核心素養(yǎng)視角下人教版高中物理新舊教材實驗設(shè)計對比分析

楚蕊 彭朝陽

摘? ?要：2017版物理新課標(biāo)將課程目標(biāo)由“三維目標(biāo)”調(diào)整為“學(xué)科核心素養(yǎng)”，根據(jù)新課標(biāo)編寫的教程也出現(xiàn)了變動。本文選取人教版物理必修一新舊教材為研究對象，對這兩本教材的實驗設(shè)計進行對比分析，分析這些變化如何體現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高中物理;核心素養(yǎng);實驗設(shè)計

從教材編寫的角度，人教版物理新教材將實驗分為獨立小結(jié)實驗、問題欄目下的實驗、實驗欄目下的實驗、演示欄目下的實驗、做一做欄目下的實驗以及拓展學(xué)習(xí)、科學(xué)漫步、練習(xí)與運用中涉及的實驗[ 1 ]。分析新舊教材實驗設(shè)計的變化，能讓教師在更好地理解和把握教材的基礎(chǔ)上，通過實驗教學(xué)，促進學(xué)生更全面的發(fā)展。本文選取人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》（2005）必修一與人教版普通高中教科書《物理》（2019）必修一兩本教材，從核心素養(yǎng)視角出發(fā)，進行實驗設(shè)計的比較與分析。首先對新舊教材實驗變化進行比較分析，包括新舊教材實驗總體比較;顯性和隱性的呈現(xiàn)變化分析;然后基于核心素養(yǎng)結(jié)合實例分析新舊教材的實驗設(shè)計。

1? 新舊教材中實驗變化比較分析

1.1? 新舊教材實驗總體比較

新教材共有11個欄目，而舊教材共有8個欄目[ 2 ]，除了獨立小結(jié)實驗，兩版教材涉及與實驗相關(guān)的欄目如表1所示，可以看到新教材與實驗相關(guān)的欄目變多了，增加了問題欄目、拓展學(xué)習(xí)欄目以及復(fù)習(xí)與提高欄目。新教材為學(xué)生提供了更多的實驗內(nèi)容，體現(xiàn)了新教材對實驗的側(cè)重，拓展了學(xué)生的視野并注重培養(yǎng)其實驗?zāi)芰σ约皣?yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

1.2? 新舊教材實驗顯性變化比較分析

新教材除了新增實驗欄目，有些未變化欄目下所設(shè)計的實驗也發(fā)生了改變。所謂的顯性變化是從大結(jié)構(gòu)上對實驗進行調(diào)整，比如直接新增、刪除、或者改進部分實驗。從顯性角度進行分析，新教材新增實驗如下：

（1）做一做：用手機測自由落體加速度

（2）實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

（3）做一做：在電梯板放體重計，觀察其示數(shù)的變化

（4）復(fù)習(xí)與提高：地鐵啟動時加速度的測量

新版教材在做一做欄目下新增了兩個實驗，在兩個實驗中，手機、電梯、體重計等都是日常生活中常見并能接觸到的物體，學(xué)生利用身邊常見物品進行實驗，不僅培養(yǎng)動手能力，同時加深學(xué)生對自由落體加速度、超重、失重等相關(guān)概念的理解;在復(fù)習(xí)與提高欄目下新增了測量地鐵啟動時的加速度實驗。地鐵已成為日常出行必不可少的交通工具，測量常見交通工具的物理量，體現(xiàn)了新教材在實驗的設(shè)計上順應(yīng)時代的發(fā)展，滿足學(xué)生的發(fā)展需要，能夠讓學(xué)生對STEM形成一個新的認(rèn)識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[ 3 ]。在實驗欄目下新增探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實驗，在舊版教材中該部分的內(nèi)容是直接給出的，沒有實驗探究過程，新教材需要學(xué)生進行這樣的一個探究實驗，然后得出彈簧形變量與彈力大小的定量關(guān)系。充分體現(xiàn)新教材在實驗設(shè)計上注重培養(yǎng)學(xué)生的探究素養(yǎng)。

1.3? 新舊教材實驗隱性變化比較分析

隱性變化是指實驗內(nèi)容沒有發(fā)生改變或者只在原來內(nèi)容的基礎(chǔ)上新增了部分實驗內(nèi)容但實驗的位置發(fā)生了變化。從隱性角度進行分析，如表2所示，新教材對某些實驗從位置上進行了調(diào)整，2005版教材中“實驗：用打點計時器測速度”屬于獨立小結(jié)實驗，正文部分包括了“練習(xí)使用打點計時器”和“用打點計時器測量瞬時速度”兩部分內(nèi)容;2019版教材刪除了獨立小結(jié)實驗，將“練習(xí)使用打點計時器”這一部分內(nèi)容放在了第一章第二節(jié)“時間位移”的實驗欄目下;將“用打點計時器測量瞬時速度”變成“測量紙帶的平均速度和瞬時速度”放在第三節(jié)“位置變化快慢的描述——速度”的實驗欄目下。相比較之下，新新教材更加注重實驗的順序，學(xué)生在了解了時間、位移等相關(guān)概念之后，練習(xí)使用打點計時器測量時間和位移，在學(xué)會新的實驗測量方法的同時加深對概念的理解，也為接下來第三節(jié)測量平均速度和瞬時速度作鋪墊，讓學(xué)生對打點計時器的實驗操作有一個熟悉的過程[ 3 ]。舊版教材做一做欄目下的兩個實驗在新版教材中被放在了拓展學(xué)習(xí)欄目下，傳感器在日常生活中并不常用，學(xué)生操作起來不是很便利，而拓展學(xué)習(xí)是新版教材新增的欄目，主要的目的是讓有條件或者感興趣的學(xué)生自行學(xué)習(xí)與操作，滿足他們的發(fā)展需要。

2? 基于核心素養(yǎng)結(jié)合實例分析新舊教材的實驗設(shè)計

2.1? 新教材新增欄目下的實驗例子分析

問題欄目是新教材新增的欄目，有些章節(jié)在問題欄目下以實驗情境作為節(jié)首，在課堂教學(xué)中，實驗導(dǎo)入是新課導(dǎo)入的常用的方法之一，也是幫助學(xué)生理解物理概念和掌握物理規(guī)律的重要方法[ 4 ]，提問過程中在實驗演示的同時描述實驗現(xiàn)象。不僅激發(fā)學(xué)生思維，還幫助學(xué)生對新授概念有更深刻的感性認(rèn)識，實例分析如下：

【實例1】新版教材物理必修第一冊“自由落體運動”一節(jié)問題欄目以實驗情境作為節(jié)首，教材上的表述如下：

問題：站在高層建筑物上，讓輕重不同的兩個物體從同一高度同時落下，你認(rèn)為哪個物體下落得快？在教室內(nèi)拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成一個團，讓紙團和另一張紙在同樣的高度落下，看看哪一個下落得快？結(jié)合實驗及生活中的經(jīng)驗，討論：什么因素影響物體下落的快慢？

本節(jié)課在問題欄目下以實驗情境進行導(dǎo)入，首先拋出第一個問題讓學(xué)生進行質(zhì)疑與猜想，引發(fā)學(xué)生的思考，接著進行實驗演示，所呈現(xiàn)的實驗現(xiàn)象一方面是激發(fā)學(xué)生思維的動力，另一方面通過實驗容易得出空氣阻力影響物體下落得快慢，進一步引發(fā)思考，若是沒有空氣阻力物體是否就能下落得一樣快？學(xué)生經(jīng)歷了思考、演示與觀察、思維碰撞等過程，更易理解自由落體運動的運動規(guī)律，形成綜合的物理觀念。

2.2? 新舊教材同一欄目下的實驗例子分析

新舊教材在相同的欄目下設(shè)置了相同的實驗情境，但新版教材對實驗的內(nèi)容進行了微調(diào)。實例分析如下：

【實例2】舊版教材物理必修一“牛頓第三定律”一節(jié)實驗欄目下“探究作用力與反作用力”表述如下：

把A、B兩個彈簧測力計連接在一起，B的一端固定，用手拉測力計A。如圖1所示。可以看到兩個測力計的指針同時移動。這時，測力計A受到B的拉力F'，測力計B則受到A的拉力F 。F 與F'有什么關(guān)系？

它們受力的方向有什么關(guān)系？

實驗驗證結(jié)束后給出了牛頓第三定律的內(nèi)容。

【實例3】新版教材物理必修第一冊“牛頓第三定律”一節(jié)實驗欄目下“用彈簧測力計探究作用力和反作用力的關(guān)系”表述如下：

探究作用力與反作用力的關(guān)系，要同時測量這兩個力，你認(rèn)為應(yīng)該如何測量？我們可以通過圖2所示的裝置進行實驗，將A、B兩個彈簧測力計一端連接，B的一端固定，用手拉測力計A?？梢钥吹絻蓚€測力計的指針同時移動。這時測力計B受到A的拉力F，測力計A受到B的拉力F'，F(xiàn) 與F'有什么關(guān)系？

上面是通過彈力進行的實驗，摩擦力滿足上面的關(guān)系嗎？如果是不相互接觸的力呢？實驗驗證結(jié)束后進一步給出牛頓第三定律的內(nèi)容。

兩個實驗為同一個探究性的實驗，但文字內(nèi)容表述具有區(qū)別，舊版教材直接給出了實驗的內(nèi)容與方案。顯然，開門見山的表述缺乏讓學(xué)生進行思考、質(zhì)疑的過程。新版教材先提出問題，一方面它會引起學(xué)生對問題的思考，給予學(xué)生提出創(chuàng)造性見解的空間，讓學(xué)生的思維能力得到鍛煉;另一方面，保留了讓學(xué)生進行自主探究的過程，這樣的設(shè)計可提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。實驗論證結(jié)束，沒有直接給出牛頓第三定律的內(nèi)容，而是進一步進行設(shè)疑，是否還存在其它的可能性不滿足上述的實驗結(jié)論？同樣保留了讓學(xué)生對同一個實驗可能會出現(xiàn)不同的觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，保留讓學(xué)生進行實驗探究的可行性。通過這一系列過程，學(xué)生把與實驗有關(guān)的結(jié)論在頭腦中進行提煉與升華后，再給出牛頓第三定律的內(nèi)容，可加強學(xué)生對牛頓第三定律的理解與認(rèn)識。

3? 結(jié)語

從整體來看，新版教材的實驗設(shè)計更貼合學(xué)生的生活實際而且順應(yīng)時代的發(fā)展。手機、地鐵等日常生活中常見的工具，是當(dāng)今社會科技發(fā)展的產(chǎn)物，在教材中介紹這些工具，有利于加強學(xué)生對STEM等關(guān)系的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在節(jié)首問題欄目下描述實驗情境，或在實驗探究中提出相關(guān)的問題進行設(shè)疑，能更多地讓學(xué)生進行思考、質(zhì)疑，有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。給學(xué)生提供多種科學(xué)活動探究的機會，培養(yǎng)對科學(xué)探究的興趣;學(xué)生在經(jīng)歷一系列的思考、質(zhì)疑、探究、反思、總結(jié)的過程后，能進一步加深對物理概念的理解，有利于知識的提煉與升華，形成綜合的物理觀念。當(dāng)然，教師在進行具體實驗教學(xué)實踐時需要結(jié)合課標(biāo)仔細(xì)分析教材，認(rèn)真思考如何進行設(shè)疑提問，如何最大限度地激發(fā)學(xué)生的思維，如何讓實驗結(jié)論、物理概念的得出順其自然，并能在學(xué)生的頭腦中得到提煉與升華從而形成綜合的物理觀念。教師要根據(jù)實際情況對實驗方案進行研究與調(diào)整，才能更加高效地提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，促進學(xué)生更全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 賀婷玉，孔紅艷.從核心素養(yǎng)視角對比人教版高中物理新舊教材的欄目設(shè)置[J].物理教學(xué)探討，2020，38（7）：23-27.

[3]劉雯霞.人教版新舊高中物理教材對比分析與教學(xué)思考[D].河南：洛陽師范學(xué)院，2020.

[4] 李萬剛.淺談演示實驗在高中物理教學(xué)中的重要作用[J].新課程學(xué)習(xí)（綜合），2010，（9）：23.