核心素養視角下人教版高中物理新舊教材實驗設計對比分析

楚蕊 彭朝陽

摘? ?要：2017版物理新課標將課程目標由“三維目標”調整為“學科核心素養”，根據新課標編寫的教程也出現了變動。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計進行對比分析，分析這些變化如何體現物理學科核心素養的目標。

關鍵詞：高中物理;核心素養;實驗設計

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習、科學漫步、練習與運用中涉及的實驗[ 1 ]。分析新舊教材實驗設計的變化，能讓教師在更好地理解和把握教材的基礎上，通過實驗教學，促進學生更全面的發展。本文選取人教版普通高中課程標準實驗教科書《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，從核心素養視角出發，進行實驗設計的比較與分析。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;顯性和隱性的呈現變化分析;然后基于核心素養結合實例分析新舊教材的實驗設計。

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 ]，除了獨立小結實驗，兩版教材涉及與實驗相關的欄目如表1所示，可以看到新教材與實驗相關的欄目變多了，增加了問題欄目、拓展學習欄目以及復習與提高欄目。新教材為學生提供了更多的實驗內容，體現了新教材對實驗的側重，拓展了學生的視野并注重培養其實驗能力以及嚴謹的科學態度。

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計的實驗也發生了改變。所謂的顯性變化是從大結構上對實驗進行調整，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系

（3）做一做：在電梯板放體重計，觀察其示數的變化

（4）復習與提高：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，學生利用身邊常見物品進行實驗，不僅培養動手能力，同時加深學生對自由落體加速度、超重、失重等相關概念的理解;在復習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，體現了新教材在實驗的設計上順應時代的發展，滿足學生的發展需要，能夠讓學生對STEM形成一個新的認識，有利于培養學生的科學態度與責任[ 3 ]。在實驗欄目下新增探究彈簧彈力與形變量的關系實驗，在舊版教材中該部分的內容是直接給出的，沒有實驗探究過程，新教材需要學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系。充分體現新教材在實驗設計上注重培養學生的探究素養。

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容沒有發生改變或者只在原來內容的基礎上新增了部分實驗內容但實驗的位置發生了變化。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整，2005版教材中“實驗：用打點計時器測速度”屬于獨立小結實驗，正文部分包括了“練習使用打點計時器”和“用打點計時器測量瞬時速度”兩部分內容;2019版教材刪除了獨立小結實驗，將“練習使用打點計時器”這一部分內容放在了第一章第二節“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“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，學生在了解了時間、位移等相關概念之后，練習使用打點計時器測量時間和位移，在學會新的實驗測量方法的同時加深對概念的理解，也為接下來第三節測量平均速度和瞬時速度作鋪墊，讓學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習欄目下，傳感器在日常生活中并不常用，學生操作起來不是很便利，而拓展學習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生自行學習與操作，滿足他們的發展需要。

2? 基于核心素養結合實例分析新舊教材的實驗設計

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，有些章節在問題欄目下以實驗情境作為節首，在課堂教學中，實驗導入是新課導入的常用的方法之一，也是幫助學生理解物理概念和掌握物理規律的重要方法[ 4 ]，提問過程中在實驗演示的同時描述實驗現象。不僅激發學生思維，還幫助學生對新授概念有更深刻的感性認識，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”一節問題欄目以實驗情境作為節首，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，你認為哪個物體下落得快？在教室內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？結合實驗及生活中的經驗，討論：什么因素影響物體下落的快慢？

本節課在問題欄目下以實驗情境進行導入，首先拋出第一個問題讓學生進行質疑與猜想，引發學生的思考，接著進行實驗演示，所呈現的實驗現象一方面是激發學生思維的動力，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，進一步引發思考，若是沒有空氣阻力物體是否就能下落得一樣快？學生經歷了思考、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置了相同的實驗情境，但新版教材對實驗的內容進行了微調。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'有什么關系？

它們受力的方向有什么關系？

實驗驗證結束后給出了牛頓第三定律的內容。

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

探究作用力與反作用力的關系，要同時測量這兩個力，你認為應該如何測量？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。可以看到兩個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 與F'有什么關系？

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

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

3? 結語

從整體來看，新版教材的實驗設計更貼合學生的生活實際而且順應時代的發展。手機、地鐵等日常生活中常見的工具，是當今社會科技發展的產物，在教材中介紹這些工具，有利于加強學生對STEM等關系的認識，培養學生的科學態度與責任。在節首問題欄目下描述實驗情境，或在實驗探究中提出相關的問題進行設疑，能更多地讓學生進行思考、質疑，有利于學生科學思維能力的提升。給學生提供多種科學活動探究的機會，培養對科學探究的興趣;學生在經歷一系列的思考、質疑、探究、反思、總結的過程后，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。當然，教師在進行具體實驗教學實踐時需要結合課標仔細分析教材，認真思考如何進行設疑提問，如何最大限度地激發學生的思維，如何讓實驗結論、物理概念的得出順其自然，并能在學生的頭腦中得到提煉與升華從而形成綜合的物理觀念。教師要根據實際情況對實驗方案進行研究與調整，才能更加高效地提升學生的物理核心素養，促進學生更全面的發展。

參考文獻：

[1] 梁旭，彭前程.高中物理新教材實驗編寫的原則與方法[J].物理實驗，2020，40（10）：51-58.

[2] 賀婷玉，孔紅艷.從核心素養視角對比人教版高中物理新舊教材的欄目設置[J].物理教學探討，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思考[D].河南：洛陽師范學院，2020.

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