新課程標準導向下優化高中物理實驗教學的策略研究

《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）注重對學生交流協作能力的培養，同時也對學生的創新能力提出了更高要求，對學生科學態度與職責的培養要求也更加明確。筆者進行了“新課程標準導向下優化高中物理實驗教學的策略研究”的課題研究，結合課題研究的階段性成果并就個人教研員經歷的所看、所思、所想，分享幾點見解。

物理實驗的開展在物理教學中有著不可替代的作用，物理的本質離不開理性思維與實驗探究，所以只有親手做了實驗，物理原理才能明了，物理結論才有可信度，才更具說服力。近幾年，實驗題不僅僅出現在實驗模塊，在選擇題和計算題模塊中同樣涉及。高考中有關實驗的題型還有一個鮮明的導向，就是考查學生有沒有真正做過實驗，重點考查實驗操作步驟和實驗器材的選取，以及實驗原理的應用。除了考查常規實驗，還會考查創新性實驗，這對學生的創新能力提出了更高的要求。

一、注重演示實驗，提升學生的認知度

高中物理相對初中物理概念更加抽象，知識難度更高，規律較難掌握，純理論學習偏多，學生容易感覺枯燥又不易理解。若教師能把理論分析與演示實驗有機結合，學生便會對知識有直接的感性認知，更易牢固掌握知識。

問題1：研究平拋小球在水平方向與豎直方向分別做何運動？

理論研究：我們分別在水平、豎直兩個方向進行速度分解、受力分解，結合牛頓運動定律的規律得出結論。對部分物理學科素養不高的學生來講，其理論性太強又抽象，學生只能用死記硬背的方式記住結論，我們不妨借助圖1裝置進行演示。

（1）用圖1中的甲裝置進行實驗。小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時B球被松開自由下落。教師可以讓學生眼觀小球運動的軌跡，耳聽兩小球落地的聲音，根據觀察的現象思考兩小球的運動性質有哪些異同。若條件許可，教師可以利用頻閃照片直觀呈現兩小球同一時刻均在同一高度的情況，說明平拋運動的豎直分運動是自由落體運動。

（2）如圖1乙裝置所示，兩個相同的弧形軌道M、N位于同一豎直面內，其中M軌道末端水平，N軌道末端與光滑的水平地面相切。兩個完全相同的小鋼球P、Q，以相同的水平初速度同時從軌道M、N的末端射出，觀察到P總是與Q相遇。教師只改變弧形軌道M的高度，多次重復實驗，學生始終能觀察到相同的現象，則說明平拋運動的水平分運動是勻速運動。

圖1

在這一演示實驗中，學生獲得了新知，還能學到對比研究的實驗方法，提升了對抽象知識的認知度，提高了觀察能力和分析歸納能力。

二、注重對實驗器材關鍵構造的了解

物理測量工具屬于專業器材，有著特定的原理、結構和使用規則，掌握這些是正確使用測量工具的基礎。以游標卡尺的使用與讀數為例（如圖2），學生經常會讀錯主尺的讀數，搞錯游標的分度值。究其原因，還是學生對器材的結構和原理一知半解。

圖2

游標卡尺的規范讀法是：L=L主尺+n×精度。關于游標卡尺的讀數錯誤，示例如下。

錯誤一：學生往往把主尺看成2.0cm。在教學中，教師一再強調，主尺讀數看零刻度線，而不是卡尺邊緣。但是，學生在不了解游標卡尺構造的情況下，容易產生這樣的錯誤理解，即游標尺向右移動的距離是看邊緣的。殊不知最初狀態時，游標卡尺零刻度線是和主尺的零刻度線相對應的，而不是與游標尺邊緣對應。

錯誤二：學生對游標卡尺的精度一知半解。究其原因，部分教師只告知了學生游標卡尺的精度為1mm除以總格數。游標卡尺有三種，分別是10分格、20分格、50分格，精度分別是0.1mm、0.05mm、0.02mm。部分學生看總格數是看游標上所刻的數字，但20分格、50分格不會刻錄20、50字樣，如圖2所示，50分格刻錄10大段，每大段有5小格，即總共50格。認為10格的學生就會把精度錯記成0.1mm。也有部分學生將游標卡尺和螺旋測微器混淆，認為精度始終是0.1mm。

錯誤三：例如，游碼讀數L′= n×精度=20×0.02mm=0.4mm，學生把精確位的數字0抹去了，殊不知這會造成精確位數不對。

正確講解一：主尺上50格對應50mm，游標上50格對應49mm，即游標上每格實際長度為0.98mm。以圖2為例，游標上第20根線與主尺線上下對齊，游標零刻度線讀數為游標、主尺上下對齊線前推20格，即正確讀數為L=4.20cm-20×0.98mm=22.40mm=2.240cm。

正確講解二：按照主尺、游標每一小格差0.02mm計算，游標零刻度線超過主尺讀數的長度就是20×0.02mm=0.40mm，即L=L主尺+n×精度=2.2cm+20×0.02mm=22.40mm=2.240cm。

綜上所述，要想讓學生對游標卡尺內、外測量爪和深度尺的使用掌握更牢，讀數領悟更透徹，只靠教師簡單的說教和強制記憶是不長久、不深刻的。只有教師對其原理講解透徹，學生仔細觀察、規范操作實驗器材，同時將螺旋測微器和三種不同規格的游標卡尺放在一起加以比較，歸納總結，才能從根本上突破實驗器材讀數的難點與易錯點。

三、夯實理論基礎，激發學生創新思維

高考對學生知識遷移能力的要求越來越高。學生除了要對基礎知識熟練掌握，還要不斷地進行挖掘拓展，形成以科學的原理、概念為基礎來分析、解決問題的創新思維能力。

問題2：在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗中，打點計時器接在低壓交變電源上，某同學在打出的紙帶上共取了A、B、C、D、E、F六個計數點（每相鄰兩個計數點間的周期為T），如圖3所示，用不同方法測算小車的加速度a。

圖3

方法一（計算法）：測出AC段、DF段紙帶長度XAC、XDF，利用時間中點速度等于平均速度測算出再利用求得：。

方法二（V-t圖像法）：測出每段紙帶長度，利用勻變速運動中時間中點速度等于平均速度測算出各點的速度，作出V-t圖，利用圖像斜率的物理意義表示加速度獲得結果。這種方法兼顧了紙帶上的各點速度，舍去了誤差較大的點，減小了偶然誤差。

方法三（V-t圖像法）：從每個計數點處將紙帶剪開分成五段（分別為a、b、c、d、e段），將這五段紙帶由短到長緊靠但不重疊地粘在xOy坐標系中，如圖4所示。

圖4

由公式分別表示0.5T、1.5T、2.5T、3.5T、4.5T時刻的瞬時速度，用傾斜的直線連接各段紙帶中間時刻對應的速度并延長，如圖4所示，由V-t圖像斜率的物理意義表示加速度。這種方法對學生深度學習提出了較高的要求。學生不僅要領悟加速度的基本測量原理，熟悉基礎理論知識，同時還要對測法的靈活多變有所鉆研，才能有此創新解答。

新時代、新要求，《課程標準》對學生提出了更高的能力要求，明確指出了其應該具備的核心素養。因此，長期扎根于一線的教學、教研人員肩負的職責重大，唯有在教學策略方面不斷與時俱進、優化創新，才能更好地培養學生的探究能力與創新能力。