指向物理學科核心素養的實驗教學教材對比研究
——以“伏安法測電阻”一課為例

王 雄

嘉興經濟技術開發區教研中心，浙江 嘉興 314000

物理學科核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面[1]。如何讓核心素養這顆美好的“種子”在課堂的“土壤”里“生根”，是每一位教師需要解決的難題。

1 問題的提出

學科素養的養成關鍵載體是課堂，然而從素養到課堂中間有一段很長的“路”要走。以目標為例，我們需要經歷單元目標—課時目標—活動目標的遷移過程，這無疑挑戰著教師的專業素養。把學科素養落實到課堂目前主要存在兩個問題：第一，學科素養下行遷移路徑不通。物理核心素養像課堂的“指南針”，指引著課堂實踐的方向。因此，教師在課堂實踐時要明確相應的學科素養，但真正能做到這一點卻很難。第二，課堂實踐上行遷移路徑不暢。教師因其“強實踐少理論”的工作特點，導致課堂實踐上行遷移很難實現。

教材是專家結合核心素養及課程標準內化的教育資源，是眾多專家的智慧結晶，有很強的科學性與專業性。為此，我們嘗試以不同版本的教材為研究對象，對比教材設計，從異尋同，從同尋異，在素養與課堂之間“建橋”，在課堂教學中落實學科核心素養的培養。本文選取了2013年出版的五版教材進行對比分析，分別是人民教育出版社出版的《義務教育教科書物理九年級全一冊》[2]（以下簡稱人教版）；上海科學技術出版社出版的 《義務教育教科書物理九年級全一冊》[3]（以下簡稱滬科版）；江蘇鳳凰科學技術出版社出版的《義務教育教科書物理九（上）》[4]（以下簡稱蘇科版）；教育科學技術出版社出版的《義務教育教科書物理九（上）》[5]（以下簡稱教科版）；浙江教育出版社出版的 《義務教育科學書物理八 （上）》[6]（以下簡稱浙教版）。

2 如何進行教材對比

2.1 通過實驗原理呈現方式看物理觀念滲透

物理觀念是學習者經過物理概念與規律的學習之后,將其在頭腦中升華而形成的各種觀念。物理觀念的形成應注重物理大概念的學習,以物理概念和規律的深度理解與應用使學習者逐步形成整個物理課程體系的大概念[7]。

就實驗教學而言，實驗原理是最基本的大概念，是學習者對相關物理學習內容進行深度加工后才能獲得的。具體到“伏安法測電阻”一課，我們可以從原理中升華出這節課的物理觀念：電阻是物質的一種特性，是阻礙電流的一種能力，這種特性與能力是可以被認知的。但電阻這種特性與能力是隱性的，不能直接測量。為此，我們需要通過歐姆定律公式的變形，通過比值來認識電阻。

基于這樣的物理觀念，我們對五種版本教材中“伏安法測電阻”實驗原理的呈現方式進行對比，如表1所示。

表1 五種版本教材“伏安法測電阻”實驗原理呈現方式的對比

五種版本教材對于實驗原理的呈現方式可以分為兩種：（1）直接法，人教版、滬科版、蘇科版都是通過開門見山的方式引入實驗原理，簡單明了；（2）間接法，浙教版把電阻的測量作為歐姆定律的應用環節，而沒有獨立的原理呈現，教科版是通過情境引入實驗原理。

分析兩種引入方法，其體現了兩種物理觀念形成的方式。一種方式是“開門見山”的方向引領，先直接給出相關的物理觀念，而后通過活動與探究慢慢深入。另一種是“潤物無聲”的潛移默化，在實驗過程中通過不斷步步深入，在滲透中形成物理觀念[8]。

當然，物理觀念的形成是一個螺旋上升的過程，所以不同版本的教材才有多種方式引入。同時，以上兩種物理觀念形成的方式并不是對立的，而是相對的，相互交疊的。

2.2 通過實驗方案對比看科學思維滲透

科學思維是根據物理學科的本質特性而形成的關于物理概念與規律的認識方式，主要包括模型建構、科學推理、科學論證和質疑創新。其中，構建理想模型的意識和能力是基礎與關鍵，它可以很好地促進學習者科學思維的發展。

設計實驗方案環節是基于實驗原理而嘗試形成的“理想圖”，可以很好地培養物理學科思維。具體到“伏安法測電阻”一課，通過模型構建形成完善的電路圖是科學思維形成的關鍵。基于此，我們對五種版本教材中“伏安法測電阻”電路圖呈現方式進行對比。

從科學思維深度分析，五種版本教材的電路圖設計可以分為四層：

第一層：直接給出完整的電路圖，學生通過對電路圖每一個元件的分析，提升其科學演繹思維（圖 1）。

圖1 人教版、浙教版實驗電路圖

第二層：完整電路圖與實物圖相結合，學生通過兩種圖形的相互對比與轉換，提升其科學遷移思維（圖 2）。

圖2 滬科版實驗電路圖

第三層：給出部分基礎電路圖，空缺最核心的電路元件，讓學生通過思維聚焦，構建科學分析思維（圖 3）。

圖3 教科版實驗電路圖

第四層：電路圖完全“留白”，要求學生根據實驗原理，自己建構完整的電路圖，從而提升其科學整理性思維(圖4）。

圖4 蘇科版電路圖（留白）

支架式教學理論認為：通過“搭建腳手架”，可以使學習者掌握、建構、內化那些能使其從事更高認知活動的技能。一旦他獲得了這種技能，便可以更多地對學習進行自我調節[9]。分析五種版本教材的實驗電路圖呈現過程，我們認為，學科思維的形成與學習支架有關。支架越完善，學生科學思維形成過程的阻礙越少，但思維深度越淺；支架越不完善，學生科學思維形成過程的阻礙越多，思維深度越深。

當然，我們不能把支架數量與思維深淺簡單地畫等號。因為科學思維的發生與學生的“最近發展區”有關。教師幫助學生搭建的“腳手架”是與“最近發展區”密切相關的，只有根據學生的“最近發展區”搭建的“腳手架”對學生的發展才是最有效的。

2.3 通過實驗環節對比看科學探究滲透

科學探究是基于科學觀察和實驗提出科學問題，并形成基于已有事實的科學猜想或假設，設計收集證據和事實的有效方案,并對證據進行解釋、交流、評估和反思的科學活動[10]。

從完整的科學探究環節來分析“伏安法測電阻”一課，五種版本教材都十分重視通過實驗環節的設置來落實科學探究的問題、證據、解釋和交流四部分，但側重點有所不同。浙教版、滬科版設計了完整的實驗探究步驟，實驗過程清晰，突出探究的整體性；人教版設計“想想做做”環節，更側重于解釋能力；教科版設計生活情境引入環節，更側重于問題提出；蘇科版通過大量“留白”，給學生思維空間，更側重于實驗設計與交流能力。

科學探究是一種方式、一種方法，也是一種能力。它融合在物理學習的每一個環節，是物理核心素養的重要組成部分。在課堂實踐中，建議通過“整體把握，層層深入”的方式進行，先通過整體探究，讓學生對科學探究過程有一個完整的認識，形成科學探究大概念與認識，而后“聚焦”每一個環節，步步深入，從而把科學探究落到實處。

2.4 通過實驗拓展對比看科學態度的滲透

科學態度與責任是在認識科學本質、理解科學·技術·社會·環境（STSE）關系的基礎上逐漸形成的正確態度和責任感。其培養過程主要是抓住兩點：一是科學本質教育；二是STSE的融合[7]。

分析教材的實驗拓展材料，我們發現五種版本教材都通過介紹科學家歐姆來體現科學態度與責任的滲透。不同的是，對人物介紹描述細節處理上有較大差別，這也反映出不同的科學觀。為此，我們對五種版本教材歐姆的人物介紹中“科學態度與責任”的滲透進行對比，如表2所示。

表2 五種版本教材歐姆的人物介紹中“科學態度與責任”的滲透對比

同時，我們把課后作業也看成實驗拓展的一部分，結合科學本質的科學知識、科學研究的過程與方法、科學研究的共同體、科學研究成果、科學應用與實踐五個維度[11]進行了分析與對比，發現在科學知識、科學研究的成果兩個維度各個版本教材的處理大致相同，但在另外三個維度卻各有側重。人教版作業設計側重于“動手動腦學物理”的科學研究共同體；浙教版通過“交流電”的作業設計側重于科學應用與實踐；蘇科版通過“方法鏈接”作業側重于數學方法的形成；教科版通過“電壓與電流圖像”側重于對實驗結果的方法處理。

3 對比研究的意義

以“伏安法測電阻”一課為例，通過五種版本教材的比較研究，嘗試教材設計環節與物理核心素養四層次進行融合。這樣的研究有利于對比物理觀念形成的不同方式；有利于對比科學思維形成的不同深度；有利于對比科學態度形成的不同側面。通過對比，可以體現教學設計思維豐富性，提升思維精準性，形成思維深刻性，從而最終指向物理核心素養的理解與養成。