核心素养视角下人教版高中物理新旧教材实验设计对比分析

楚蕊 彭朝阳

摘   要：2017版物理新课标将课程目标由“三维目标”调整为“学科核心素养”，根据新课标编写的教程也出现了变动。本文选取人教版物理必修一新旧教材为研究对象，对这两本教材的实验设计进行对比分析，分析这些变化如何体现物理学科核心素养的目标。

关键词：高中物理;核心素养;实验设计

从教材编写的角度，人教版物理新教材将实验分为独立小结实验、问题栏目下的实验、实验栏目下的实验、演示栏目下的实验、做一做栏目下的实验以及拓展学习、科学漫步、练习与运用中涉及的实验[ 1 ]。分析新旧教材实验设计的变化，能让教师在更好地理解和把握教材的基础上，通过实验教学，促进学生更全面的发展。本文选取人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》（2005）必修一与人教版普通高中教科书《物理》（2019）必修一两本教材，从核心素养视角出发，进行实验设计的比较与分析。首先对新旧教材实验变化进行比较分析，包括新旧教材实验总体比较;显性和隐性的呈现变化分析;然后基于核心素养结合实例分析新旧教材的实验设计。

1  新旧教材中实验变化比较分析

1.1  新旧教材实验总体比较

新教材共有11个栏目，而旧教材共有8个栏目[ 2 ]，除了独立小结实验，两版教材涉及与实验相关的栏目如表1所示，可以看到新教材与实验相关的栏目变多了，增加了问题栏目、拓展学习栏目以及复习与提高栏目。新教材为学生提供了更多的实验内容，体现了新教材对实验的侧重，拓展了学生的视野并注重培养其实验能力以及严谨的科学态度。

1.2  新旧教材实验显性变化比较分析

新教材除了新增实验栏目，有些未变化栏目下所设计的实验也发生了改变。所谓的显性变化是从大结构上对实验进行调整，比如直接新增、删除、或者改进部分实验。从显性角度进行分析，新教材新增实验如下：

（1）做一做：用手机测自由落体加速度

（2）实验：探究弹簧弹力与形变量的关系

（3）做一做：在电梯板放体重计，观察其示数的变化

（4）复习与提高：地铁启动时加速度的测量

新版教材在做一做栏目下新增了两个实验，在两个实验中，手机、电梯、体重计等都是日常生活中常见并能接触到的物体，学生利用身边常见物品进行实验，不仅培养动手能力，同时加深学生对自由落体加速度、超重、失重等相关概念的理解;在复习与提高栏目下新增了测量地铁启动时的加速度实验。地铁已成为日常出行必不可少的交通工具，测量常见交通工具的物理量，体现了新教材在实验的设计上顺应时代的发展，满足学生的发展需要，能够让学生对STEM形成一个新的认识，有利于培养学生的科学态度与责任[ 3 ]。在实验栏目下新增探究弹簧弹力与形变量的关系实验，在旧版教材中该部分的内容是直接给出的，没有实验探究过程，新教材需要学生进行这样的一个探究实验，然后得出弹簧形变量与弹力大小的定量关系。充分体现新教材在实验设计上注重培养学生的探究素养。

1.3  新旧教材实验隐性变化比较分析

隐性变化是指实验内容没有发生改变或者只在原来内容的基础上新增了部分实验内容但实验的位置发生了变化。从隐性角度进行分析，如表2所示，新教材对某些实验从位置上进行了调整，2005版教材中“实验：用打点计时器测速度”属于独立小结实验，正文部分包括了“练习使用打点计时器”和“用打点计时器测量瞬时速度”两部分内容;2019版教材删除了独立小结实验，将“练习使用打点计时器”这一部分内容放在了第一章第二节“时间位移”的实验栏目下;将“用打点计时器测量瞬时速度”变成“测量纸带的平均速度和瞬时速度”放在第三节“位置变化快慢的描述——速度”的实验栏目下。相比较之下，新新教材更加注重实验的顺序，学生在了解了时间、位移等相关概念之后，练习使用打点计时器测量时间和位移，在学会新的实验测量方法的同时加深对概念的理解，也为接下来第三节测量平均速度和瞬时速度作铺垫，让学生对打点计时器的实验操作有一个熟悉的过程[ 3 ]。旧版教材做一做栏目下的两个实验在新版教材中被放在了拓展学习栏目下，传感器在日常生活中并不常用，学生操作起来不是很便利，而拓展学习是新版教材新增的栏目，主要的目的是让有条件或者感兴趣的学生自行学习与操作，满足他们的发展需要。

2  基于核心素养结合实例分析新旧教材的实验设计

2.1  新教材新增栏目下的实验例子分析

问题栏目是新教材新增的栏目，有些章节在问题栏目下以实验情境作为节首，在课堂教学中，实验导入是新课导入的常用的方法之一，也是帮助学生理解物理概念和掌握物理规律的重要方法[ 4 ]，提问过程中在实验演示的同时描述实验现象。不仅激发学生思维，还帮助学生对新授概念有更深刻的感性认识，实例分析如下：

【实例1】新版教材物理必修第一册“自由落体运动”一节问题栏目以实验情境作为节首，教材上的表述如下：

问题：站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落得快？在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团，让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看看哪一個下落得快？结合实验及生活中的经验，讨论：什么因素影响物体下落的快慢？

本节课在问题栏目下以实验情境进行导入，首先抛出第一个问题让学生进行质疑与猜想，引发学生的思考，接着进行实验演示，所呈现的实验现象一方面是激发学生思维的动力，另一方面通过实验容易得出空气阻力影响物体下落得快慢，进一步引发思考，若是没有空气阻力物体是否就能下落得一样快？学生经历了思考、演示与观察、思维碰撞等过程，更易理解自由落体运动的运动规律，形成综合的物理观念。

2.2  新旧教材同一栏目下的实验例子分析

新旧教材在相同的栏目下设置了相同的实验情境，但新版教材对实验的内容进行了微调。实例分析如下：

【实例2】旧版教材物理必修一“牛顿第三定律”一节实验栏目下“探究作用力与反作用力”表述如下：

把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A。如图1所示。可以看到两个测力计的指针同时移动。这时，测力计A受到B的拉力F'，测力计B则受到A的拉力F 。F 与F'有什么关系？

它们受力的方向有什么关系？

实验验证结束后给出了牛顿第三定律的内容。

【实例3】新版教材物理必修第一册“牛顿第三定律”一节实验栏目下“用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系”表述如下：

探究作用力与反作用力的关系，要同时测量这两个力，你认为应该如何测量？我们可以通过图2所示的装置进行实验，将A、B两个弹簧测力计一端连接，B的一端固定，用手拉测力计A。可以看到两个测力计的指针同时移动。这时测力计B受到A的拉力F，测力计A受到B的拉力F'，F 与F'有什么关系？

上面是通过弹力进行的实验，摩擦力满足上面的关系吗？如果是不相互接触的力呢？实验验证结束后进一步给出牛顿第三定律的内容。

两个实验为同一个探究性的实验，但文字内容表述具有区别，旧版教材直接给出了实验的内容与方案。显然，开门见山的表述缺乏让学生进行思考、质疑的过程。新版教材先提出问题，一方面它会引起学生对问题的思考，给予学生提出创造性见解的空间，让学生的思维能力得到锻炼;另一方面，保留了让学生进行自主探究的过程，这样的设计可提升学生的科学探究素养。实验论证结束，没有直接给出牛顿第三定律的内容，而是进一步进行设疑，是否还存在其它的可能性不满足上述的实验结论？同样保留了让学生对同一个实验可能会出现不同的观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正的过程，培养学生的科学思维，保留让学生进行实验探究的可行性。通过这一系列过程，学生把与实验有关的结论在头脑中进行提炼与升华后，再给出牛顿第三定律的内容，可加强学生对牛顿第三定律的理解与认识。

3  结语

从整体来看，新版教材的实验设计更贴合学生的生活实际而且顺应时代的发展。手机、地铁等日常生活中常见的工具，是当今社会科技发展的产物，在教材中介绍这些工具，有利于加强学生对STEM等关系的认识，培养学生的科学态度与责任。在节首问题栏目下描述实验情境，或在实验探究中提出相关的问题进行设疑，能更多地让学生进行思考、质疑，有利于学生科学思维能力的提升。给学生提供多种科学活动探究的机会，培养对科学探究的兴趣;学生在经历一系列的思考、质疑、探究、反思、总结的过程后，能进一步加深对物理概念的理解，有利于知识的提炼与升华，形成综合的物理观念。当然，教师在进行具体实验教学实践时需要结合课标仔细分析教材，认真思考如何进行设疑提问，如何最大限度地激发学生的思维，如何让实验结论、物理概念的得出顺其自然，并能在学生的头脑中得到提炼与升华从而形成综合的物理观念。教师要根据实际情况对实验方案进行研究与调整，才能更加高效地提升学生的物理核心素养，促进学生更全面的发展。

参考文献：

[1] 梁旭，彭前程.高中物理新教材实验编写的原则与方法[J].物理实验，2020，40（10）：51-58.

[2] 贺婷玉，孔红艳.從核心素养视角对比人教版高中物理新旧教材的栏目设置[J].物理教学探讨，2020，38（7）：23-27.

[3]刘雯霞.人教版新旧高中物理教材对比分析与教学思考[D].河南：洛阳师范学院，2020.

[4] 李万刚.浅谈演示实验在高中物理教学中的重要作用[J].新课程学习（综合），2010，（9）：23.