核心素養(yǎng)視角下人教版高中物理新舊教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比分析

楚蕊 彭朝陽(yáng)

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(xiě)的教程也出現(xiàn)了變動(dòng)。本文選取人教版物理必修一新舊教材為研究對(duì)象，對(duì)這兩本教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

從教材編寫(xiě)的角度，人教版物理新教材將實(shí)驗(yàn)分為獨(dú)立小結(jié)實(shí)驗(yàn)、問(wèn)題欄目下的實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)欄目下的實(shí)驗(yàn)、演示欄目下的實(shí)驗(yàn)、做一做欄目下的實(shí)驗(yàn)以及拓展學(xué)習(xí)、科學(xué)漫步、練習(xí)與運(yùn)用中涉及的實(shí)驗(yàn)[ 1 ]。分析新舊教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)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(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》（2005）必修一與人教版普通高中教科書(shū)《物理》（2019）必修一兩本教材，從核心素養(yǎng)視角出發(fā)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比較與分析。首先對(duì)新舊教材實(shí)驗(yàn)變化進(jìn)行比較分析，包括新舊教材實(shí)驗(yàn)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(shí)例分析新舊教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1? 新舊教材中實(shí)驗(yàn)變化比較分析

1.1? 新舊教材實(shí)驗(yàn)總體比較

新教材共有11個(gè)欄目，而舊教材共有8個(gè)欄目[ 2 ]，除了獨(dú)立小結(jié)實(shí)驗(yàn)，兩版教材涉及與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的欄目如表1所示，可以看到新教材與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的欄目變多了，增加了問(wèn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，體現(xiàn)了新教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的側(cè)重，拓展了學(xué)生的視野并注重培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皣?yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

1.2? 新舊教材實(shí)驗(yàn)顯性變化比較分析

新教材除了新增實(shí)驗(yàn)欄目，有些未變化欄目下所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)也發(fā)生了改變。所謂的顯性變化是從大結(jié)構(gòu)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，比如直接新增、刪除、或者改進(jìn)部分實(shí)驗(yàn)。從顯性角度進(jìn)行分析，新教材新增實(shí)驗(yàn)如下：

（1）做一做：用手機(jī)測(cè)自由落體加速度

（2）實(shí)驗(yàn)：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(jì)，觀察其示數(shù)的變化

（4）復(fù)習(xí)與提高：地鐵啟動(dòng)時(shí)加速度的測(cè)量

新版教材在做一做欄目下新增了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，手機(jī)、電梯、體重計(jì)等都是日常生活中常見(jiàn)并能接觸到的物體，學(xué)生利用身邊常見(jiàn)物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅培養(yǎng)動(dòng)手能力，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)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(cè)量地鐵啟動(dòng)時(shí)的加速度實(shí)驗(yàn)。地鐵已成為日常出行必不可少的交通工具，測(cè)量常見(jiàn)交通工具的物理量，體現(xiàn)了新教材在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，滿足學(xué)生的發(fā)展需要，能夠讓學(xué)生對(duì)STEM形成一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[ 3 ]。在實(shí)驗(yàn)欄目下新增探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，在舊版教材中該部分的內(nèi)容是直接給出的，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，新教材需要學(xué)生進(jìn)行這樣的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上注重培養(yǎng)學(xué)生的探究素養(yǎng)。

1.3? 新舊教材實(shí)驗(yàn)隱性變化比較分析

隱性變化是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有發(fā)生改變或者只在原來(lái)內(nèi)容的基礎(chǔ)上新增了部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容但實(shí)驗(yàn)的位置發(fā)生了變化。從隱性角度進(jìn)行分析，如表2所示，新教材對(duì)某些實(shí)驗(yàn)從位置上進(jìn)行了調(diào)整，2005版教材中“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”屬于獨(dú)立小結(jié)實(shí)驗(yàn)，正文部分包括了“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”和“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度”兩部分內(nèi)容;2019版教材刪除了獨(dú)立小結(jié)實(shí)驗(yàn)，將“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”這一部分內(nèi)容放在了第一章第二節(jié)“時(shí)間位移”的實(shí)驗(yàn)欄目下;將“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度”變成“測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”放在第三節(jié)“位置變化快慢的描述——速度”的實(shí)驗(yàn)欄目下。相比較之下，新新教材更加注重實(shí)驗(yàn)的順序，學(xué)生在了解了時(shí)間、位移等相關(guān)概念之后，練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量時(shí)間和位移，在學(xué)會(huì)新的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法的同時(shí)加深對(duì)概念的理解，也為接下來(lái)第三節(jié)測(cè)量平均速度和瞬時(shí)速度作鋪墊，讓學(xué)生對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)操作有一個(gè)熟悉的過(guò)程[ 3 ]。舊版教材做一做欄目下的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(lái)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(shí)例分析新舊教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1? 新教材新增欄目下的實(shí)驗(yàn)例子分析

問(wèn)題欄目是新教材新增的欄目，有些章節(jié)在問(wèn)題欄目下以實(shí)驗(yàn)情境作為節(jié)首，在課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)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(wèn)過(guò)程中在實(shí)驗(yàn)演示的同時(shí)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。不僅激發(fā)學(xué)生思維，還幫助學(xué)生對(duì)新授概念有更深刻的感性認(rèn)識(shí)，實(shí)例分析如下：

【實(shí)例1】新版教材物理必修第一冊(cè)“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)問(wèn)題欄目以實(shí)驗(yàn)情境作為節(jié)首，教材上的表述如下：

問(wèn)題：站在高層建筑物上，讓輕重不同的兩個(gè)物體從同一高度同時(shí)落下，你認(rèn)為哪個(gè)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(gè)團(tuán)，讓紙團(tuán)和另一張紙?jiān)谕瑯拥母叨嚷湎拢纯茨囊粋€(gè)下落得快？結(jié)合實(shí)驗(yàn)及生活中的經(jīng)驗(yàn)，討論：什么因素影響物體下落的快慢？

本節(jié)課在問(wèn)題欄目下以實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行導(dǎo)入，首先拋出第一個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑與猜想，引發(fā)學(xué)生的思考，接著進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，所呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一方面是激發(fā)學(xué)生思維的動(dòng)力，另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)容易得出空氣阻力影響物體下落得快慢，進(jìn)一步引發(fā)思考，若是沒(méi)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(guò)程，更易理解自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)例子分析

新舊教材在相同的欄目下設(shè)置了相同的實(shí)驗(yàn)情境，但新版教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行了微調(diào)。實(shí)例分析如下：

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

把A、B兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)連接在一起，B的一端固定，用手拉測(cè)力計(jì)A。如圖1所示?？梢钥吹絻蓚€(gè)測(cè)力計(jì)的指針同時(shí)移動(dòng)。這時(shí)，測(cè)力計(jì)A受到B的拉力F'，測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)束后給出了牛頓第三定律的內(nèi)容。

【實(shí)例3】新版教材物理必修第一冊(cè)“牛頓第三定律”一節(jié)實(shí)驗(yàn)欄目下“用彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)測(cè)量這兩個(gè)力，你認(rèn)為應(yīng)該如何測(cè)量？我們可以通過(guò)圖2所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將A、B兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)一端連接，B的一端固定，用手拉測(cè)力計(jì)A?？梢钥吹絻蓚€(gè)測(cè)力計(jì)的指針同時(shí)移動(dòng)。這時(shí)測(cè)力計(jì)B受到A的拉力F，測(cè)力計(jì)A受到B的拉力F'，F(xiàn) 與F'有什么關(guān)系？

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

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)為同一個(gè)探究性的實(shí)驗(yàn)，但文字內(nèi)容表述具有區(qū)別，舊版教材直接給出了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與方案。顯然，開(kāi)門(mén)見(jiàn)山的表述缺乏讓學(xué)生進(jìn)行思考、質(zhì)疑的過(guò)程。新版教材先提出問(wèn)題，一方面它會(huì)引起學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考，給予學(xué)生提出創(chuàng)造性見(jiàn)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(jìn)行自主探究的過(guò)程，這樣的設(shè)計(jì)可提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)論證結(jié)束，沒(méi)有直接給出牛頓第三定律的內(nèi)容，而是進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)疑，是否還存在其它的可能性不滿足上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)論？同樣保留了讓學(xué)生對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)出現(xiàn)不同的觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，保留讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的可行性。通過(guò)這一系列過(guò)程，學(xué)生把與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的結(jié)論在頭腦中進(jìn)行提煉與升華后，再給出牛頓第三定律的內(nèi)容，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)牛頓第三定律的理解與認(rèn)識(shí)。

3? 結(jié)語(yǔ)

從整體來(lái)看，新版教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更貼合學(xué)生的生活實(shí)際而且順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。手機(jī)、地鐵等日常生活中常見(jiàn)的工具，是當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展的產(chǎn)物，在教材中介紹這些工具，有利于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)STEM等關(guān)系的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在節(jié)首問(wèn)題欄目下描述實(shí)驗(yàn)情境，或在實(shí)驗(yàn)探究中提出相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)疑，能更多地讓學(xué)生進(jìn)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(dòng)探究的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)對(duì)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(guò)程后，能進(jìn)一步加深對(duì)物理概念的理解，有利于知識(shí)的提煉與升華，形成綜合的物理觀念。當(dāng)然，教師在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐時(shí)需要結(jié)合課標(biāo)仔細(xì)分析教材，認(rèn)真思考如何進(jìn)行設(shè)疑提問(wèn)，如何最大限度地激發(fā)學(xué)生的思維，如何讓實(shí)驗(yàn)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(shí)際情況對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)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(jìn)學(xué)生更全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 賀婷玉，孔紅艷.從核心素養(yǎng)視角對(duì)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(duì)比分析與教學(xué)思考[D].河南：洛陽(yáng)師范學(xué)院，2020.

[4] 李萬(wàn)剛.淺談演示實(shí)驗(yàn)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.