美国高中物理主流教材学生实验赏析和启示

孔兴隆+金邦建

摘 要：美国高中选用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和问题》2005年最新版本的学生实验有值得借鉴的地方。本文以其中的《对运动中的物体的探究》为例，介绍了美国教材的学生实验，得出其特点：紧密结合生活实际，充分利用网络资源，引导学生深入探究。并得到相应的启示：加强实验与生活的联系，用视频起好辅助作用，借网络平台促进交流讨论，为进行实验的进一步拓展服务。

关键词：美国；物理教材；学生实验；联系生活；网络资源；探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0068-3

美国高中选用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和问题》2005年最新版本（以下简称美国教材）的学生实验有值得借鉴的地方。本文以其中的《对运动中的物体的探究》为例，介绍了美国教材的学生实验，得出其特点，并得到相应的启示，以供教师参考。

1 美国教材的物理实验介绍

对运动中的物体的探究

物理学是一门建立在实验基础上的科学。许多被用来描述和理解（诸如：做线性运动的物体）力学系统的基本原理，以后也可以用来描述更复杂的自然现象。现在请你思考：你该如何测量录像片中所示的机动车的速度？

问题

采用什么类型的测量方式，可以求出机动车的速度？

目标

观察录像片中机动车的运动情况。

描述机动车的运动情况。

收集并整理机动车运动的有关数据。

计算机动车的速度。

实验器材

互联网上提供的录像片。

手表或其他计时器。

实验步骤

（1）请登录网站：physicspp.com/internet_lab，观看第一部分的实验室录像片段。

（2）上述录像片是在美国中西部接近中午时段拍摄到的。在路面的右侧边缘，每隔0.322km就会出现一大段白色的长方形标记。许多州在进行空中交通观测时，都用这类标记作为参照物。

（3）观察 要知道机动车的行驶速度，你可以采取什么样的测量方法？准备一个类似表1所示的数据表，记录你对环境、其他的机动车以及白色标记的观察。比如，摄像机对准的是什么颜色的机动车？左边车道的货车又是什么颜色的（图1）？

（4）测量与估计 再看一次录像片，留意更多的细节。比如，路面是否平滑？机动车都朝哪个方向行驶？每辆机动车驶过两个白色标记需要多少时间？记录你的观察结果及数据（表1）。

分析

（1）定性地总结你的观察结果。

（2）定量地总结你的观察结果。

（3）绘制和运用图像 在同一坐标系上作出两组数据的图像。

（4）估计 机动车的速度为多大？请分别用km/s和km/h表示。

（5）预测 各辆车在5 min内行驶了多远的距离？

结论和应用

（1）测量 距离和时间的测量值的精确度分别为多少？

（2）测量 你的速度测量值的精确度是多少？它与什么有关？

（3）使用变量、常量和控制量 描述本实验中的自变量和因变量。

（4）对比与比较 哪一辆车得出的图线的斜率更大？这个斜率等于什么？

（5）推断 如果图像上出现的是一条水平线，那么表示什么意思？若是一条有较大斜率的直线呢？

进一步探索

速度等于位移除以通过这段位移所用的时间。设计一个实验，在教室里测量遥控车的速度。你会用什么作为标记？你测量的位移和时间的精确度为多少？在测量小车经过标记时，如果你的视线与小车存在一个角度，它对测量结果会产生影响吗？影响又是多大？你该如何改进你的测量？哪些单位对速度有意义？你最远能预测到的小车的位置在何处？如果可能，请完成这个实验，并总结你的结果。

生活中的物理学

副驾驶座上的乘客、驾驶员、驾驶员身后座位上的乘客同时看车上的时速表，所得到的读数分别是90 km/h、100 km/h和110 km/h。请解释这种差异产生的原因。

交流数据

设计实验

登录网站：physicspp.com/internet_lab。张贴你在教室里进行的测量遥控车速度的实验。内容包括材料清单、具体步骤以及对实验准确度的预测。如果你已完成了实验，把数据和结果也张贴出来。

物理在线

若想了解更多关于测量的内容，请登录网站：physicspp.com。

2 美国教材学生实验的特点

2.1 紧密结合生活实际

物理来源于生活、应用于生活，培养学生在实际生活中学物理、用物理，是物理教学中的一个重要内容，也是激发学生兴趣的重要手段。《普通高中物理课程标准（实验稿）》指出：高中物理课程在内容上应精选学生终身学习必备的基础知识与技能，加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系。“人教版”教材中的力学实验，大多都使用电磁打点计时器或电火花计时器。但是学生在生活实际中，很少用到这两种计时器。由此，“人教版”力学实验与学生的生活实际结合并不密切。

认知心理学研究指出，我们每个人都有一个详细的自我图示，它是一个与我们自己、我们的态度以及我们的个人经历相关的、有组织的内部信息系统。因此，我们可以充分地、详细地对与我们自己有关的信息进行编码，这胜于任何其他主题的信息。同样，我们可以很轻松就组织好那些与我们自己有关的新信息。根据认知心理学的研究成果，当实验与学生的生活实际结合得并不密切时，学生较难对实验进行编码。这或许是我们不少学生学不好实验的原因之一。相比之下，美国教材的实验比“人教版”教材更紧密结合了生活实际。

以《对运动中的物体的探究》为例，本实验并不采用电磁打点计时器或电火花计时器，而是采用手表、路面上行驶的汽车。就从实验器材来看，都是学生日常生活中经常接触到的。在进一步探索中，采用遥控车，是学生喜闻乐见的。“生活中的物理学”所设置的时速表的读数情景，也是学生在乘车时会遇到的。当生活实际多次与物理实验结合，学生会感觉到物理就在身边，不仅提高了学生学习物理的热情和兴趣，还使学生在提取相关物理知识时会更有效。

2.2 充分利用网络资源

“人教版”的物理实验器材，几乎都取自实验室。美国教材给我们提供了另一条使用实验器材的途径，那就是网络资源。本实验中，美国教材以网络视频中的汽车为研究对象，取代了小车、斜面等较枯燥无味的实验器材，拉近了实验与生活的距离。在“交流数据”这一栏目，美国教材充分利用了网络的共享性、便捷性，有利于学生快速地分享、交流、讨论数据。

2.3 引导学生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要学生学习科学的方法，那么有什么学习比通过积极地投入到探究的过程中去更好呢？”美国教材中不仅在“分析”栏目提供探究，而且在“进一步探索”、“生活中的物理学”等栏目中进行更为深入的探究。

施瓦布对教材和实验手册的编写提供了三种建议：实验手册或教学材料只提出问题和描述研究问题的方法而不告诉学生实验的结果，这样能够让学生发现他们事先不知道的关系。教学材料可以提出问题，但是研究方法和结论可以是开放的，让学生们根据自己的实验做出判断。最为开放的设计是，学生实验可以不限于教材或实验手册中指定的问题，而是自己提出要研究的问题，收集证据，根据他们自己的实验提出科学的解释。

从美国教材可以看出，美国教材刚开始就给出了实验器材和实验步骤，但没有告诉学生实验的结果。之后在进一步探究中，只是提出问题：设计一个实验，在教室里测量遥控车的速度。换言之，美国教材从刚开始提供各种支架到慢慢减少支架，逐渐增大探究的空间，这有助于学生探究能力的提高。

3 美国教材对学生实验的启示

3.1 加强实验与生活的联系

“人教版”教材的物理实验与生活的联系不多，为此，教师可以在实验教学中借鉴美国教材的内容，加强实验与生活的联系。将实验、生活联系在一起，可以拉近实验与生活的距离，体验到实验的亲切感，从而激发学生的学习兴趣。

3.2 用好视频，起好辅助作用

教师大多能应用视频于物理课堂教学之中，起到了较好的辅助教学的作用。但视频资源在物理实验中的应用，则相对欠缺。无疑，美国教材给我们提供了很好的示范。例如：我们可以把电梯里人在体重计上的示数变化拍摄好，制作成视频，让学生研究人的体重的最大读数、最小读数，研究电梯在超重、失重时的最大加速度。

3.3 网络平台促进交流讨论

美国教材有配套的网络平台，学生可以把实验的数据放在网络上，供大家分享和讨论。纵观美国教材的实验，大多都有“交流数据”这一栏目。例如，美国教材中测量出自由落体运动的重力加速度后，鼓励学生把得到的g的平均值与大家交流。并找出一张州地图或国家地图，把其他同学张贴在网上的g值数据记录在地图的相应位置上。并引导学生：你是否可以看出不同的位置、区域和海拔对重力加速度有什么影响？教材的实验结合网络平台，不仅有助于分享和讨论数据，也有助于学生开展更为深入的探究。

为此，我国教材也可以建设与教材相配套的网络平台，以便学生交流讨论。

3.4 进行实验的进一步拓展

美国教材不仅对实验进行“分析”，还有“结论和应用”，“进一步探索”，“生活中的物理学”，“交流数据”等栏目。所有这些栏目，都是对实验的进一步拓展，都有助于让学生的探究能力得到培养和提高。

为此，我国教材也可以对实验展开进一步拓展，让学生在更丰富的情境中理解实验，应用实验中的相关知识和规律解决问题。

参考文献：

[1]Rorbert J.Sternberg.认知心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.120.

[2]张亮.“探究”教学的历史嬗变[J].当代教育科学.2008（12）：60.

[3]张密密.高中物理课堂探究性学习的实践研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2011.

（栏目编辑 邓 磊）

以《对运动中的物体的探究》为例，本实验并不采用电磁打点计时器或电火花计时器，而是采用手表、路面上行驶的汽车。就从实验器材来看，都是学生日常生活中经常接触到的。在进一步探索中，采用遥控车，是学生喜闻乐见的。“生活中的物理学”所设置的时速表的读数情景，也是学生在乘车时会遇到的。当生活实际多次与物理实验结合，学生会感觉到物理就在身边，不仅提高了学生学习物理的热情和兴趣，还使学生在提取相关物理知识时会更有效。

2.2 充分利用网络资源

“人教版”的物理实验器材，几乎都取自实验室。美国教材给我们提供了另一条使用实验器材的途径，那就是网络资源。本实验中，美国教材以网络视频中的汽车为研究对象，取代了小车、斜面等较枯燥无味的实验器材，拉近了实验与生活的距离。在“交流数据”这一栏目，美国教材充分利用了网络的共享性、便捷性，有利于学生快速地分享、交流、讨论数据。

2.3 引导学生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要学生学习科学的方法，那么有什么学习比通过积极地投入到探究的过程中去更好呢？”美国教材中不仅在“分析”栏目提供探究，而且在“进一步探索”、“生活中的物理学”等栏目中进行更为深入的探究。

施瓦布对教材和实验手册的编写提供了三种建议：实验手册或教学材料只提出问题和描述研究问题的方法而不告诉学生实验的结果，这样能够让学生发现他们事先不知道的关系。教学材料可以提出问题，但是研究方法和结论可以是开放的，让学生们根据自己的实验做出判断。最为开放的设计是，学生实验可以不限于教材或实验手册中指定的问题，而是自己提出要研究的问题，收集证据，根据他们自己的实验提出科学的解释。

从美国教材可以看出，美国教材刚开始就给出了实验器材和实验步骤，但没有告诉学生实验的结果。之后在进一步探究中，只是提出问题：设计一个实验，在教室里测量遥控车的速度。换言之，美国教材从刚开始提供各种支架到慢慢减少支架，逐渐增大探究的空间，这有助于学生探究能力的提高。

3 美国教材对学生实验的启示

3.1 加强实验与生活的联系

“人教版”教材的物理实验与生活的联系不多，为此，教师可以在实验教学中借鉴美国教材的内容，加强实验与生活的联系。将实验、生活联系在一起，可以拉近实验与生活的距离，体验到实验的亲切感，从而激发学生的学习兴趣。

3.2 用好视频，起好辅助作用

教师大多能应用视频于物理课堂教学之中，起到了较好的辅助教学的作用。但视频资源在物理实验中的应用，则相对欠缺。无疑，美国教材给我们提供了很好的示范。例如：我们可以把电梯里人在体重计上的示数变化拍摄好，制作成视频，让学生研究人的体重的最大读数、最小读数，研究电梯在超重、失重时的最大加速度。

3.3 网络平台促进交流讨论

美国教材有配套的网络平台，学生可以把实验的数据放在网络上，供大家分享和讨论。纵观美国教材的实验，大多都有“交流数据”这一栏目。例如，美国教材中测量出自由落体运动的重力加速度后，鼓励学生把得到的g的平均值与大家交流。并找出一张州地图或国家地图，把其他同学张贴在网上的g值数据记录在地图的相应位置上。并引导学生：你是否可以看出不同的位置、区域和海拔对重力加速度有什么影响？教材的实验结合网络平台，不仅有助于分享和讨论数据，也有助于学生开展更为深入的探究。

为此，我国教材也可以建设与教材相配套的网络平台，以便学生交流讨论。

3.4 进行实验的进一步拓展

美国教材不仅对实验进行“分析”，还有“结论和应用”，“进一步探索”，“生活中的物理学”，“交流数据”等栏目。所有这些栏目，都是对实验的进一步拓展，都有助于让学生的探究能力得到培养和提高。

为此，我国教材也可以对实验展开进一步拓展，让学生在更丰富的情境中理解实验，应用实验中的相关知识和规律解决问题。

参考文献：

[1]Rorbert J.Sternberg.认知心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.120.

[2]张亮.“探究”教学的历史嬗变[J].当代教育科学.2008（12）：60.

[3]张密密.高中物理课堂探究性学习的实践研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2011.

（栏目编辑 邓 磊）

以《对运动中的物体的探究》为例，本实验并不采用电磁打点计时器或电火花计时器，而是采用手表、路面上行驶的汽车。就从实验器材来看，都是学生日常生活中经常接触到的。在进一步探索中，采用遥控车，是学生喜闻乐见的。“生活中的物理学”所设置的时速表的读数情景，也是学生在乘车时会遇到的。当生活实际多次与物理实验结合，学生会感觉到物理就在身边，不仅提高了学生学习物理的热情和兴趣，还使学生在提取相关物理知识时会更有效。

2.2 充分利用网络资源

“人教版”的物理实验器材，几乎都取自实验室。美国教材给我们提供了另一条使用实验器材的途径，那就是网络资源。本实验中，美国教材以网络视频中的汽车为研究对象，取代了小车、斜面等较枯燥无味的实验器材，拉近了实验与生活的距离。在“交流数据”这一栏目，美国教材充分利用了网络的共享性、便捷性，有利于学生快速地分享、交流、讨论数据。

2.3 引导学生深入探究

教育家施瓦布指出“如果要学生学习科学的方法，那么有什么学习比通过积极地投入到探究的过程中去更好呢？”美国教材中不仅在“分析”栏目提供探究，而且在“进一步探索”、“生活中的物理学”等栏目中进行更为深入的探究。

施瓦布对教材和实验手册的编写提供了三种建议：实验手册或教学材料只提出问题和描述研究问题的方法而不告诉学生实验的结果，这样能够让学生发现他们事先不知道的关系。教学材料可以提出问题，但是研究方法和结论可以是开放的，让学生们根据自己的实验做出判断。最为开放的设计是，学生实验可以不限于教材或实验手册中指定的问题，而是自己提出要研究的问题，收集证据，根据他们自己的实验提出科学的解释。

从美国教材可以看出，美国教材刚开始就给出了实验器材和实验步骤，但没有告诉学生实验的结果。之后在进一步探究中，只是提出问题：设计一个实验，在教室里测量遥控车的速度。换言之，美国教材从刚开始提供各种支架到慢慢减少支架，逐渐增大探究的空间，这有助于学生探究能力的提高。

3 美国教材对学生实验的启示

3.1 加强实验与生活的联系

“人教版”教材的物理实验与生活的联系不多，为此，教师可以在实验教学中借鉴美国教材的内容，加强实验与生活的联系。将实验、生活联系在一起，可以拉近实验与生活的距离，体验到实验的亲切感，从而激发学生的学习兴趣。

3.2 用好视频，起好辅助作用

教师大多能应用视频于物理课堂教学之中，起到了较好的辅助教学的作用。但视频资源在物理实验中的应用，则相对欠缺。无疑，美国教材给我们提供了很好的示范。例如：我们可以把电梯里人在体重计上的示数变化拍摄好，制作成视频，让学生研究人的体重的最大读数、最小读数，研究电梯在超重、失重时的最大加速度。

3.3 网络平台促进交流讨论

美国教材有配套的网络平台，学生可以把实验的数据放在网络上，供大家分享和讨论。纵观美国教材的实验，大多都有“交流数据”这一栏目。例如，美国教材中测量出自由落体运动的重力加速度后，鼓励学生把得到的g的平均值与大家交流。并找出一张州地图或国家地图，把其他同学张贴在网上的g值数据记录在地图的相应位置上。并引导学生：你是否可以看出不同的位置、区域和海拔对重力加速度有什么影响？教材的实验结合网络平台，不仅有助于分享和讨论数据，也有助于学生开展更为深入的探究。

为此，我国教材也可以建设与教材相配套的网络平台，以便学生交流讨论。

3.4 进行实验的进一步拓展

美国教材不仅对实验进行“分析”，还有“结论和应用”，“进一步探索”，“生活中的物理学”，“交流数据”等栏目。所有这些栏目，都是对实验的进一步拓展，都有助于让学生的探究能力得到培养和提高。

为此，我国教材也可以对实验展开进一步拓展，让学生在更丰富的情境中理解实验，应用实验中的相关知识和规律解决问题。

参考文献：

[1]Rorbert J.Sternberg.认知心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.120.

[2]张亮.“探究”教学的历史嬗变[J].当代教育科学.2008（12）：60.

[3]张密密.高中物理课堂探究性学习的实践研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2011.

（栏目编辑 邓 磊）