物理實驗教學研究的回顧與展望

【摘要】探尋我國物理實驗教學研究的貢獻，不僅有助于完善物理學科教學研究體系，也有利于推動中國物理教學研究體系的國際傳播。文章基于CNKI中國知網數據庫的檢索，對1981至2022年《課程·教材·教法》刊載的92篇物理實驗教學研究文獻的分析發現，研究從宏觀層面介紹了國外物理實驗教學的情況，探討了物理實驗教學中融入科學素質的實施現狀以及物理實驗的課程標準與教材建設，從微觀層面上深入分析物理實驗的教學、學習、評價等問題。

【關鍵詞】物理實驗；教學研究；《課程·教材·教法》；文獻分析

【中圖分類號】G633.7【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）18—0071—05

物理實驗凝練了物理學在改變世界的發展中所展現的創新思維方法、實驗技能、科技成果及人文精神，在培養學生創新思維、探究精神、實踐能力等方面發揮著無可替代的重要作用。為此，探尋物理實驗教學內容、方法、評價等方面的優化是不少物理教育研究者關注的重點，這些工作也為物理教育研究尤其是物理實驗教學研究提供了更多的思路與方向。

鑒于《課程·教材·教法》作為反映國內外教育課程、教材及教法領域的最新研究成果和先進經驗的權威學術期刊，對我國教育（尤其是基礎教育）課程、教材、教法改革研究有一定引領作用，因此，本研究通過梳理《課程·教材·教法》刊載的有關物理實驗教學的研究，以期了解研究進展、尋找研究突破，進而推動物理實驗教學研究的進一步發展。

一、研究概貌

以CNKI中國知網為數據庫，在《課程·教材·教法》期刊中以“物理”為關鍵詞檢索文獻，得到396條記錄（截至2022年12月31日），經篩選得到與物理實驗教學研究相關的有效文獻92篇，通過文獻計量和內容分析對其年度分布、主要貢獻者、研究類型作了概述。

1.年度分布與主要貢獻者。物理實驗教學研究的每年發文量在近四十年來始終保持在一定的數量范圍內，沒有出現明顯的增減趨勢（如圖1所示）。20世紀80年代，處于改革開放初期的我國經濟開始復蘇，或是因為教育與政治、經濟的發展一脈相連，中小學建設得以推進，又或是因為在基礎教育中強調作為第一生產力的科學技術，物理實驗教學研究引起了教育研究界的關注，相關研究孕育而生，發展穩定。20世紀90年代以后，隨著我國推進示范性高中和重點大學的建設，為科技強國打好人才根基的培養目標也為物理實驗教學研究提供了契機，研究數量有較為明顯的增加，但是在20世紀末出現持續下降。21世紀以來，相關研究的數量沒有大幅度的提升，明顯的數量增長可能與2000年、2003年、2011年、2017年的幾次物理課程改革相關，但其影響具有明顯的時效性。

了解該領域研究的主要貢獻者，可以為相關研究人員提供指引，把握該領域研究的主要動向。為了合理評價研究者的貢獻，本研究只統計文獻的第一作者，且不重復統計[1]。經統計，共63位研究者貢獻了92篇文獻。從其工作單位來看，研究者分別來自高等院校（38人）、中小學或中等職業學校（12人）、研究機構（9人）、出版社（4人），說明專門從事研究的工作者與一線教師都在致力于推動物理實驗教學的更好發展。

2.研究類型。按研究方式可以將文獻分為描述型、應用型和綜述型三類，本研究取樣的物理實驗教學研究文獻以前兩類為主。描述型文獻主要是通過概念、判斷和推理等邏輯形式，結合議論、說明等表達方式，分析事物、闡明事理，以闡述研究者的新觀點和新見解。在44篇描述型文獻中，研究者介紹了國外物理實驗教學的情況，為我國物理實驗教學及其研究的推進提供了借鑒，同時也讓物理教育工作者與學習者熟悉了國外物理實驗課程標準及教材內容，使之把握各國、各地區物理實驗教學的動向。

應用型文獻是以某一社會現象或問題作為研究對象，運用理論來判斷和分析實證調研收集到的數據資料，并提出應對政策或措施。在47篇應用型文獻中，研究者圍繞核心素養的話題調查了物理實驗教學中融入科學素質的實施現狀，提出策略以促進科學素質教育的有效實施，研究者還通過分析教學與學習現狀等方面，對物理實驗教學策略、學習方法等開展研究，以促進高效教學和有效學習。

綜述型文獻是以某領域中的某一問題為研究對象，以縱向、橫向和縱橫向等描述向度，通過歸納、總結等方式對前人已取得的研究成果加以介紹或評論，并發表作者自己的見解。92篇文獻中僅有一篇是綜述型文獻，是研究者就某期刊收錄的物理教育研究文獻進行分析。由此可見，本研究針對《課程·教材·教法》收錄的物理實驗教學研究相關文獻進行系統梳理與分析，并有一定的理論價值及實際意義。

二、研究主題

1.國外物理實驗教學的引介。對國外物理實驗教學的引介主要涉及一些國家的學校體制、物理課程設計、物理課程實驗教學大綱、中學物理教材等內容。這些文獻主要集中于1981年至1993年，最近的一篇文獻發表于1993年，說明就該期刊而言，對國外物理實驗教學的關注在近29年以來出現了停滯。相關研究主要使用內容分析法，從宏觀上為國內研究者提供了物理實驗教學及研究的國際視域。例如，邢蕙蘭概括了意大利學校體制改革的情況，討論了物理課程和物理教師培訓等問題[2]；汪震球介紹了前蘇聯基礎教學物理課程實驗教學大綱[3]；張大昌介紹了英國的中學物理教材[4]；雷樹人則多次撰寫論文介紹英國納菲爾德高級水平物理課程的設計、美國中學物理教學見聞、日本中學物理科的課程教材和教學[5]。這些研究者的工作為物理實驗教學的比較研究奠定了良好的基礎。

2.物理實驗教學中融入科學素質的研究。《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》指出，科學素質是國民素質的重要組成部分，是社會文明進步的基礎[6]。科學素質又稱為科技素質、科學素養，雖然提法不一，但含義基本相同。公民要具備的科學素質是指崇尚科學精神，樹立科學思想，掌握基本科學方法，了解必要科技知識，并具有應用其分析判斷事物和解決實際問題的能力。因此，將科學素質融入物理實驗教學也成為研究者的關注點。

基于大量實證研究的結果，研究者普遍認為探索性實驗可以激發學習者的好奇心和想象力，增強其科學興趣、創新意識和創新能力，以培育具備科學家潛質的人才，為加快建設科技強國夯實人才基礎。例如，邢紅軍和李金銘從觀察與測量、發現問題并尋求解決問題的方法、解釋數據并作出概括、設計及檢驗和修改一種物理模型、興趣和態度等五個層次對學生在實驗探索中的行為提出要求，對高中物理探索性實驗的研究有所幫助[7]。邢紅軍還指出，探索性實驗在激發學生學習興趣、提高動手操作能力，特別是培養學生創造性思維能力方面發揮著重要的作用[8]。謝孟耘和羅瑩發現，學生進行物理實驗隨物理課程教材的發展相應演變，依次呈現出天然的、覺醒的和全面發展的三類科學探究特征[9]。在教學上，項華和李永艷還提出了注重觀察與實驗教學、注重培養學生運用物理圖象解決問題的方式、習慣和能力、注重選用現代教育技術手段開展情境教學等建議。

3.課程標準及教材的研究。物理實驗課程及教材方面的研究一般是體現在整個物理學科課程研究中。研究者主要圍繞物理課程標準及教材在實驗部分的編寫依據、框架、維度、內容等方面展開內容分析與比較研究。研究者分析并比較了國內物理課程標準和教材在實驗部分的歷史沿革，并介紹了國際上一些國家的課程內容，為完善我國物理實驗課程體系建設、提高育人質量提供了參考。彭前程在課標及教材研究方面產生了一系列成果。他曾將《普通高中物理課程標準（2017年版）》與《普通高中物理課程標準（實驗）》進行比較，指出兩者在理念、目標、內容、評價等方面的變化[10]。在課程與教學改革上，彭前程早就認為高中物理教材的編寫要加強實驗內容，指出實驗的特點及其在物理教學中的重要性，他還以人教版高中物理新課標教材整體設計為前提，提出了普通高中課程標準物理教材的整體設計思想。張大昌則是從教材角度重新審視科學課程新理念，研究了科學課程的三維課程目標，強調了科學探究在教學中的作用[11]。此外，針對科學、技術、社會（簡稱STS）這一世界各國科學教育改革的新構想，邢紅軍指出高中物理教材編寫應當進一步滲透STS，并詳細闡釋其必要性、重要性和具體滲透方法。

4.物理實驗教學策略的研究。除了上述從宏觀層面對課程建設、素養發展等方面的研究，不少研究者立足于教與學本身，深入探討了一些實踐問題。物理實驗教學策略的研究便是其中的一個重要部分，研究圍繞科學探究過程、探究教學模型、科學本質教育教學技能、生活視域下探究活動設計等論題展開，在“實踐——理論——反思”的非線性變化過程中，通過不斷試錯尋找相對正確的實踐與理論。這些細致入微的研究加深了教育工作者關于物理實驗教學策略及其研究的重要性認識，從中得到了關于物理實驗教學策略的改進措施，并促進了物理實驗教學的有效實施。具體而言，葉建柱以探究式教學中的科學假說討論了怎樣讓學生經歷真正的科學探究過程[12]。王文清等人根據對物理學科和中學生學習物理的認知建構本質的理解，在借鑒當代科學教育相關研究成果的基礎上，提出了由問題定位、誘導探究、焦點突破、知識表征與研討、應用整合等五個要素構成的“促進科學認知發展的探究教學模型”[13]，為改變中學物理探究教學提供一個可供選擇的途徑。郭玉英基于對一線教師的調查研究，揭示了高中物理教學中科學本質教育的現狀，并提出了發展教師關于科學本質教育的相關知識和教學技能的策略[13]。張偉和郭玉英致力于生態化物理教學的理念，從促進學習者全面和諧發展的視角論證了“非常規”物理實驗教學的重要價值，認為是中學物理教學的基礎[14]。林桐綽總結了實驗的類型、實驗研究的方法和處理數據的方法[15]。鐘鵬明討論了對初中物理邊學邊實驗教學的看法與認識[16]。劉增澤和潘蘇東提出要在生活視域下創設問題情境，構建探究活動，以促進學生自主性知識建構[17]。

5.物理實驗學習的研究。在優化教學策略的同時，學習者學習的轉變作為提升教與學質量的另一方面，也受到研究者重視（盡管相較于教學策略研究，稍顯薄弱）。學習研究圍繞學習者對物理實驗的態度、探究能力、具體學習方法與問題解決方式等方面展開，為促進學習者由被動學習轉變為主動學習提供了依據。例如，張軍鵬以教育心理學相關理論為基礎，對中學生關于物理實驗的態度作了實證研究[18]，并在探究的問題情境下研究了學生的科學探究能力。朱鐵成和胡曉娟則是從認知心理學的角度出發，研究了差異性實驗的特征，希望促進學習者形成學習內驅力和學習的內在動機，進而優化學習方式[19]。在具體的學習方法方面，一部分研究者專注于物理實驗問題解決，而問題解決方式的轉變恰恰是學習方法轉變的一個重要方面。陳峰則強調“問題串”理念，論述了在物理教學中使用“問題串”引導學生發現問題、解決問題的重要性[20]。朱鐵成進一步澄清了發現問題情境和呈現問題情境的本質區別，認為前者重點在主動探索，而在實驗教學中就應激發學生主動創設問題情境的能力，再進一步解決問題[21]。

6.物理實驗教學評價的研究。教學評價為物理實驗教學與學習提供反饋，反映了教學質量并指引著進一步教學的展開。研究者通過教學評價體系的完善與具體評價方法的開發，致力于讓教學評價更真實，并有效地提供關于物理實驗探究效果的信息，在提高評價準確性的同時為教學改革引路。研究內容與前幾個研究主題中的某些視角不謀而合。例如，熊春玲探索了初中物理科學、技術與社會教育運行機制，通過構建評價體系保證STS教育的落實[22]。鐘鵬明將學生的實驗成績和觀察與實驗能力等內容歸入學生物理學習的基本結構，作為評價學生物理學習成績的依據之一[23]。張軍鵬對中學物理實驗教學目標的分類、測量與評價的研究則是基于多元視角[24]。

三、研究展望

1.加強外部合作，拓寬國際視野。盡管研究者引介了國際上一些國家在物理實驗教學方面的成果，但是系統地與我國物理實驗教學的各方面進行比較與借鑒的研究很少，而且此類研究也停滯在較為久遠的年份。為此，研究者需進一步加強對國外物理實驗教學研究的學習，通過出國訪學、國際合作研究、組織和參加國際學術會議、邀請國外研究者來華等多種方式展開和國外物理實驗教學研究者的交流及合作，讓我國物理實驗教學研究找到更適合自己的發展方向，為我國物理實驗教學改革拓寬路徑。

2.增強內部融合，立足跨領域多元視角。除了增強國際上的外部合作與交流之外，我國物理實驗教學研究也應在內部尋求多元整合。首先是研究團體的優化，要促進來自不同機構、從事不同研究方向研究者之間的溝通，構成新的研究團體以互補優勢，在關注研究針對性的同時提升研究的系統性。其次是理論與實踐的整合，使我國物理實驗教學研究展開“實踐——理論——反思——實踐——更新的理論”如此系統的循環研究過程。最后，從跨領域視角看待物理實驗教學，尤其可以將其與信息技術的融合作為重要的研究方向之一。

3.探尋物理實驗本質，彰顯學科特色。在拓寬視野與增強各方融通的同時，仍然要關注從探尋物理實驗的本質出發，使研究彰顯學科特色。一方面，作為物理課程的一部分，物理實驗在課程標準和教材上的建設應給予單獨關注，將其從現有的課程中獨立出來或許會造成與整個物理課程的割裂，但是有必要將其看作是一個相對完整的部分，探索一套屬于物理實驗的教學理念、目標、內容和實施建議等。另一方面，要回歸物理實驗本質進行研究思考：物理實驗在物理學中扮演什么樣的角色？物理實驗教學究竟占據何種地位？物理實驗教學在實驗現象、物理規律等學科內容的呈現上希望學習者了解什么？區別于其他學科和其他物理內容的實驗部分將生發何種獨特的教學過程和學習心理？諸如此類的問題將有助于明確物理實驗的內涵與精神，進而把握物理實驗教學和學習的重點與難點，也能避免讓實驗淪為展示或機械操作。因此，研究的根基與最終的歸宿都在于物理實驗本身，如此才能讓研究成果彰顯物理學科尤其是物理實驗的特色，也能促使關于課程、教材、教法等方面的建議更具針對性。

總之，物理實驗是物理學科的重要組成部分，物理實驗教學是物理教育的必備環節，所以物理實驗教學研究理應在物理教育研究中發揮作用。《課程·教材·教法》的載文體現了我國物理實驗教學研究近四十年來的發展，然而研究仍需在橫向與縱向兩個維度上繼續推進，同時，《課程·教材·教法》也可以通過開設研究專欄、組織學術活動等方式促進研究愿景的實現。

參考文獻

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（本研究受“蘭州理工大學紅柳一流學科建設計劃”資助）

編輯：張昀