沈旭東 鄭玲玲

摘 ? 要：實驗在物理教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位。日常教學(xué)中，學(xué)生實驗和演示實驗備受關(guān)注，然而人教版教材“做一做”欄目中的實驗卻經(jīng)常被忽視。對人教版新舊教材“做一做”欄目進(jìn)行對比與分析，領(lǐng)會新教材變動的意圖，發(fā)掘該欄目在課堂內(nèi)外的價值，以期老師關(guān)注“做一做”欄目，豐富該欄目教學(xué)的開展形式，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：新教材;做一做;實驗教學(xué);核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）4-0020-5

實驗在物理教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位，人教版2019年版高中物理教科書（以下簡稱“新教材”）和2004年版高中物理教科書（以下簡稱“舊教材”），都對實驗教學(xué)內(nèi)容著墨頗多。根據(jù)實驗分類與定位的不同，教材對實驗的欄目設(shè)置也做了區(qū)分，以適應(yīng)不同層次學(xué)生和學(xué)校的需求。以新教材為例，與實驗有關(guān)的欄目與定位分為四類：①“實驗”，學(xué)生自己思考、設(shè)計和動手操作;②“演示”，教師操作，學(xué)生觀察、討論現(xiàn)象，分析物理原理;③“做一做”，有趣的小實驗，是教師和學(xué)生自制教具的靈感來源，引發(fā)學(xué)生思考和探究的興趣;④“拓展學(xué)習(xí)”，有一定難度和思想深度的實驗或者需要借助較為先進(jìn)的實驗儀器進(jìn)行的實驗，供學(xué)校和學(xué)生選學(xué)[1]。其中，學(xué)生實驗是實驗教學(xué)的重點(diǎn)和高考主要的考查內(nèi)容，演示實驗則在課堂教學(xué)過程中對物理認(rèn)知的建立有立竿見影的效果，因此這兩類實驗自然是備受廣大師生的關(guān)注。與之形成鮮明對比的是“做一做”欄目，由于“做一做”欄目中的很多小實驗沒有現(xiàn)成實驗儀器，需要自制教具，并且這個欄目看似又與高考實驗內(nèi)容無關(guān)，很多教師往往就將其一語帶過，甚至直接“視而不見”。

在浙江省選考“體現(xiàn)核心素養(yǎng)”的背景下，大部分試題的設(shè)置依托真實情境，需要學(xué)生有較強(qiáng)的核心素養(yǎng)水平，才能發(fā)掘情境背后的模型，這與“做一做”欄目所體現(xiàn)的實驗探究生活化和情境化的理念不謀而合。而且，“做一做”欄目中的小實驗相比于“正式”的學(xué)生實驗，有著貼近生活、取材簡單、設(shè)計精巧、現(xiàn)象有趣的優(yōu)勢，能有效緩解學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的“審美疲勞”，提升學(xué)習(xí)熱情，在動手中領(lǐng)會科學(xué)知識，提升科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力。

本文對新舊教材“做一做”欄目進(jìn)行對比與分析，領(lǐng)會新教材變動的意圖，發(fā)掘該欄目在課堂內(nèi)外的價值，豐富該欄目教學(xué)的開展形式，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1 ? ?新舊教材“做一做”欄目實驗的整體變化

“做一做”欄目在新舊教材里主要以實驗、觀察、結(jié)論拓展推導(dǎo)或資料查閱的形式出現(xiàn)，本文僅討論實驗類。在新教材六冊書本的27章125節(jié)內(nèi)容中，共有“做一做”欄目30多個，其中實驗占大多數(shù)，共計24個。相比于舊教材七冊書本（含選修3-3）共60多個“做一做”欄目（含非實驗類），新教材在數(shù)量上做了大幅的精簡，保留了舊教材中經(jīng)典的14個實驗，同時加入了10個更貼近現(xiàn)代生活的實驗，目錄如表1所示。而對于舊教材“做一做”欄目中已經(jīng)不契合當(dāng)今時代背景的、現(xiàn)象過于普遍而不具有趣味性的、制作要求高導(dǎo)致學(xué)生難以自主開展的實驗，新教材則進(jìn)行了刪除或移動到其他欄目中，目錄如表2所示。可以看出，新教材更多把“做一做”定位為“小巧、經(jīng)典、趣味”的實驗欄目，作為對學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的引領(lǐng)與補(bǔ)充，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教育學(xué)的理論證明，興趣是最好的老師，在玩耍與操作中學(xué)習(xí)，讓學(xué)生將新學(xué)到的知識進(jìn)行再輸出與再應(yīng)用，是最高效的一種學(xué)習(xí)方式，也是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的最高境界。

1.1 ? ?保留舊教材“做一做”欄目的實驗

新舊兩版教材“做一做”欄目均選用的實驗都是比較經(jīng)典的實驗。比如，“用飛鏢顯示曲線運(yùn)動的速度方向”和“感受向心力”這兩個實驗，是低門檻實驗的代表。其制作材料易得，制作方法簡單，實驗結(jié)果清晰，可以隨時隨地進(jìn)行實驗。學(xué)生在家上網(wǎng)課期間，無法到校使用學(xué)校的教學(xué)儀器，這些實驗讓學(xué)生在家也能感受到物理實驗的魅力。又如，“聲音的干涉”和“水流導(dǎo)光”這兩個實驗，貼近實際卻又不常見，現(xiàn)象往往打破學(xué)生固有的認(rèn)知，讓學(xué)生對生活中的物理情境有新的理解，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行探究的興趣。再如，“用傳感器顯示通電時線圈對電流的影響”和“用計算機(jī)觀察聲音的波形”這兩個實驗，是數(shù)字化物理實驗的代表，讓學(xué)生不再拘泥于傳統(tǒng)的實驗器材，而是與時俱進(jìn)接受新事物帶來的挑戰(zhàn)。學(xué)會使用傳感器進(jìn)行實驗后，很多原先難以測量的物理量，比如電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等，學(xué)生都可以自行設(shè)計方案，利用相應(yīng)的傳感器進(jìn)行實驗，給學(xué)生開啟物理實驗的新大門。這些實驗可以在潛移默化中推進(jìn)理論的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)走上良性發(fā)展的道路。

對于部分保留實驗，新教材在插圖的選擇、問題的設(shè)置和過程的設(shè)計與引導(dǎo)上進(jìn)行了改進(jìn)，其內(nèi)容更加趨向于突出實驗的核心素養(yǎng)要素。如圖1和圖2分別是新舊教材“做一做”欄目中的“用飛鏢顯示曲線運(yùn)動的速度方向”實驗，可以看出，新教材的配圖直接使用實驗過程的頻閃照片，將實驗過程更加清晰地呈現(xiàn)出來，凸顯出新教材的“新”，也為日后使用頻閃照相探究平拋運(yùn)動打好技術(shù)基礎(chǔ)。

再如，“感受向心力”的實驗，新教材（圖3）更切合“感受”這一主旨，對向心力的研究主要以定性研究和建立最基本的物理感知為主要切入點(diǎn)，幫助學(xué)生理解向心力這一抽象的概念。而舊教材（圖4）結(jié)合三個方案，通過改變圓周運(yùn)動的角速度和繩長，去探究向心力與這些物理量的關(guān)系。但是，由于手的感知是一種模糊的認(rèn)知，無法測出具體拉力的大小，因此該實驗雖然有控制變量的思想，卻得不到準(zhǔn)確、定量的結(jié)論。而新教材將這些案例移除，在“實驗”欄目設(shè)置“探究向心力大小的表達(dá)式”實驗，利用向心力演示儀來進(jìn)行定量探究。從章節(jié)設(shè)置上來看，新教材遵循“力—加速度”的原則，把“向心力”這一節(jié)提到“向心加速度”之前，盡可能避免運(yùn)用抽象數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)向心加速度。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，自然而然地會利用牛頓第二定律“力使物體產(chǎn)生加速度”的觀念，將牛頓運(yùn)動定律很順暢地與曲線運(yùn)動結(jié)合起來，讓學(xué)生更加深入地了解物理基礎(chǔ)知識，有助于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

1.2 ? ?“做一做”欄目中新增的實驗

新增實驗是這一版新教材“做一做”欄目的亮點(diǎn)。例如，“用手機(jī)測自由落體加速度”實驗將現(xiàn)代技術(shù)融入到物理的學(xué)習(xí)中來，讓學(xué)生明白物理不是一成不變的，而是與時俱進(jìn)的。教師可以借此機(jī)會開發(fā)手機(jī)在物理學(xué)習(xí)中的各項功能，引導(dǎo)學(xué)生正確使用手機(jī)?！皵?shù)字多用電表測量電阻（含二極管）”則可以教會學(xué)生使用工具，識別電子元件，判斷電路故障，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力?！坝梅试砟ぷ霰∧じ缮鎸嶒灐眲t是將神奇的干涉現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，去探究干涉產(chǎn)生的原理與條紋分布的規(guī)律，有助于學(xué)生掌握干涉的重難點(diǎn)。以上實驗有啟發(fā)、有探究、有思考、有挑戰(zhàn)，體現(xiàn)了新教材利用情境教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的特色。

1.3 ? ?從舊教材“做一做”欄目中刪除的實驗

由于《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[2]中高中物理課程結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致新教材在內(nèi)容上相比于舊教材有所壓縮，例如，舊教材中的“磁場”“電磁感應(yīng)”和“電磁波”內(nèi)容被整合成了新教材的“電磁感應(yīng)與電磁波初步”，“氣體”和“固體、液體和物態(tài)變化”也被合并為“氣體、固體和液體”等，因此舊教材的某些代表性不強(qiáng)、現(xiàn)象不夠明顯的實驗（如“驗證環(huán)形電流的磁場”和“搖繩能發(fā)電嗎”）就從新教材“做一做”欄目中刪除了。而諸如“測量自行車的行駛速度”“觀察自行車的滾動軸承”和“氣體、液體的擴(kuò)散”等實驗，則是現(xiàn)象太過于普通，學(xué)生通過對日常生活的觀察已經(jīng)可以建立對該現(xiàn)象的理解，不需要再重復(fù)進(jìn)行實驗。另外，“自制器材觀察雙縫干涉”和“觀察鉛塊在瀝青中的擴(kuò)散”等實驗，由于制作難度大、操作要求高等原因難以普遍開展，失去了入選的意義。最后，對于利用傳感器與計算機(jī)進(jìn)行的觀測實驗，新教材則從學(xué)以致用的角度出發(fā)，著重于培養(yǎng)學(xué)生使用傳感器解決實際問題的能力，而非重復(fù)同種傳感器測量不同的情境，故將部分傳感器實驗刪除，有利于提高學(xué)習(xí)效率。

1.4 ? ?移動到其他欄目的實驗

隨著時代的發(fā)展，部分“做一做”欄目實驗涉及的科學(xué)思維和科學(xué)探究已成為學(xué)生必須掌握的素養(yǎng)能力。新教材將這部分實驗從“做一做”欄目中移出，放入教學(xué)內(nèi)容、演示實驗或者課后練習(xí)中。例如，“估測曝光時間”和“測量反應(yīng)時間”被改編為習(xí)題，出現(xiàn)在新教材必修第一冊第二章的章末課后練習(xí)中（圖5、圖6）。就現(xiàn)象而言，這兩個實驗非常簡單直觀，但里面涉及到的頻閃照相的原理以及對實驗數(shù)據(jù)的測量、分析與計算，則會上升到綜合應(yīng)用的程度，是深層次的科學(xué)思維與科學(xué)探究的考查。因此，僅將其作為一個實驗，觀察一下實驗現(xiàn)象，而不去思考背后的本質(zhì)，是對這個情境的浪費(fèi)，因此改為習(xí)題讓學(xué)生進(jìn)行深入探討最為合適?！皽y量薄板的重心”和“觀察兩球落地的先后”則成為課堂教學(xué)內(nèi)容的一部分，作為輔助教學(xué)的案例，對學(xué)生學(xué)習(xí)重力、理解重心和理解平拋運(yùn)動的規(guī)律有較大的幫助。而傳感器實驗，則由于重復(fù)過多且部分學(xué)校不具備實驗條件，被大量轉(zhuǎn)移到“拓展學(xué)習(xí)”欄目中，提供給有條件、有需要和有能力的學(xué)生去探究。

2 ? ?新教材“做一做”欄目實驗的教學(xué)策略

2.1 ? ?明確素養(yǎng)要素，抓住關(guān)鍵素養(yǎng)

無論是學(xué)生實驗、演示實驗，還是趣味實驗，其根本目的是提升學(xué)生的實驗素養(yǎng)水平，即問題、證據(jù)和解釋。要抓住每個實驗不同的實驗屬性，由易到難。督促學(xué)生制訂有效的實驗方案，多次嘗試，反復(fù)實驗，得出最合理的結(jié)果。在操作過程中，還要提醒學(xué)生注意操作的規(guī)范性，養(yǎng)成安全科學(xué)的實驗觀念。在分析結(jié)果的誤差時，要能夠找到證據(jù)，解釋誤差產(chǎn)生的原因。

2.2 ? ?培養(yǎng)學(xué)生的實驗意識和良好的實驗習(xí)慣

興趣是最純粹的學(xué)習(xí)動力。因此，在平時應(yīng)多提醒學(xué)生不要拘泥于書本的實驗，多找尋身邊的有趣現(xiàn)象，用質(zhì)疑的眼光去對待它。而教師則更多地去引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后的本質(zhì)和共性，把現(xiàn)象與理論結(jié)合起來。當(dāng)學(xué)生習(xí)慣于這種解決問題的物理思維時，物理學(xué)習(xí)也就進(jìn)入正軌了。

2.3 ? ?開放實驗，不設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)答案

學(xué)生的水平參差不齊，想法千奇百怪，因此在設(shè)定實驗方案時應(yīng)以學(xué)生為主導(dǎo)。哪怕想法是錯的，也應(yīng)該讓學(xué)生在實踐中進(jìn)行自我認(rèn)知，并逐漸改正。最后，教師再提出另一種可行的方案，引導(dǎo)學(xué)生相互交流，促進(jìn)其多元發(fā)展。

2.4 ? ?用問題引導(dǎo)思維，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

每一個“做一做”都是一個生活中的問題衍生出來的，當(dāng)學(xué)生有足夠的能力去發(fā)現(xiàn)問題之后，則可以指導(dǎo)學(xué)生制訂方案，自制教具，獨(dú)立去解決一個復(fù)雜情境下的問題，通過一段時間的積累，其素養(yǎng)水平也會得到相應(yīng)的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁旭，彭前程.高中物理新教材實驗編寫的原則與方法[J]. 物理教師，2020，40（10）：51-58.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）