)驗(yàn)，都可以采用學(xué)生課前學(xué)習(xí)或者自主閱讀的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生圖像理解能力、閱讀理解能力、信息搜索能力、信息整理能力等知識獲取能力.

3.4 促進(jìn)信息轉(zhuǎn)化能力發(fā)展

《中國高考評價(jià)體系》[6]指出，實(shí)踐操作能力是學(xué)生關(guān)鍵能力之一，包括：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)處理能力、信息轉(zhuǎn)化能力、動(dòng)手操作能力、應(yīng)用寫作能力、語言表達(dá)能力. 實(shí)踐操作能力強(qiáng)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)行為目標(biāo)和面臨的客觀條件，設(shè)計(jì)或者選擇解決問題的最佳方案. 信息轉(zhuǎn)化能力在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為能夠根據(jù)不同的器材選擇或者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

測量碰撞前后小球的速度是驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)的重要測量步驟，通過必修課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了多種測量速度的方法，如用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門或者傳感器都可以測量瞬時(shí)速度. 教材提供了2個(gè)參考案例:用數(shù)字計(jì)時(shí)器測量速度，既快捷又準(zhǔn)確. 在沒有數(shù)字計(jì)時(shí)器和傳感器的年代，能不能完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？教材提供了另一種方案，利用平拋原理將速度測量轉(zhuǎn)化為小球飛出的水平距離的測量. 教材通過實(shí)例啟發(fā)學(xué)生在直接測量有困難的情況下，可以考慮轉(zhuǎn)換物理量進(jìn)行間接測量，引導(dǎo)學(xué)生思維的多樣化發(fā)展，提升學(xué)生的信息轉(zhuǎn)化能力.

測定玻璃磚的折射率的重要步驟是獲取光的傳播路徑，即入射光線和折射光線. 當(dāng)今，可以通過激光直接獲得光的傳播路徑. 在激光沒有進(jìn)入課堂的年代，可以利用光的直線傳播和2點(diǎn)確定1條線的原理，用插針法確定光線. 該設(shè)計(jì)把光線這一假想的抽象概念變得具體“可見”，這也是在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化的很好范例.

對于能體現(xiàn)設(shè)計(jì)魅力的實(shí)驗(yàn)，要通過設(shè)問方式引起學(xué)生思考和重視，一方面通過呈現(xiàn)遇到困難時(shí)轉(zhuǎn)換思維進(jìn)行間接測量的范例啟發(fā)學(xué)生的思維，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，另一方面也展現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)之美.

3.5 提升科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)

具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，關(guān)心國內(nèi)外科技發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，了解物理研究和物理成果的應(yīng)用，是中學(xué)生的科學(xué)態(tài)度的一種具體表現(xiàn). 選修模塊的實(shí)驗(yàn)編寫重視物理研究與物理成果的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)知識的同時(shí)思考相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

波的干涉可以作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的素材. 教材用水波的干涉演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)干涉的原理；在做一做欄目，讓學(xué)生探索聲音的干涉現(xiàn)象中，聲音最大和最小位置在空間的分布規(guī)律，感受聲音干涉的具體表現(xiàn)——聲音的加強(qiáng)和減弱(甚至消失)；在STSE欄目介紹主動(dòng)降噪技術(shù)在耳機(jī)中的應(yīng)用，并呈現(xiàn)消聲原理圖. 呈現(xiàn)原理與技術(shù)、課堂與生活的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生對物理的積極情感.

變壓器是電磁感應(yīng)原理的重要應(yīng)用，通過探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，學(xué)生知道了變電站和傳統(tǒng)充電器中變壓器的工作原理，但對變壓器的認(rèn)識還是停留在概念層面，不容易產(chǎn)生濃厚的興趣和求知欲. 教材在科學(xué)漫步欄目介紹了近幾年發(fā)展起來的無線電充電技術(shù)，其中有一種是基于變壓器原理設(shè)計(jì)的，不需要用導(dǎo)線連接電源和充電設(shè)備，盡管有成本高、能量損耗大等不足，但是突破了大家對于輸電模式的認(rèn)識邊界，能引起學(xué)生對物理技術(shù)的好奇心，有利于學(xué)生產(chǎn)生探索自然的內(nèi)在動(dòng)力.

4 選修模塊實(shí)驗(yàn)的教學(xué)建議

通過必修實(shí)驗(yàn)部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了基本實(shí)驗(yàn)操作技能，掌握了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的程序、基本的測量方法、數(shù)據(jù)處理方法等實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)[7]. 選修模塊實(shí)驗(yàn)可以看作必修模塊實(shí)驗(yàn)的進(jìn)階學(xué)習(xí)，不僅是知識上的進(jìn)階，還包括實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的進(jìn)階. 在教學(xué)中要分析不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)欄目對應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)，挖掘適合的教學(xué)進(jìn)階點(diǎn)，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

1)演示實(shí)驗(yàn)側(cè)重發(fā)展學(xué)生觀察、描述、記錄等獲取和處理信息的能力，發(fā)展學(xué)生基于證據(jù)作出解釋、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力. 也可以改變教學(xué)方式，用問題引導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，作出預(yù)估分析，甚至讓學(xué)生來演示和講解演示實(shí)驗(yàn).

2)學(xué)生實(shí)驗(yàn)側(cè)重發(fā)展學(xué)生設(shè)計(jì)與制定實(shí)驗(yàn)方案，對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力. 實(shí)際教學(xué)中不拘泥于1種實(shí)驗(yàn)方案，可以讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)，組織不同方案的小組交流實(shí)驗(yàn)的過程和收獲.

3)有條件的學(xué)校可以把做一做欄目中的實(shí)驗(yàn)變成課堂演示演示、學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)或者課后實(shí)驗(yàn). 沒有條件的學(xué)校可以拍成視頻，教師針對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具體問題，讓學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)，回答問題，引導(dǎo)學(xué)生間接完成實(shí)驗(yàn).

4)鼓勵(lì)學(xué)生在家做習(xí)題中的實(shí)驗(yàn)，甚至把它變成演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獲得驗(yàn)證理論的機(jī)會(huì)，體會(huì)成功給學(xué)生帶來的快樂.