基于義務教育物理課程標準（2022年版）的實驗教學變革探討

陳泓宇 田博揚 李春密

（北京師范大學物理學系，北京 100875）

為統籌推進立德樹人根本任務，教育部于2014年發布了《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》，其中提到，修訂課程方案和課程標準是著力推進改革的關鍵領域和主要環節之一.[1]2022年4月，新修訂的義務教育課程方案和課程標準正式頒布.[2]

本次義務教育課標修訂的方向之一是強化課程綜合性和實踐性.余文森指出，實踐是將外在的知識變成內在的能力和品格的過程，是核心素養形成的路徑.本次課標的修訂高度重視實踐意識的強化，確立了實踐在培養人中的重要乃至核心地位，提出以學科實踐為抓手，構建實踐型育人方式.[3]在物理課程中，實驗探究是體現物理課程實踐性的教學內容之一.

實驗探究是物理學形成系統的研究方法和理論體系的途徑之一，是一種有著獨特育人價值的實踐活動.例如實驗可以引導學生從觀察和測量的結果來認識物理現象和物理過程，找出物理現象的特征以及產生這一現象的條件，加深對所學知識的信任度與理解力，發展學生的物理觀念.又如實驗可以在實踐中讓學生學會尊重實驗結果與事實，杜絕編造和修改實驗數據，形成良好的態度和作風，發展學生的科學態度與責任.[4]近些年來，實驗的地位也越來越凸顯：2019年，教育部發布的《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》就指出，要努力構建與德智體美勞全面培養的教育體系相適應、與課程標準要求相統一的實驗教學體系；[5]2022年版《課標》將原來課程性質中的義務教育物理課程是一門“注重實驗”的自然科學基礎課程，變更為了義務教育物理課程是一門“以實驗為基礎”的自然科學課程.

從各方面可以看出，實驗是落實2022年版《課標》修訂理念的重要抓手.探討2022年版《課標》中實驗探究主題的變化對理解并落實2022年版《課標》的修訂理念有著重要意義.

2022年版《課標》以主題為線索，構建課程結構，在課程內容部分設置了5個一級主題，“實驗探究”主題為其中之一.“實驗探究”主題旨在強調物理課程的實踐性，凸顯物理實驗整體設計，明確學生必做實驗.該主題下設“內容要求”“學業要求”“教學提示”3個部分，分別指向“教什么”“教到什么程度”“怎么教”3個問題，體現了內容的結構化.本文將對2022年版《課標》課程內容下的“實驗探究”主題進行探討，對凝練的內容進行具體的分析，探討2022年版《課標》指導下的實驗教學變革，讓核心素養真正落地.

1 “實驗探究”主題下課程內容分析

2022年版《課標》規定了21個學生必做實驗，分為9個測量類必做實驗和12個探究類必做實驗，兩類實驗相互關聯，各有側重.2022年版《課標》還在每個必做實驗下給出了可以開展的具體活動樣例和可選擇的實驗器材，并且由于樣例所涉及到的實驗資源都是較為基礎的，絕大部分地區和學校都能參照樣例開展學生必做實驗.而有充足實驗資源的地區或學校不必拘泥于課標提供的樣例，應當根據實際情況對實驗教學進行改進和創新，選擇最適合學生發展的實驗探究活動.下面對2022年版《課標》和《義務教育物理課程標準（2011年版）》（以下簡稱2011年版《課標》）的學生必做實驗進行比較，探討2022年版《課標》必做實驗內容的變化對教學的影響.

1.1 未改動的實驗

2022年版《課標》部分繼承了2011年版《課標》的學生必做實驗，有13個實驗完全一致，其中有測量類必做實驗7個，探究類必做實驗6個，如表1所示.

表1 2022年版《課標》繼承2011年版《課標》的13個必做實驗

1.2 文字表述變化的實驗

部分2022年版《課標》的必做實驗與2011年版《課標》的必做實驗大致相似，但在實驗名稱的文字表述方面存在變化，這樣的實驗共有4個，如表2所示.

表2 文字表述發生變化的2022年版《課標》必做實驗

2022年版《課標》中，“用托盤天平測量物體的質量”實驗與2011年版《課標》相比，主要變化體現在實驗器材上：實驗器材從“天平”具體至“托盤天平”.托盤天平是實驗室常見的質量測量工具，是天平的一種，2022年版《課標》強調了在測量物體質量的實驗中需要使用托盤天平，旨在讓學生知道托盤天平的結構和原理，掌握托盤天平的使用方法和使用注意事項，了解基本的實驗儀器讀數規則.同時，天平也蘊涵著“公平、公正”的育人價值.

“探究水在沸騰前后溫度變化的特點”實驗與2011年版《課標》相比，主要變化體現在實驗過程上：2022年版《課標》指出，該實驗不僅要探究沸騰狀態下水的溫度變化，還要關注沸騰前水的溫度變化.變化后的實驗讓學生觀察沸騰前后現象的差異，比較沸騰前后溫度變化的區別，從而促進學生對沸騰的現象、條件和沸騰前后的溫度變化特點有更深入的認知和理解.

“探究光的反射定律”實驗與2011年版《課標》相比，主要變化體現在實驗結論上：將“反射規律”替換為了“反射定律”.物理定律是利用歸納的方法得到的在某個適用范圍內對某些物理現象的論斷.2022年版《課標》的實驗名稱對該實驗預期得到的結論進行了更為精準的描述，同時，2022年版《課標》的變化也提示了形成“反射定律”的思維方法應該得到關注.

“探究平面鏡成像的特點”實驗與2011年版《課標》相比，主要變化同樣體現在實驗結論上：將成像時“物與像的關系”替換為了“成像的特點”.義務教育階段物理課程對學生的要求以定性認識為主，“物與像的關系”與“成像的特點”相比，需要多次改變物的屬性，半定量地開展探究，對學生的要求更高.這種文字表述的改動降低了實驗難度，使之更符合義務教育階段學生發展的需要.

1.3 新增或經過改造的實驗

部分2022年版《課標》的必做實驗是從2011年版《課標》中的必做實驗改造而來的，這樣的實驗共有3個，另外，2022年版《課標》還新增了1個必做實驗，如表3所示.

表3 2022年版《課標》新增和經過改造的必做實驗

2022年版《課標》必做實驗將“測量小燈泡的電功率”實驗改造為“用電流表和電壓表測量電阻”實驗.這兩個實驗在測量方法和實驗步驟上具有相似之處，均是利用電流表和電壓表直接測量電流和電壓，再間接測量電阻或電功率，兩個實驗促進學生發展的側重點也是相似的.但是，利用伏安法測量電阻在高中階段也有多處應用，因此，在義務教育階段設置“用電流表和電壓表測量電阻”為必做實驗更有利于學段銜接.

2022年版《課標》必做實驗將“測量水平運動物體所受的滑動摩擦力”改造為“探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關”.實際上，“探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關”實驗過程中，需要了解水平運動物體所受的滑動摩擦力大小，實驗的改造實質上是在2011年版《課標》實驗的基礎上，豐富了實驗內容，提升了實驗要求.另外，2022年版《課標》課程內容對“滑動摩擦力”的要求也進行了與實驗的改動有所對應的改動——在原來“了解摩擦力”的基礎上，增加了“探究并了解滑動摩擦力的大小與哪些因素有關”.與之類似的還有將“連接簡單的串聯電路和并聯電路”實驗改造為“探究串聯電路和并聯電路中電流、電壓的特點”實驗，“探究串聯電路和并聯電路中電流、電壓的特點”實驗包含了“連接簡單的串聯電路和并聯電路”實驗，另外，2022年版《課標》課程內容同樣有改動與實驗的改動對應——從原來的“了解串、并聯電路電流和電壓的特點”變更為“探究并了解串聯電路和并聯電路中電流、電壓的特點”，更加體現了物理的本質.

2022年版《課標》新增的必做實驗是“探究液體壓強與哪些因素有關”.義務教育階段的物理教學應當側重讓學生體驗、感受物理現象并從中進行學習，尤其是對于液體壓強這類與多因素有關、且比較抽象的物理量，在探究中主動學習的學習方式更符合學生的認知規律.另外，2022年版《課標》和2011年版《課標》均在課程內容中要求學生“探究并了解液體壓強與哪些因素有關”，在學生必做實驗中新增“探究液體壓強與哪些因素有關”有助于學生對液體壓強的認識.

另外，新增加或經過改造的4個必做實驗，除了“用電流表和電壓表測量電阻”外，都是探究類學生必做實驗，這與2022年版《課標》課程理念中的“注重科學探究，倡導教學方式多樣化”相互呼應.2022年版《課標》不僅倡導了更豐富的實踐活動、更多樣的教學方式，還在課程內容中做了具體的安排，力求課程理念的落實.

2 “實驗探究”主題下學業要求分析

2022年版《課標》圍繞著對學生核心素養的培養，設置了核心素養—學業質量—學業要求的三級結構，從高度凝練的核心素養，到完成課程階段性學習后的學業成就表現，再到某一主題學習后的學業成就，逐步回答了“教到什么程度”的問題.

核心素養是課程育人價值的集中體現，是學生通過課程學習逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力.2022年版《課標》提出了發展學生核心素養的課程目標，物理核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任4個方面.學業質量是以核心素養為主要維度，結合課程內容，對學生學業成就具體表現特征的整體描述.課程內容下的學業要求反映學生完成一級主題的學習后，在物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任方面應達成的學業成就.無論是課程目標、學業質量還是學業要求，都是由核心素養統領的.

為了更好地體現學生經過義務教育階段物理課程的學習后，應該在實驗探究方面具備的核心素養表現，下面將2022年版《課標》“實驗探究”主題下的學業要求與物理課程培養的核心素養對應起來，并給出表現案例，如表4所示.

表4 “實驗探究”主題下學業要求與核心素養的對應關系

續表

不同類別實驗培養學生素養的側重點不盡相同：測量類實驗教學引導學生了解測量原理，學會使用基本儀器，學習實驗操作技能；探究類實驗教學以學生為主體，注重探究過程，激發學生興趣，培養學生問題解決能力和創新精神.兩類實驗需共同協作，實現全面發展學生能力的目的.

學業要求總目標的達成依賴于每個實驗育人價值的組合.各個實驗的具體學業要求需要參照總體學業要求，從知識本身的發展路徑、實驗中蘊含的思維方法、實驗的探究路徑等方面進行分析，為教師設計教學活動提供指引.教師應當基于各個實驗的學業要求設計課程目標，有目的、有計劃地利用學生必做實驗促進學生的發展.以下將分別用一個測量類必做實驗和一個探究類必做實驗作為案例，展示分析具體實驗的學業要求的范式.

在測量類學生必做實驗中，以“用電流表和電壓表測量電阻”實驗為例，分析該實驗的學業要求，如表5所示.

表5 “用電流表和電壓表測量電阻”學業要求

續表

在探究類學生必做實驗中，以“探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關”實驗為例，分析該實驗的學業要求，如表6所示.

表6 “探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關”學業要求

在分析具體實驗的學業要求時，要在充分理解和把握物理課程培養的核心素養4個方面的基礎上，對必做實驗的實驗原理、實驗目的、實驗方法、實驗方案、數據處理方案、實驗結論等內容進行深入分析和挖掘，探討實驗各環節的育人價值，最后，以此為依據再結合課標的學業要求設立學生經歷該實驗教學后應當達成的學業要求.

3 “實驗探究”主題下教學提示分析

在課標中，課程實施部分包含了教學建議，教學建議讓課標使用者明確教學的核心理念、基本原則與關鍵策略，為教師教學提出要求，提供指導，尤其突出課程獨特的教學要求以及課標想要推行的先進的教學理念，引導教師依據課程標準進行教學.[6]

2022年版《課標》各一級主題下的教學提示是對教學建議的具體細化，分別提出了對應主題的具體的教學活動建議，體現了2022年版《課標》的指導性.實驗探究主題下的教學提示分教學策略建議和實驗器材建議兩類，從不同的角度出發給出了可參考的實驗教學活動案例.

下面將根據教學建議分析“實驗探究”主題下的教學提示，探討教學建議蘊含的核心理念、基本原則與關鍵策略在“實驗探究”主題中的體現.

3.1 圍繞學生核心素養的發展設計教學目標

課程應著力培養的學生核心素養是對黨的教育方針的具體化和細化.[7]落實學生核心素養培養的理念蘊含在了2022年版《課標》的各方各面.其中，2022年版《課標》在教學建議部分強調了要圍繞學生核心素養的發展設計教學目標，并且指出：在“實驗探究”的教學目標設計中，教師應當重視對學生科學探究能力的培養，同時關注實驗對學生物理觀念、科學思維、科學態度與責任的培養.

“實驗探究”主題下的教學提示反映了教學建議的這一理念，其從科學探究的4個要素——問題、證據、解釋、交流的角度出發，結合具體的活動案例給出了教學策略建議，指導教師如何利用物理實驗培養學生的科學探究素養，貫徹落實實驗探究課程的育人價值.

3.2 利用實驗實現教學方式的多樣化

2022年版《課標》的教學建議提出要靈活運用多種教學方式，發揮不同教學方式的育人功能，促進教學目標的有效達成.實現教學方式多樣化的重要途徑之一是對實驗探究教學進行精心地規劃.下文將闡述如何在實驗教學中實現教學方式的多樣化.

3.2.1 注重“做中學”

“做中學”思想主張讓學生從經驗中學習，通過解決問題來學習，倡導讓學習者在面臨實際的疑難情境時，通過反省性思維來分析、思考問題，提出可能的解決方案，運用理智對各種假設進行推敲，用行動進行實際檢驗.[8]“做中學”充分發揮了課程的實踐性，對學生的發展具有重大的意義.

在物理課程中，實驗探究是“做中學”的重要形式之一.因此，上足上好實驗課保證了“做中學”這一教學方式功能的發揮.

3.2.2 關注情境化教學和問題教學

2022年版《課標》認為，情境化教學利用生動具體的情境，引導學生從經驗中概括、提煉事物的共同屬性，抽象事物的本質特征，以新奇的現象激發學生的興趣，通過認知沖突引發學生深入思考，進而引導學生從生活走向物理.問題教學則為學生提供了一個交流、合作、探索、發展的平臺，促使學生在問題解決中主動運用知識，讓學生在問題情境中探索和發現知識，掌握技能，發展創新思維.因此，在包括實驗探究教學的各類教學過程，應當倡導情境化教學，突出問題教學.

2022年版《課標》在“實驗探究”主題的教學提示中提到：“要引導學生發現問題、提出問題，啟發學生作出猜想和假設，盡量利用身邊的情境引導學生去發現問題、提出問題.”由此可知，不僅情境化教學和問題教學能夠豐富和完善實驗探究課程，而且實驗探究教學本身的特點就有助于情境化教學和問題教學的展開，二者互相促進共同實現自身獨有的育人價值.

3.2.3 合理運用信息技術

2022年版《課標》在教學建議部分提出要合理運用信息技術.信息技術在教與學中的應用不僅能夠創新教學方式，提升教學效率，還能幫助學生適應數字時代的要求，提升學生運用信息技術的能力.在實驗探究教學中，信息技術的應用可以在實驗現象的呈現，實驗數據的統計、分析和處理，實驗方案的改進等方面優化實驗教學，擴展了物理實驗的教學功能.[9]

“實驗探究”主題中內容要求下的活動建議舉例說明了如何在實驗探究中合理運用信息技術——嘗試用力傳感器探究影響浮力大小的因素或杠桿的平衡條件.

3.3 確保實驗教學質量

筆者曾對高一年級學生的物理實驗能力進行研究.高一年級學生從初中畢業之后，升入高中學習的時間不長，他們的表現能部分反映初中畢業生的表現.研究表明，學生的證據獲取能力發展不平衡，在實驗活動中，學生只能完成教師給定的實驗步驟，不能進行實驗方案的設計；學生對實驗的認識具有碎片化的特點，表現出為記憶而實驗而不是為探究而實驗的現象；學生對待實驗的態度以完成實驗主干步驟為主，認為完成了數據分析即是完成了實驗，學生對教師給出的實驗方案理解不深入，也沒有提高實驗精度、優化實驗方案的意識.以上現象均較為普遍、高發，顯示了目前的實驗教學并沒有真正發揮出自身的育人功能.

2022年版《課標》的課程建議指出要確保物理課程實踐活動的教學質量，其中就包括了要規范物理實驗教學.為確保實驗教學質量，落實實驗的育人功能，以下從“實驗探究”主題的教學提示中凝練出了幾條措施.

3.3.1 從生活走向實驗

2022年版《課標》“實驗探究”主題下的教學提示包含了以下具體的教學活動建議：在測量物體運動的速度時，可測量人步行的速度；在探究浮力大小與哪些因素有關時，可用相同大小的玻璃珠等進行實驗；在探究杠桿的平衡條件時，可在杠桿兩側懸吊學生常見的物體使杠桿平衡.這些教學活動均利用了生活環境資源開展實驗教學.

將生活化的情境引入實驗教學或者利用生活環境資源開展實驗并組合或加工出“非常規”的現象，能夠讓學生體會到物理就在身邊，讓學生感受物理與科技、社會、自身之間的緊密聯系，符合“從生活走向物理，從物理走向社會”的物理課程理念.[4]

3.3.2 儀器的比較和選擇

合適的實驗儀器能夠讓實驗現象更加明顯、實驗操作更加簡便、實驗數據更為精準、實驗結論更加可靠.2022年版《課標》“實驗探究”主題下的教學提示給出了有關實驗儀器選擇的具體的教學活動建議：在測量物體質量時，可用托盤天平，而在測量物體密度時，可用電子天平測量質量，以使實驗更加便捷；在探究導體在磁場中運動產生感應電流的條件時，可用磁性較強的磁體進行實驗；在探究凸透鏡成像規律的實驗中，可用發光二極管等光源做成F形作為發光物屏，以判斷像的正倒和測量像的長度.這些教學活動建議提示了教師：在實驗探究過程中，應當從所有可用的實驗儀器中選擇最符合實驗目的、教學目的的實驗儀器開展實驗.

3.3.3 發揮學生的主體性

2022年版《課標》“實驗探究”主題下的教學提示強調了要讓學生親自參與實驗的各個環節.例如，有條件的學校應盡可能多地給學生創造動手實驗的機會；給學生提供自主探究的時間和空間；鼓勵學生設計實驗方案、自制實驗器材、改進實驗裝置及操作方法；鼓勵學生發表見解；引導學生思考實驗方案的目的.

讓學生積極主動地參與實驗探究，在問題、證據、解釋、交流的各個環節都能 充分發揮自身的主體性.這符合了建構主義的學習觀——即學習者不是被動的信息吸收者，學習者要主動地對信息的意義進行建構；學習也不是簡單的信息積累過程，它同時包含由新、舊經驗的沖突而引發的觀念轉變和結構重組.[10]

3.3.4 加強實驗課程資源的開發與利用

2022年版《課標》“實驗探究”主題也對實驗課程資源的開發和利用提出了建議.2022年版《課標》提到教師在實驗教學中應準備好實驗器材和場地，學校應增加實驗室的開放時間，為有興趣的學生提供場地、器材、指導等方面的支持.

課標在課程實施部分詳細闡述了實驗室課程資源的開發與利用，包括配備專門的實驗室和基本儀器設備；提倡師生用身邊的物品開發實驗器材；有條件的學校可配備數字化器材；有條件的地區和學校可建設綜合實驗室.

4 結語

2022年版《課標》強化了實驗在義務教育階段物理課程中的基礎地位，凸顯了實驗在育人方面的獨特功能，充分體現了物理學科的實踐性特點.[11]本文從課程內容、學業要求、教學提示3個方面梳理了2022年版《課標》對實驗教學的要求，探討了實驗探究模塊的教學變革，幫助一線教師理解2022年版《課標》的修訂理念.實際教學中，教師應當關注課程內容的變化，思考實驗在教學中的目的與意義；分析核心素養統領的學業要求，落實實驗的育人價值；參考教學提示的建議，進一步優化教學.