粤教版新教材“实验与探究”栏目的编写特点与教学建议

刘雪文

摘   要：对比分析2019年版、2003年版粤教版和2019年版人教版高中物理教材必修一实验部分的内容，总结粤教版新教材“实验与探究”栏目在问题提出、实验方案选择等方面的编写特点，给出经历完整探究、设置进阶实验等教学建议。

关键词：新教材;粤教版;实验;科学探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2022）5-0021-3

新课标明确提出科学探究是物理学科核心素养的重要组成部分，包括问题、证据、解释、交流四个基本要素。根据新课标编写的2019年版高中物理教材已经推广使用，教材中的实验栏目内容是培养学生科学探究素养的主要抓手。选取2019年版、2003年版粤教版和2019年版人教版三版高中物理教材，对比分析必修一中的实验栏目，总结粤教版新教材（2019年版）“实验与探究”栏目的编写特点，再结合具体学情给出本栏目的教学建议，以期有效落实科学探究素养的培养。

1    不同版本教材实验栏目对比分析

2019年版粤教版必修一与2003年版相比，“实验与探究”栏目的数量由16个减少为11个。将瞬时速度、自由落体运动等有关概念和规律的理解放在“讨论与交流”栏目，体会科学思维在分析物理问题中的作用。将力的作用效果、超重与失重现象等演示实验放在“观察与思考”栏目，锻炼学生观察和分析物理现象的能力。增加了“探究小球沿倾斜直槽运动的速度变化特点”“测量匀变速直线运动的瞬时速度和加速度”“探究滑动摩擦力的大小与压力、接触面粗糙程度之间的定量关系”三个探究实验，促进知识体系建构的同时增加科学探究的体验。在探究内容设计上，2019版教材继承了粤教版教材的一些特点，比如，在实验探究中以逐渐深入的关键问题引导学生主动思考实验方案，注重传感器等新技术在实验中的作用等。同时，新教材在问题提出、实验步骤、数据记录表格的设计等方面表述得更加清晰，更适合学生自主学习。

2019年版粤教版必修一“实验与探究”栏目与2019年版人教版必修一相对应的“实验”栏目对比，在部分实验的取舍和实验方案的选择上有所区别。比如，粤教版中有探究共点力的平衡条件的实验，人教版是从二力平衡条件和力的等效替代思想推理出共点力平衡的条件。人教版中有研究自由落体运动的规律的实验，而在粤教版中通过对自由落体运动频闪照片的讨论与交流得到结论。在探究加速度与力、质量之间的关系实验中，人教版给出用阻力补偿法和通过位移之比测量加速度之比两个参考方案，重视实验原理的理解和实验方法的创新;粤教版利用气垫导轨和光电门进行实验，避开了平衡摩擦力的难点，使学生更关注实验目的和实验结论的获得。两版教材无论是实验和理论分析的选择，还是实验方案的区别，都只是侧重点不同，都能有效促进学生科学探究和科学思维能力的发展，教学中可作相互参考。

2    粤教版新教材“实验与探究”栏目的编写特点

2.1    明确探究问题

科学问题和实验目的是探究的起点，粤教版新教材基本都是从真实问题情境中提炼岀明确表述的可探究的物理问题，这符合新课标的要求，也可调动学生学习的主动性。在“探究共点力的平衡条件”实验中，教材先给出墙壁挂画受共点力平衡的情境，再联系竖直悬挂灯笼二力平衡的条件，接着就提出如果物体受到三个不在一条直线上的共点力作用怎样才能保持平衡的问题。在“探究弹簧弹力与弹簧形变量的关系”实验中，教材选用我国古代著作《考工记》中对弹簧弹力与形变量的定量关系的思考引出探究问题，关注了对学生的情感培养。

2.2    问题引领探究

粤教版新教材在实验之前一般都会设置几个关于实验原理或操作的关键问题，以问题引领学生深入思考实验方案，给了学生很大的能力发展空间，使实验过程更加清晰，实验目的更加明确。在“探究互成角度的力的合成方法”实验中，教材给出了四个问题。实验中怎样保证分力F1、F2产生的效果与合力F产生的效果相同？如何测量合力F和分力F1、F2的大小和方向？实验过程中需要记录哪些實验数据？采用什么方法可以直观描述出力的大小和作用点？第一个问题强调实验原理，中间两个问题明确实验步骤和方法，最后一个问题引导学生采用作图法处理数据获得结论。

2.3    优化实验方案

一个好的实验，首先在于它的巧妙构思，能够突出研究课题的关键[1]。

在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，粤教版新教材采用分类与归纳的研究方法设计了三个实验方案，从接触力到非接触力、从静止状态到运动状态、从定性判断到定量对比，充分探究后进行归纳整理。在“探究匀变速直线运动的速度特点”实验中，教材选择了伽利略的经典斜面实验装置，用光电门测量小球沿倾斜直槽轨道运动的速度。在课后“资料活页”中适时给出伽利略的研究过程，巧妙发挥了物理学史在教学中的重要作用。

2.4    促进知识建构

科学探究能促进知识的主动生成，能加深学生对概念和规律的理解。如先通过实验探究匀变速直线运动的速度特点，结合实验结论进行规律总结，再进一步应用规律探究自由落体运动，学生经历了完整的知识建构过程。

3    “实验与探究”栏目的教学建议

3.1    经历完整实验，提高探究素养

创设情境让学生积极参与实验探究，学习体会科学探究的过程和方法。在事实的基础上明确探究实验所要解决的物理问题，使学生具有问题意识。能根据经验进行合理的猜想，提出假设，能利用控制变量等方法设计实验方案，实验方案的确定过程就是提升学生推理论证的科学思维过程，是物理观念的提炼和发展过程[2]。会熟练使用实验器材，规范进行实验操作获取数据，培养实事求是的科学态度，锻炼学生认真观察、规范操作、尊重原始数据等实验技能和实验素养。按照原理要求处理数据得出实验结论，知道实验误差的来源和减小误差的方法，强化证据意识，培养学生通过分析和处理实验数据发现科学规律的意识和能力。能反思与交流实验的过程，撰写实验报告。能利用结论解释或解决实际问题，更好地理解科学探究的方法和结论。F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84

3.2    整合相关实验，促进能力进阶

对比分析“测量沿斜面运动小车的瞬时速度”“测量匀变速直线运动的瞬时速度和加速度”和“探究加速度与力、质量之间的关系”三个实验，这几个实验中研究对象均做匀变速直线运动，均利用了间接测量的实验方法，均利用图像法处理实验数据。但在实验器材选择、实验条件、数据处理、误差分析等方面都比前一个实验有更高的要求。比如，数据处理方面，从根据实验数据描点作图（v-t图像），到利用图像计算相关物理量（用v-t图像直线斜率求加速度），再到利用图像发现物理规律（分析a-F图像和a-■图像）;误差分析方面，从认识实验误差（用平均速度计算瞬时速度存在误差），到用科学方法减小误差（利用逐差法计算加速度），再到控制实验条件减小误差（控制小桶与橡皮泥的质量远小于滑块和砝码的质量）。在教学中应引导学生建立实验间的联系，逐渐促进学生的探究能力进阶。

同一个实验探究活动中也可以在原有装置的基础上设计进阶实验，促进学生问题意识、实验方案设计和质疑创新等能力的发展。“探究互成角度的力的合成方法”实验是学生第一次接触矢量运算，通过实验探究学生明确了力的合成需要利用平行四边形定则。但是受前概念的影响，部分学生对合力与分力的大小关系仍然存在错误认识。可以设置进阶实验“探究合力大小与分力、夹角的关系”，控制分力大小不变改变夹角大小，或控制夹角不变改变分力大小，通过橡皮筋的伸长量比较合力的大小。

3.3    深化实验情境，指向深度学习

深度学习是指围绕具有挑战性的物理学习主题，通过科学探究及情境互动全身心参与，掌握核心知识，理解学习过程，把握学科本质和思想，在物理学科核心素养方面获得全面发展的过程[3]。基于实验与探究的深度学习是一种重要的教学方式，围绕不断深化的真实情境，提出新问题，多次经历制订方案、获取证据、解释交流等过程，解决实际问题，实现深度学习。

在“探究弹簧弹力大小与伸长量之间的定量关系”实验中，按照教材所给实验方案完成实验获得结论后，可指导学生利用现有的器材对弹簧进行进一步的研究。可将两弹簧进行串接，重新进行实验观察弹簧劲度系数的变化，并从胡克定律出发对结果作出理论解释。也可引導学生分析弹簧自重对实验误差的影响，水平和竖直测量弹簧原长后进行实验，对比分析实验结果得到结论，利用所得结论讨论交流使用弹簧测力计时调零的重要性。对学有余力的学生可以尝试利用极限法或平均力法定量分析弹簧自重对形变量的影响，体会物理思想和方法在解决问题中的作用。在历年高考中也多次对该实验进行了深入的考查，如2014年全国新课标Ⅱ卷探究弹簧劲度系数与其长度（圈数）的关系，2012年广东卷将钩码换成砝码盘和砝码分析砝码盘重力对实验结果的影响。

参考文献：

[1]李春密，俞晓明，郑少山.中学物理实验教学研究[M].北京：北京师范大学出版社，2018：148.

[2]张晓， 王玉春， 张玉峰. 新教材（人教版）必修模块实验的设计特色和教学价值分析[J].物理实验，2021，41（2）：53-59.

[3]李春密，马朝华.深度学习：走向核心素养（学科教学指南·初中物理）[M].北京：教育科学出版社，2020：2-3.

（栏目编辑    刘   荣）F4F08248-0E0F-4B38-B8D9-7E01818D9B84