新课程标准导向下优化高中物理实验教学的策略研究

《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）注重对学生交流协作能力的培养，同时也对学生的创新能力提出了更高要求，对学生科学态度与职责的培养要求也更加明确。笔者进行了“新课程标准导向下优化高中物理实验教学的策略研究”的课题研究，结合课题研究的阶段性成果并就个人教研员经历的所看、所思、所想，分享几点见解。

物理实验的开展在物理教学中有着不可替代的作用，物理的本质离不开理性思维与实验探究，所以只有亲手做了实验，物理原理才能明了，物理结论才有可信度，才更具说服力。近几年，实验题不仅仅出现在实验模块，在选择题和计算题模块中同样涉及。高考中有关实验的题型还有一个鲜明的导向，就是考查学生有没有真正做过实验，重点考查实验操作步骤和实验器材的选取，以及实验原理的应用。除了考查常规实验，还会考查创新性实验，这对学生的创新能力提出了更高的要求。

一、注重演示实验，提升学生的认知度

高中物理相对初中物理概念更加抽象，知识难度更高，规律较难掌握，纯理论学习偏多，学生容易感觉枯燥又不易理解。若教师能把理论分析与演示实验有机结合，学生便会对知识有直接的感性认知，更易牢固掌握知识。

问题1：研究平抛小球在水平方向与竖直方向分别做何运动？

理论研究：我们分别在水平、竖直两个方向进行速度分解、受力分解，结合牛顿运动定律的规律得出结论。对部分物理学科素养不高的学生来讲，其理论性太强又抽象，学生只能用死记硬背的方式记住结论，我们不妨借助图1装置进行演示。

（1）用图1中的甲装置进行实验。小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。教师可以让学生眼观小球运动的轨迹，耳听两小球落地的声音，根据观察的现象思考两小球的运动性质有哪些异同。若条件许可，教师可以利用频闪照片直观呈现两小球同一时刻均在同一高度的情况，说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。

（2）如图1乙装置所示，两个相同的弧形轨道M、N位于同一竖直面内，其中M轨道末端水平，N轨道末端与光滑的水平地面相切。两个完全相同的小钢球P、Q，以相同的水平初速度同时从轨道M、N的末端射出，观察到P总是与Q相遇。教师只改变弧形轨道M的高度，多次重复实验，学生始终能观察到相同的现象，则说明平抛运动的水平分运动是匀速运动。

图1

在这一演示实验中，学生获得了新知，还能学到对比研究的实验方法，提升了对抽象知识的认知度，提高了观察能力和分析归纳能力。

二、注重对实验器材关键构造的了解

物理测量工具属于专业器材，有着特定的原理、结构和使用规则，掌握这些是正确使用测量工具的基础。以游标卡尺的使用与读数为例（如图2），学生经常会读错主尺的读数，搞错游标的分度值。究其原因，还是学生对器材的结构和原理一知半解。

图2

游标卡尺的规范读法是：L=L主尺+n×精度。关于游标卡尺的读数错误，示例如下。

错误一：学生往往把主尺看成2.0cm。在教学中，教师一再强调，主尺读数看零刻度线，而不是卡尺边缘。但是，学生在不了解游标卡尺构造的情况下，容易产生这样的错误理解，即游标尺向右移动的距离是看边缘的。殊不知最初状态时，游标卡尺零刻度线是和主尺的零刻度线相对应的，而不是与游标尺边缘对应。

错误二：学生对游标卡尺的精度一知半解。究其原因，部分教师只告知了学生游标卡尺的精度为1mm除以总格数。游标卡尺有三种，分别是10分格、20分格、50分格，精度分别是0.1mm、0.05mm、0.02mm。部分学生看总格数是看游标上所刻的数字，但20分格、50分格不会刻录20、50字样，如图2所示，50分格刻录10大段，每大段有5小格，即总共50格。认为10格的学生就会把精度错记成0.1mm。也有部分学生将游标卡尺和螺旋测微器混淆，认为精度始终是0.1mm。

错误三：例如，游码读数L′= n×精度=20×0.02mm=0.4mm，学生把精确位的数字0抹去了，殊不知这会造成精确位数不对。

正确讲解一：主尺上50格对应50mm，游标上50格对应49mm，即游标上每格实际长度为0.98mm。以图2为例，游标上第20根线与主尺线上下对齐，游标零刻度线读数为游标、主尺上下对齐线前推20格，即正确读数为L=4.20cm-20×0.98mm=22.40mm=2.240cm。

正确讲解二：按照主尺、游标每一小格差0.02mm计算，游标零刻度线超过主尺读数的长度就是20×0.02mm=0.40mm，即L=L主尺+n×精度=2.2cm+20×0.02mm=22.40mm=2.240cm。

综上所述，要想让学生对游标卡尺内、外测量爪和深度尺的使用掌握更牢，读数领悟更透彻，只靠教师简单的说教和强制记忆是不长久、不深刻的。只有教师对其原理讲解透彻，学生仔细观察、规范操作实验器材，同时将螺旋测微器和三种不同规格的游标卡尺放在一起加以比较，归纳总结，才能从根本上突破实验器材读数的难点与易错点。

三、夯实理论基础，激发学生创新思维

高考对学生知识迁移能力的要求越来越高。学生除了要对基础知识熟练掌握，还要不断地进行挖掘拓展，形成以科学的原理、概念为基础来分析、解决问题的创新思维能力。

问题2：在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，打点计时器接在低压交变电源上，某同学在打出的纸带上共取了A、B、C、D、E、F六个计数点（每相邻两个计数点间的周期为T），如图3所示，用不同方法测算小车的加速度a。

图3

方法一（计算法）：测出AC段、DF段纸带长度XAC、XDF，利用时间中点速度等于平均速度测算出再利用求得：。

方法二（V-t图像法）：测出每段纸带长度，利用匀变速运动中时间中点速度等于平均速度测算出各点的速度，作出V-t图，利用图像斜率的物理意义表示加速度获得结果。这种方法兼顾了纸带上的各点速度，舍去了误差较大的点，减小了偶然误差。

方法三（V-t图像法）：从每个计数点处将纸带剪开分成五段（分别为a、b、c、d、e段），将这五段纸带由短到长紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中，如图4所示。

图4

由公式分别表示0.5T、1.5T、2.5T、3.5T、4.5T时刻的瞬时速度，用倾斜的直线连接各段纸带中间时刻对应的速度并延长，如图4所示，由V-t图像斜率的物理意义表示加速度。这种方法对学生深度学习提出了较高的要求。学生不仅要领悟加速度的基本测量原理，熟悉基础理论知识，同时还要对测法的灵活多变有所钻研，才能有此创新解答。

新时代、新要求，《课程标准》对学生提出了更高的能力要求，明确指出了其应该具备的核心素养。因此，长期扎根于一线的教学、教研人员肩负的职责重大，唯有在教学策略方面不断与时俱进、优化创新，才能更好地培养学生的探究能力与创新能力。