高中新課程背景下大學物理實驗課程內容構建的思考

李建設

（合肥工業大學 電子科學與應用物理學院，安徽 合肥 230009）

“中等教育是決定大學發展前景和質量的基本因素，要建立高水準的大學，就必須與中等教育達成一致，注意兩者的銜接。”（弗萊克斯納）［1］。而課程銜接是決定高中與大學是否順利銜接的核心要素之一。多年來，美國一直致力于高中與大學課程銜接的研究，并已取得豐碩的成果，如形成了AP課程、IB課程和雙學分課程［2］為主的高中-大學課程銜接模式。銜接途徑有教師相互兼職、高中學生進入大學實驗室學習等［3］。作為實驗課程體系的一部分，大學物理實驗課程的改革必須要了解中學物理實驗教學內容和實施現狀，關注其改革動向，密切聯系大學生的中學物理實驗基礎，把大學物理實驗課程內容的選擇、組織和實施更好地建立在高中物理實驗內容的平臺之上。然而，由于高中與大學之間缺乏有效的溝通與交流，我國多數高校教師對于當前的高中課程理念、課程內容、實施與評價等方面不甚了解，導致學生在進入大學后很難適應大學物理實驗內容的學習，甚至懷疑當前的大學物理實驗課程對于個人實驗能力的培養和發展是否起到促進作用等。學生一旦具有這樣的想法，就會對后面的實驗學習產生不良影響。因此探討高中與大學物理實驗之間如何保持良好銜接，具有重要的現實意義。

1 大學物理實驗課程編制存在的問題

1.1 沒有考慮大學與中學二者之間的銜接

當前大學物理實驗課程內容的構建往往是根據社會發展、物理學理論體系以及后續實驗課程的學習需求而進行的，很少考慮高中實驗內容設置和編排，特別是忽略了高中物理課程改革所帶來的影響和沖擊。我們從教學方式、實驗知識內容的難度、技術手段的差異性、儀器的復雜性等方面進行了調查，近70%的學生認為高中與大學物理實驗在上述幾個方面存在較大的差異性，高中與大學物理實驗部分內容的實驗方法、實驗內容具有相似性，內容深度沒有顯著性差異，比如驗證牛頓第二定律（大學實驗項目為氣墊導軌的使用）、電表的改裝、電橋法測電阻等，而教學實施和評價方式卻落后于高中階段，比如高中階段實施探究性學習，學生普遍適應和理解探究性學習理念，但是在進入高校后發現大學教學實施模式仍然采用傳統的教學方式，與高中階段的教學實施方式和評價模式沒有銜接起來［4-5］，這樣會嚴重挫傷學生學習的興趣和積極性，學生非但沒有掌握與物理實驗有關的實驗知識、提高實驗技能，反而更加遠離物理實驗。

1.2 實驗課程內容和目標側重于以能力發展為取向

“使學生身心得到健康發展、促進科學技術的進步以及服務社會”始終構成高等學校生存的基礎［6-7］，三者之間不是相互孤立的，學生身心發展是首要的，它是其他兩項發展的根基和前提。

現在的大學物理實驗課程目標側重于學生實驗認知水平的培養，忽視實驗學習過程與方法，忽視對學生實驗態度與價值觀的培養。調查發現：學生中有30.1%認為實驗能力培養目標沒有具體化（事實上，現有的課程目標對于實驗能力的培養提出了具體要求，出現此種現象，說明現有的能力培養目標與具體實驗項目培養功能之間存在差距或問題），有31.25%認為缺少情感態度與價值觀方面的目標，有22.4%認為缺失過程與方法目標。后兩項雖然在大綱基本要求中涉及過，但在現行高校的實驗課程編制中并未得到真正落實，仍以掌握實驗知識、發展能力為主。高中階段強調科學探究是物理實驗學習的核心內容和重要的學習方式，注重讓學生積極主動地參與實驗內容的學習過程，注重培養學生的實驗素養，但大學課程并未對過程與方法、情感態度與價值觀方面的發展提出目標要求，沒有保持實驗課程目標的連續性、發展性。

1.3 微觀內容設計所體現的教學理念差異很大

目前大學物理實驗講義基本上是按照傳統編排方式進行，將實驗步驟詳詳細細地羅列出來，內容呈現方式比較單一，無法調動學生的主動性、積極性。

高中物理實驗項目的編排是按照科學探究的模式進行的，比如教材中設置了實驗活動陳述式、實驗情境創設式、激疑質疑式、引導探究式、總結提煉式等探究模式，教材結合具體實驗內容，介紹了科學探究的呈現情況［8］。二者之間存在很大的差異性，所體現的教學理念相差很大。雖然大部分學生對于目前大學物理實驗內容的編排方式比較認同，但無法提高學生的實驗積極性。大學物理實驗內容的微觀編排設置過于詳細，沒有給學生留出思考的空間，學生在完成實驗的過程中只能是機械地重復教材中的實驗步驟，根本沒有選擇的余地，從事思維活動的空間很小，主要傾向于知識的傳授，沒有注重對科學思想的強調，沒有突出科學實驗研究方法的設計，缺少過程性和開放性等微觀內容的設計。

2 大學物理實驗課程內容構建的基本思路

2.1 以目標統領內容建立實驗課程目標體系

高校教師在編制單門課程時首先考慮的問題是把選擇內容放在首位，而不是像理論家所希望的那樣先設定明確的目標［9］。工科院校課程的培養目標是為社會培養出能勝任當代工程實踐工作的工程師，培養工科畢業生具有以解決工程實際問題為目的、以設計為核心的解決工業實際問題的能力。大學物理實驗課程作為公共基礎課應當著重培養人的素質，不是培養學生做事的能力，因此，新時期大學物理實驗的課程目標應注重以“實驗素養”的提高為主線，要從最初的基礎知識、基礎技能和實驗能力培養，逐漸培養學生具有實驗式思考問題的意識和能力，核心是培養學生實驗邏輯推理、實驗反思和探究的基本素養。

例如，我們可以依據“實驗素養”內涵，結合物理實驗的特點，確立包括知識理解型的實驗、理論應用型實驗、基于理論的技術開發型實驗、技術應用型實驗等學習領域目標體系，每一個學習領域都有具體的規定。知識理解型實驗的目標，規定學生應用實驗加深對物理知識的理解，同時獲得實驗基礎知識和基本實驗技能，以及進行課外實踐活動的基本技能；理論應用型實驗的目標，規定應用物理理論知識解決現實中的一些問題，或測量某一物理量，基于理論的技術開發型實驗的目標為，學生應知道實驗儀器和技術形成的物理理論基礎和開發過程，了解實驗問題解決過程中的一般方法，認識物理理論和實驗技術之間的關系，培養學生根據相關知識開發相關實驗技術的基本能力和意識；實驗技術應用實驗的目標為，學生應具有相關實驗技術方面的知識，理解實驗技術的思想，并能運用相關實驗技術解決實際生活問題和工程領域問題。

2.2 精選實驗項目，實現課程目標

實驗項目是實現課程目標的“抓手”，否則課程目標的實現顯得空洞，無法得到具體落實。高中和大學物理實驗課程作為實驗課程內容體系的不同組成部分，它們對學生的培養目標各有側重。大學物理實驗內容的選擇應在實現課程目標的前提下，加強與高中實驗內容的聯系，從而使高中與大學物理實驗內容有效銜接。實驗課程內容的選擇，要確定哪些學習領域目標明確規定要掌握何種實驗知識和實驗儀器知識、實驗技術，即通過實驗知識、實驗儀器、實驗技能的掌握，直接實現學習領域目標，哪些是通過實驗課程學習形成意識、能力，即通過不同的教學組織形式、教學方法間接實現學習領域目標，只有這樣才能從知識和技能2方面挑選課程內容。由于實現同一目標可供選擇的課程內容很多，特別是有關實驗技能、實驗技術等方面的目標，因此應從能實現目標的所有內容中精選、優選。選擇時應遵循以下原則［10］：

（1）典型性。選擇的實驗項目在實現目標的所有內容中具有代表性。

（2）基礎性。實驗內容的選擇要以學生的現實基礎和高中所開設的實驗內容為前提，選擇合適的實驗項目，并且通過這個階段實驗內容的學習能為以后的實驗學習、發展奠定一定的素質技能基礎。

（3）傳統性與時代性相結合。汲取物理發展史一些著名的實驗思想和技術，將具有時代特色的課程內容引入實驗課程，體現實驗內容的時代性、發展性。

（4）科學性與實用性相結合。為使學生適應社會發展的需要，順利進行專業課程內容的學習，物理實驗內容應與學科發展相適應，反映物理學的新進展、新成果，同時從不同的專業需求、學生實際狀況和學校實驗設備等實際出發，注重課程內容實施的效果。

2.3 不同階段課程內容的內在邏輯性和階梯性

大學與高中物理實驗教學的側重點不同，相關課程內容的構建應考慮縱向內容體系的階梯性和內在邏輯性。課程內容的階梯性是指在安排實驗教材內容的學習時應遵循由易到難的順序，根據學生在不同年齡段的認知水平和特點，設置與年齡相應的課程教材內容。然而，物理量測量之間的關系也不存在明顯的階梯性，不能說非得先學電學物理量的實驗后再學有關光學物理量的實驗，它們之間沒有誰先誰后的問題。因此，對于物理量測量為特征的實驗教材內容體系，一般是從中學到大學，物理量的測量數目呈金字塔式逐級遞減，相同物理量的測量應遵循內在邏輯性。

在同一物理量測量的實驗項目中，主要涉及某一類型知識和原理，應按同一物理現象（原理）觀測（驗證）的多種方法和同一物理方法多種應用的一組實驗組成功能模塊［11］，根據由易到難的原則，遵循“基本實驗興趣的培養、基本實驗技能的形成、實驗技能的全面發展、專項實驗技能的發展、綜合實驗能力的形成”來構建實驗內容體系。以電學實驗內容一體化為例：高中階段，主要選擇有關電學物理量的基本技術（電阻、電壓和電流等測量方法）、不同的測量技術對測量結果的影響分析等作為教材內容；大學階段，不僅強調電學物理量測量技術的應用，還強調非技術要素對工程問題解決的重要性，將設計、團隊合作和人際交流等工程實踐所需的技能納入其中。

2.4 教學理念的設計要注重連續性和發展性

新課程高中物理實驗對于實驗微觀內容呈現的設置是：實驗步驟只給學生簡要的提示，讓學生自己寫出實驗具體方案和實驗操作步驟，其呈現方式突出基礎課程改革的新理念，即內容的設計突出科學探究理念，內容的微觀呈現編排注重科學方法的滲透，并在教材設計中體現出來，如，可以把比較簡單的、局部的探究活動和研究性學習的內容安排在前面，對于較復雜的探究活動，教科書可以給出較為詳細的指導等，完整的探究活動和深入的研究性學習的比例也逐漸加大［12］。為體現教學理念的連續性和發展性，大學物理實驗課程內容的微觀設計主要體現：

（1）實驗內容的設計要體現實驗教學方式的轉變。教學方式的轉變為教學呈現方式的開發與創新提供了廣闊的空間，不同的教學內容呈現對學生發展的價值最終是通過教學活動來實現的。同時，教學內容的呈現、開發與實施水平也制約著教學方式的運用。

（2）深入了解中學物理課程，強化對相似內容主題處理的針對性，依據“最近發展區”理論進行教學內容的設計，這樣有助于實驗知識與技能學習的連續性，能較好地實現高中與大學之間的知識與技能的銜接。

（3）物理實驗內容的呈現要滲透科學方法以及增加開放性等內容。比如實驗方案中所確定的方法，其原理是否科學、是否有利于實驗證據的收集、探究設計方案中所選擇的實驗器材是否有利于減小誤差、整個實驗數據的合理性如何、是否存在著個別異常實驗數據、實驗數據是否能有力地支持所獲得的實驗結論等，特別是對于高中與大學相似內容的處理，更應該注意這方面的設計。對于沒有相關高中基礎的實驗原理、實驗方法以及相關的儀器予以重點敘述，而具體操作以提示和誘導為主；在實驗內容上，逐漸增強設計能力，最終實現獨立設計實驗過程、組織實驗儀器和獨立完成實驗，逐步增強學生的自主學習能力。

3 結論與建議

（1）高中與大學課程編寫者較少考慮二者實驗課程內容的銜接，大學物理實驗課程并未對過程與方法、情感態度與價值觀方面的發展提出目標要求，與高中階段的實驗教學目標缺乏連續性、發展性，高中實驗內容體現探究教學理念，大學實驗內容的編排仍按傳統方式進行設計。

（2）實驗內容一體化構建的基本思路應是：首先，構建實驗教學目標體系以目標統領內容，從整體上建設物理實驗內容體系；其次，遵循典型性、基礎性、傳統與時代性相結合、科學性與實用性相結合等原則，精選實驗項目來實現課程目標；再次，各階段銜接時應考慮課程內容的階梯性和內在邏輯性；最后，課程內容編排要注重探究教學理念的滲透，以體現教學理念的連續性和發展性。

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