课程标准教科书的特色之二：高中物理探索性实验论文 新人教版

课程标准教科书的特色之二 探索性实验课程标准教科书的特色之二 探索性实验 以课程标准为指导而编写的教科书 以人民教育出版社版版为例 与以前的教科书比 较 有一个特色 突出探究性学习 本文重点论述课标教科书在物理实验方面的特色 实验程序的探索性 实验手段的现代化 实验描述的多样性 其中 探索性实验是课标教 科书在物理实验方面的突出特色 1 1 实验程序的探索性 实验程序的探索性 课标教科书与实验修订本 都以人民教育出版社版版为例 比较 实验修定本中验证 性实验较多 课标教科书中探索性实验较多 以高一必修为例 1 1 把验证性实验变为探索性实验把验证性实验变为探索性实验 如实验修订本中学生实验 验证力的平行四边形定则 在课标教科书中为 探究求合 力的方法 二者在实验程序上是不同的 比较如下 实验修订本中 验证力的平行四边形定则 实验步骤是 在书后 实验集中编排 第 186 页 187 页 仪器相同 仪器的安装步骤相同 省略 1 用两个弹簧秤分别钩住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位 置 O 2 用铅笔记下 O 点的位置和两条细绳的方向 读出两个弹簧秤的示数 3 用铅笔和刻度尺在白纸上从 O 点沿着两条细绳的方向画直线 按着一定的标度作出两 个力 F1和 F2的图示 用平行四边形定则求出合力 F 4 只用一个弹簧秤 通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置 O 读出弹簧秤的示数 记下 细绳的方向 按同一标度作出这个力 F 的图示 5 比较力 F 与用平行四边形定则求得的合力 F 的大小和方向 看它们是否相等 课标教科书 探究求合力的方法 实验程序是 在书中 实验随内容编排 第 66 页 1 图甲表示橡皮条 GE 在两个力的共同作用下沿着直线 GC 伸长了 EO 这样的长度 图 乙表示撤去 F1和 F2后 用一个力 F 作用在橡皮条上 使橡皮条沿着同一直线伸长了相同的 长度 2 力 F 对橡皮条作用的效果与 F1和 F2共同作用的效果相同 所以力 F 等于 F1和 F2 的合力 注意点省略 3 建议用虚线把合力的箭头端与两个分力的箭头端连接 也许能够得到启示 这两种实验程序表面看起来差别不大 仔细分析是有很大不同的 前者是先用平行四 边形定则画图求合力 也就是说平行四边形定则是已知的 然后用实验去验证 第 4 步 后者是先用实验求合力 再探索合力与分力的关系 第 3 步 建议 句 这样做的好处是 体现了知识 规律 的生成过程 有利于培养学生探索 探究的意 识和能力 而不是死记规律 套用规律 定律 公式 法则等 2 2 把教师演示实验变为学生探索性实验把教师演示实验变为学生探索性实验 著名的也是最重要的牛顿第二定律 多年以来 都是教师演示实验 由老师做 老师 讲 教科书不把实验的设计展示给学生 而课标教科书则详细写出了实验程序和设计过程 在实验修订本中 关于牛顿第二定律的实验的叙述只用了半页 400 多字 而在课标教科书 中 用了单独的一节即第四章第 2 节 实验 探究加速度与力 质量的关系 洋洋洒洒 3 页半 约 2000 多字 是原来的 5 倍多 实验修订本中 有下列内容 实验装置 略 实验方法 略 课标教科书中 有下列内容 1 加速度与力的关系 2 加速度与质量的关系 制定实验方案时的两个问题 1 怎样测量或比较物体的加速度 2 怎样提供和测量物体所受的恒力 参考案例 略 怎样由实验结果得出结论 略 通过比较可以知道 实验修订本中中的内容只是课标教科书中 怎样测量或比较物体 的加速度 和 参考案例 两项内容 也就是说 课标教科书比实验修订本增加了实验设 计方法的内容 加速度与力的关系和加速度与质量的关系 即控制变量法 以前是老师补 充的 现在写在教科书中 使学生不仅知道怎样做实验 还明白为什么这样做实验 即知 其然知其所以然 除文字不同外 插图也不同 实验修订本中 只有一幅图即图 3 5 研究牛顿第二定律 的实验装置图 第 50 页 而在课标教科书中除实验装置图 第 78 页图 4 2 4 及图 4 2 5 外还有图 4 2 2 加速度与质量的关系图 a m 图 和图 4 2 4 加速度与质量的倒数的关 系图 a m 1 图 第 76 页 为学生作图做了示范 2 2 实验手段的现代化实验手段的现代化 课标教科书在实验上的另一个特色是 实验手段的现代化 例如使用传感器和电子计 算机辅助实验和处理数据或画图象 其内容有 1 借助传感器和电子计算机测速度 课标教科书必修 第 25 页 2 用计算机绘制 v t 图 同上书第 35 页 3 用光电计时器研究自由下落物体的运动 同上书第 44 页 3 用传感器探究作用力和反作用力 同上书第 87 页 4 利用数表软件进行数据处理 课标教科书必修 第 25 页 本文以上述第 5 项说明其方法和特点 该内容是在第五章第 6 节 探究功与物体 速度变化的关系 之后的 就是用计算机的 Excel 工作簿根据表中数据作 W v图象 做法如下 1 进入 Excel 工作簿 2 在 Excel 工作簿中输入数据 其中速度以 v 为单位 以下数据为 v 2v 3v 等等 功以 w 为单位 以下数据为 w 2w 3w 等等 为方便 表中以 1 2 3 等等代之 当然 实际的实验数据不可能都是整数 3 点击作图图标 出现 图表向导 步骤之 1 图表类型 在其中选 散点图 和 子图表类型 在其中选带点的曲线图 4 然后点击 下一步 出现 图表向导 步骤之 2 图表源数据 用默认情 况 5 再点击 下一步 出现 图表向导 步骤之 3 图表选项 用默认情况 6 再点击 下一步 出现 图表向导 步骤之 4 图表位置 可以选 作为 其中的对象插入 在其前的小圆圈中点 7 点击 完成 结果如下表和下图 速度 v v功 W w 00 11 42 93 164 255 366 497 648 819 10010 12111 14412 16913 19614 22515 25616 28917 32418 36119 40020 0 5 10 15 20 25 0100200300400500 系列1 有的计算机可以根据数据表和图象直接写出公式 2 kvW 即功与速度的平 方成正比 进一步可得出动能与速度的平方成正比的结论 无论是传感器 还是计算机 还是其他先进的 现代化的仪器 设备 如果你 认真做了 熟悉了使用方法 他们就不神秘了 将来从事科学技术社会工作时 当你 再接触这些仪器 设备时 就会感到似曾相识 就会很快进入状态达到得心应手 因 为我见过 我做过 3 3 实验描述的多样性实验描述的多样性 在以前的教科书中 实验大都是集中放在书的后面 在课标教科书中 实验放在 书中 随教学进度插在各节课文中 有的实验单独成一节 并且根据不同实验在物理 学中和物理教学中的地位 难易程度 用时长短 学校的器材条件 分成了以下六类 1 学生实验学生实验 用物理实验室内的器材做的定量实验 由学生分组进行 一 个学生实验编为一节 标题都有 实验 二字 在必修的两册中 有 4 个这样的实验 第一章第 4 节 实验 用打点计时器测速度 必修 P21 第二章第 1 节 实验 探究小车速度随时间变化的规律 必修 P33 第四章第 2 节 实验 探究加速度与力 质量的关系 必修 P66 第五章第 9 节 实验 验证机械能守恒定律 必修 P32 其中 探究性实验 2 个 占 50 验证性实验 1 个 占 25 而在实验修订本中验 证性实验占 50 左右 2 演示实验演示实验 在课堂上由老师操作 同学们观察 讨论 必修课本中有 第二章第 4 节 演示 用钱毛管实验说明自由落体的同时性 必修 P45 第三章第 3 节 演示 用弹簧测力计测摩擦力 必修 P61 第三章第 4 节 演示 探究求合力的方法 必修 P66 第六章第 1 节 演示 用曲线轨道演示曲线运动的方向 必修 P32 第六章第 1 节 演示 钢球在磁铁吸引下做曲线运动 必修 P33 第五章第 6 节 演示 用红蜡块在玻璃管中运动演示运动的合成 必修 P35 以前的教科书 演示实验由老师掌握 不都写在课本上 课标教科书把演示 实验的内容 方法也都写出来 有利于学生明白实验的目的 器材 过程 结论 对物理教学有好处 3 实验 实验 以 栏目栏目 的形式出现 在课堂上由学生自己操作完成 多 数是定性实验 第二章第 4 节 实验 用打点计时器研究自由落体 必修 P45 第四章第 2 节 实验 平抛运动的分解 必修 P38 第五章第 5 节实验 用圆锥摆验证向心力的表达式 必修 P53 实验栏目给的实验虽然不多 但都结合教学内容 是不可或缺的 4 做一做做一做 做一做 栏目中实验的趣味性较强 必修课本中主要有 10 个 第一章第 3 节 测自行车的速度和蚊香燃烧的速度 必修 P18 第一章第 4 节 借助传感器和电子计算机测速度 必修 P25 第二章第 1 节 用计算机绘制tv 图象 必修 P35 第二章第 3 节 利用光电计时器研究自由下落物体的运动 必修 P44 第二章第 4 节 测定反应时间 必修 P46 第二章第 4 节 通过照片中石子的径迹估算相机的曝光时间 必修 P47 第三章第 1 节 用悬挂法确定薄板的重心 必修 P55 第四章第 5 节 用传感器探究作用力与反作用力的关系 必修 P87 第五章第 6 节 利用数表软件对 探究功与物体速度变化的关系 实验进行数 据处理 必修 P18 第六章第 7 节 感受向心力 必修 P54 其中只有第 三个实验 占 30 是实验修订本中有的 其余 7 个 实验 占 70 是课标教科书新增加的 在这 7 个新增加的实验中 有 5 个 第 个 占总数 50 是要用现代化仪器 计算机 传感器 光 电计时器等 进行实验的 所以这个 做一做 实验是很重要的 是真的要做一 做的 5 问题与练习问题与练习 问题与练习 中有一些实验性的题目 必修课本中主要 有 10 个 第一章第 1 节 测量长度 必修 P13 第一章第 4 节 自制模拟打点计时器 必修 P27 第二章第 1 节 用打点的纸带做直方图 必修 P36 第二章第 4 节 用频闪摄影研究自由落体运动 必修 P47 第三章第 1 节 用作图和悬挂法测三角形板的重心 必修 P57 第三章第 2 节 体验弹力与形变的关系 必修 P59 第四章第 7 节 观察瓶自由下落时的喷水的变化 必修 P94 第六章第 3 节 探究平抛运动 必修 P40 第六章第 4 节 测量小球的速度 必修 P44 第六章第 5 节 通过实际测量计算自行车的前进速度 必修 P47 在这 10 个实验中 第 5 个是新增加的 占 50 其中 有 3 个是设计性实验 有利于培养学生的设计 创新能力 6 探究性学习探究性学习 实验往往是探究活动的重要组成部分 课标教科书中 探究性学习的内容很多 单独成节的就有 5 个 第二章第 1 节 实验 探究小车速度随时间变化的规律 必修 P33 第四章 第 2 节 实验 探究加速度与力 质量的关系 必修 P75 第五章第 5 节 探究弹性势能的表达式 必修 P15 第五章第 6 节 探究功与物体速度变化的关系 必修 P17 第六章第 3 节 探究平抛运动的规律 必修 P38 这 5 个 探究性学习 的内容中 除两个与第 1 项重复 即是明显的学生实验 外 第 两个也要做实验 也就是说实验占探究活动的 80 所以实验是探究活动的 重要组成部分 综上所述 课标教科书中的必修部分共近 40 个实验 如果这些实验都能做并且做 好 将对物理教学有很大的推动 在物理