人教版高中物理新教材實驗題特征分析

陳曉莎 袁海泉

(蘇州大學物理科學與技術學院 江蘇 蘇州 215006)

教材內物理實驗相關的練習題，具有建立概念規律、構筑知識框架、檢測學習情況、鞏固知識內容、培育實驗能力、養成科學態度的功能，對實驗教學有導向作用.依據《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱新課標),人民教育出版社物理編寫組編寫了必修以及選擇性必修共6本新教材.對其中的實驗題進行分析，有利于教師和學生更好地理解和使用教材，發揮實驗習題的核心素養教育功能.

1 整體特征

1.1 重點突出

在高中物理共27章125節教材中，實驗部分有獨立小節實驗11個、“實驗”“演示”和“做一做”欄目下的實驗分別是23個、36個、25個，涉及實驗的“拓展學習”9個，以實驗為背景的節首問題情境28個.其中，與實驗有關的欄目定位分別是：“實驗”是學生自己動腦、動手操作完成的實踐活動；“演示”是教師操作，學生觀察、討論的實踐活動；“做一做”是小型的動手操作類活動，目的是引發思考、體驗和感悟；“拓展學習”體現彈性，屬于選學、選做的內容，供有條件的學校選用[1,2].

新教材實驗題一共70道，其中65道是課標規定21個必做實驗的鞏固和自我檢測，分布在獨立小節或有“實驗”欄目小節的“練習與應用”和章末的“復習與提高”中，學習導向明確，重點突出[3].

1.2 數量增加

筆者對2019年版新教材和2004年版舊教材實驗題的數量和占比進行統計，結果如圖1和圖2所示.新教材的實驗題總數是70道，比舊教材實驗題總數31道多出2倍有余.

圖1 新教材實驗題數量和占比統計

圖2 舊教材實驗題數量和占比統計

由圖1和圖2的對比可見，數量上力學部分略有增加，其他部分顯著增加.新教材占比最高的是必修3，電學實驗；而舊教材占比最高的是物理1，力學實驗.

新教材的必修3對應的是舊教材的選修3-1，必修3比選修3-1多出15道題，在原來習題的基礎上增加數量，擴大范圍.選擇性必修1和選擇性必修3對應舊教材的選修3-3,3-4,3-5這3本教材，實驗題數量前者總數為20道，后者只有3道，可見新教材對選擇性必修中實驗的重視，未來的高考實驗題很有可能不再是“一電一力”平分天下的局勢.

2 題目特征

2.1 提升科學思維層次 培養科學探究素養

分析每一道實驗習題中的每一小問的檢測形式，如表1所示.

表1 實驗題檢測形式分布

由表1可知，簡答題形式次數最多，占比約34.62%，設計題數量上排列第三，占比約13.46%，簡答題和設計題的總和占比約48.08%.可見實驗題重視探究過程，提升科學思維層次、培養科學探究素養.例如，必修1第四章“復習與提高”A組第7題，3個問題引導學生經歷提出假設、設計實驗方案、分析數據、得到結論等科學探究過程，體現習題核心素養教育功能.

填表型實驗題數量明顯增多，因其結構簡單、信息明確、知識覆蓋面廣、兼顧基礎和能力的綜合考查等特點，成了實驗題的新寵.主要對象有3種.

第一種是給出完整的實驗表格如表2所示，要求學生根據實驗數據作圖.

表2 必修1第三章第1節“練習與應用”第5題實驗數據

第二種是要求學生完善表格，例如表3所示，以表格的形式，整潔美觀、容量大、知識點之間聯系和對比外顯化.

表3 必修3第十一章第5節“練習與應用”第1題實驗數據

最后一種結合了前面兩種情況，先完善表格，再作圖，體現了實驗題的綜合性和全面性.如表4所示，依據紙帶上的數據算出速度，再作出v-t圖像.

表4 必修1第二章“復習與提高”A組第4題實驗數據

選擇題具有客觀、快捷、知識覆蓋廣等特點，是一種很好的試題題型，但不適合作為習題題型，因為易導致學生重結果，輕過程.所以，實驗題除了其中一小問是對實驗器材的選擇之外，再無選擇的檢測形式.

2.2 搭建梯度 學業質量水平指向明確

新課標將高中物理學業質量分為5級水平，其中“學業質量水平2是高中畢業生應達到的合格要求，是學業水平合格性考試命題依據；學業質量水平4是高等院校招生錄取的學業水平等級考試的命題依據.”

這樣設置滿足學生對物理課程知識層次的不同程度學習能力的要求，形成知識層次的梯度.

我們細化課程標準的學業質量標準，從情境的復雜性、內容的抽象性和應用的綜合性3個維度對新教材實驗題的學業水平層次進行分類，如圖3所示.

圖3 影響問題復雜程度的維度

這3個維度的數值越大，由這3個維度交點所對應的長方體體積就越大，說明學業水平層次越高,分類結果具體參照表5.

依據表5中學生水平層次建構的分類，對每一道實驗題進行定性的界定，統計結果如表6所示(表中第2至第8欄數值是習題的個數).

表5 實驗題學業水平層次分類參照

表6 人教版新教材中各學業水平習題數量統計

由表6可知，每一本教材中都是水平2的實驗題占比最高，總體上也是水平2數量最多，占比57.75%.其次是水平3，占比18.31%，水平1和水平4在數量和占比上都接近，未出現達到水平5要求的實驗題.必修部分水平1和水平2總數的占比多于選擇性必修部分，體現必修部分的基礎性.教材中實驗題的學業質量水平指向明確.

必修2和選擇性必修2都未出現水平1的實驗題，必修2的幾個實驗是必修1中力學實驗的延伸，必修3是選擇性必修2的電磁學基礎.比如測量做直線運動物體的瞬時速度和驗證機械能守恒定律有多個共同的裝置，都需要使用打點計時器、處理紙帶這些基本功，必修1到必修2，搭建梯度，同一知識點由淺入深，由易到難，層次分明.

選擇性必修1中的實驗對能力和思維要求較高，特別是利用傳感器制作簡單的自動控制裝置，要求解釋新穎的實驗裝置，或者要求根據裝置特點設計實驗，大多屬于水平3和水平4的習題.

3 核心素養指向特征

不同于試題的設計是為了考查學生對基本知識的掌握，習題的設計思路是怎樣讓學生學會做實驗的基本技能.筆者對21個學生必做實驗的實驗題的每個問題進行學習導向分析，具體如表7所示.

表7 新教材學生必做實驗的實驗題學習導向統計

續表7

由表7可得出以下幾點核心素養指向特征：

3.1 全面考查科學探究能力

新教材實驗題對科學探究中問題、證據、解釋、交流4個要素都有相應的檢測.習題涉及知識點覆蓋面廣，21個必做實驗中19個實驗都有相關的實驗題.教師在實驗教學過程中要注意培養學生的全局意識，重視各個實驗，重視知識結構的完整性.

實驗學習導向層次豐富.立足基礎，有讀數，實驗儀器的選擇，實驗步驟的排序，單位換算，補全實驗圖，計算相關物理量等基礎技能導向，有利于培養學生良好的實驗習慣.重視能力，對實驗的分析綜合能力導向涉及了35個問題.可見注重學生設計實驗，分析探究過程，解決問題的能力.

平常教學中我們不僅要重視學生對實驗原理方法的了解，實驗技能操作，數據分析等基礎能力，還要注重學生設計性思維和創造性思維的培養，注重學生科學探究能力的全面性、嚴謹性和靈活性.

3.2 重視實驗技能訓練導向

實驗題多次考查根據題目表格中的數據作圖.其中只有一次要求作U-I圖像給出的是既有坐標又有量程的方格紙，其余都是只有坐標沒有具體量程的空白方格紙，或者全部留白，學生自己建立坐標、定比例等.數據處理是科學探究解釋素養的重要能力，重視學生通過實驗所內化的經驗和處理數據的能力.

新教材中的實驗題關注實踐意識和實踐能力的導向，其中用多用電表測量電學中的物理量考查的問題數最多，而且只考查如何使用和讀數，沒有涉及原理.引導學生規范、安全、合理地操作實驗器材及靈活地解決實驗中各類問題.有利于將做過實驗和沒做過實驗的學生有效區分，引導實驗教學的真正開展.

注重培養學生的動手能力和辯證思維，例如要求學生剪紙帶作v-t圖，接著判斷剪紙帶作v-t圖是否可行并說明理由.創設現場的實驗操作片段，將筆頭習題和實驗過程緊密結合，實現對學生實驗能力的有效導向，培養了學生的科學方法和思維能力，引導學生在實驗中動手動腦.

3.3 注重形成物理觀念

實驗題注重學生對物理概念的形成，主要體現在兩個方面.

一方面是有針對性地引導學生鞏固具有代表性的物理核心概念、規律、思想和方法，有利于物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華，體現物理觀念導向.例如，判斷物體的運動是否為勻加速直線運動體現了運動與相互作用觀念；若要符合機械能守恒定律的結論，測得的物理量應該滿足什么關系體現了能量觀念；估算油酸分子大小體現了物質觀.這些核心、基礎的物理規律和方法，不斷促進學生具體與抽象的協同思維，最終目的是形成物理觀念，解決實際問題.

另一方面是在高通路遷移中形成物理觀念.核心素養有兩個基本素養群：專家思維和復雜交往.而創新是專家思維的核心特征，學習科學往往用遷移來描述創新的機制.遷移也有不同的類別和層次，圖4展示了斯特恩對遷移分類與維度的4個象限，其中高通路遷移，需要高端的反思性學習，才能實現有意識的、深思熟慮的遷移.

新教材實驗題注重高通路遷移，在原有的實驗原理的基礎上，拓展和遷移不同的實驗方法.例如測電阻率遷移到測電導率，在掌握多用電表操作的基礎上應用于排查電路故障，從原來的伏安法測電源電動勢和內阻遷移到不用電流表的伏阻法.引導學生形成具體與抽象交錯的復雜認知結構.因此對于實驗教學，我們不能簡單地只按課本上的要求進行重復性的操作，更應注重實驗原理和方法的理解和應用，關注學生高通路遷移能力的培養.同時還要注意物理理論課與實驗課相結合，二者相輔相成，相互促進.

3.4 突出科學態度要素

實驗題常常以質疑的態度審視實驗：“你認為可行嗎？這樣做有道理嗎？猜想是否成立？”.多次讓學生對實驗數據進行辨析和處理，并依據數據處理結果才能得出結論.注重批判性接受精神，突出敢于質疑、講究證據、實事求是、不迷信權威的科學態度.這也是新教材實驗題的指向特征之一.