新課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)向下優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略研究

沈賽華，男，1980年11月出生，江蘇啟東人，江蘇省啟東市匯龍中學(xué)校長(zhǎng)，中共黨員，高級(jí)教師，本科學(xué)歷，物理研訓(xùn)員，南通市中小學(xué)課程基地專家組成員，學(xué)科帶頭人，曾多次在地市級(jí)優(yōu)課比賽中獲一等獎(jiǎng)，同時(shí)主持、參與多項(xiàng)省、市級(jí)課題研究。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）注重對(duì)學(xué)生交流協(xié)作能力的培養(yǎng)，同時(shí)也對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了更高要求，對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與職責(zé)的培養(yǎng)要求也更加明確。筆者進(jìn)行了“新課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)向下優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略研究”的課題研究，結(jié)合課題研究的階段性成果并就個(gè)人教研員經(jīng)歷的所看、所思、所想，分享幾點(diǎn)見(jiàn)解。

物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展在物理教學(xué)中有著不可替代的作用，物理的本質(zhì)離不開(kāi)理性思維與實(shí)驗(yàn)探究，所以只有親手做了實(shí)驗(yàn)，物理原理才能明了，物理結(jié)論才有可信度，才更具說(shuō)服力。近幾年，實(shí)驗(yàn)題不僅僅出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)?zāi)K，在選擇題和計(jì)算題模塊中同樣涉及。高考中有關(guān)實(shí)驗(yàn)的題型還有一個(gè)鮮明的導(dǎo)向，就是考查學(xué)生有沒(méi)有真正做過(guò)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)考查實(shí)驗(yàn)操作步驟和實(shí)驗(yàn)器材的選取，以及實(shí)驗(yàn)原理的應(yīng)用。除了考查常規(guī)實(shí)驗(yàn)，還會(huì)考查創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了更高的要求。

一、注重演示實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的認(rèn)知度

高中物理相對(duì)初中物理概念更加抽象，知識(shí)難度更高，規(guī)律較難掌握，純理論學(xué)習(xí)偏多，學(xué)生容易感覺(jué)枯燥又不易理解。若教師能把理論分析與演示實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，學(xué)生便會(huì)對(duì)知識(shí)有直接的感性認(rèn)知，更易牢固掌握知識(shí)。

問(wèn)題1：研究平拋小球在水平方向與豎直方向分別做何運(yùn)動(dòng)？

理論研究：我們分別在水平、豎直兩個(gè)方向進(jìn)行速度分解、受力分解，結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律的規(guī)律得出結(jié)論。對(duì)部分物理學(xué)科素養(yǎng)不高的學(xué)生來(lái)講，其理論性太強(qiáng)又抽象，學(xué)生只能用死記硬背的方式記住結(jié)論，我們不妨借助圖1裝置進(jìn)行演示。

（1）用圖1中的甲裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時(shí)B球被松開(kāi)自由下落。教師可以讓學(xué)生眼觀小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，耳聽(tīng)兩小球落地的聲音，根據(jù)觀察的現(xiàn)象思考兩小球的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)有哪些異同。若條件許可，教師可以利用頻閃照片直觀呈現(xiàn)兩小球同一時(shí)刻均在同一高度的情況，說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。

（2）如圖1乙裝置所示，兩個(gè)相同的弧形軌道M、N位于同一豎直面內(nèi)，其中M軌道末端水平，N軌道末端與光滑的水平地面相切。兩個(gè)完全相同的小鋼球P、Q，以相同的水平初速度同時(shí)從軌道M、N的末端射出，觀察到P總是與Q相遇。教師只改變弧形軌道M的高度，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生始終能觀察到相同的現(xiàn)象，則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)。

在這一演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生獲得了新知，還能學(xué)到對(duì)比研究的實(shí)驗(yàn)方法，提升了對(duì)抽象知識(shí)的認(rèn)知度，提高了觀察能力和分析歸納能力。

二、注重對(duì)實(shí)驗(yàn)器材關(guān)鍵構(gòu)造的了解

物理測(cè)量工具屬于專業(yè)器材，有著特定的原理、結(jié)構(gòu)和使用規(guī)則，掌握這些是正確使用測(cè)量工具的基礎(chǔ)。以游標(biāo)卡尺的使用與讀數(shù)為例（如圖2），學(xué)生經(jīng)常會(huì)讀錯(cuò)主尺的讀數(shù)，搞錯(cuò)游標(biāo)的分度值。究其原因，還是學(xué)生對(duì)器材的結(jié)構(gòu)和原理一知半解。

游標(biāo)卡尺的規(guī)范讀法是：L=L主尺+n×精度。關(guān)于游標(biāo)卡尺的讀數(shù)錯(cuò)誤，示例如下。

錯(cuò)誤一：學(xué)生往往把主尺看成2.0cm。在教學(xué)中，教師一再?gòu)?qiáng)調(diào)，主尺讀數(shù)看零刻度線，而不是卡尺邊緣。但是，學(xué)生在不了解游標(biāo)卡尺構(gòu)造的情況下，容易產(chǎn)生這樣的錯(cuò)誤理解，即游標(biāo)尺向右移動(dòng)的距離是看邊緣的。殊不知最初狀態(tài)時(shí)，游標(biāo)卡尺零刻度線是和主尺的零刻度線相對(duì)應(yīng)的，而不是與游標(biāo)尺邊緣對(duì)應(yīng)。

錯(cuò)誤二：學(xué)生對(duì)游標(biāo)卡尺的精度一知半解。究其原因，部分教師只告知了學(xué)生游標(biāo)卡尺的精度為1mm除以總格數(shù)。游標(biāo)卡尺有三種，分別是10分格、20分格、50分格，精度分別是0.1mm、0.05mm、0.02mm。部分學(xué)生看總格數(shù)是看游標(biāo)上所刻的數(shù)字，但20分格、50分格不會(huì)刻錄20、50字樣，如圖2所示，50分格刻錄10大段，每大段有5小格，即總共50格。認(rèn)為10格的學(xué)生就會(huì)把精度錯(cuò)記成0.1mm。也有部分學(xué)生將游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器混淆，認(rèn)為精度始終是0.1mm。

錯(cuò)誤三：例如，游碼讀數(shù)L'= n×精度=20×0.02mm= 0.4mm，學(xué)生把精確位的數(shù)字0抹去了，殊不知這會(huì)造成精確位數(shù)不對(duì)。

正確講解一：主尺上50格對(duì)應(yīng)50mm，游標(biāo)上50格對(duì)應(yīng)49mm，即游標(biāo)上每格實(shí)際長(zhǎng)度為0.98mm。以圖2為例，游標(biāo)上第20根線與主尺線上下對(duì)齊，游標(biāo)零刻度線讀數(shù)為游標(biāo)、主尺上下對(duì)齊線前推20格，即正確讀數(shù)為L(zhǎng)=4.20cm-20×0.98mm=22.40mm=2.240cm。

正確講解二：按照主尺、游標(biāo)每一小格差0.02mm計(jì)算，游標(biāo)零刻度線超過(guò)主尺讀數(shù)的長(zhǎng)度就是20×0.02mm=0.40mm，即L=L主尺+n×精度=2.2cm+20×0.02mm=22.40mm=2.240cm。

綜上所述，要想讓學(xué)生對(duì)游標(biāo)卡尺內(nèi)、外測(cè)量爪和深度尺的使用掌握更牢，讀數(shù)領(lǐng)悟更透徹，只靠教師簡(jiǎn)單的說(shuō)教和強(qiáng)制記憶是不長(zhǎng)久、不深刻的。只有教師對(duì)其原理講解透徹，學(xué)生仔細(xì)觀察、規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)器材，同時(shí)將螺旋測(cè)微器和三種不同規(guī)格的游標(biāo)卡尺放在一起加以比較，歸納總結(jié)，才能從根本上突破實(shí)驗(yàn)器材讀數(shù)的難點(diǎn)與易錯(cuò)點(diǎn)。

三、夯實(shí)理論基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

高考對(duì)學(xué)生知識(shí)遷移能力的要求越來(lái)越高。學(xué)生除了要對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)熟練掌握，還要不斷地進(jìn)行挖掘拓展，形成以科學(xué)的原理、概念為基礎(chǔ)來(lái)分析、解決問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力。

問(wèn)題2：在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓交變電源上，某同學(xué)在打出的紙帶上共取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的周期為T），如圖3所示，用不同方法測(cè)算小車的加速度a。

方法一（計(jì)算法）：測(cè)出AC段、DF段紙帶長(zhǎng)度XAC、XDF，利用時(shí)間中點(diǎn)速度等于平均速度測(cè)算出，再利用，求得：。

方法二（V-t圖像法）：測(cè)出每段紙帶長(zhǎng)度，利用勻變速運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)速度等于平均速度測(cè)算出各點(diǎn)的速度，作出V-t圖，利用圖像斜率的物理意義表示加速度獲得結(jié)果。這種方法兼顧了紙帶上的各點(diǎn)速度，舍去了誤差較大的點(diǎn)，減小了偶然誤差。

方法三（V-t圖像法）：從每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)處將紙帶剪開(kāi)分成五段（分別為a、b、c、d、e段），將這五段紙帶由短到長(zhǎng)緊靠但不重疊地粘在xOy坐標(biāo)系中，如圖4所示。

由公式分別表示0.5T、1.5T、2.5T、3.5T、4.5T時(shí)刻的瞬時(shí)速度，用傾斜的直線連接各段紙帶中間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的速度并延長(zhǎng)，如圖4所示，由V-t圖像斜率的物理意義表示加速度。這種方法對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)提出了較高的要求。學(xué)生不僅要領(lǐng)悟加速度的基本測(cè)量原理，熟悉基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)還要對(duì)測(cè)法的靈活多變有所鉆研，才能有此創(chuàng)新解答。

新時(shí)代、新要求，《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)學(xué)生提出了更高的能力要求，明確指出了其應(yīng)該具備的核心素養(yǎng)。因此，長(zhǎng)期扎根于一線的教學(xué)、教研人員肩負(fù)的職責(zé)重大，唯有在教學(xué)策略方面不斷與時(shí)俱進(jìn)、優(yōu)化創(chuàng)新，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的探究能力與創(chuàng)新能力。

◎ 作者/沈賽華? 江蘇省啟東市匯龍中學(xué)