作者简介：王莉萍，女，北京市物理特级教师，北京师范大学基础教育研究员。1988年毕业于北京师范大学附属中学;1988年至1992年于北京师范大学物理系学习，获学士学位;1992年至1995年于北京师范大学师从阎金铎先生，学习物理学科教学论，获硕士学位。曾获第二届全国中学物理青年教师教学大赛全国一等奖。曾被评为宣武区模范教师。现任北京师大附中校长，北京师范大学免费师范生导师，北京市物理学会理事、中国教育学会理事、国家教材委员会科学学科专家委员会委员、中央统战部党外知识分子建言献策专家组成员。中国人民政治协商会议北京市西城区第十三届委员、北京市西城区第十六届人大代表。全国教育科学“十二五”规划2011年度教育部重点课题“基于‘全人格教育理念下的创新人才培养模式研究——以北师大附中钱学森班为对象”课题负责人。参与教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目“我国学校教育创新发展”，编写项目成果《守望与凝思》一书。

摘   要：做好学生实验是综合提升学生物理学科核心素养的有效途径，但“没有悬念”是当下学生实验教学的尴尬之处。教师可通过把实验过程的自主权放给学生，以及引入创新实验，设置“悬念”，激发学生做实验的热情，提升学生的实验能力。

关键词：学生实验;悬念;实验装置安装;创新实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）11-0001-3

2016年9月中国学生发展核心素养体系公布，2017年12月基于物理学科核心素养的普通高中物理课程标准颁布。在新的高中物理课程标准中特别明确了高中阶段学生必做的物理实验，可见，新课程对学生实验越发重视。但学生实验教学却依然处于比较尴尬的境地。学生实验对学生物理学科核心素养的提升到底发挥怎样的作用？多年来学生实验教学的尴尬之处在哪里？我们能做些什么来破解学生实验教学当下的困境？本文将围绕上述三个问题展开探讨。

1    学生实验是综合提升学生物理学科核心素养的有效途径

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。物理学科的学生实验主要包括测量性实验、验证性实验和探究性实验。科学探究素养的培养在探究性实验中体现得最为充分，而其他素养在上述所有实验中都能得到培养。实验的原理和内容会涉及大量物理观念，做实验的过程就是对物理观念理解的加深过程;科学思维对于理解实验原理和方法、判断实验现象、发现和解决实验中出现的问题、根据实验现象和数据得到实验结论都是必不可少的;而科学态度与责任中的严谨认真、实事求是、持之以恒最能在學生动手完成实验中体现。

综上，学生实验可以发挥综合培养物理学科核心素养的作用。

2    “没有悬念”是当下学生实验教学的尴尬之处

学生感觉做实验“没有悬念”体现在两个方面。第一，实验的结果没有“悬念”。对于验证性实验，学生非常明确要做出符合物理规律的结果;对于探究性实验，说是探究，其实要探究的结论在教材中就有，学生翻翻书就能看到，从实验结果的角度看，所谓“探究”也就演变成了“验证”;而测量性实验对学生而言，就是测出一个物理量，他对结果没有期盼，顶多是测量的误差大些或小些，不会引发什么悬念。第二，实验的过程没有“悬念”。因为课时宝贵，大部分教师都希望学生能顺利完成实验。于是，他们想方设法为学生设计好操作流程，实验开始前，还要交代清楚哪些环节是实验成功的关键点，甚至还会替学生安装出实验装置的“半成品”甚至“成品”。学生做实验的过程相当顺利，基本不用动脑，动手也不费劲。做实验没有“悬念”，就没有机会体验实验带来的锻炼与挑战。

3    让“悬念”激发学生做实验的热情

为了让学生实验富有“悬念”，必须让实验过程或实验结果出现“不可预料”。即，放手让学生自己动手做实验，在实验过程中让学生去遭遇“想不到”，或设计学生不知道结果的实验，让学生有欲望去揭晓答案。为此，笔者在进行高中物理必修课程的学生实验教学时做了一些简单探索。

由于教学时间有限，所有的探索要以课程标准中的必做实验为基础，可添加实验，但不宜多。在这一前提下，必须系统性地设计所有实验，让每个实验都能发挥作用。

3.1    充分挖掘必做实验，让实验装置安装带来“悬念”

目前物理必修部分的必做实验有七个：（1）测量做直线运动物体的瞬时速度;（2）探究弹簧弹力与形变量的关系;（3）探究两个互成角度的力的合成规律;（4）探究加速度与物体受力、物体质量的关系;（5）验证机械能守恒定律;（6）探究平抛运动的特点;（7）探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。前六个实验在原课程标准中也属于必做实验，笔者有意识地在“实验装置安装”环节，针对上述的第一个、第二个、第三个、第五个和第六个实验进行难度依次升高的设计，使学生的每次实验总能遇到未知的新挑战。

在做第一个实验时，老师要先带着学生讨论怎么安装和操作更合理，让学生有意识地考虑到仪器安装与使用的问题，再让学生按照老师的示范安装装置，正确使用打点计时器。第二个实验，老师不再给学生示范，直接先让学生自己安装，安装好要请老师检查，合格后方可开始测量。第三个实验先让学生独立安装操作，做出实验结果后，装置不动，小组间互相查看，讨论各自的优点和不足。第五个实验与第一个实验有较高的相似度，可以完全放手让学生自己做。第六个实验的装置相对复杂，固定描记小球轨迹的木板需要处于竖直状态，平抛器的水平轨道出口必须保持水平，在白纸上建立的直角坐标系必须准确，等等。这个实验不仅要求学生独立安装实验仪器，还要在安装完成后开展小组间互评。老师先给学生提出安装的大致要求，互评前要求学生先讨论、确定评价标准。表1是学生讨论得出的评价表。

这种淡化实验结果、强化实验过程中学生动手与动脑训练的实验教学设计，让学生每次做实验都会遇到新挑战，学生也会对未知的实验“悬念”有着小小的期待。

3.2    引入创新实验，为学生带来“实验结果”和“实验过程”的“悬念”

笔者在实验教学中引入了两个创新实验，分别是“探究橡皮筋所受拉力与其伸长量的关系”和“测量同学运动的平均功率”。

第一个创新实验是在学生完成了实验“探究弹簧弹力与形变量的关系”之后布置给学生的。这个实验设置了两处“悬念”。第一处，学生不知道实验结果。由于橡皮筋材质不一定相同，即使材质相同，切割时也不一定均匀，使得橡皮筋所受拉力与其伸长量之间未必是线性关系，测出每根橡皮筋的关系也不尽相同， 学生很想知道自己的橡皮筋受力和伸长量到底是一种怎样的关系。第二处，不允许学生用实验室中的仪器来测量拉力大小，必须用生活中的物品器具，但不许使用家中称菜用的弹簧秤。这是学生需要亲自破解的“悬念”。学生在苛刻条件的“逼迫”下竟也想出了一些办法，制作出了各种不相同的“砝码”。第一类，直接用有质量标识的物品做砝码，例如火腿肠、袋装酸奶等，但要保证外包装的质量远小于食品质量。第二类，用已知密度的瓶装水（标有体积）制作砝码。在家里拿五六个相同的水杯，将一瓶水平均分成五六份，利用水的密度计算出每份水的质量，每份水相当于一个砝码。或把有质量标识的肥皂均分成几份，每份相当于一个砝码。第三类，利用浮力制作砝码。还是用肥皂，但不用切割，测量出肥皂的长宽高。先将肥皂作为一个大砝码，然后将肥皂分步浸入水中，分别记录每一步浸入水中的深度，可通过计算浮力，得到橡皮筋每次所受的拉力。学生们用智慧成功地破解了“砝码悬念”！

第二个创新实验要比第一个创新实验复杂，是学生完成第五个必做实验后布置的。前期课内实验学习为完成这个创新实验打下了良好的基础，学生已经掌握了一些实验原理的思想和方法，也学习了一些物理量的测量方法。实验前，教师先和学生讨论实验方案。测量人在運动一段时间内的平均功率，需要知道这段时间人做了多少功。如果在水平路面跑，很难测出人做了多少功，而人在“跑楼梯”时所做的功则易于测量。只要测出人的体重和负重，再量出爬了多高的楼（这也是个小挑战）即可。时间用秒表测量。实验时，选择了7位不同体重的学生，让他们竭尽全力跑上楼。一共跑三次，分别是零负重、较轻负重和较重负重。测量数据如表2所示。

根据数据绘出的学生功率随体重变化的图像，如图1所示。

这个结果令学生们很惊奇，也引发了他们的思考。

第一，身边同学的功率会相差这么多！功率最大的同学达到720多瓦，快赶上1马力了。而功率小的同学才350瓦左右，是最大功率的一半左右。第二，功率大小似乎和体重有一定关系，但又不是体重越大功率越大，功率大小还和什么因素有关？第三，体重大的同学，负重越多功率越大，而体重小的同学，却是负重越多功率越小，这是为什么？是偶然现象还是必然现象？带着疑问，他们又踏上了寻找答案的新征程。

笔者在做这些教学探索的过程中感受到了学生对遇到“悬念”的渴望，以及破解“悬念”后的兴奋。希望我们教师能在学生实验中不断为学生创造“悬念”，无论“悬念”能否破解，这些“悬念”都将激发学生的求知欲，点燃学生的学习热情，引发学生的思考！

（栏目编辑    廖伯琴）