高中物理教學論文課程標準教科書的特色之二探索性實驗人教版

1、課程標準教科書的特色之二：探索性實驗 以課程標準為指導而編寫的教科書（以人民教育出版社版版為例）與以前的教科書比較，有一個特色突出探究性學習。本文重點論述課標教科書在物理實驗方面的特色：實驗程序的探索性，實驗手段的現(xiàn)代化，實驗描述的多樣性，其中，探索性實驗是課標教科書在物理實驗方面的突出特色。1實驗程序的探索性課標教科書與實驗修訂本（都以人民教育出版社版版為例）比較，實驗修定本中驗證性實驗較多，課標教科書中探索性實驗較多，以高一必修為例：（1） 把驗證性實驗變?yōu)樘剿餍詫嶒炄鐚嶒炐抻啽局袑W生實驗“驗證力的平行四邊形定則”，在課標教科書中為“探究求合力的方法”。二者在實驗程序上是不同的。比較如下：

2、實驗修訂本中“驗證力的平行四邊形定則”實驗步驟是（在書后，實驗集中編排，第186頁187頁）（儀器相同，儀器的安裝步驟相同，省略） 1 用兩個彈簧秤分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結點到達某一位置O2 用鉛筆記下O點的位置和兩條細繩的方向，讀出兩個彈簧秤的示數。3 用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點沿著兩條細繩的方向畫直線，按著一定的標度作出兩個力F1和F2的圖示，用平行四邊形定則求出合力F。4 只用一個彈簧秤，通過細繩把橡皮條的結點拉到同樣位置O。讀出彈簧秤的示數，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F的圖示。5 比較力F與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向，看它們是否相等。

3、課標教科書“探究求合力的方法”實驗程序是（在書中，實驗隨內容編排，第66頁）： 1. 圖甲表示橡皮條GE在兩個力的共同作用下沿著直線GC伸長了EO這樣的長度。圖乙表示撤去F1和F2后，用一個力F作用在橡皮條上，使橡皮條沿著同一直線伸長了相同的長度。2. 力F對橡皮條作用的效果與F1和F2共同作用的效果相同，所以力F等于F1和F2的合力。（注意點省略）3. 建議用虛線把合力的箭頭端與兩個分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示。這兩種實驗程序表面看起來差別不大，仔細分析是有很大不同的：前者是先用平行四邊形定則畫圖求合力，也就是說平行四邊形定則是已知的，然后用實驗去驗證（第4步）；后者是先用實驗求合力，

4、再探索合力與分力的關系：第3步“建議”句。這樣做的好處是：體現(xiàn)了知識（規(guī)律）的生成過程，有利于培養(yǎng)學生探索、探究的意識和能力，而不是死記規(guī)律、套用規(guī)律（定律、公式、法則等）。（2） 把教師演示實驗變?yōu)閷W生探索性實驗著名的也是最重要的牛頓第二定律，多年以來，都是教師演示實驗，由老師做、老師講，教科書不把實驗的設計展示給學生，而課標教科書則詳細寫出了實驗程序和設計過程。在實驗修訂本中，關于牛頓第二定律的實驗的敘述只用了半頁400多字，而在課標教科書中，用了單獨的一節(jié)即第四章第2節(jié)：實驗：探究加速度與力、質量的關系，洋洋灑灑3頁半，約2000多字, 是原來的5倍多。實驗修訂本中，有下列內容：實驗裝置

5、：略實驗方法：略課標教科書中，有下列內容：1 加速度與力的關系2 加速度與質量的關系制定實驗方案時的兩個問題1 怎樣測量或比較物體的加速度2 怎樣提供和測量物體所受的恒力參考案例：略怎樣由實驗結果得出結論：略。通過比較可以知道：實驗修訂本中中的內容只是課標教科書中“怎樣測量或比較物體的加速度”和“參考案例”兩項內容，也就是說：課標教科書比實驗修訂本增加了實驗設計方法的內容：加速度與力的關系和加速度與質量的關系，即控制變量法。以前是老師補充的，現(xiàn)在寫在教科書中，使學生不僅知道怎樣做實驗，還明白為什么這樣做實驗，即知其然知其所以然。除文字不同外，插圖也不同。實驗修訂本中，只有一幅圖即圖3-5 研究

6、牛頓第二定律的實驗裝置圖（第50頁），而在課標教科書中除實驗裝置圖（第78頁圖4.2-4及圖4.2-5）外還有圖4.2-2加速度與質量的關系圖（a-m圖）和圖4.2-4加速度與質量的倒數的關系圖（a-圖）（第76頁），為學生作圖做了示范。2. 實驗手段的現(xiàn)代化課標教科書在實驗上的另一個特色是：實驗手段的現(xiàn)代化。例如使用傳感器和電子計算機輔助實驗和處理數據或畫圖象。其內容有：1 借助傳感器和電子計算機測速度（課標教科書必修第25頁）2 用計算機繪制v-t圖（同上書第35頁）3.用光電計時器研究自由下落物體的運動（同上書第44頁）3 用傳感器探究作用力和反作用力（同上書第87頁）4 利用數表軟件進

7、行數據處理（課標教科書必修第25頁）本文以上述第5項說明其方法和特點。該內容是在第五章第6節(jié)：探究功與物體速度變化的關系 之后的，就是用計算機的Excel工作簿根據表中數據作W-圖象。做法如下：1進入Excel工作簿；2. 在Excel工作簿中輸入數據。其中速度以v為單位，以下數據為v, 2v,3v, 等等，功以w為單位，以下數據為w, 2w,3w, 等等，為方便，表中以1，2，3，等等代之，當然，實際的實驗數據不可能都是整數。3 點擊作圖圖標，出現(xiàn)“圖表向導步驟之1圖表類型”（在其中選“散點圖”）和“子圖表類型”（在其中選帶點的曲線圖）4 然后點擊“下一步”，出現(xiàn)“圖表向導步驟之2圖表源數據

8、”（用默認情況）5 再點擊“下一步”，出現(xiàn)“圖表向導步驟之3圖表選項”（用默認情況）6 再點擊“下一步”，出現(xiàn)“圖表向導步驟之4圖表位置”（可以選：作為其中的對象插入，在其前的小圓圈中點）7 點擊“完成”。結果如下表和下圖速度v/v功W/w001142931642553664976488191001012111144121691319614225152561628917324183611940020有的計算機可以根據數據表和圖象直接寫出公式：。即功與速度的平方成正比。進一步可得出動能與速度的平方成正比的結論。無論是傳感器，還是計算機，還是其他先進的、現(xiàn)代化的儀器、設備，如果你認真做了，熟悉了使

9、用方法，他們就不神秘了，將來從事科學技術社會工作時，當你再接觸這些儀器、設備時，就會感到似曾相識，就會很快進入狀態(tài)達到得心應手，因為我見過，我做過。3 實驗描述的多樣性在以前的教科書中，實驗大都是集中放在書的后面，在課標教科書中，實驗放在書中，隨教學進度插在各節(jié)課文中，有的實驗單獨成一節(jié)，并且根據不同實驗在物理學中和物理教學中的地位、難易程度、用時長短、學校的器材條件，分成了以下六類：（1） 學生實驗：用物理實驗室內的器材做的定量實驗。由學生分組進行。一個學生實驗編為一節(jié)，標題都有“實驗”二字。在必修的兩冊中，有4個這樣的實驗：第一章第4節(jié) 實驗：用打點計時器測速度（必修P21）第二章第1節(jié)

10、實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（必修P33）第四章第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質量的關系（必修P66）第五章第9節(jié) 實驗：驗證機械能守恒定律（必修P32）其中，探究性實驗2個，占50%。驗證性實驗1個，占25%。而在實驗修訂本中驗證性實驗占50%左右。（2） 演示實驗：在課堂上由老師操作，同學們觀察、討論。必修課本中有：第二章第4節(jié) 演示：用錢毛管實驗說明自由落體的同時性（必修 P45）第三章第3節(jié) 演示：用彈簧測力計測摩擦力（必修P61）第三章第4節(jié) 演示：探究求合力的方法（必修P66）第六章第1節(jié) 演示：用曲線軌道演示曲線運動的方向（必修P32）第六章第1節(jié) 演示：鋼球在磁鐵吸引下做

11、曲線運動（必修P33）第五章第6節(jié) 演示：用紅蠟塊在玻璃管中運動演示運動的合成（必修P35） 以前的教科書，演示實驗由老師掌握，不都寫在課本上，課標教科書把演示實驗的內容、方法也都寫出來，有利于學生明白實驗的目的、器材、過程、結論，對物理教學有好處。（3） 實驗：以“欄目”的形式出現(xiàn)。在課堂上由學生自己操作完成。 多數是定性實驗。第二章第4節(jié) 實驗：用打點計時器研究自由落體（必修P45）第四章第2節(jié) 實驗：平拋運動的分解（必修P38）第五章第5節(jié)實驗：用圓錐擺驗證向心力的表達式（必修P53）實驗欄目給的實驗雖然不多，但都結合教學內容，是不可或缺的。（4） 做一做：“做一做” 欄目中實驗的趣味性

12、較強。必修課本中主要有10個：第一章第3節(jié) 測自行車的速度和蚊香燃燒的速度（必修P18）第一章第4節(jié) 借助傳感器和電子計算機測速度（必修P25）第二章第1節(jié) 用計算機繪制圖象（必修P35）第二章第3節(jié) 利用光電計時器研究自由下落物體的運動（必修P44）第二章第4節(jié) 測定反應時間（必修P46）第二章第4節(jié) 通過照片中石子的徑跡估算相機的曝光時間（必修P47）第三章第1節(jié) 用懸掛法確定薄板的重心（必修P55）第四章第5節(jié) 用傳感器探究作用力與反作用力的關系（必修P87）第五章第6節(jié) 利用數表軟件對“探究功與物體速度變化的關系”實驗進行數據處理（必修P18）第六章第7節(jié) 感受向心力（必修P54）其中

13、只有第、三個實驗（占30%）是實驗修訂本中有的，其余7個實驗（占70%）是課標教科書新增加的。在這7個新增加的實驗中，有5個（第、個）（占總數50%）是要用現(xiàn)代化儀器（計算機、傳感器、光電計時器等）進行實驗的，所以這個“做一做”實驗是很重要的，是真的要做一做的。（5） 問題與練習：“問題與練習”中有一些實驗性的題目。必修課本中主要有10個：第一章第1節(jié) 測量長度（必修P13）第一章第4節(jié) 自制模擬打點計時器（必修P27）第二章第1節(jié) 用打點的紙帶做直方圖（必修P36）第二章第4節(jié) 用頻閃攝影研究自由落體運動（必修P47）第三章第1節(jié) 用作圖和懸掛法測三角形板的重心（必修P57）第三章第2節(jié) 體

14、驗彈力與形變的關系（必修P59）第四章第7節(jié) 觀察瓶自由下落時的噴水的變化（必修P94）第六章第3節(jié) 探究平拋運動（必修P40）第六章第4節(jié) 測量小球的速度（必修P44）第六章第5節(jié) 通過實際測量計算自行車的前進速度（必修P47） 在這10個實驗中，第、5個是新增加的，占50%；其中，有3個是設計性實驗，有利于培養(yǎng)學生的設計、創(chuàng)新能力。（6） 探究性學習：實驗往往是探究活動的重要組成部分。課標教科書中，探究性學習的內容很多，單獨成節(jié)的就有5個：第二章第1節(jié) 實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律（必修P33）第四章第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質量的關系（必修P75）第五章第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式（必修P15）第五章第6節(jié) 探究功與物體速度變化的關系（必修P17）第六章第3節(jié) 探究平拋運動的規(guī)律（必修P38）這5個“探究性學習”的內容中，除兩個與第（1）項重復，即是明顯的學生實驗外，第兩個也要做實驗，也就是說實驗占探究活動的80%，所以實驗是探究活動的重要組成部分。綜上所述，課標教科書中的必修部分共近40個實驗，如果這些實驗都能做并且做好，將對物理教學有很大的推動。在物理學中，概念的形成、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、理論的建立，都有賴于實驗，其正確性還要受到