課程標準與教材修訂（三）

摘? 要：基于《普通高中物理課程標準（2017年版）》對實驗的要求和教材中實驗難易程度的國際比較等，修訂版教材對物理實驗進行了修訂。文章側(cè)重介紹了修訂版教材對學生必做實驗地位的凸顯，分析了從鋪墊、引導到放手讓學生自己動手實驗的設(shè)計思路，展示了教材中實驗設(shè)計與物理內(nèi)容及習題檢測相互呼應(yīng)的關(guān)鍵點。這些皆有利于促進學生物理學科核心素養(yǎng)的達成。

關(guān)鍵詞：課程標準;物理實驗;物理教材

本刊今年首期文章介紹了教材的修訂目標，其中一條目標便是發(fā)揮物理課程中的物理實驗功能，創(chuàng)設(shè)學生樂于探究、勤于思考的學習情境，培養(yǎng)學生的自主學習能力，引導學生探索自然，認識自然，形成科學思維習慣，提高科學探究能力，養(yǎng)成科學態(tài)度和正確的價值觀[1]。

物理學是自然科學領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學科，研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律。物理學基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系[2]。同時，物理學也是一門與實驗密切相關(guān)的學科，物理學的理論結(jié)構(gòu)充分運用數(shù)學作為工作語言，以實驗作為檢驗理論是否正確的唯一標準。實驗是物理學的基礎(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驗，在物理教材中如何設(shè)計實驗等是非常重要的。

1? ? 《普通高中物理課程標準（2017年版）》中的物理實驗要求

物理學是以實驗為基礎(chǔ)的學科，物理課程應(yīng)注重引導學生進行科學實踐，從實驗走進物理，從物理走向社會等。為了培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)，本次修訂對物理實驗的要求有所加強[3]。在《普通高中物理課程標準（2017 年版）》（以下簡稱2017版課標）中的必修和選擇性必修課程里含有21個學生必做實驗（見表1）[4]。這些實驗的提出，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)的驗證實驗和測量實驗，還考慮了具有一定開放程度的探究實驗和制作實驗。相對《普通高中物理課程標準（實驗）》（以下簡稱實驗版課標）而言，專門提出學生必做實驗將有利于引導學生做中學，體會科學探究的內(nèi)涵，發(fā)展學生物理學科核心素養(yǎng)。

除學生必做實驗外，在課程內(nèi)容的三級主題要求中，有一半以上的條目皆有實驗要求（如通過實驗，認識自由落體運動的規(guī)律;通過實驗，了解力的合成與分解），與實驗版課標相比，這類條目有所加強。在實驗教學中，首先讓學生完成2017版課標中提出的學生必做實驗;對于出現(xiàn)在三級主題的實驗要求，若時間允許，可視為學生必做實驗，若時間不允許，則可視為演示實驗。

2? ? 關(guān)于教材中物理實驗的國際比較

有研究對高中物理教材難度進行了國際比較[5]，后續(xù)專門對高中物理教材實驗的難易進行了國際比較[6]。在對物理實驗難易程度的比較研究中，根據(jù)難度賦值標準及難度計算模型，得出十個國家物理教材的實驗難度值，其結(jié)果如圖1所示。由圖可知，各國高中物理教材的實驗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，中國高中物理教材的實驗難度最大，接下來分別是美國、日本、澳大利亞等，新加坡教材的實驗難度最小。在十個國家所選高中物理教材的實驗總廣度的比較中，從多到少的排序分別為：中、韓、日、美、德、澳、法、英、俄、新。我國教材中的實驗內(nèi)容最多，其次是韓國、日本、美國等，新加坡教材中的實驗內(nèi)容很少。分析可知，我國高中物理教材的實驗難度主要來源于實驗的廣度。

再進一步比較實驗的平均深度，其結(jié)果如圖2所示。由圖可知，與其他國家相比，我國教材的實驗平均深度排序第八。其中，美國教材的實驗平均深度最大，其次是俄羅斯教材，實驗平均深度最小的是韓國教材。這表明我國高中物理教材中的實驗內(nèi)容具有“廣而淺”的取向。

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

3? ? 修訂版教材中的實驗案例剖析

3.1? ? 凸顯學生必做實驗在教材中的地位

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

在每章的內(nèi)容設(shè)計中，皆考慮到每節(jié)內(nèi)容與學生必做實驗的關(guān)聯(lián)，以便充分發(fā)揮實驗的育人功能。如，第一個學生實驗設(shè)置在必修第一冊第2章（圖3）[7]，該章對應(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)《實驗中的誤差和有效數(shù)字》，第4節(jié)《科學測量：做直線運動物體的瞬時速度》，第5節(jié)《自由落體運動》。第1節(jié)和第2節(jié)側(cè)重物理概念、規(guī)律方面的準備，第3節(jié)側(cè)重實驗方法及相關(guān)規(guī)范方面的準備，前面的內(nèi)容皆為第4節(jié)的學生實驗做了知識及方法方面的鋪墊，而第5節(jié)又是前4節(jié)內(nèi)容的具體運用與拓展。

3.2? ? 鋪墊、引導與放手的實驗設(shè)計

根據(jù)國際比較可知，修訂版教材應(yīng)更注重實驗的深入與規(guī)范，通過設(shè)計不同類別的物理實驗，幫助學生建構(gòu)物理概念，學習物理研究方法與思想，培養(yǎng)其提出問題、獲得證據(jù)、進行科學論證與解釋及合作交流等方面的能力。

在修訂版教材設(shè)計的學生必做實驗中，每個實驗皆通過情境導入，按照科學實驗的規(guī)范引出“實驗?zāi)康摹薄皩嶒炂鞑摹薄皩嶒炘砼c設(shè)計”“實驗步驟”“數(shù)據(jù)分析”“實驗結(jié)論”“討論”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時設(shè)置了“方法點撥”欄目，以便從實驗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)學生的安全意識，另外還特別通過“素養(yǎng)提升”欄目凸顯了該實驗在培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)方面的功能[8]。

修訂版教材中的實驗是按照循序漸進的方式逐漸展開的。如，在第一個學生必做實驗中（位于必修第一冊第2章第4節(jié)），關(guān)于實驗設(shè)計操作過程等，敘述詳細，指導完整，讓學生有抓手，能按圖索驥。此節(jié)中的第1個段標為“運動時間和位移的記錄”，介紹了傳統(tǒng)的電磁打點計時器、電火花打點計時器和頻閃照相等，還為邊遠地區(qū)學校介紹了用畫筆與紙帶、水瓶滴水等模擬打點計時器。這些展示旨在說明科學實驗中，為了更準確地收集信息，人們不斷創(chuàng)新、改進儀器，但若條件受限，采用簡易器材體驗探究過程，認識物理規(guī)律的內(nèi)涵，也是非常重要的。第2個段標為“測量小車的瞬時速度”，通過“實驗?zāi)康摹薄皩嶒炂鞑摹薄皩嶒炘砼c設(shè)計”“實驗步驟”“數(shù)據(jù)分析”“實驗結(jié)論”“討論”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)（圖4）[9]，用比較多的篇幅詳實地指導學生操作此實驗。如，有清晰的“實驗原理與設(shè)計”，有從頭至尾的操作指導，有表格及坐標紙設(shè)計等，其目的在于給學生做實驗的“拐杖”，讓學生學習怎么做。

但是，在后續(xù)的實驗設(shè)計中則逐漸放開，給學生自主實驗的空間。如，在必修第二冊第3章第2節(jié)的實驗中（科學探究：向心力），第2個段標為“探究影響向心力大小的因素”，在“實驗步驟”環(huán)節(jié)，第一條引導學生探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系，控制轉(zhuǎn)動半徑和角速度不變;第二條引導學生探究向心力大小與轉(zhuǎn)動半徑的關(guān)系，控制質(zhì)量和角速度不變;第三條則要求學生自己設(shè)計如何探究向心力大小與角速度的關(guān)系，并要求學生按照自己設(shè)計的實驗步驟操作。這樣逐漸放“拐杖”的方法在于培養(yǎng)學生的實驗探究能力，真可謂踐行“授人以魚不如授人以漁”的教學理念（圖 5）[10]。

教材中的實驗步步深入，前面章節(jié)的實驗設(shè)計周全、步驟規(guī)范，有引導學生學習之意;后面章節(jié)的實驗相對比較開放，有啟發(fā)學生自己動手之意。所有實驗皆分別從不同層面落實科學探究的核心要素：問題、證據(jù)、解釋、交流。

3.3? ? 實驗設(shè)計與學習內(nèi)容及習題檢測的呼應(yīng)

科學教育中的實驗?zāi)康牟粌H僅是得到實驗的結(jié)論，更重要的是通過實驗幫助學生建構(gòu)物理概念、學習實驗技能、形成實驗探究的能力等。在教材的實驗設(shè)計中，如何體現(xiàn)物理實驗的育人功能，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)，這是非常重要的。

在修訂版教材中，關(guān)注了實驗設(shè)計與學習內(nèi)容和習題檢測的融合。如，在必修第一冊第5章第2節(jié)的學生實驗“科學探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗設(shè)計中，展示了如圖6所示的實驗裝置示意圖[11]。文中強調(diào)如何通過控制變量法探究加速度與質(zhì)量和力的關(guān)系，并且指出 “實驗設(shè)計有一個關(guān)鍵點：如何測量小車受到的合外力？常用方法是將木板一端墊高，使小車不掛重物時能勻速運動，此時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，所掛重物的質(zhì)量應(yīng)遠小于小車的質(zhì)量。”對于這個關(guān)鍵點，有教師在實驗教學中花大量時間解釋為什么木板一端墊高，為什么所掛重物質(zhì)量要遠小于小車質(zhì)量等。在修訂版教材中，沒有將此解釋作為實驗設(shè)計的重點，而是在后面的“討論”環(huán)節(jié)，特別提出此問題：“與同學討論，為何在該實驗中要墊高木板一端？為何所掛重物的質(zhì)量要遠小于小車質(zhì)量？（若暫時沒有結(jié)論，待學習完下一節(jié)內(nèi)容后再進一步研究）”，希望學生帶著疑問走進該章的第3節(jié)“牛頓第二定律”。當學生學習了牛頓第二定律后，教材通過“物理聊吧”回應(yīng)了第2節(jié)“討論”環(huán)節(jié)提出的問題。這是典型的“以惑為誘”“以問促學”的實驗設(shè)計，通過這樣的前后呼應(yīng)，能很好地促進學生物理學科核心素養(yǎng)的達成。

另外，在修訂版教材中，循序漸進地對實驗報告的完成做了要求。這對培養(yǎng)學生的問題、證據(jù)、解釋及交流能力皆很重要。如，以必修第一冊為例，該冊有4個學生必做實驗，對應(yīng)與實驗報告相關(guān)的習題如表3所示。當學生完成第一個學生必做實驗的實驗報告時，教材在該節(jié)段標2給出了實驗報告的模板，在該節(jié)習題要求的實驗報告要求中，則提示學生參考教科書完成實驗報告，并指出應(yīng)包含的內(nèi)容（如實驗?zāi)康?、實驗器材等），對學生完成實驗報告給出了詳細指導。接著，在后續(xù)實驗報告的完成中，不僅要求學生延續(xù)這個模板，逐漸放開空間，而且還特別指出在實驗報告中要呈現(xiàn)教材中留白的地方。

事實上，在教材中設(shè)計探究實驗時，常面臨如何給學生留空間的問題，擔心學生照抄已知結(jié)論，并不真正操作。這樣關(guān)于實驗報告的習題設(shè)計將解決上述問題，因為只有做過實驗的學生才能在實驗報告中獨立寫出相關(guān)內(nèi)容。

除此之外，修訂版教材中還設(shè)計了“實驗探究”“迷你實驗室”“DIS 實驗”等欄目，分別展示2017版課標中的三級主題對應(yīng)的探究實驗和驗證性實驗等?？紤]不同學校實驗器材的差異，通過不同欄目設(shè)計實驗，以便不同類別的學校有所選擇（因篇幅所限，本文對此不再詳述）。

總之，修訂版教材中的實驗設(shè)計，不僅有利于學生實驗探究能力的培養(yǎng)，而且對培養(yǎng)學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任幾個方面的學科核心素養(yǎng)皆有積極作用。

參考文獻：

[1]廖伯琴. 課程標準與教材修訂（一）——基于2017版課標對高中物理教材進行修訂的總體思考[J].物理教學探討， 2020，38（1）：1-4.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：1.

[3]廖伯琴. 以學生發(fā)展為本改進普通高中物理課程——《普通高中物理課程標準（2017年版）》解讀[J]. 人民教育， 2018，787（10）：47-50.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：43.

[5]廖伯琴，袁振國，等. 中小學理科教材難度國際比較研究（高中物理卷）[M].北京：教育科學出版社， 2016.

[6]廖伯琴， 左成光， 蘇蘊娜. 國際中學科學教材實驗內(nèi)容難度比較——以高中物理為例[J].全球教育展望， 2017（4）：25-31，110.

[7]廖伯琴. 普通高中教科書《物理》必修第一冊[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2019：1.

[8]廖伯琴.課程標準與教材修訂（二）——如何在教材中凸顯對學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].物理教學探討，2020，38（2）：1-5.

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

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

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

（欄目編輯? ? 廖伯琴）