学生实验在中美教材中的不同编排引发的思考，本文主要内容关键词为：中美论文,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。
笔者最近注意到人教版选修3-1中关于密立根油滴实验的介绍，教材将实验安排在“科学足迹”栏目中，作为一个课外拓展资料出现，有鉴于此，教材中的阐述极为简单，将实验操作的主要步骤和测量油滴重力的难点都作了省略处理。笔者从一个初学者的角度考虑，觉得作为高一或高二的学生，这段叙述能给他们的东西大致只有带电粒子在匀强电场中受力平衡这样一个物理图像了，学生很难体会到密立根油滴实验的精髓和重要意义。带着这个疑问，笔者翻阅了一套美国高中主流物理教材《物理原理与问题》，在其下册中找到了关于密立根油滴实验的介绍。笔者对中美教材关于这个实验的叙述以及对实验部分的整体编排进行比较后，有以下几点思考。
一、应确保物理实验在物理教学中的基础地位
就密立根油滴实验来讲，在美国教材《物理原理与问题》中，对该实验的阐述的第一句话便是“两块平行金属板间的匀强电场的一个重要应用是测量电子的电荷量”，然后对这个实验的过程作了比较详尽的介绍，虽然介绍简单，但将实验的核心思想以及实验难点交代得比较清楚。而在人教版教材中，只提到可以通过静电力与重力平衡的原理来测得电荷量，而将重力测量的介绍省略掉，增加了关于夸克带电特性的内容，在最后一句话中留给读者一个问题：在密立根油滴实验中，需要测量哪些物理量？请导出用这些物理量计算油滴电荷量的表达式。
就以上的简单对比而言，首先凸显的是关于这个实验在教学中的地位问题，人教版教材只是将其作为一个简单介绍性的内容出现，让学生知道有这么回事，而在美国教材中，则作为重点内容出现，还设有配套例题。笔者认为，密立根油滴实验作为影响物理学进程的重要实验，应在高中物理实验教学中引起足够的重视，原因是密立根油滴实验的原理所涉及的知识在高中生能接受的范围内，而且与关于电场的知识有较强的契合性。
考虑到教材会因为容量问题对实验内容的安排有所取舍，笔者将两种教材在实验内容的具体编排上做了一个简单的对比。在美国教材《物理原理与问题》中，教学以实验为中心，整部教材充满着各种验证、探究式实验，物理作为一门实验学科的事实在教材中得到了充分的体现。而在人教版教材中，虽然设置有“实验”、“演示”和“做一做”等实验栏目，实验的数目也相当可观，但是整体上还是以理论内容为主，而且实验大多都是验证性质的，大部分实验不具备很强的探究性。另外，人教版教材中的实验内容大多是传统的实验素材，实验素材不够丰富，与美国教材《物理原理与问题》相比，在实验内容的时代性和贴近生活方面也有明显不足。
在具体的教学中，很多一线教师会由于实验条件的限制和根深蒂固的应试思想，将教材安排的演示性质的实验在真实课堂上省略，这样就只剩下少数的学生实验，而大部分学生实验只是起到加深对知识理解的作用，探究性不强。人教版教材中对传感器实验有所重视，但据笔者的调查，一般的高级中学，都不具备实验条件，所以教材的初衷也就无法实现。
总体来讲，物理学科是一门实验学科，实验才是这门学科的根本和精髓所在，应该从教材和具体实施方面都给予足够的重视。
二、充分发挥物理学发展进程中的经典实验的作用
首先，物理学发展进程中的经典实验是实验问题背景、设计思路、实验原理和结果分析的集中而经典的体现。物理学中的经典实验，很多是在强烈的问题背景下催生的。例如，迈克尔逊干涉仪首先是为证明以太的存在而设计的，密立根油滴实验则是为了测量电子的电量。这些实验在教学中的出现，能真实、严谨地向学生展现科学实验的完整过程，在真正意义上培养学生的实验能力。
其次，在中国强调实现基础教育三维目标的背景下，物理学经典实验可以扮演不可替代的重要角色。物理学经典实验的知识性不言而喻，每个实验都是物理学发展过程中沉淀下来的精华，同时由于其具有突破性、革命性的特点，对实验设计的技能和方法要求都是极高的。对中学生来说，更重要的是，这些实验所取得的辉煌成就，是对学生进行情感、态度与价值观教育的最佳素材。以密立根油滴实验为例，首先是问题背景。1897年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比，证实了阴极射线是带电荷的有质量的离子，从而证实了电子的存在，接着才有了美国杰出实验物理学家密立根的著名的油滴实验。其次是实验过程。密立根从1906年开始就致力于细小油滴带电量的测量，前后用了11年时间，经过多次重大改进后，终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的电量e=（1.5924±0.0017）×
C。从实验的结论与意义看，密立根油滴实验直接证实了电荷的量子性，即任何电量都是基本电荷的整数倍，这个基本电荷就是电子所带的电荷，密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献，荣获1923年度诺贝尔物理奖。从上面的简单介绍我们可以感知到，整个实验的过程，是实现知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观教育的极好素材，特别是情感态度与价值观的教育，密立根连续11年进行实验的执着，实验设计的巧妙与精细，实验结果的深远意义以及密立根所获得的诺贝尔物理奖的荣耀都将对学生的心灵产生强烈的冲击。
总之，适时地向学生展示物理学发展进程中的经典实验的过程，甚至在学校实验条件允许的情况下设置某些经典实验为学生实验，从实现基础教育三维目标方面来讲都是非常好的选择。
三、物理实验教学应侧重于“学生自主探究”，尽量避免“假探究”
在美国教材《物理原理与问题》中，实验安排大致有以下3个特点：其一，每一小节内容都从一个“起步实验”开始，实验大致设置4个步骤：一是情境提问；二是实验步骤；三是实验结果分析；四是理性思维。通过这4个步骤，学生在感受迷人物理现象的同时激起了求知的欲望。其二，在教学内容中，穿插了众多情境具体的小实验，素材接近生活且具有很强的探究性。如讲到静电力这节内容时，教材安排了一个“迷你实验”：将一只气球与毛皮摩擦，使它带电，然后让它接近一个尚未带电的验电器，让学生对将发生的情况作出预测，并检验自己的预测。这样的实验素材接近生活，极能激发学生的好奇心和学习兴趣。其三，在每一章的最后，都安排了一个设计性实验。一个好的设计性实验，首先在于选题的可探究性。如果一个实验题目拿出来，学生就知道该怎么按部就班地去做，这样的实验从探究性的角度讲就是失败的。美国教材《物理原理与问题》中的设计实验就充分考虑了实验的可探究性，如在“静电”这一章，安排了这样一个实验：怎样检测某种物体获取正负电荷的能力？该实验让学生自己设计一种方案，以检测哪种物体容易获得电子，哪种物体容易失去电子。整个实验过程只给出参考的实验器材及必要的提示，同时花大量笔墨在“分析”、“结论与应用”、“进一步探索”等栏目中给予学生大量的问题情境，启发学生自主思考与探索。
在人教版教材中，我们的学生实验实际上大多都是验证性的实验，或者探究面很小。例如，必修二中“机械能守恒定律”一章的学生实验：探究功与速度变化的关系。看题目，该实验是一个极具探究性的实验，但看完教材的叙述和在实验室进行实验后，发现该实验从探究性上来讲就只剩下一点：通过打出的纸带判断功与速度是一次方关系，还是二次方关系？甚或三次方关系？……原本探究性很强的一个实验，实际实施起来，探究面就变得很窄了。
总之，物理实验教学应重视学生自主探究的过程，如果将一个实验的探究过程事先详细地呈现在学生面前，将不利于学生能力的形成和创新品格的培养，这样的探究就会自然地沦为“假探究”。