美国高中物理教材的学生实验分析与借鉴，本文主要内容关键词为：美国论文,高中物理论文,教材论文,学生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
学生在实验课上进行实验时，通常是参考教材中的学生实验部分进行的，因此该部分教材在很大程度上充当了老师的指导角色，在物理教学中具有重要的作用。本文对一本美国高中教材[1]的学生实验部分（栏目名称为“Physics Lab”）进行了分析，并论述了可借鉴之处，以期对我国正在进行的课程改革有所启示。本文所使用的美国教材是MCGran-Hill公司出版的以高中生为使用对象的《PHYSICS：Principles and Problems》，以下简称美国教材。
一、教材分析
1.实验的数量分布情况
学生实验的数量分布情况如表1。
表1 学生实验的数量分布情况
┌────────┬──────┬───┬───┬───┬────┬─────┬────┐
│知识点 ││ 力学│ 热学│ 光学│ 电磁学│ 原子物理│ 实验数│
│实验类型││ │ │ ││ ││
├────────┼──────┼───┼───┼───┼────┼─────┼────┤
││ 验证性实验│7 │1 │4 │5
│4 │21 │
│ 依实验方式分 ││ │ │ ││ ││
│├──────┼───┼───┼───┼────┼─────┼────┤
││ 探究性实验│7 │0 │0 │3
│0 │10 │
├────────┼──────┼───┼───┼───┼────┼─────┼────┤
││ 实际实验 │12│1 │4 │6
│1 │24 │
│ 依认知目的分 ││ │ │ ││ ││
│├──────┼───┼───┼───┼────┼─────┼────┤
││ 模拟实验 │2 │0 │0 │2
│3 │7
│
└────────┴──────┴───┴───┴───┴────┴─────┴────┘
从表中可以看出三个特点。（1）以力学和电磁学部分的实验为主，这一点与我国相同；（2）以验证性实验为主，但探究性实验也占有一定的比例；（3）模拟实验占据一定的数量。表中的实际实验是指通常意义上的实验，而模拟实验则是指用形象、直观的模型来帮助学生理解抽象概念和规律的实验。例如在放射性材料的衰变规律实验中，通过投掷硬币的方式来模拟衰变过程中原子核的数量变化，以达到对半衰期的理解。
2.编写结构
教材针对验证性实验和探究性实验设置了两种不同的编写结构。验证性实验的结构为：（1）问题：提出问题，引发思考；（2）材料：列出实验器材；（3）过程：列出实验步骤，具体包括小组分工、实验操作和测量等方面；（4）数据与观察：观察实验，处理数据；（5）分析与总结：包括分析数据、计算结果和推断评估过程等；（6）应用：提出一个或两个与实际密切联系的问题，让学生把通过实验学到的知识应用于实践。
探究性实验的结构：（1）问题；（2）假设：引导学生回答问题，建立初步假设；（3）可能的材料：列举出学生可能会用到的材料；（4）制定计划：引导学生建立实验计划，具体包括小组分工、确定待测量、数据处理、让老师检查计划等内容；（5）分析与总结；（6）应用。
可以看到，探究性实验与验证性实验都是以探究过程为编写顺序的，只是验证性实验没有假设这一步，且无需学生自己制定实验计划。
3.实验器材
美国的学生实验中没有用到像气垫导轨、示波器、打点计时器等在我国学生实验中出现的较为精密的仪器，而是用一些较为简便、易操作的仪器。比如在运动学实验中，美国教材是用秒表（停表）进行计时、用米尺测量长度的。另外，他们还真正体现了“瓶瓶罐罐做实验”的理念——实验器材中包含了像地砖、垒球、硬币、玩具弹簧、咖啡罐、平底锅等生活中常见、易得的物品。比如在静电现象实验中所使用的仪器有：平底锅、塑料杯、吸管、泡沫塑料球等等。
4.语言结构及其他
教材在该部分的语言简明扼要，基本上使用简单句。此外，他们的实验名称较为活泼。如透镜成像的实验名称是“眼见为实”，追赶问题的实验名称是“小球与车的比赛”。
教材中每一个实验都至少配有一幅图片，除了少数是讲解实验原理的图像外，绝大多数是展示学生（包括各种肤色）以愉悦的心情进行实验的场景式照片。从照片上既让学生获得了有关仪器操作的信息，又让学生有亲切感。
二、教材特点
1.渗透对探究能力的培养
从三个方面可以看出这一点。（1）探究性实验约占实验总数的三分之一。（2）以探究过程中的先后作为编排的顺序。虽然这样做只是将探究的一般过程和策略隐含于实验教材中，并没有明确地向学生指出这就是进行探究的一般步骤或方法，但按照内隐学习理论，学生会在无意识中学习这些技能，并能迁移至一般的问题解决活动中去。因此，以探究过程作为编排顺序也是一种隐性的探究能力训练。（3）渗透了对探究方法的指导，例如制定实验计划、对数据进行分析与论证、评估、交流与合作等等。
2.封闭性与开放性相结合
教材中的验证性实验是完全封闭的，学生要按部就班地完成实验。而探究性实验是开放的，但又不是完全开放，它为学生搭建了脚手架——告诉学生要做什么，具体怎么做则由学生自己决定。以探究性实验“你的功率”实验为例。首先在“问题”栏中提出问题：你能估计出你在爬楼梯时的功率吗？既指明了实验目的，又引发了学生思考。在“假设”栏中要求学生建立一个能把可测量和功率联系起来的假设，而不是给定了公式，不同的学生就可以有不同的答案。在“可能的材料”栏里要求学生告诉老师所需要的实验器材。在“制定实验计划”栏要求学生：确定独立量与非独立量；描述实验步骤；建立数据表；写出计算所需的方程；将计划给老师检查。在“分析与结论”栏则要求学生对实验结果进行分析、比较与交流。可以看到，在整个实验过程中，教材始终是个引导者——把策略告诉学生，具体行动则由学生自己决定，体现了实验的开放性。
3.从实践中来到实践中去
教材中的实验内容都尽可能的源于实际，与学生的生活体验相联系。如运动学实验中，要求学生通过测量慢走与短跑中的时间、位移变化来体会加速度的概念；通过投掷垒球来理解抛射体的速度、投掷角度与投掷距离之间的联系。在对实验做出分析总结后，教材并不就此止步，还要求学生将通过实验得到的知识再应用于实际。在上两个实验的“应用”栏中，分别要求学生：描写100m短跑世界冠军在比赛过程中的速度与加速度，并画一个能表示出冠军的运动过程的图表；要求学生解释在足球比赛中，为什么开球与踢凌空球的踢射角度会不同。
4.精度、难度低
由于所使用的实验器材都较为简单，因此美国教材对实验的精度要求不高。另外，与中国相比，美国的学生实验较为容易。例如，在电路部分的实验中，涉及的实验有研究部分电路欧姆定律和设计一个符合要求的混联电路，其难度仅相当于我国的初中水平。还有，从模拟实验占据一定的数量来看，他们较注重形象思维的培养并且对实验难度的要求不高。因此，从总体来看，他们的实验不是以严谨、定量为原则，而是以简单、有趣，注重科学方法的训练为原则。
5.具有亲和力
与实际密切联系的实验内容、生活化的实验器材、通俗易懂的语言、场景式的照片，所有这些向学生展示了一个可亲可近的而不是高深莫测的实验世界。
三、对我国教材的启示
1.重视对探究能力的培养
调查显示[2]，我国高中生在物理实验中的实验设计能力、实验的自我监控能力和科学态度与合作意识等方面都较为薄弱。这说明我国学生在物理实验中的探究能力有待提高。学生实验是高中生亲自参与物理实验的重要途径，因此它也担负着培养探究能力的重任。作为学生进行实验时的引导者，教材更应做好表率，在如何培养探究能力上下功夫。而我国教材在这方面做得还不够，比如探究性实验数量过少，以实验目的、原理、步骤为顺序的编写结构与探究过程不符，探究策略的指导过少等等。
2.增加开放性
我国教材的学生实验特点是封闭有余而开放不足，导致学生的主体性得不到发挥，对实验的积极性也会下降。因此学生实验特别是探究性实验应适当增加开放性。当然，由于学生实验的时间受到限制，所以还要把握开放的程度。为学生搭建脚手架是一种值得借鉴的方法。一方面，学生有独立思考的余地；另一方面，可以避免学生在制定计划与策略上花太多的时间，而有更多的时间用于实验操作、观察、数据分析与处理上。
3.贴近生活[3]
物理知识在学生的日常生活和社会生活中有着广泛的应用。物理实验教学应该让学生从身边的生活现象中去探究并认识物理规律，让学生把认识到的物理知识及科学研究方法应用到生活与生产的实际中去。这不仅可以增加学习物理的乐趣，还可以培养学生良好的思维习惯和科学探究的能力。我国高中的学生实验教材偏重于学术特色，较少关注生活实际。为此，教材应开发一些能与学生的生活实际密切联系的实验，让学生体会到生活中处处有实验题材。用日常生活中的物品做实验也是一种好的方法，这样可以让学生对实验有亲近感，并且由于这些材料原来并不是实验器材，所以这种做法本身就是一种创新，会有利于培养学生的创新意识。
4.贴近学生
增强教材的亲和性可以让教材富有人情味，让学生对实验更感兴趣。另外，还可以使学生在做实验时思维处于放松的状态，有利于创造性思维的进发。我国实验教材的学究味较浓，显得高高在上，让学生有距离感。为此，我们应学习美国教材贴近学生的特点，改变过于严肃和板着面孔说话的面貌，让学生对实验更喜爱。
当然，我国教材也有自身优点，比如对实验精度的要求较高，较重视实验操作规范和实验误差等等，这些都有利于培养学生的实验技能和认真、严谨的科学态度。我们应该在借鉴他人优点时，保留自身长处，这样方能在取得进步的同时又具有自身特色。
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