對人教版高中物理教材實驗內容編寫的一些質疑和修改建議

周喆

【摘 要】指出人教版物理教材中實驗內容部分編寫中存在的一些令人質疑、欠妥甚至錯誤的不利于教學之處，針對不同實驗內容進行梳理和歸納，指出教材中應該修改的幾處錯誤或值得商榷的說法，并給予相應的修改建議。

【關鍵詞】物理實驗 質疑 商榷 錯誤 修改建議

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）07B-0111-02

廣西作為參加新課程標準改革的最后一個地方，從2012年9月至去年完成全國高考，高中物理教學中采用了人民教育出版社出版（2010年3月或4月第3版）的普通高中課程標準實驗教科書。在此輪本地區新課改實施的具體教學、集體備課和研究學習過程中逐漸發現了一些該套教材實驗內容編寫存在的令人質疑、欠妥甚至錯誤的不利于教學之處。現針對不同實驗內容進行梳理和歸納，并且分別提出相應的修改建議，供大家在后續的新課改的進一步實施或教材改版時加以參考和借鑒。限于篇幅和本人水平局限，在本文后面提供的相關“參考文獻”中有同行已經先后提出了正確的觀點并進行詳細論述，在此文中將加以采用而不再過多展開，敬請原作者諒解，有意者可查閱所列原文。此文意在拋磚引玉，以得到大家的關注。

一、對一處建立物理概念的實驗內容的質疑

必修2的23頁至24頁“實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”，該實驗在實際操作時對于學生來說有兩方面的困難：一是用秒表測周期及線速度，用天平測鋼球的質量，利用軌跡圓半徑和懸點的豎直高度（用刻度尺）測定tanθ，無論是演示實驗還是分組實驗，測量工具及待測物理量較多，已經超出“粗略驗證”的本意；二是由水平面內的軌跡圓確認所需要的向心力，再由豎直面至圓錐面分析實際的力如何提供向心力，需要學生具備足夠的空間想象能力和應用數學的能力。這些對于剛開始認識向心力的學生來說，臺階過高。而大多數學校仍然保留有“向心力演示器”，其主要是通過皮帶將兩個變速塔輪連接起來操作，用它來進行實驗是因為有前兩節的“問題與練習”和“思考與討論”作為基礎，相當于其內容的延伸，所以在課堂上操作比較容易，表現比較直觀，理解比較容易，也能較完整和較快地體現控制變量的探究方法，用來“粗略驗證”的臺階較低。因此建議將“演示（或做一做）：用向心力演示器粗略驗證向心力大小的表達式”（或者作為實驗方案一）及相關內容編排在“實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力大小的表達式”（或者作為實驗方案二）之前。

另外，必修2的23頁“向心加速度的表達式”和“向心力的表達式”，均應分別修改為“向心加速度大小的表達式”和“向心力大小的表達式”，這樣既與前一節的表述保持一致，又使得向心力的矢量性更加凸顯，為后面向心力實例分析和矢量處理奠定好基礎。

二、對有關物理規律的實驗內容的一些質疑

1.在必修1的56頁“胡克定律”相關內容中，雖然有“實驗表明”的敘述，但沒有相應實驗設計、探究過程等的設置。一方面在初中教材中原來就沒有這類實驗的要求，另一方面也不符合《普通高中物理課程標準》中“通過實驗了解物體的彈性，知道胡克定律”的內容標準，何況《新課標高考考試大綱》中一直有“實驗：探究彈力和彈簧伸長的關系”的明確要求，并且在近幾年全國高考新課標試卷中對此實驗已做了重點考查。

為了落實新課程標準，使正常教學與高考實現無縫銜接和統一，教材在此處應該增加比較完整的“實驗：探究彈力和彈簧伸長的關系”的內容，并在實驗后留出拓展性作業：（1）調查日常生活和生產中所用彈簧的形狀及使用目的（如獲得彈力或減緩振動等）；（2）制作一個簡易彈簧秤，用胡克定律解釋其工作原理。

2.牛頓第一定律不應涉及“質量”，而本節教材69頁至70頁“慣性與質量”內容所涉及的力、質量和加速度三個物理量，正是牛頓第二定律的核心內容。從學生最近發展區出發，建議將“慣性與質量”包括“思考與討論”的內容向后編排到第二節《實驗：探究加速度與力、質量的關系》的開始部分。

3.必修2的第七章第六節《實驗：探究功與速度變化的關系（動能定理）》中的參考案例二，當橡皮筋、小車等器材選擇不妥當時，會使得實驗的探究過程和效果不夠理想。建議在70頁“操作與作圖的技巧”下方的“在第二個方案中”之后，增加“可以選用如下器材：小車（前端帶小鉤，有帶輪緣的輪子）；100～200g的砝碼；用鋁合金軌道制成的斜軌道（并在斜軌道一端的兩側適當位置對稱地固定兩個用于固定橡皮筋的鐵夾子）；電火花打點計時器及紙帶；6根等長的約為62cm的同規格、兩端分別系有兩個小鉤的橡皮筋（橫斷面為圓形、單根半徑約為0.7mm的橡皮筋，或用去掉外層包裹紗線的圓柱狀的松緊帶，也可用已仔細剪成單股的帶狀松緊帶）”。

4.選修3-5的第2頁至第4頁，即第一節《實驗：探究碰撞中的不變量（動量守恒定律）》的“實驗的基本思路”中“現在的問題是（猜想和假設）”之后的內容和“需要考慮的問題”下方表格中的表達式，以及第4頁第一段“舉例來說”之后的說明，有多處既不符合“最近發展區”理論，又沒有代表一定的物理意義。現提出以下三種層次的猜想與假設，建議將教材中相應內容進行修改：“猜測1：，即碰撞前后系統速度的平均值保持不變。猜測2：即碰撞前后系統總的動能保持不變。猜測3：，即碰撞前后兩個物體各自的質量與自己的速度的乘積之和保持不變。”

三、教材中應該修改的幾處錯誤或值得商榷的說法

1.必修2的第4頁“做一做（實驗）”中的飛鏢本意是要“顯示曲線運動速度方向的”，但是“飛鏢的指向根本不可能是它做曲線運動的速度方向”，或者說“飛鏢的實際速度方向并不是飛鏢指示的方向”。既然如文中制作的飛鏢及其現象的描述與實際不符合，目前還沒有其它正確、恰當的器材和操作方法，建議將該“做一做”整體刪除掉，以防止影響前后內容及引起錯誤地應用。

2.必修2的13頁“圖5.3-1某物體做平拋運動的軌跡”左側內容中有“例如M3的坐標為x=2.8mm，y=1.9mm”。經過對比學生實際實驗測得的數據，發現可能是編排“單位”時出現了疏忽，應當修改為“例如M3的坐標為x=2.8cm，y=1.9cm”。

3.選修3-4的34頁至35頁“波的干涉”傳承了舊教材的內容，作為多年以來教學的重點和難點之一，通過教材內容讓學生理解了兩列相干波相遇的某點為什么是加強點或減弱點，但是在后續拓展時雖然有34頁“圖12.4-5波的干涉的示意圖”可以幫助識別和記憶，若要讓學生去確定加強點（加強區域）或減弱點（減弱區域）分布的規律并加以應用，在新課教學過程中學生往往不得要領、手足無措，即使把“滿足波程差等于波長整數倍的點為加強點，處于加強區域”的結論經過簡單引導告訴學生，學生往往仍一頭霧水或一知半解。尤其近幾年高考已經多次考查兩相干波源連線上、連線的中垂線上或相應坐標軸上、周圍封閉路徑上加強點分布的位置及數目等實際問題。出現這些疑難問題的癥結主要是教學中沒有及時將“干涉圖樣”及分布規律與數學的雙曲線知識和方法有機聯系和融合起來，讓學生失去了數形結合、數理邏輯統一的極好素材和發展潛能的有利時機。

綜上所述，建議在35頁“做一做（實驗）：操場上聲音的干涉”之后，增加“思考與討論：同學們可以回憶、查閱數學的雙曲線及其圖象知識和方法，并且聯系圖12.4-5波的干涉的示意圖，嘗試推理、得出兩相干波源周圍哪些位置是加強點？哪些位置又是減弱點？然后進一步總結、確定出加強點（加強區域）或減弱點（減弱區域）分布的規律”。

4.選修3-4的54頁小標題“決定條紋間距的條件”應該修改為：“出現明暗干涉條紋的條件”。這樣才能與其后面的內容相符合，也與56頁小標題“實驗原理”后面的內容不再造成誤解和沖突。

為了維護人教版物理教材實驗內容的科學性、權威性和普及性，更加充分地貫徹落實普通高中物理課程標準，以上進行了不同實驗內容的梳理和歸納，逐項提出了針對教材中有關實驗內容的一些質疑、錯誤、值得商榷之處和相應的修改建議，望在教材再版時專家們能借鑒或采納，以修去原有的瑕疵或不足。由于本人水平有限，若有不妥或仍然存在未提出的類似問題，請專家和同仁們在進一步教學實踐中繼續發掘和批評指正。

【參考文獻】

[1]陳心煥.例談《向心力與向心加速度》新課教學[J].中學物理，2015（7）

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[M].人民教育出版社，2003.4（第1版）

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[6]田家娟.關于“飛鏢指向”敘述的商榷[J].中學物理教學參考，2013（6）

[7]付正光.人教版教材中幾處值得商榷的說法[J].中學物理教學參考，2013（7）

【作者簡介】周 喆（1967— ），男，漢族，籍貫甘肅省天水市，現就職于廣西師范大學附屬中學，中學高級教師，中學市級骨干教師，已有十二部教育教學輔導用書出版和二十多篇專業論文在國家級雜志發表或獲各類獎項，一直從事全國中學生物理競賽和奧林匹克物理競賽的組織、輔導等教練工作，因所帶學生多次榮獲全國一、二、三等獎，有十三人次代表廣西參加全國中學生物理競賽決賽或冬令營，先后十次榮獲中國物理學會等頒發的優秀指導教師獎。曾被聘為廣西師范大學教育碩士學位論文評閱專家，被桂林市教育局聘為中小學教師資格評審專家。

（責編 盧建龍）