摘? 要：基于《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求和教材中實(shí)驗(yàn)難易程度的國(guó)際比較等，修訂版教材對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了修訂。文章側(cè)重介紹了修訂版教材對(duì)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)地位的凸顯，分析了從鋪墊、引導(dǎo)到放手讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，展示了教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與物理內(nèi)容及習(xí)題檢測(cè)相互呼應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)。這些皆有利于促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn);物理實(shí)驗(yàn);物理教材

本刊今年首期文章介紹了教材的修訂目標(biāo)，其中一條目標(biāo)便是發(fā)揮物理課程中的物理實(shí)驗(yàn)功能，創(chuàng)設(shè)學(xué)生樂(lè)于探究、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生探索自然，認(rèn)識(shí)自然，形成科學(xué)思維習(xí)慣，提高科學(xué)探究能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和正確的價(jià)值觀[1]。

物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物理學(xué)基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系[2]。同時(shí)，物理學(xué)也是一門與實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的學(xué)科，物理學(xué)的理論結(jié)構(gòu)充分運(yùn)用數(shù)學(xué)作為工作語(yǔ)言，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論是否正確的唯一標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理課程的重要內(nèi)容。因此，在物理課程中如何納入物理實(shí)驗(yàn)，在物理教材中如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等是非常重要的。

1? ? 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中的物理實(shí)驗(yàn)要求

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理課程應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)等。為了培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，本次修訂對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的要求有所加強(qiáng)[3]。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡(jiǎn)稱2017版課標(biāo)）中的必修和選擇性必修課程里含有21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1）[4]。這些實(shí)驗(yàn)的提出，既考慮了其在不同內(nèi)容板塊的分布，也考慮了在必修與選擇性必修的布局;既考慮了常規(guī)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和測(cè)量實(shí)驗(yàn)，還考慮了具有一定開(kāi)放程度的探究實(shí)驗(yàn)和制作實(shí)驗(yàn)。相對(duì)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)版課標(biāo)）而言，專門提出學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)將有利于引導(dǎo)學(xué)生做中學(xué)，體會(huì)科學(xué)探究的內(nèi)涵，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

除學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)外，在課程內(nèi)容的三級(jí)主題要求中，有一半以上的條目皆有實(shí)驗(yàn)要求（如通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解力的合成與分解），與實(shí)驗(yàn)版課標(biāo)相比，這類條目有所加強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先讓學(xué)生完成2017版課標(biāo)中提出的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn);對(duì)于出現(xiàn)在三級(jí)主題的實(shí)驗(yàn)要求，若時(shí)間允許，可視為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，若時(shí)間不允許，則可視為演示實(shí)驗(yàn)。

2? ? 關(guān)于教材中物理實(shí)驗(yàn)的國(guó)際比較

有研究對(duì)高中物理教材難度進(jìn)行了國(guó)際比較[5]，后續(xù)專門對(duì)高中物理教材實(shí)驗(yàn)的難易進(jìn)行了國(guó)際比較[6]。在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)難易程度的比較研究中，根據(jù)難度賦值標(biāo)準(zhǔn)及難度計(jì)算模型，得出十個(gè)國(guó)家物理教材的實(shí)驗(yàn)難度值，其結(jié)果如圖1所示。由圖可知，各國(guó)高中物理教材的實(shí)驗(yàn)難度按照從難到易的排序依次為：中、美、日、澳、韓、法、德、英、俄、新。在所比較的教材中，中國(guó)高中物理教材的實(shí)驗(yàn)難度最大，接下來(lái)分別是美國(guó)、日本、澳大利亞等，新加坡教材的實(shí)驗(yàn)難度最小。在十個(gè)國(guó)家所選高中物理教材的實(shí)驗(yàn)總廣度的比較中，從多到少的排序分別為：中、韓、日、美、德、澳、法、英、俄、新。我國(guó)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容最多，其次是韓國(guó)、日本、美國(guó)等，新加坡教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很少。分析可知，我國(guó)高中物理教材的實(shí)驗(yàn)難度主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)的廣度。

再進(jìn)一步比較實(shí)驗(yàn)的平均深度，其結(jié)果如圖2所示。由圖可知，與其他國(guó)家相比，我國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)平均深度排序第八。其中，美國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)平均深度最大，其次是俄羅斯教材，實(shí)驗(yàn)平均深度最小的是韓國(guó)教材。這表明我國(guó)高中物理教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有“廣而淺”的取向。

該國(guó)際比較研究給修訂版教材的實(shí)驗(yàn)修改提供了一定的參考。我國(guó)高中物理教材在提供豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的可操作性與規(guī)范性，從而更加有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3? ? 修訂版教材中的實(shí)驗(yàn)案例剖析

3.1? ? 凸顯學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)在教材中的地位

如前所述，在2017版課標(biāo)中提出了21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的要求。那么，在教材中如何凸顯這些學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的地位呢？修訂版教材將學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)放到比較醒目的位置，從內(nèi)容納入到版式設(shè)計(jì)皆注重引起師生的關(guān)注。例如，表2給出了必修教材中12個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排順序，必修第一冊(cè)有4個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置在第2、第3、第4和第5章;必修第二冊(cè)有3個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置在第1、第2和第3章;必修第三冊(cè)有5個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置在第2、第3和第4章。這樣的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)了物理內(nèi)容與物理實(shí)驗(yàn)緊密的聯(lián)系，也凸顯了物理學(xué)科的實(shí)踐性。

在每章的內(nèi)容設(shè)計(jì)中，皆考慮到每節(jié)內(nèi)容與學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)，以便充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人功能。如，第一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)置在必修第一冊(cè)第2章（圖3）[7]，該章對(duì)應(yīng)的節(jié)名分別為：第1節(jié)《速度變化規(guī)律》，第2節(jié)《位移變化規(guī)律》，第3節(jié)《實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字》，第4節(jié)《科學(xué)測(cè)量：做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度》，第5節(jié)《自由落體運(yùn)動(dòng)》。第1節(jié)和第2節(jié)側(cè)重物理概念、規(guī)律方面的準(zhǔn)備，第3節(jié)側(cè)重實(shí)驗(yàn)方法及相關(guān)規(guī)范方面的準(zhǔn)備，前面的內(nèi)容皆為第4節(jié)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)做了知識(shí)及方法方面的鋪墊，而第5節(jié)又是前4節(jié)內(nèi)容的具體運(yùn)用與拓展。

3.2? ? 鋪墊、引導(dǎo)與放手的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)際比較可知，修訂版教材應(yīng)更注重實(shí)驗(yàn)的深入與規(guī)范，通過(guò)設(shè)計(jì)不同類別的物理實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念，學(xué)習(xí)物理研究方法與思想，培養(yǎng)其提出問(wèn)題、獲得證據(jù)、進(jìn)行科學(xué)論證與解釋及合作交流等方面的能力。

在修訂版教材設(shè)計(jì)的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)皆通過(guò)情境導(dǎo)入，按照科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范引出“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹薄皩?shí)驗(yàn)器材”“實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)”“實(shí)驗(yàn)步驟”“數(shù)據(jù)分析”“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”“討論”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)設(shè)置了“方法點(diǎn)撥”欄目，以便從實(shí)驗(yàn)中提煉更上位的方法及思想等，還設(shè)置了“安全提示”欄目，旨在培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，另外還特別通過(guò)“素養(yǎng)提升”欄目凸顯了該實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的功能[8]。

修訂版教材中的實(shí)驗(yàn)是按照循序漸進(jìn)的方式逐漸展開(kāi)的。如，在第一個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中（位于必修第一冊(cè)第2章第4節(jié)），關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作過(guò)程等，敘述詳細(xì)，指導(dǎo)完整，讓學(xué)生有抓手，能按圖索驥。此節(jié)中的第1個(gè)段標(biāo)為“運(yùn)動(dòng)時(shí)間和位移的記錄”，介紹了傳統(tǒng)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和頻閃照相等，還為邊遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)校介紹了用畫筆與紙帶、水瓶滴水等模擬打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。這些展示旨在說(shuō)明科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了更準(zhǔn)確地收集信息，人們不斷創(chuàng)新、改進(jìn)儀器，但若條件受限，采用簡(jiǎn)易器材體驗(yàn)探究過(guò)程，認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的內(nèi)涵，也是非常重要的。第2個(gè)段標(biāo)為“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”，通過(guò)“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹薄皩?shí)驗(yàn)器材”“實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)”“實(shí)驗(yàn)步驟”“數(shù)據(jù)分析”“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”“討論”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)（圖4）[9]，用比較多的篇幅詳實(shí)地指導(dǎo)學(xué)生操作此實(shí)驗(yàn)。如，有清晰的“實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)”，有從頭至尾的操作指導(dǎo)，有表格及坐標(biāo)紙?jiān)O(shè)計(jì)等，其目的在于給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的“拐杖”，讓學(xué)生學(xué)習(xí)怎么做。

但是，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中則逐漸放開(kāi)，給學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的空間。如，在必修第二冊(cè)第3章第2節(jié)的實(shí)驗(yàn)中（科學(xué)探究：向心力），第2個(gè)段標(biāo)為“探究影響向心力大小的因素”，在“實(shí)驗(yàn)步驟”環(huán)節(jié)，第一條引導(dǎo)學(xué)生探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系，控制轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和角速度不變;第二條引導(dǎo)學(xué)生探究向心力大小與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的關(guān)系，控制質(zhì)量和角速度不變;第三條則要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)如何探究向心力大小與角速度的關(guān)系，并要求學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟操作。這樣逐漸放“拐杖”的方法在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，真可謂踐行“授人以魚(yú)不如授人以漁”的教學(xué)理念（圖 5）[10]。

教材中的實(shí)驗(yàn)步步深入，前面章節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)周全、步驟規(guī)范，有引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)之意;后面章節(jié)的實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較開(kāi)放，有啟發(fā)學(xué)生自己動(dòng)手之意。所有實(shí)驗(yàn)皆分別從不同層面落實(shí)科學(xué)探究的核心要素：?jiǎn)栴}、證據(jù)、解釋、交流。

3.3? ? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)內(nèi)容及習(xí)題檢測(cè)的呼應(yīng)

科學(xué)教育中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟粌H僅是得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，更重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能、形成實(shí)驗(yàn)探究的能力等。在教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，如何體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的育人功能，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，這是非常重要的。

在修訂版教材中，關(guān)注了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)內(nèi)容和習(xí)題檢測(cè)的融合。如，在必修第一冊(cè)第5章第2節(jié)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)“科學(xué)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，展示了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖[11]。文中強(qiáng)調(diào)如何通過(guò)控制變量法探究加速度與質(zhì)量和力的關(guān)系，并且指出 “實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：如何測(cè)量小車受到的合外力？常用方法是將木板一端墊高，使小車不掛重物時(shí)能勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小車重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力;同時(shí)，所掛重物的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量?！睂?duì)于這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，有教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中花大量時(shí)間解釋為什么木板一端墊高，為什么所掛重物質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量等。在修訂版教材中，沒(méi)有將此解釋作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，而是在后面的“討論”環(huán)節(jié)，特別提出此問(wèn)題：“與同學(xué)討論，為何在該實(shí)驗(yàn)中要墊高木板一端？為何所掛重物的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量？（若暫時(shí)沒(méi)有結(jié)論，待學(xué)習(xí)完下一節(jié)內(nèi)容后再進(jìn)一步研究）”，希望學(xué)生帶著疑問(wèn)走進(jìn)該章的第3節(jié)“牛頓第二定律”。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了牛頓第二定律后，教材通過(guò)“物理聊吧”回應(yīng)了第2節(jié)“討論”環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題。這是典型的“以惑為誘”“以問(wèn)促學(xué)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)這樣的前后呼應(yīng)，能很好地促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。

另外，在修訂版教材中，循序漸進(jìn)地對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成做了要求。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題、證據(jù)、解釋及交流能力皆很重要。如，以必修第一冊(cè)為例，該冊(cè)有4個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相關(guān)的習(xí)題如表3所示。當(dāng)學(xué)生完成第一個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，教材在該節(jié)段標(biāo)2給出了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的模板，在該節(jié)習(xí)題要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求中，則提示學(xué)生參考教科書(shū)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并指出應(yīng)包含的內(nèi)容（如實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材等），對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出了詳細(xì)指導(dǎo)。接著，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成中，不僅要求學(xué)生延續(xù)這個(gè)模板，逐漸放開(kāi)空間，而且還特別指出在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要呈現(xiàn)教材中留白的地方。

事實(shí)上，在教材中設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，常面臨如何給學(xué)生留空間的問(wèn)題，擔(dān)心學(xué)生照抄已知結(jié)論，并不真正操作。這樣關(guān)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的習(xí)題設(shè)計(jì)將解決上述問(wèn)題，因?yàn)橹挥凶鲞^(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生才能在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中獨(dú)立寫出相關(guān)內(nèi)容。

除此之外，修訂版教材中還設(shè)計(jì)了“實(shí)驗(yàn)探究”“迷你實(shí)驗(yàn)室”“DIS 實(shí)驗(yàn)”等欄目，分別展示2017版課標(biāo)中的三級(jí)主題對(duì)應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)等?？紤]不同學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材的差異，通過(guò)不同欄目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以便不同類別的學(xué)校有所選擇（因篇幅所限，本文對(duì)此不再詳述）。

總之，修訂版教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不僅有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任幾個(gè)方面的學(xué)科核心素養(yǎng)皆有積極作用。

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[8]廖伯琴.課程標(biāo)準(zhǔn)與教材修訂（二）——如何在教材中凸顯對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].物理教學(xué)探討，2020，38（2）：1-5.

[9]廖伯琴. 普通高中教科書(shū)《物理》必修第一冊(cè)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：50.

[10]廖伯琴. 普通高中教科書(shū)《物理》必修第二冊(cè)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：62.

[11]廖伯琴. 普通高中教科書(shū)《物理》必修第一冊(cè)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：113.

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