高中物理教材實驗欄目的對比分析與使用建議
——以人教版和粵教版教材選擇性必修二為例

鄭柔純，李德安

華南師范大學物理與電信工程學院，廣州 510006

《普通高中物理課程標準（2017 年版）》（以下簡稱“新課標”）明確指出將科學探究作為物理學科核心素養之一，強調引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力［1］。教材中的實驗欄目是培養科學探究素養的主要載體，其重要性不言而喻。因此，本文以高中物理選擇性必修二為例，從對比層面剖析粵教版教材的“實驗與探究”欄目與人教版教材的“實驗”欄目的設計意圖與處理特點，基于此提出了使用實驗欄目的教學建議，以期幫助教師更好地把握該欄目的編寫理念，有效落實科學探究素養的培養。

1 兩版教材實驗欄目的對比分析

對比分析兩版教材在實驗欄目上的圖表呈現、實驗結構等方面的編寫特點與內容優劣，有利于教師更好地把握該欄目的編寫意圖。

1.1 圖表呈現

在圖表的呈現上，兩版教材均有效地利用了生活實物圖、實驗原理圖等各種圖像呈現真實的實驗情境，均重視用表格呈現相關數據關系，體現了以學生為主體的教育理念。在教學中，可以結合兩版教材中的各種圖表，給予學生更直觀的認識。但分析可知，兩版教材在部分圖像與表格的選擇與取舍上側重點有所不同。

（1）粵教版更重視流程圖的使用。例如，在“探究影響感應電流方向的因素”實驗中，粵教版采用了基于問題設計的流程圖的形式展示實驗方案（圖1），更好地幫助學生厘清實驗設計的思路。

圖1 實驗探究方案流程圖

（2）人教版更注重考查設計表格的能力。例如，在探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系的實驗中，粵教版直接展示了實驗數據記錄表，而人教版則通過文字描述引導學生自主設計實驗數據表格，更有利于學生進行思維訓練，從而提升學生自主學習、科學探究的能力。

1.2 實驗結構

1.2.1 兩版教材均強調實驗前做好鋪墊

兩版教材在實驗前的文字表述的共通點主要有以下兩點：（1）抓住新舊知識的邏輯或者創設物理情境展開；（2）通過提問設疑的方式引導學生明確實驗探究目的。總體而言，兩版教材在引入實驗欄目內容前均做了很好的鋪墊，大部分表述符合學生的學習基礎和認知發展，教師可以結合兩版教材互相參考。

然而，兩版教材在“探究影響感應電流方向的因素”實驗前的文本表述的跳躍層次有所不同。粵教版將“具體影響因素的呈現”歸類在欄目中，引導學生通過實驗探究進一步猜想與假設，而不采用人教版在欄目前直接呈現的方式。相對而言，粵教版通過實驗探究引導學生一步步得出影響感應電流的因素，環節間的跳躍、過渡更符合學生的認知發展水平，更有利于學生科學思維能力和探究意識的發展。

1.2.2 兩版教材均注重利用問題、留白引領探究

兩版教材中的欄目設置均呈半開放式［2］，并不直接給出實驗結論，而是有意識地在關鍵實驗操作或現象處提問、留白，引導學生思考并討論。例如，人教版在“探究光敏電阻特性”實驗中給出了4 個問題：在室內自然光的照射下，電阻約有多大？ 用手掌遮光時電阻又是多少？ 用陽光直接照射呢？ 改用其他經過處理的電阻重做實驗，結果相同嗎？ 利用4 個針對性的探究性問題，實現把整體的探究活動分解為一系列驅動性任務的目的，促進學生的知識理解與思維發展。

又如，粵教版在“探究渦流的機械效應”實驗中，在給出一個參考實驗設計思路的同時鼓勵學生利用已有的實驗條件設計出其他實驗探究方案，這種拓展性留白有利于活躍學生思維，引導他們大膽猜測、親身實踐，促進探究能力的發展。

1.2.3 兩版教材科學探究開放程度存在差異

人教版在“實驗”欄目設置了4 個實驗，其中“探究光敏電阻特性”“探究熱敏電阻特性”2 個實驗均只提供了簡潔的實驗操作及問題引導，更側重鍛煉學生自主設計實驗、自主分析實驗現象與數據的能力，科學探究開放程度較高。粵教版在“實驗與探究”欄目編排了9 個實驗，整體花了較多篇幅呈現實驗設計思路及提供實驗方法，側重于強化學生對探究過程的體驗，引導學生掌握科學探究的方法，總體來說科學探究開放程度較低。

1.3 實驗方案

新課標明確指出，應重視數字實驗，創新實驗方式［1］。基于此，粵教版在“實驗與探究”欄目中設置了“探究磁體的磁場分布是否隨時間發生變化”的數字化實驗，不僅為學生深入學習與研究數字化實驗提供機會，還能進一步加深學生對磁場概念的理解。

2 兩版教材實驗欄目的使用建議

基于上述分析，具體提出高效使用實驗欄目的教學建議，為教師更好地進行實驗教學設計提供參考。

2.1 創設符合學生認知需求的探究情境

在探究實驗前，教師應有意識地創設符合學生認知需求的物理情境，進一步激發學生的好奇心與求知欲，為后續研究問題提供必要的知識準備。教師可從以下幾方面創設情境：第一，從學生的日常生活中挖掘鏈接新知識的教學資源，促使他們在充分利用已有經驗的基礎上建構新知識；第二，從對學生已有知識的分析引申和邏輯展開中發現問題，喚醒學生的認知沖突，促使學生將已有知識遷移、應用到新知識的問題解決中；第三，借助生動有趣的物理學史實或故事，設置激發學生學習興趣與求知欲望的問題。

例如，在“探究洛倫茲力方向”實驗前，通過“旋轉的液體”魔術創設物理情境（圖2），引導學生觀察導電溶液在磁場作用下發生的神奇的旋轉現象，促使學生產生認知沖突，為引入洛倫茲力方向的學習做好鋪墊。

圖2 旋轉的液體

2.2 巧用思維地圖展示實驗設計脈絡

思維地圖作為一種知識可視化工具［3］，能直觀地展示思維過程，呈現知識螺旋上升的脈絡，有利于幫助學生發展對比分析、邏輯推理、發散思維的學習能力。在探究實驗過程中，教師可以利用流程圖、樹狀圖等思維地圖展示實驗設計脈絡，從而讓學生對整個實驗過程有宏觀上的理解與掌握。

例如，在“探究影響感應電動勢大小的因素”實驗中，教師可以引導學生以小組為單位進行討論，畫出流程圖（圖3）。

圖3 流程圖

2.3 增設實驗表格設計的環節

表格具有簡潔直觀、數據集中、通俗易懂的優勢。在進行表格設計時，教師應以填空的形式引導學生根據實驗內容填補待用表格中的關鍵信息，幫助其明確表格中各信息間的內在聯系，促使學生在設計表格的過程中提升數據記錄、對比、分析、綜合的能力，同時強化學生基于證據的歸納推理能力的發展。

表1 實驗設計表

2.4 設置指向明確的探究性問題

好的物理課堂應該是師生共同提出、分析、討論并解決問題的多邊互動過程［4］。因此，教師需在厘清學生的認知發展水平和知識能力的基礎上，深入研究并設計指向明確、環環相扣的探究性問題，從而激發探究欲望，促進學生科學推理與質疑創新的科學思維能力的發展。

例如，在“探究渦流的機械效應”實驗中，轉動磁鐵，引導學生觀察鋁框的運動（圖4）。在分析實驗現象時，設計如下問題串：“鋁框運動起來說明其受到力的作用，該力是誰施加的？ 這是個什么力？ 這個力是怎么產生的？ 既然磁鐵對鋁框施加了力，鋁框對磁鐵也必然施加了力，那磁鐵受到的力是動力還是阻力？”利用層層推進的問題串，促使探究逐步深入，學生在問題引導下深入理解電磁驅動規律的同時，思維能力也得到了發展。

圖4 鋁框的運動

2.5 運用“留白”藝術啟迪思維

將“留白”藝術合理地運用在教學上，不僅能給學生留下更多思考、探究、創新的發展空間，還能促使學生學習能力階梯式提升。常用的留白方式有以下幾種：第一，在關鍵的實驗操作、原理處設置探究性留白，促使學生通過實驗探究完成“補白”的任務；第二，在相關的實驗方法處設置啟發性留白，有效地鼓勵學生積極思考，敢于推測，主動嘗試分析并解決問題；第三，在易忽略的實驗細節處設置計劃性留白，從而進一步培養學生關注細節、認真嚴謹的科學作風；第四，在解難答疑處設置拓展性留白，鼓勵學生課后思考，獨立解決問題。

例如，在“探究安培力方向”實驗中（圖5），有學生認為教材中的實驗裝置不夠嚴謹，導體棒向外擺動可能受到了斜向上、斜向下等方向的力，這并不能直接證明安培力、磁感應強度、電流三者方向兩兩垂直的結論。針對學生的質疑，教師應肯定學生的想法，并引導學生在課后自行設計該實驗的改進方案。通過設置課后拓展留白，給予學生更多展示自我、自主發揮、深入研究的機會。

圖5 實驗裝置圖

3 結語

總之，人教版和粵教版選擇性必修二中的實驗欄目均很好地發揮了實驗在物理教學中的育人功能。兩版教材在圖表呈現、實驗結構與實驗方案上的選擇各有側重，對同一實驗的處理也有所差異，教師應在充分理解教材編寫意圖的基礎上，對比并汲取兩版教材中實驗設置的優點，根據實際教學情況選擇適合的教學方案，優化實驗教學。