不同教材“筷子提米”实验的比较研究

李丹霞 周新雅 周 行

摘   要

基于培育学生核心素养的视角，以呈现方式、内容设计为突破口，对不同版本教材中的“筷子提米”实验，科学探究三序，逐一理性分析反映教材知识演化的逻辑顺序、反映学生学习活动的呈现顺序、反映课堂教学流程的时空顺序，在此基础上顺应优化教学结构的基本要求对本实验的教学提出建议。

关键词

筷子提米  教材分析  教学建议  核心素养

在实行“一标多本”的背景下，“课程标准”成为分析教材的基本依据。物理课程标准强调：“物理实验教学应立足于学生的实际，采取积极有效的教学方式，让学生在活动中获得知识、技能，发展能力。”为实现演示实验在初中物理教学中的有效应用，比较不同版本教材同一演示实验、分析其设计形式和揣摩其中的设计意图就显得尤为必要。

有鉴于此，从培育学生核心素养的视角，笔者着重对不同版本教材关于“筷子提米”实验进行深入分析，挖掘出反映教材知识演化的发展顺序、反映学生学习活动的心理顺序、反映课堂教学流程的时空顺序，籍此对本实验的教学提出相关建议。

一、不同教材中“筷子提米”实验的呈现方式比较

人教1996版将“筷子提米”实验作为课前导入，引出“静摩擦力”的概念定义。由于其生动有趣，能够引起学生的探究兴趣和求知欲，从而加深了学生对“静摩擦力”知识点的理解。

苏科2007版、2012版以及浙教版都在教材正文中呈现演示实验，在“摩擦力”或“静摩擦力”定义后，利用“筷子提米”实验证明“摩擦力”或“静摩擦力”的存在，由此丰富学生的感性经验。

人教1987版、1989版和2001版等教材将“筷子提米”作为课后小实验的形式呈现，明显是对课堂教学的补充和延续，既有助于学生对所学知识的理解与掌握，又能够培养学生的动手操作能力和独立解决问题能力，还能够有效提高学生的学习兴趣。

尽管“筷子提米”实验在不同教材中的呈现方式不同，基于学生的认知发展和教学的需要任选其一无可厚非，但如何呈现给学生以及衔接好课堂各教学环节尤为重要。让学生在课前、课中或课后结合所学物理知识和生活实际，进行有的放矢的体验式实验探究，亦不失为一种有效的实验教学尝试。

二、不同教材中“筷子提米”实验的内容设计比较

在课堂教学过程中，要想通过演示实验展示出的神奇物理现象来吸引学生注意力，引領学生透过现象看本质，探究物理规律，分析物理原理，应用物理知识，从而实现相应教学目标，就需要深度学习教材内容、比较其中的差异。

1.“筷子提米”实验在不同教材中的表层差异

研读不同版本教材涉及的“筷子提米”演示实验，对其中是否加水、米的种类及米量、杯子及筷子材质、实验操作等表层差异展开比较分析，如表1所示。

（1）对不同版本教材中实验是否加水的差异性研究。只有人教版教材（除1996版外）强调在米中加水，而其他版本并未采用。实际操作表明加水有利于提高实验成功率，这在后来的一些研究文献中陆续被采用[1]。但“筷子提米”实验加水有两大缺陷：一是等米吸收水分膨胀致演示耗费时间过长;二是学生有可能会怀疑是水将大米、筷子、杯子黏在一起[2]，而无法与静摩擦力联系起来。因此，也许是认识到这些缺陷，人教2001版之后的教材不再采用加水来提高实验成功率。

（2）对人教不同版次教材实验设计中米量的差异性研究。人教版从满杯米到不满杯的改变，说明满杯米不是实验成功的必要条件。根据粮仓效应，当颗粒的高度H达到底部直径的2倍时，底部的压强不再变化而趋于一定的饱和值，原因在于容器侧壁的摩擦力支持了颗粒物的重力[3]。笔者深入开展关于不同米量的实验探究，实验结果如图1所示。随着米量增多，实验成功率随之增加。因此，要想顺利完成“筷子提米”实验，应该尽量让米量高度和上底面直径的关系维持在H≥2d。

（3）对不同教材实验中筷子材质的差异性研究。只有苏科版强调用竹筷，并提出提高实验成功率的要求，其中有无必然联系呢？文献[4]表明：用包漆的塑料筷子的成功率远低于木质筷子。苏科版在实验中选择“竹筷”，是实属巧合还是故意为之？针对苏科版教材进行教学设计，教师在演示实验后依照教材实验的要求，与学生探究思考如何提高实验成功率。接着引导学生抓住“竹筷”的关键字眼，进一步诱导学生自主提出问题：筷子的种类是否影响着实验成功率？从而提出改进实验的初步猜想。即使探究的结果可能没能实现提高成功率的目标，这看似走弯路实则是通往探究目标的正确道路。因为在选择筷子过程中，学生会发现同种材质的筷子也有形状、粗细的区别，从而引导他们自主探究如何提高实验成功率。

（4）对不同教材实验中杯子材质的差异性研究。通过插图展示或文字情境可知，只有浙教版选择“纸杯”，其他版本教材均选择玻璃杯，为何多数教材选择玻璃杯呢？由于玻璃杯透明易碎的特性，能给学生制造实验难度很大的错觉，演示前引导学生给出错误的回答，演示后的实验现象出乎学生意料，由此激起的前后矛盾推动着课堂教学的发展。

2.“筷子提米”实验在不同教材中的深层差异

“筷子提米”实验在不同教材中呈现的形式多样化。例如：浙教版只要求猜测现象，并在正文中直接解释原理。人教版则要求思考实验原理，其中96版更是提出延伸拓展的思考题，给予学生探究思考的空间。苏科版却要求探究如何提高实验成功率，其对学生的实验要求难度明显有所提高，旨在培养学生的实验探究能力。

七年级学生的认知发展处于形象思维阶段，应以直观教学为主。八、九年级学生的抽象逻辑思维逐渐发展起来，教学目标可以有一定的难度。但教学内容难度也不宜太大，控制在学生的“最近发展区”与课程标准的要求中最适当[5]。也就是說课堂教学在创设情境中导入新课，适当增加演示实验的探究成分，获取丰富的感性经验后，引导学生自主提出问题，利用理性思维得出实验结论，借助生活情境建构物理知识。因此，七年级的科学课程实验栏目的设置应尽量简化，利用科学小实验、生活化应用、科技创新等普及科学知识，为八年级的物理学习打下良好基础。八年级学生抽象逻辑思维逐步发展，教学目标的难度适当提高，因此在实验栏目的设计上渗透科学思维和科学探究的要素，旨在通过演示实验让学生利用科学思维思考问题，猜测实验现象，透过实验现象推理实验结论，进而建构物理知识，如图2所示。

3.不同教材中“筷子提米”实验的知识逻辑比较研究

不同教材中“筷子提米”实验呈现的知识逻辑存在明显差异，纵观表2可知，体现建构物理概念的不同思路以及培养学生的物理核心素养的层次要求不同。

仔细研读教材，分析“筷子提米”实验在不同教材中的知识逻辑。“筷子提米”实验成功演示证明了静摩擦力的存在，但只有人教1996版和苏科2012版区分摩擦力，指出产生作用的是静摩擦力，其他版本只是笼统地提到“摩擦力”。此类教材对于静摩擦力的忽视，致使知识脱节和跳跃，不利于衔接初高中关于摩擦力的深入学习。更为关键的是，有些教材完全不提及“静摩擦力”，却仍采用“筷子提米”实验，结果只能把实验原理简单归纳为“摩擦力的存在”。这样的知识逻辑不利于学生对摩擦力概念的准确理解，因为教材中摩擦力是在“假设两个物体相对运动”的情况下定义的，而“筷子提米”实验中筷子和米始终保持相对静止，结果它们也存在摩擦力，那么教材定义“摩擦力”的前提假设——“两个物体相对运动时”是必要条件还是非必要条件？如果是必要条件，那么筷子和米没有发生相对运动，是否可以理解为不存在摩擦力？但教材又说筷子和米之间保持相对静止也存在摩擦力，这样逆推回去，是否可以认为定义“摩擦力”的前提假设——“两个物体相对运动时”是非必要条件？教材呈现的知识逻辑混乱，难以掩盖“摩擦力”概念定义存在的逻辑缺陷。

4.“筷子提米”实验在教材中存在的必要性分析

只有少数几个版本设置“筷子提米”实验，尤其是人教版从2001之后不再设置“筷子提米”实验。纵观人教版从1987版到2001版先后经历的修订，主要是对实验的不断改进，原因在于原教材“筷子提米”实验存在可操作性差、实验成功率不高、耗时多等缺陷。之后随着教材的多次修订，知识点的内容编排发生变动，而演示实验是为引入某一知识概念而创设的情境，视学情的修订变动尤为必要。具体来说，“筷子提米”实验是与“静摩擦力”相关的，没有提及“静摩擦力”的教材，理所当然不便涉及“筷子提米”实验，否则无法用所学知识加以解释。到高中，有些版本刚好提及静摩擦力概念，这时恰好可以演示“筷子提米”实验。为获取震撼的视觉冲击效果，在教学上建议变“筷子提米”为“木棍提缸”，这种创新演示实验既适应高中生身心发展又可充分调动学生的视觉、触觉等感官，生动形象且极有感染力地向学生展示静摩擦力的存在，极大地增强学生关注静摩擦力的兴趣[6]。

基于教材“筷子提米”实验的探究与分析，多角度地解读教材实验，借助实验探究揣摩教材实验的修订意图以及设计意图，为“一标多本”背景下如何“用教材教”提供可靠的思路，有助于一线教师厘清初中物理教科书与课程标准的关系，合理开发、利用课程资源进行教学，尤其是在教学中善于利用演示实验创设情境，激发学生的求知欲和探究欲，培养学生观察能力、逻辑思维能力、实验操作能力，帮助学生过渡思维、掌握物理概念和规律，从而有效提高学生的物理核心素养。

参考文献

[1] 汤君富.“筷子提米”实验技巧分析与改进研究[J].物理教学，2008，30（05）：28.

[2] 余菊仙.筷子提米实验的改进与拓展[J].实验教学与仪器，2011（12）：21.

[3] 徐秋实，周新雅.利用颗粒物体之间静摩擦力规律改进筷子提米实验[J].物理教师，2018（09）：51-53.

[4] 陆峙秋，周新雅.让“筷子提米”不绕道[J].湖南中学物理，2018（01）：65+94.

[5] 丁红，周新雅.基于学生核心素养发展的初中物理教材比较研究[D].南昌：江西师范大学，2019：8-9.

[6] 周新雅，周行，蔡孝文.基于教材“筷子提米”实验的科学探究与教学实践[J].中学物理教学参考，2018，47（19）：66-67+70.

[作者：李丹霞（1995-），女，广东汕头人，江西师范大学物理与通信电子学院，硕士生;周新雅（1962-），男，江西南昌人，江西师范大学物理与通信电子学院，副教授，硕士生导师;周行（1988-），男，江西南昌人，江西师范大学物理与通信电子学院，实验师，博士。]

【责任编辑  孙晓雯】