粵教版新教材“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目的編寫特點(diǎn)與教學(xué)建議

劉雪文

摘? ?要：對(duì)比分析2019年版、2003年版粵教版和2019年版人教版高中物理教材必修一實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容，總結(jié)粵教版新教材“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目在問題提出、實(shí)驗(yàn)方案選擇等方面的編寫特點(diǎn)，給出經(jīng)歷完整探究、設(shè)置進(jìn)階實(shí)驗(yàn)等教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：新教材;粵教版;實(shí)驗(yàn);科學(xué)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2022）5-0021-3

新課標(biāo)明確提出科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括問題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)基本要素。根據(jù)新課標(biāo)編寫的2019年版高中物理教材已經(jīng)推廣使用，教材中的實(shí)驗(yàn)欄目?jī)?nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的主要抓手。選取2019年版、2003年版粵教版和2019年版人教版三版高中物理教材，對(duì)比分析必修一中的實(shí)驗(yàn)欄目，總結(jié)粵教版新教材（2019年版）“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目的編寫特點(diǎn)，再結(jié)合具體學(xué)情給出本欄目的教學(xué)建議，以期有效落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1? ? 不同版本教材實(shí)驗(yàn)欄目對(duì)比分析

2019年版粵教版必修一與2003年版相比，“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目的數(shù)量由16個(gè)減少為11個(gè)。將瞬時(shí)速度、自由落體運(yùn)動(dòng)等有關(guān)概念和規(guī)律的理解放在“討論與交流”欄目，體會(huì)科學(xué)思維在分析物理問題中的作用。將力的作用效果、超重與失重現(xiàn)象等演示實(shí)驗(yàn)放在“觀察與思考”欄目，鍛煉學(xué)生觀察和分析物理現(xiàn)象的能力。增加了“探究小球沿傾斜直槽運(yùn)動(dòng)的速度變化特點(diǎn)”“測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度”“探究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力、接觸面粗糙程度之間的定量關(guān)系”三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)知識(shí)體系建構(gòu)的同時(shí)增加科學(xué)探究的體驗(yàn)。在探究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)上，2019版教材繼承了粵教版教材的一些特點(diǎn)，比如，在實(shí)驗(yàn)探究中以逐漸深入的關(guān)鍵問題引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考實(shí)驗(yàn)方案，注重傳感器等新技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的作用等。同時(shí)，新教材在問題提出、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄表格的設(shè)計(jì)等方面表述得更加清晰，更適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2019年版粵教版必修一“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目與2019年版人教版必修一相對(duì)應(yīng)的“實(shí)驗(yàn)”欄目對(duì)比，在部分實(shí)驗(yàn)的取舍和實(shí)驗(yàn)方案的選擇上有所區(qū)別。比如，粵教版中有探究共點(diǎn)力的平衡條件的實(shí)驗(yàn)，人教版是從二力平衡條件和力的等效替代思想推理出共點(diǎn)力平衡的條件。人教版中有研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，而在粵教版中通過對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)頻閃照片的討論與交流得到結(jié)論。在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，人教版給出用阻力補(bǔ)償法和通過位移之比測(cè)量加速度之比兩個(gè)參考方案，重視實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新;粵教版利用氣墊導(dǎo)軌和光電門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避開了平衡摩擦力的難點(diǎn)，使學(xué)生更關(guān)注實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得。兩版教材無論是實(shí)驗(yàn)和理論分析的選擇，還是實(shí)驗(yàn)方案的區(qū)別，都只是側(cè)重點(diǎn)不同，都能有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的發(fā)展，教學(xué)中可作相互參考。

2? ? 粵教版新教材“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目的編寫特點(diǎn)

2.1? ? 明確探究問題

科學(xué)問題和實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄康钠瘘c(diǎn)，粵教版新教材基本都是從真實(shí)問題情境中提煉岀明確表述的可探究的物理問題，這符合新課標(biāo)的要求，也可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在“探究共點(diǎn)力的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，教材先給出墻壁掛畫受共點(diǎn)力平衡的情境，再聯(lián)系豎直懸掛燈籠二力平衡的條件，接著就提出如果物體受到三個(gè)不在一條直線上的共點(diǎn)力作用怎樣才能保持平衡的問題。在“探究彈簧彈力與彈簧形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，教材選用我國(guó)古代著作《考工記》中對(duì)彈簧彈力與形變量的定量關(guān)系的思考引出探究問題，關(guān)注了對(duì)學(xué)生的情感培養(yǎng)。

2.2? ? 問題引領(lǐng)探究

粵教版新教材在實(shí)驗(yàn)之前一般都會(huì)設(shè)置幾個(gè)關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理或操作的關(guān)鍵問題，以問題引領(lǐng)學(xué)生深入思考實(shí)驗(yàn)方案，給了學(xué)生很大的能力發(fā)展空間，使實(shí)驗(yàn)過程更加清晰，實(shí)驗(yàn)?zāi)康母用鞔_。在“探究互成角度的力的合成方法”實(shí)驗(yàn)中，教材給出了四個(gè)問題。實(shí)驗(yàn)中怎樣保證分力F1、F2產(chǎn)生的效果與合力F產(chǎn)生的效果相同？如何測(cè)量合力F和分力F1、F2的大小和方向？實(shí)驗(yàn)過程中需要記錄哪些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？采用什么方法可以直觀描述出力的大小和作用點(diǎn)？第一個(gè)問題強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)原理，中間兩個(gè)問題明確實(shí)驗(yàn)步驟和方法，最后一個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生采用作圖法處理數(shù)據(jù)獲得結(jié)論。

2.3? ? 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案

一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)，首先在于它的巧妙構(gòu)思，能夠突出研究課題的關(guān)鍵[1]。

在“探究作用力與反作用力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，粵教版新教材采用分類與歸納的研究方法設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，從接觸力到非接觸力、從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、從定性判斷到定量對(duì)比，充分探究后進(jìn)行歸納整理。在“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中，教材選擇了伽利略的經(jīng)典斜面實(shí)驗(yàn)裝置，用光電門測(cè)量小球沿傾斜直槽軌道運(yùn)動(dòng)的速度。在課后“資料活頁(yè)”中適時(shí)給出伽利略的研究過程，巧妙發(fā)揮了物理學(xué)史在教學(xué)中的重要作用。

2.4? ? 促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)

科學(xué)探究能促進(jìn)知識(shí)的主動(dòng)生成，能加深學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解。如先通過實(shí)驗(yàn)探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行規(guī)律總結(jié)，再進(jìn)一步應(yīng)用規(guī)律探究自由落體運(yùn)動(dòng)，學(xué)生經(jīng)歷了完整的知識(shí)建構(gòu)過程。

3? ? “實(shí)驗(yàn)與探究”欄目的教學(xué)建議

3.1? ? 經(jīng)歷完整實(shí)驗(yàn)，提高探究素養(yǎng)

創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)習(xí)體會(huì)科學(xué)探究的過程和方法。在事實(shí)的基礎(chǔ)上明確探究實(shí)驗(yàn)所要解決的物理問題，使學(xué)生具有問題意識(shí)。能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理的猜想，提出假設(shè)，能利用控制變量等方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)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，是物理觀念的提煉和發(fā)展過程[2]。會(huì)熟練使用實(shí)驗(yàn)器材，規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作獲取數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，鍛煉學(xué)生認(rèn)真觀察、規(guī)范操作、尊重原始數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。按照原理要求處理數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，知道實(shí)驗(yàn)誤差的來源和減小誤差的方法，強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生通過分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的意識(shí)和能力。能反思與交流實(shí)驗(yàn)的過程，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。能利用結(jié)論解釋或解決實(shí)際問題，更好地理解科學(xué)探究的方法和結(jié)論。F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84

3.2? ? 整合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)能力進(jìn)階

對(duì)比分析“測(cè)量沿斜面運(yùn)動(dòng)小車的瞬時(shí)速度”“測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度”和“探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系”三個(gè)實(shí)驗(yàn)，這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中研究對(duì)象均做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，均利用了間接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，均利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但在實(shí)驗(yàn)器材選擇、實(shí)驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面都比前一個(gè)實(shí)驗(yàn)有更高的要求。比如，數(shù)據(jù)處理方面，從根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖（v-t圖像），到利用圖像計(jì)算相關(guān)物理量（用v-t圖像直線斜率求加速度），再到利用圖像發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律（分析a-F圖像和a-■圖像）;誤差分析方面，從認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)誤差（用平均速度計(jì)算瞬時(shí)速度存在誤差），到用科學(xué)方法減小誤差（利用逐差法計(jì)算加速度），再到控制實(shí)驗(yàn)條件減小誤差（控制小桶與橡皮泥的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和砝碼的質(zhì)量）。在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生建立實(shí)驗(yàn)間的聯(lián)系，逐漸促進(jìn)學(xué)生的探究能力進(jìn)階。

同一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中也可以在原有裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生問題意識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和質(zhì)疑創(chuàng)新等能力的發(fā)展?！疤骄炕コ山嵌鹊牧Φ暮铣煞椒ā睂?shí)驗(yàn)是學(xué)生第一次接觸矢量運(yùn)算，通過實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生明確了力的合成需要利用平行四邊形定則。但是受前概念的影響，部分學(xué)生對(duì)合力與分力的大小關(guān)系仍然存在錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)?？梢栽O(shè)置進(jìn)階實(shí)驗(yàn)“探究合力大小與分力、夾角的關(guān)系”，控制分力大小不變改變夾角大小，或控制夾角不變改變分力大小，通過橡皮筋的伸長(zhǎng)量比較合力的大小。

3.3? ? 深化實(shí)驗(yàn)情境，指向深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是指圍繞具有挑戰(zhàn)性的物理學(xué)習(xí)主題，通過科學(xué)探究及情境互動(dòng)全身心參與，掌握核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)過程，把握學(xué)科本質(zhì)和思想，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展的過程[3]?；趯?shí)驗(yàn)與探究的深度學(xué)習(xí)是一種重要的教學(xué)方式，圍繞不斷深化的真實(shí)情境，提出新問題，多次經(jīng)歷制訂方案、獲取證據(jù)、解釋交流等過程，解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

在“探究彈簧彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，按照教材所給實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)論后，可指導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有的器材對(duì)彈簧進(jìn)行進(jìn)一步的研究?？蓪蓮椈蛇M(jìn)行串接，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察彈簧勁度系數(shù)的變化，并從胡克定律出發(fā)對(duì)結(jié)果作出理論解釋。也可引導(dǎo)學(xué)生分析彈簧自重對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響，水平和豎直測(cè)量彈簧原長(zhǎng)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到結(jié)論，利用所得結(jié)論討論交流使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)調(diào)零的重要性。對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生可以嘗試?yán)脴O限法或平均力法定量分析彈簧自重對(duì)形變量的影響，體會(huì)物理思想和方法在解決問題中的作用。在歷年高考中也多次對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的考查，如2014年全國(guó)新課標(biāo)Ⅱ卷探究彈簧勁度系數(shù)與其長(zhǎng)度（圈數(shù)）的關(guān)系，2012年廣東卷將鉤碼換成砝碼盤和砝碼分析砝碼盤重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李春密，馬朝華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（學(xué)科教學(xué)指南·初中物理）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2020：2-3.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84