陳曉莎 袁海泉

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215006)

教材內(nèi)物理實驗相關(guān)的練習(xí)題，具有建立概念規(guī)律、構(gòu)筑知識框架、檢測學(xué)習(xí)情況、鞏固知識內(nèi)容、培育實驗?zāi)芰ΑB(yǎng)成科學(xué)態(tài)度的功能，對實驗教學(xué)有導(dǎo)向作用.依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡稱新課標(biāo)),人民教育出版社物理編寫組編寫了必修以及選擇性必修共6本新教材.對其中的實驗題進行分析，有利于教師和學(xué)生更好地理解和使用教材，發(fā)揮實驗習(xí)題的核心素養(yǎng)教育功能.

1 整體特征

1.1 重點突出

在高中物理共27章125節(jié)教材中，實驗部分有獨立小節(jié)實驗11個、“實驗”“演示”和“做一做”欄目下的實驗分別是23個、36個、25個，涉及實驗的“拓展學(xué)習(xí)”9個，以實驗為背景的節(jié)首問題情境28個.其中，與實驗有關(guān)的欄目定位分別是：“實驗”是學(xué)生自己動腦、動手操作完成的實踐活動；“演示”是教師操作，學(xué)生觀察、討論的實踐活動；“做一做”是小型的動手操作類活動，目的是引發(fā)思考、體驗和感悟；“拓展學(xué)習(xí)”體現(xiàn)彈性，屬于選學(xué)、選做的內(nèi)容，供有條件的學(xué)校選用[1,2].

新教材實驗題一共70道，其中65道是課標(biāo)規(guī)定21個必做實驗的鞏固和自我檢測，分布在獨立小節(jié)或有“實驗”欄目小節(jié)的“練習(xí)與應(yīng)用”和章末的“復(fù)習(xí)與提高”中，學(xué)習(xí)導(dǎo)向明確，重點突出[3].

1.2 數(shù)量增加

筆者對2019年版新教材和2004年版舊教材實驗題的數(shù)量和占比進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖1和圖2所示.新教材的實驗題總數(shù)是70道，比舊教材實驗題總數(shù)31道多出2倍有余.

圖1 新教材實驗題數(shù)量和占比統(tǒng)計

圖2 舊教材實驗題數(shù)量和占比統(tǒng)計

由圖1和圖2的對比可見，數(shù)量上力學(xué)部分略有增加，其他部分顯著增加.新教材占比最高的是必修3，電學(xué)實驗；而舊教材占比最高的是物理1，力學(xué)實驗.

新教材的必修3對應(yīng)的是舊教材的選修3-1，必修3比選修3-1多出15道題，在原來習(xí)題的基礎(chǔ)上增加數(shù)量，擴大范圍.選擇性必修1和選擇性必修3對應(yīng)舊教材的選修3-3,3-4,3-5這3本教材，實驗題數(shù)量前者總數(shù)為20道，后者只有3道，可見新教材對選擇性必修中實驗的重視，未來的高考實驗題很有可能不再是“一電一力”平分天下的局勢.

2 題目特征

2.1 提升科學(xué)思維層次 培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)

分析每一道實驗習(xí)題中的每一小問的檢測形式，如表1所示.

表1 實驗題檢測形式分布

由表1可知，簡答題形式次數(shù)最多，占比約34.62%，設(shè)計題數(shù)量上排列第三，占比約13.46%，簡答題和設(shè)計題的總和占比約48.08%.可見實驗題重視探究過程，提升科學(xué)思維層次、培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng).例如，必修1第四章“復(fù)習(xí)與提高”A組第7題，3個問題引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷提出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、分析數(shù)據(jù)、得到結(jié)論等科學(xué)探究過程，體現(xiàn)習(xí)題核心素養(yǎng)教育功能.

填表型實驗題數(shù)量明顯增多，因其結(jié)構(gòu)簡單、信息明確、知識覆蓋面廣、兼顧基礎(chǔ)和能力的綜合考查等特點，成了實驗題的新寵.主要對象有3種.

第一種是給出完整的實驗表格如表2所示，要求學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖.

表2 必修1第三章第1節(jié)“練習(xí)與應(yīng)用”第5題實驗數(shù)據(jù)

第二種是要求學(xué)生完善表格，例如表3所示，以表格的形式，整潔美觀、容量大、知識點之間聯(lián)系和對比外顯化.

表3 必修3第十一章第5節(jié)“練習(xí)與應(yīng)用”第1題實驗數(shù)據(jù)

最后一種結(jié)合了前面兩種情況，先完善表格，再作圖，體現(xiàn)了實驗題的綜合性和全面性.如表4所示，依據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出速度，再作出v-t圖像.

表4 必修1第二章“復(fù)習(xí)與提高”A組第4題實驗數(shù)據(jù)

選擇題具有客觀、快捷、知識覆蓋廣等特點，是一種很好的試題題型，但不適合作為習(xí)題題型，因為易導(dǎo)致學(xué)生重結(jié)果，輕過程.所以，實驗題除了其中一小問是對實驗器材的選擇之外，再無選擇的檢測形式.

2.2 搭建梯度 學(xué)業(yè)質(zhì)量水平指向明確

新課標(biāo)將高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分為5級水平，其中“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是高中畢業(yè)生應(yīng)達到的合格要求，是學(xué)業(yè)水平合格性考試命題依據(jù)；學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級考試的命題依據(jù).”

這樣設(shè)置滿足學(xué)生對物理課程知識層次的不同程度學(xué)習(xí)能力的要求，形成知識層次的梯度.

我們細化課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從情境的復(fù)雜性、內(nèi)容的抽象性和應(yīng)用的綜合性3個維度對新教材實驗題的學(xué)業(yè)水平層次進行分類，如圖3所示.

圖3 影響問題復(fù)雜程度的維度

這3個維度的數(shù)值越大，由這3個維度交點所對應(yīng)的長方體體積就越大，說明學(xué)業(yè)水平層次越高,分類結(jié)果具體參照表5.

依據(jù)表5中學(xué)生水平層次建構(gòu)的分類，對每一道實驗題進行定性的界定，統(tǒng)計結(jié)果如表6所示(表中第2至第8欄數(shù)值是習(xí)題的個數(shù)).

表5 實驗題學(xué)業(yè)水平層次分類參照

表6 人教版新教材中各學(xué)業(yè)水平習(xí)題數(shù)量統(tǒng)計

由表6可知，每一本教材中都是水平2的實驗題占比最高，總體上也是水平2數(shù)量最多，占比57.75%.其次是水平3，占比18.31%，水平1和水平4在數(shù)量和占比上都接近，未出現(xiàn)達到水平5要求的實驗題.必修部分水平1和水平2總數(shù)的占比多于選擇性必修部分，體現(xiàn)必修部分的基礎(chǔ)性.教材中實驗題的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平指向明確.

必修2和選擇性必修2都未出現(xiàn)水平1的實驗題，必修2的幾個實驗是必修1中力學(xué)實驗的延伸，必修3是選擇性必修2的電磁學(xué)基礎(chǔ).比如測量做直線運動物體的瞬時速度和驗證機械能守恒定律有多個共同的裝置，都需要使用打點計時器、處理紙帶這些基本功，必修1到必修2，搭建梯度，同一知識點由淺入深，由易到難，層次分明.

選擇性必修1中的實驗對能力和思維要求較高，特別是利用傳感器制作簡單的自動控制裝置，要求解釋新穎的實驗裝置，或者要求根據(jù)裝置特點設(shè)計實驗，大多屬于水平3和水平4的習(xí)題.

3 核心素養(yǎng)指向特征

不同于試題的設(shè)計是為了考查學(xué)生對基本知識的掌握，習(xí)題的設(shè)計思路是怎樣讓學(xué)生學(xué)會做實驗的基本技能.筆者對21個學(xué)生必做實驗的實驗題的每個問題進行學(xué)習(xí)導(dǎo)向分析，具體如表7所示.

表7 新教材學(xué)生必做實驗的實驗題學(xué)習(xí)導(dǎo)向統(tǒng)計

續(xù)表7

由表7可得出以下幾點核心素養(yǎng)指向特征：

3.1 全面考查科學(xué)探究能力

新教材實驗題對科學(xué)探究中問題、證據(jù)、解釋、交流4個要素都有相應(yīng)的檢測.習(xí)題涉及知識點覆蓋面廣，21個必做實驗中19個實驗都有相關(guān)的實驗題.教師在實驗教學(xué)過程中要注意培養(yǎng)學(xué)生的全局意識，重視各個實驗，重視知識結(jié)構(gòu)的完整性.

實驗學(xué)習(xí)導(dǎo)向?qū)哟呜S富.立足基礎(chǔ)，有讀數(shù)，實驗儀器的選擇，實驗步驟的排序，單位換算，補全實驗圖，計算相關(guān)物理量等基礎(chǔ)技能導(dǎo)向，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣.重視能力，對實驗的分析綜合能力導(dǎo)向涉及了35個問題.可見注重學(xué)生設(shè)計實驗，分析探究過程，解決問題的能力.

平常教學(xué)中我們不僅要重視學(xué)生對實驗原理方法的了解，實驗技能操作，數(shù)據(jù)分析等基礎(chǔ)能力，還要注重學(xué)生設(shè)計性思維和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，注重學(xué)生科學(xué)探究能力的全面性、嚴(yán)謹性和靈活性.

3.2 重視實驗技能訓(xùn)練導(dǎo)向

實驗題多次考查根據(jù)題目表格中的數(shù)據(jù)作圖.其中只有一次要求作U-I圖像給出的是既有坐標(biāo)又有量程的方格紙，其余都是只有坐標(biāo)沒有具體量程的空白方格紙，或者全部留白，學(xué)生自己建立坐標(biāo)、定比例等.數(shù)據(jù)處理是科學(xué)探究解釋素養(yǎng)的重要能力，重視學(xué)生通過實驗所內(nèi)化的經(jīng)驗和處理數(shù)據(jù)的能力.

新教材中的實驗題關(guān)注實踐意識和實踐能力的導(dǎo)向，其中用多用電表測量電學(xué)中的物理量考查的問題數(shù)最多，而且只考查如何使用和讀數(shù)，沒有涉及原理.引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范、安全、合理地操作實驗器材及靈活地解決實驗中各類問題.有利于將做過實驗和沒做過實驗的學(xué)生有效區(qū)分，引導(dǎo)實驗教學(xué)的真正開展.

注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和辯證思維，例如要求學(xué)生剪紙帶作v-t圖，接著判斷剪紙帶作v-t圖是否可行并說明理由.創(chuàng)設(shè)現(xiàn)場的實驗操作片段，將筆頭習(xí)題和實驗過程緊密結(jié)合，實現(xiàn)對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ挠行?dǎo)向，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)方法和思維能力，引導(dǎo)學(xué)生在實驗中動手動腦.

3.3 注重形成物理觀念

實驗題注重學(xué)生對物理概念的形成，主要體現(xiàn)在兩個方面.

一方面是有針對性地引導(dǎo)學(xué)生鞏固具有代表性的物理核心概念、規(guī)律、思想和方法，有利于物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華，體現(xiàn)物理觀念導(dǎo)向.例如，判斷物體的運動是否為勻加速直線運動體現(xiàn)了運動與相互作用觀念；若要符合機械能守恒定律的結(jié)論，測得的物理量應(yīng)該滿足什么關(guān)系體現(xiàn)了能量觀念；估算油酸分子大小體現(xiàn)了物質(zhì)觀.這些核心、基礎(chǔ)的物理規(guī)律和方法，不斷促進學(xué)生具體與抽象的協(xié)同思維，最終目的是形成物理觀念，解決實際問題.

另一方面是在高通路遷移中形成物理觀念.核心素養(yǎng)有兩個基本素養(yǎng)群：專家思維和復(fù)雜交往.而創(chuàng)新是專家思維的核心特征，學(xué)習(xí)科學(xué)往往用遷移來描述創(chuàng)新的機制.遷移也有不同的類別和層次，圖4展示了斯特恩對遷移分類與維度的4個象限，其中高通路遷移，需要高端的反思性學(xué)習(xí)，才能實現(xiàn)有意識的、深思熟慮的遷移.

新教材實驗題注重高通路遷移，在原有的實驗原理的基礎(chǔ)上，拓展和遷移不同的實驗方法.例如測電阻率遷移到測電導(dǎo)率，在掌握多用電表操作的基礎(chǔ)上應(yīng)用于排查電路故障，從原來的伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻遷移到不用電流表的伏阻法.引導(dǎo)學(xué)生形成具體與抽象交錯的復(fù)雜認知結(jié)構(gòu).因此對于實驗教學(xué)，我們不能簡單地只按課本上的要求進行重復(fù)性的操作，更應(yīng)注重實驗原理和方法的理解和應(yīng)用，關(guān)注學(xué)生高通路遷移能力的培養(yǎng).同時還要注意物理理論課與實驗課相結(jié)合，二者相輔相成，相互促進.

3.4 突出科學(xué)態(tài)度要素

實驗題常常以質(zhì)疑的態(tài)度審視實驗：“你認為可行嗎？這樣做有道理嗎？猜想是否成立？”.多次讓學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行辨析和處理，并依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果才能得出結(jié)論.注重批判性接受精神，突出敢于質(zhì)疑、講究證據(jù)、實事求是、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度.這也是新教材實驗題的指向特征之一.