于海波，張敏書，陳留定

(1.東北師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024;2.河南師范大學(xué) 物理學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教育的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究是物理教育領(lǐng)域的重要話題，一直受國(guó)際物理教育研究者的重視. 廣泛學(xué)習(xí)、參考和借鑒國(guó)際物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究者的研究成果，有助于提升我國(guó)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的科學(xué)性、前沿性和有效性.

物理實(shí)驗(yàn)既是物理理論形成和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是檢驗(yàn)物理理論的重要方式，同時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，也是物理教學(xué)的重要內(nèi)容. 通常將以物理實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容的教學(xué)稱為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué). 作為物理教學(xué)的重要課型，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究一直是國(guó)內(nèi)外物理教育研究領(lǐng)域的重要話題. 近年來，信息技術(shù)的發(fā)展在推動(dòng)物理教育觀念更新、模式變革、體系重構(gòu)的同時(shí)，也使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加多元、靈活和開放. 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的核心話題、重要方式等也呈現(xiàn)出新的樣態(tài). 分析國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)樣態(tài)，能夠?yàn)閮?yōu)化我國(guó)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考.

1 方法與樣本

1.1 研究方法

HistCite軟件是當(dāng)前國(guó)際進(jìn)行引文歷史和引文圖譜分析時(shí)的常用軟件，該軟件由Eugene Garfield等人研究并開發(fā). 用該軟件進(jìn)行文獻(xiàn)分析，一方面，可以通過文獻(xiàn)中引證事項(xiàng)的時(shí)間序列及聯(lián)系，運(yùn)用引文時(shí)序網(wǎng)絡(luò)圖展示某個(gè)研究主題的引證關(guān)系，幫助研究者了解該領(lǐng)域研究的歷史演進(jìn)和發(fā)展脈絡(luò)；另一方面，可以通過分析研究文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間、作者、國(guó)家(地區(qū))、研究機(jī)構(gòu)、載文期刊、關(guān)鍵詞等內(nèi)容，幫助研究者迅速把握研究領(lǐng)域的主要科研力量分布、重要研究話題等.

本研究使用HistCitePro 2.1梳理中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的外文文獻(xiàn)，并選取文獻(xiàn)發(fā)表量或本數(shù)據(jù)集被引用頻次排位前5名或前10名的研究成果作為高影響力的文獻(xiàn)進(jìn)行具體分析和解讀，以定位國(guó)際上該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)研究成果，厘清發(fā)展脈絡(luò)，發(fā)現(xiàn)研究熱點(diǎn)，把握需要進(jìn)一步研究的問題，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來研究走勢(shì).

1.2 樣本選擇

1)在 Web of Science (簡(jiǎn)稱 WOS)核心合集中，以“experiment teaching”(實(shí)驗(yàn)教學(xué))為主題詞，進(jìn)行初步檢索.

2)進(jìn)行精煉檢索. 將文獻(xiàn)類型設(shè)定為論文、研究方向設(shè)定為Physics(物理)、數(shù)據(jù)庫設(shè)定為WOS核心合集.

3)為了使所獲得的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)與本文的研究對(duì)象能夠準(zhǔn)確匹配，于“在結(jié)果中檢索”一欄分2次輸入關(guān)鍵詞篩選文獻(xiàn)，第一次輸入“high school”，篩選過后得到有用文獻(xiàn)371篇，第二次將關(guān)鍵詞“high school”改為“middle school”，篩選過后得到有用文獻(xiàn)36篇，2次檢索的結(jié)果均添加至標(biāo)記結(jié)果列表，除去4篇重復(fù)文獻(xiàn)，共得到有效文獻(xiàn)403篇.

4)在檢索頁面中，選擇“保存為其他文件格式”，記錄內(nèi)容選擇“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”，文件格式選擇“純文本”，獲得原始數(shù)據(jù).

5)運(yùn)用Notepad++文本編輯軟件處理原始數(shù)據(jù)的純文本文件，借助查找功能補(bǔ)充資料中遺漏的信息，避免分析結(jié)果中出現(xiàn) UNKNOWN(不詳)的情況.

通過以上操作，得到引文分析的可用數(shù)據(jù).

2 國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究總體概況

2.1 文獻(xiàn)發(fā)表年份分析

為考察國(guó)際上中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究在時(shí)間維度上的發(fā)展態(tài)勢(shì)，繪制了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究刊文量時(shí)間分布圖(見圖1)，其中柱形圖表示每年的刊文量(Recs)，折線圖表示相應(yīng)年份所發(fā)表文獻(xiàn)的總引用次數(shù)(TLCS). 總體來看，近30年來，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究整體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì). 2000年之前，年發(fā)文量較低，均不超過5篇,相關(guān)文獻(xiàn)大多發(fā)表于2010年以后. 從文獻(xiàn)的被引用頻次來看，2010年之前的文獻(xiàn)被引用頻次相對(duì)較高. 本數(shù)據(jù)集中被引頻次較高的前5篇文獻(xiàn)均發(fā)表于2005年之前，研究?jī)?nèi)容涉及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的調(diào)查研究、基于計(jì)算機(jī)的物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效的比較研究3個(gè)方面.

比較來看，2017年刊文量高達(dá)50篇，約占總文獻(xiàn)數(shù)的12.41%. 這可能是受2016年美國(guó)發(fā)布的《STEM 2026：教育中的創(chuàng)新愿景》的影響，該報(bào)告對(duì)“游戲”“創(chuàng)新”“技術(shù)”“操作”等關(guān)鍵詞進(jìn)行了強(qiáng)調(diào). 而“技術(shù)”“操作”作為物理實(shí)驗(yàn)教育領(lǐng)域的關(guān)鍵詞，再次受到研究者的關(guān)注和重視. 2017年，美國(guó)科學(xué)課程與教材研究組織“生物科學(xué)課程研究”(Biological sciences curriculum study，簡(jiǎn)稱 BSCS)發(fā)布了《科學(xué)教材評(píng)價(jià)指南》(Guidelines for the evaluation of instructional materials in science)，對(duì)包含多媒體教學(xué)資源在內(nèi)的教師教學(xué)材料給出了評(píng)估指標(biāo)[1]，其中創(chuàng)新、體驗(yàn)、技術(shù)、實(shí)踐等學(xué)科熱詞極大程度地促進(jìn)了研究人員對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的熱情. 在接下來的3年里，關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究成果頻出，2017-2019年的刊文量達(dá)到總文獻(xiàn)數(shù)的28.92%.

2.2 國(guó)家/地區(qū)分布分析

分析發(fā)現(xiàn)，403篇文獻(xiàn)的研究機(jī)構(gòu)分布于57個(gè)國(guó)家或地區(qū)，其中發(fā)文量(Recs)與篇均引用次數(shù)(TLCS/Recs)排名前十的國(guó)家或地區(qū)如表1所示. 這10個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)文量約占總文獻(xiàn)量的85.36%，對(duì)國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究做出了重要貢獻(xiàn). 其中，美國(guó)發(fā)文量最多，約占總文獻(xiàn)數(shù)的38.46%，TLCS排名第一，但TLCS/Recs排名第九,說明美國(guó)對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)注度較高，研究成果豐富，有一定影響力，但權(quán)威性和認(rèn)可度有待提升. 對(duì)比Recs排名前十和TLCS/Recs排名前十的國(guó)家發(fā)現(xiàn)，Recs排名前十的國(guó)家中，僅有美國(guó)和羅馬尼亞的TLCS/Recs大于1，其他8個(gè)國(guó)家或地區(qū)均不高，說明這8個(gè)國(guó)家或地區(qū)盡管在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域取得了一定成果，但影響力和同行認(rèn)可度有待提升.

值得注意的是，本數(shù)據(jù)集中的文獻(xiàn)僅有1篇來自于Finland(芬蘭)，但其TLCS/Recs卻最高，分析發(fā)現(xiàn)：該文獻(xiàn)發(fā)表于2011年，是較早關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合教學(xué)效果的比較研究，為后續(xù)研究者進(jìn)一步探索虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究提供了依據(jù). Cyprus(塞浦路斯)的Recs排名第十一，但TLCS/Recs排名第二，表明塞浦路斯在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究方面具有不容小覷的影響力，分析發(fā)現(xiàn)：塞浦路斯關(guān)于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究?jī)?nèi)容較為集中，主要關(guān)注虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究；研究對(duì)象較為廣泛，涵蓋中學(xué)生、本科生和在職物理教師；對(duì)特定主題下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注度較廣，對(duì)熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)均有研究. 研究話題新、研究?jī)?nèi)容集中、研究對(duì)象廣泛、涉及的學(xué)科知識(shí)全，從而使得塞浦路斯的研究成果成為后續(xù)研究者開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究參考借鑒的權(quán)威之作.

2.3 載文期刊分布分析

分析文獻(xiàn)來源能反映該領(lǐng)域研究成果的主要發(fā)布陣地. 403篇文獻(xiàn)被刊發(fā)于145種期刊，其中TLCS排名前十的期刊如表2所示. 這10個(gè)期刊可分為3類：a.主要關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)問題的純教育類期刊，例如《Journal of Research in Science Teaching》《International Journal of Science Education》《Science Education》；b.綜合性期刊，例如《American Journal of Physics》《Romanian Reports in Physics》《Physics Today》；c.具有主題特色的期刊，例如《Physics Teacher》《Computers & Education》《Journal of Computer Assisted Learning》《Cognition and Instruction》. 該分類反映了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的主題化. 從期刊的分布發(fā)現(xiàn)：a.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究絕非囿于物理學(xué)科之內(nèi)，而是與教育學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域存在緊密聯(lián)系；b.信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合研究是該研究領(lǐng)域的重要話題.

表2 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)期刊本地總引用次數(shù)TLCS排名表(前十)

3 國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究熱點(diǎn)分析

主題詞是文獻(xiàn)計(jì)量研究中的重要指標(biāo)，主題詞的頻次越高，說明學(xué)術(shù)界對(duì)其關(guān)注度越高. 分析文獻(xiàn)，梳理出文獻(xiàn)量、TLCS指數(shù)分別排名前十的主題詞如表3所示. 整體而言，Student，Physical，Eeperiment等詞出現(xiàn)的頻次較高，這是由于本研究的核心檢索詞是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，所以與之相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)和被引用頻次雙高. 而核心檢索詞Teaching的使用和被引頻次均不高，主要是因?yàn)楹芏嘌芯繌木唧w的話題切入研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題，并未直接使用Teaching一詞. 從表中可以看出，Understanding和Learning的被引用頻次較高，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究者從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律、深化物理學(xué)習(xí)等方面的價(jià)值入手開展研究. 這也可以說明實(shí)驗(yàn)是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的重要手段. 主題詞Virtual被引用頻次也較高，可見，目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)話題已成為一大研究熱點(diǎn). 另外，從高頻主題詞Based來看，基于現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)、基于虛擬實(shí)驗(yàn)開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)等是當(dāng)前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的重要話題.

表3 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究主題詞列表(前十)

深入閱讀并分析一些重要文獻(xiàn)及其引證關(guān)系，也是把握中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究熱點(diǎn)、脈絡(luò)及進(jìn)展的有效方式. 選擇HistCite中的“Gragh maker”功能，將繪圖依據(jù)設(shè)置為“select by LCS count limit 100”，即對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫中LCS前100的文獻(xiàn)進(jìn)行引文時(shí)序圖繪制，如圖2所示. 該圖左側(cè)為文獻(xiàn)發(fā)表年份，圓圈中數(shù)字為文獻(xiàn)編號(hào)，圓圈大小與該文獻(xiàn)的TLCS值正相關(guān)(圓圈越大，說明被引用次數(shù)越多). 由圖2可知，被引用頻次較高的文獻(xiàn)主要分布在1980-2012年，說明該時(shí)期是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域重要文獻(xiàn)的高產(chǎn)期. 為了完整和具體地了解其研究特點(diǎn)，通過詳細(xì)研讀重要文獻(xiàn)，并結(jié)合圖 2 中被引次數(shù)多和引證關(guān)系相對(duì)復(fù)雜的文獻(xiàn)鏈進(jìn)行了深入分析.

3.1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值研究

關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值的研究一直是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的重要話題. 很多研究者結(jié)合常見的中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐開展了關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值的比較研究、實(shí)證探索等. 圖2中“18-31-61-991”“31-33-39/40-68-207”等文獻(xiàn)引證鏈都是對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值的探索. 其中，文獻(xiàn)18發(fā)表的時(shí)間較早，該研究對(duì)物理實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)學(xué)生理解阻力、速度和加速度、力和運(yùn)動(dòng)等一些重要概念的作用和價(jià)值以及實(shí)踐過程進(jìn)行了分析和闡述. 盡管研究并未對(duì)實(shí)際教學(xué)效果開展調(diào)查，但是其對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視和強(qiáng)調(diào)為后續(xù)研究者開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)證研究打下了基礎(chǔ). 39和40號(hào)文獻(xiàn)也是該主題下引用頻次較高的文獻(xiàn)，這2篇文獻(xiàn)相關(guān)性較高，前者是關(guān)于學(xué)生電路學(xué)習(xí)現(xiàn)狀以及存在問題的調(diào)查研究[2]，后者在前者基礎(chǔ)上以物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了教學(xué)過程并開展教學(xué)實(shí)踐[3]. 實(shí)踐證明，基于物理實(shí)驗(yàn)的電路教學(xué)，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)電學(xué)概念的理解以及提升學(xué)生解決電路問題的能力. 在此基礎(chǔ)上，羅恩(Ronen)等人進(jìn)一步細(xì)化研究范圍，著重對(duì)學(xué)生在包含電阻元件的直流電路相關(guān)知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)的迷思概念進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，研究結(jié)果再一次驗(yàn)證了電學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生電路理解的促進(jìn)作用[4]. 隨著研究的不斷豐富，物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度、科學(xué)探究能力[5]、開放性問題解決能力、對(duì)知識(shí)和方法的遷移運(yùn)用能力、交流合作能力等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸得以檢驗(yàn)和驗(yàn)證[6].

圖2 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)引文關(guān)系時(shí)序圖

比較來看，關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教育價(jià)值的研究大多集中在對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教育價(jià)值的探索，這主要得益于近些年信息技術(shù)的快速發(fā)展. 從圖2可以看出，多條引文鏈之間相互交織，每條引文鏈中均有文獻(xiàn)涉及對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)討論. 由此可見，依托虛擬技術(shù)開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，探索物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化與改進(jìn)路徑，是當(dāng)前甚至未來物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要話題. 但從當(dāng)前的研究來看，虛擬實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的地位和作用，不同研究者觀點(diǎn)不一致，具體可以分為以下3類：

1)虛擬實(shí)驗(yàn)作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)的替代，認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相同的教學(xué)效果，并具有重復(fù)性高、空間要求低、實(shí)驗(yàn)安全性高、課堂管理容易等優(yōu)勢(shì)，可以代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)[7].

2)虛擬實(shí)驗(yàn)作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)的輔助，認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)剝奪了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，而這些對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)物理來說是必不可少的. 只有在沒有真正的實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)太昂貴、太危險(xiǎn)、太復(fù)雜等情況下，虛擬操作才應(yīng)該被用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)[8].

3)認(rèn)為實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)各有所長(zhǎng)，探索二者的融合實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)然取向[9].

3.2 物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新研究

實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新也是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要話題. 關(guān)于該主題的研究，本數(shù)據(jù)集中存在多條文獻(xiàn)引證鏈. 例如“23-24-31-91-125/156”“1-47”“11-238”“14-191”“60-83”“213-256”都是關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的研究. 目前，國(guó)際上主要采用2種途徑對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化：

1)基于常見電子設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究. 智能電子設(shè)備作為新型傳感器，自帶的攝影、錄音等功能可以全程記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，搭配相應(yīng)軟件，使學(xué)生處理數(shù)據(jù)、探究物理現(xiàn)象及規(guī)律變得更加方便. 例如，利用平板電腦、拋物面鏡、LED手電筒制作簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)儀器，通過圖形陰影系統(tǒng)將觀測(cè)對(duì)象附近透明氣體的溫度變化進(jìn)行可視化[10]；將智能手機(jī)作為測(cè)量時(shí)間的工具，利用手機(jī)語音備忘錄功能，通過聲音波形變化來計(jì)時(shí)，測(cè)量實(shí)驗(yàn)所在地的重力加速度[11]；智能手機(jī)、數(shù)據(jù)分析軟件和電動(dòng)牙刷等器件配合使用，研究駐波形態(tài)[12]；把水滴在手機(jī)屏幕上，形成水球，驗(yàn)證透鏡方程式[13]. 已有研究證明，無論是虛擬實(shí)驗(yàn)，還是虛擬與實(shí)物結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行概念理解的教學(xué)指導(dǎo)方面都顯示出更高的作用[14].

2)基于AR技術(shù)的物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究. 近幾年來，AR技術(shù)為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供了新的媒介和教材. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將圖像和視頻形式的二維或三維虛擬物體與真實(shí)物體結(jié)合起來，使它們與周圍環(huán)境(混合現(xiàn)實(shí))融合，并投影到實(shí)時(shí)場(chǎng)景中. 配備AR教材促進(jìn)學(xué)生之間的互動(dòng)學(xué)習(xí)，營(yíng)造有利于交流的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生描述科學(xué)和物理現(xiàn)象的概念，并將這些概念可視化. 已經(jīng)開展的研究中，AR技術(shù)對(duì)學(xué)生在熱材料[15]、直流電回路中的基爾霍夫定律[16]、天體物理[17]等主題下的學(xué)習(xí)態(tài)度與成績(jī)呈現(xiàn)正向影響.

3.3 中學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)研究

物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是中學(xué)生在分析解決物理實(shí)驗(yàn)問題以及完成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力. 培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)之一. 從引文關(guān)系時(shí)序圖來看，文獻(xiàn)鏈“52-104”“52-79-116-151”是關(guān)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的研究. 從研究?jī)?nèi)容上來看，具體可以分為2個(gè)方面的研究：

1)關(guān)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的調(diào)查研究. 文獻(xiàn)52是該研究領(lǐng)域的奠基之作，F(xiàn)red等采用自行編制的問卷，調(diào)查了11歲、13歲和15歲學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力，涉及到學(xué)生對(duì)精密度和精確度區(qū)別的認(rèn)識(shí)、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的理解、重復(fù)測(cè)量原因的認(rèn)識(shí)、重復(fù)測(cè)量方法的選擇以及數(shù)據(jù)分析、處理與傳播方法的掌握等多個(gè)方面，并提出為了培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，教師應(yīng)設(shè)置調(diào)查任務(wù)，讓學(xué)生體驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、分析和處理的全過程[18]. 在此基礎(chǔ)上，Andy等人從數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)比較3個(gè)方面對(duì)學(xué)生的測(cè)量觀進(jìn)行了調(diào)查研究，調(diào)查發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生將求平均值作為解決所有實(shí)驗(yàn)誤差問題的靈丹妙藥[19]. 從已有的研究結(jié)果來看，學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力與其完成數(shù)據(jù)收集這一操作任務(wù)的能力之間幾乎沒有關(guān)系.

2)關(guān)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)培養(yǎng)策略的研究. 例如文獻(xiàn)鏈116-151，Eugenia等人認(rèn)為創(chuàng)設(shè)研究性科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)或驗(yàn)證假設(shè)并解決問題，是提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩? 經(jīng)過為期1年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)分析能力、合作交流能力均得到了顯著提升，但是對(duì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)估與反思能力并未發(fā)生顯著變化. 基于此，Eugenia等人進(jìn)一步提出：教學(xué)中可以通過編制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)、引導(dǎo)學(xué)生自評(píng)互評(píng)等方式，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、過程和效果等進(jìn)行反思與總結(jié)，從而提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)反思水平. 基于該設(shè)想，Eugenia等人進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)反思、形成性評(píng)估等融入到教學(xué)實(shí)踐，經(jīng)過為期1年的實(shí)踐檢驗(yàn)，實(shí)踐效果顯著[20].

3.4 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

如何開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國(guó)際上中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域關(guān)注的重要話題之一. 從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)的開放性程度來看，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式經(jīng)歷了“封閉—半封閉—開放”的發(fā)展過程(例如“116-228”“151-228”等).

早期的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是封閉式的. 教學(xué)中，教師選擇并規(guī)定問題，確定實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)步驟；學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)手冊(cè)上的步驟說明，完成實(shí)驗(yàn)并得到預(yù)期的數(shù)據(jù)[21]. 這種流程化、封閉式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)幾乎未給學(xué)生留下單獨(dú)參與的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量不高，學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力發(fā)展有限[22]. 例如，Markand和Patrick的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)封閉式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是造成高中生問題分析能力、設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力、數(shù)據(jù)處理能力以及實(shí)驗(yàn)反思能力等普遍較差的主要原因[23]. 到20世紀(jì)90年代，Tobin準(zhǔn)備了1份關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的綜合研究報(bào)告，建議物理教學(xué)要讓學(xué)生有機(jī)會(huì)在適合他們的環(huán)境中操作設(shè)備和材料，構(gòu)建學(xué)生對(duì)現(xiàn)象和相關(guān)科學(xué)概念的知識(shí)[24].

與封閉式和半封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有以下特征：a.實(shí)驗(yàn)過程開放. 教師向?qū)W生陳述實(shí)驗(yàn)需要探究的問題，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)；b.以形成性評(píng)價(jià)為主. 教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究情況的評(píng)價(jià)，不再局限于學(xué)生是否得到預(yù)期結(jié)果，而是更加重視實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)分析和論證能力等方面.

從已有研究結(jié)果來看，采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅有助于學(xué)生對(duì)物理概念的理解和對(duì)程序性知識(shí)的掌握[25]，還能有效促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作能力、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和反思能力、遷移能力等多方面能力的發(fā)展[26]. 也有研究者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在促進(jìn)學(xué)生多方面發(fā)展的同時(shí)，也存在一些問題：a.缺乏程序性的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)文件，易造成學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不知所措，不知如何開展學(xué)習(xí)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[27]；b.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式需要的教學(xué)時(shí)間較長(zhǎng)，一些教師因擔(dān)心完不成教學(xué)任務(wù)而不愿投入這段時(shí)間，還有一些教師認(rèn)為開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在達(dá)成課程目標(biāo)上效果有限[28]. 針對(duì)這些問題，Aaron等人開展了為期2年的研究，他們發(fā)現(xiàn)進(jìn)行開放式物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)初期，確實(shí)存在學(xué)生探究效率不高、探究時(shí)間過長(zhǎng)、教學(xué)任務(wù)難以完成等問題，但是隨著更多次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，學(xué)生逐漸習(xí)慣這種教學(xué)模式，探究的主動(dòng)性和積極性更高，探究效率也明顯提升，課程目標(biāo)也能高質(zhì)量達(dá)成[29].

3.5 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量測(cè)評(píng)研究

關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的測(cè)評(píng)研究有很多. 從評(píng)價(jià)內(nèi)容上來看，不同類別的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)有所不同. 具體可以分為3類：

1)實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將學(xué)生的探究結(jié)果作為主要指標(biāo). 文獻(xiàn)鏈“15-51-65-81”即為這一類型的研究，這些研究都是對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評(píng)價(jià). 例如，15號(hào)文獻(xiàn)以全息照片的制作為例[30]，教師首先進(jìn)行理論知識(shí)講授；然后組織學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中理解光學(xué)概念、掌握全息技術(shù)；最后，教師根據(jù)學(xué)生完成的全息照片是否清楚、是否符合全息技術(shù)產(chǎn)品要求以及學(xué)生能否就實(shí)驗(yàn)成品制作過程進(jìn)行解釋說明這3個(gè)方面對(duì)該節(jié)課的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià). 這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有典型的“理論+操作=成品演示”特點(diǎn)，此類實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量以實(shí)驗(yàn)成品質(zhì)量高低為主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).

2)將計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集和處理工具的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常以學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和解釋能力、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)[31]. 這主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的引入避免了學(xué)生繁重的計(jì)算和繪圖工作，學(xué)生可以將更多的精力集中在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)上[32]. 例如，文獻(xiàn)鏈“23-24-31-48-50”即關(guān)于這一主題下的研究.

3)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)中關(guān)注的評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，主要涵蓋學(xué)生對(duì)概念的理解和掌握情況、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力等方面[33-35]. 涉及到該類型的文獻(xiàn)鏈包括“38-93-125-133-175-188-241”“38-156-266”“38-156-290”等.

從評(píng)價(jià)方法上來看，標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)驗(yàn)或考試和問卷調(diào)查法是最常用的評(píng)估方法.

1)標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)驗(yàn)或考試. 大多數(shù)研究將學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握作為評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)，而標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試則是評(píng)估這一指標(biāo)的最有效方法. 例如，在關(guān)于電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，F(xiàn)inkelstein等人向?qū)W生展示電路圖，并結(jié)合該電路圖設(shè)置3個(gè)問題，用以考查學(xué)生對(duì)電流、電阻、電壓以及串聯(lián)和并聯(lián)等概念的理解[36].

2)問卷調(diào)查法. 有研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究中，91%的研究者采用問卷調(diào)查法[37]，李克特量表是最常用的測(cè)評(píng)工具.

另外，課堂觀察法也是常用的評(píng)價(jià)方法. 通常情況下，這些方法并不是單獨(dú)使用的，研究者一般會(huì)使用其中的2種甚至更多. 例如，Tatli等人綜合采用訪談法和課堂觀察法對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)[38].

3.6 實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效比較研究

本數(shù)據(jù)集中多篇文獻(xiàn)涉及到實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效的比較研究. 不同研究者的研究發(fā)現(xiàn)也存在一定差異，主要可以分為以下3種：

1)認(rèn)為實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好. 有研究者發(fā)現(xiàn)，在學(xué)生的物理學(xué)習(xí)中，實(shí)物實(shí)驗(yàn)必不可少[39]，只有在沒有真正的實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備太昂貴或太復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)太危險(xiǎn)、要求實(shí)驗(yàn)技術(shù)太高或有嚴(yán)格的時(shí)間限制的情況下，虛擬操作才應(yīng)該被用于實(shí)驗(yàn)[40].

2)認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更好. 例如，F(xiàn)inkelstein等人調(diào)查了學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單電路學(xué)習(xí)效果的比較研究，調(diào)查顯示，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在幫助學(xué)生理解電路方面教學(xué)效果更好[36].

3)認(rèn)為二者教學(xué)效果相同. 文獻(xiàn)鏈“87-121-175”和“133-266”都是對(duì)這一觀點(diǎn)的最好證明. 例如，121號(hào)文獻(xiàn)在本數(shù)據(jù)集中的引用次數(shù)排名第四. 該研究以七年級(jí)和八年級(jí)學(xué)生為研究對(duì)象開展了實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的比較研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)下的學(xué)習(xí)成效相同. 另外，相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，2種實(shí)驗(yàn)教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生概念理解[41]、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的發(fā)展[42]等方面具有相同的教學(xué)效果.

比較來看，造成不同研究者對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效難以達(dá)成一致的主要原因可能是研究者評(píng)價(jià)教學(xué)成效的標(biāo)準(zhǔn)、工具或方法不一. 例如，多數(shù)研究者將學(xué)生對(duì)物理概念的理解和掌握作為評(píng)價(jià)教學(xué)成效的重要指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果優(yōu)于或者等同于實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[43]；有的研究者以學(xué)生的操作技能來評(píng)估教學(xué)成效，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著優(yōu)于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[44].

近年來，隨著研究的不斷深入，越來越多的研究者開始探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)的融合策略. 文獻(xiàn)鏈“125-137、137-171-188-263”“68-125”等都是關(guān)于實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)融合的實(shí)證研究. 研究發(fā)現(xiàn)，在促進(jìn)學(xué)生對(duì)光和顏色[45]、熱和溫度[46]、電路等物理概念的理解上[47]，基于實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比單獨(dú)使用其中任何一種實(shí)驗(yàn)方式的教學(xué)都更加有效[48]. 這主要是因?yàn)閷?shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)各有所長(zhǎng)，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)﹄娏鞯瘸橄笪锢砀拍钐峁┲庇^演示，數(shù)據(jù)處理上也更加方便快捷；而實(shí)物實(shí)驗(yàn)與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)更加貼合，學(xué)生能夠直接接觸實(shí)驗(yàn)并親手操作，二者結(jié)合能夠更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解[49].

4 國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究特點(diǎn)

4.1 研究主題廣泛，探索深度不一

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是世界范圍內(nèi)的共性話題，同樣也是個(gè)性話題. 不同國(guó)家或地區(qū)獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)和文化特點(diǎn)，在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面的關(guān)注度上存在差異，使得其關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的整體水平、所處的現(xiàn)實(shí)困境以及未來發(fā)展所具備的優(yōu)勢(shì)等都有差別. 學(xué)者們基于不同的物理教育發(fā)展與改革目標(biāo)、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，立足于不同的理論視角，結(jié)合當(dāng)?shù)匚锢斫逃龑?shí)際，進(jìn)行了不同主題的研究. 由統(tǒng)計(jì)和分析樣本文獻(xiàn)可知，文獻(xiàn)所包含的主題詞多達(dá)1 465個(gè)，研究?jī)?nèi)容上涉及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的概念理解問題、實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的地位和作用問題、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)的融合問題、基于計(jì)算機(jī)模擬的物理實(shí)驗(yàn)優(yōu)化與改進(jìn)問題以及力學(xué)和電學(xué)等主題下實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題等. 豐富的研究主題為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的縱深發(fā)展提供了研究基礎(chǔ). 但是橫向比較來看，不同主題的研究深度差別很大. 例如，國(guó)際上對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值和作用、物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新等方面的研究已趨于系統(tǒng)化、精細(xì)化，對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用研究開始進(jìn)入批判、反思與整合階段. 但是關(guān)于物理教師的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒅袑W(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的研究還比較零碎，缺少系統(tǒng)、深入、標(biāo)準(zhǔn)化的探索.

4.2 實(shí)證研究主導(dǎo)，理論探索不足

從研究類型的角度看，實(shí)證研究在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中占據(jù)主導(dǎo)地位，例如關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效、學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的調(diào)查研究、不同類別物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的比較研究等. 盡管從文獻(xiàn)數(shù)量上來看，實(shí)證研究占據(jù)主導(dǎo)，但是研究主題卻比較有限，主要有學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的調(diào)查研究、聚焦于虛擬實(shí)驗(yàn)教育價(jià)值研究、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的比較研究3個(gè)方面. 從這點(diǎn)來看，進(jìn)一步擴(kuò)充實(shí)證研究的研究主題顯得尤為必要. 并且，已有研究缺乏對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的與內(nèi)容、過程與模式、策略與方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)性理論問題的研究與探索，更缺少對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值取向、目標(biāo)定位、基本理念等方面的分析，多數(shù)研究者僅僅是基于自己的研究假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量與評(píng)價(jià). 如此，雖豐富了研究?jī)?nèi)容，但研究的科學(xué)性、系統(tǒng)性和準(zhǔn)確性卻難以保證. 例如，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)理論建構(gòu)的不足造成不同研究者在評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效時(shí)理論假設(shè)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、表征方式見仁見智、難以統(tǒng)一，從而阻礙了研究向縱深推進(jìn).

4.3 研究方法多元化，科學(xué)化水平欠佳

從研究方法上來看，研究者越來越重視研究方法的多元化，嘗試以綜合使用多種研究方法的方式來提升研究的科學(xué)性. 其中，問卷調(diào)查法、觀察法、實(shí)驗(yàn)研究法、訪談法和比較研究法等是最為常見的研究方法. 知識(shí)的復(fù)雜性以及各種研究方法的互補(bǔ)性決定了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究應(yīng)采用多層次、多類型的研究方法. 近些年的研究也表明，研究者在探索中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題中，也越來越重視研究方法的多元化和綜合化使用，對(duì)研究方法使用的科學(xué)性和規(guī)范性有了顯著提升，但仍然存在方法運(yùn)用缺少規(guī)范、方法有效性檢驗(yàn)的缺失等問題. 例如，實(shí)驗(yàn)研究中僅僅通過一兩節(jié)課的教學(xué)，判斷物理實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技能提升方面的作用；有些關(guān)于實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效的比較研究，并未有效控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)變量等.

4.4 區(qū)域化明顯，發(fā)展中國(guó)家勢(shì)頭強(qiáng)勁

受不同國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平、教育政策變革等多方面因素的影響，國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域化特點(diǎn). 雖然存在很多共性話題，但不同國(guó)家或地區(qū)研究的側(cè)重點(diǎn)仍存在很大差異. 例如，教育信息化水平較高的美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家，關(guān)于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究主要側(cè)重于現(xiàn)代信息技術(shù)下的物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究；教育信息化水平相對(duì)較低的印度尼西亞、塞浦路斯等發(fā)展中國(guó)家則更關(guān)注虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的實(shí)證研究. 即使對(duì)于同一研究主題，不同國(guó)家在研究進(jìn)度、研究方法等方面也表現(xiàn)出顯著差異. 由此來看，未來研究應(yīng)在做好本土化的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)國(guó)際交流和借鑒. 這也正是學(xué)術(shù)界倡導(dǎo)物理教育研究要加強(qiáng)國(guó)際交流的原因所在. 另外，從近年文獻(xiàn)產(chǎn)出質(zhì)量來看，發(fā)文量較多、文獻(xiàn)引用頻次較高的國(guó)家由起初的美國(guó)、意大利、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家逐步擴(kuò)大到世界各國(guó)，尤其是一些發(fā)展中國(guó)家的話語權(quán)、研究熱度和重要程度逐年攀升. 例如，羅馬尼亞是發(fā)展中國(guó)家的典型代表，發(fā)文量和文獻(xiàn)引用頻次均比較靠前，在其發(fā)表的12篇文獻(xiàn)中，有6篇發(fā)表于2015年及之后，且這6篇文獻(xiàn)的TLCS/Recs高于其前期發(fā)表的文獻(xiàn). 這說明該國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的成果在質(zhì)和量上，均有明顯提升. 又例如，來自中國(guó)和印度尼西亞的文獻(xiàn)主要集中在2017—2020年，相較于20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，這2個(gè)國(guó)家關(guān)于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究熱度和研究成果數(shù)量均明顯增長(zhǎng).

5 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究思考與展望

梳理國(guó)際上中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究圖譜，把握其研究?jī)?nèi)容、研究進(jìn)展和研究特點(diǎn)，能夠?yàn)槲覈?guó)研究者思考中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題提供更多的可能，幫助研究者拓寬研究視野、深化研究?jī)?nèi)容. 吸取國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論研究和實(shí)踐探索可以從以下幾個(gè)方面做出嘗試.

5.1 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本理論構(gòu)建

從國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究現(xiàn)狀的分析結(jié)果來看，以現(xiàn)狀調(diào)查和開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)證研究占主導(dǎo)地位，而關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值取向、目標(biāo)定位以及教學(xué)模式與策略、過程與方法、評(píng)價(jià)與考核等基本理論的研究則寥寥無幾. 總體來看，相關(guān)理論研究大致可以分為2類：a.結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的理論構(gòu)建，但基于個(gè)人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建的概括化理論往往缺乏共識(shí)性，引領(lǐng)性不足；b.對(duì)其他課型或?qū)W科相關(guān)理論的借鑒和移植，這些理論往往難以兼顧中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獨(dú)特性. 而理論研究成果的缺失或不足容易造成物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的盲目化、隨意化以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的零碎化、淺層化. 鑒于此，未來中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究應(yīng)基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獨(dú)特性，結(jié)合當(dāng)前物理教育發(fā)展的時(shí)代背景，在反思傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論，批判性借鑒其他學(xué)科、其他課型教學(xué)理論的基礎(chǔ)上，重構(gòu)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本理論，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論與實(shí)踐的良性互動(dòng)和可持續(xù)發(fā)展.

5.2 加強(qiáng)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力研究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力是物理教師的基本能力之一，是教師開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)和前提. 然而，國(guó)際中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域?qū)ξ锢斫處煂?shí)驗(yàn)教學(xué)能力的關(guān)注度較低，相關(guān)研究大多分布于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)等相關(guān)研究中，呈現(xiàn)出零碎化、淺層化、片面化等特征. 豐富和深化物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力研究需要關(guān)注3個(gè)方面：

1)構(gòu)建頂層式物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力標(biāo)準(zhǔn). 建立頂層式教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力標(biāo)準(zhǔn)，為物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力培養(yǎng)、不同研究者開展物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力等提供統(tǒng)一參考.

2)關(guān)注群體差異. 研究者應(yīng)結(jié)合物理教師的學(xué)段差異、水平差異和學(xué)校差異，在保證設(shè)計(jì)理念、邏輯關(guān)系與頂層式物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力標(biāo)準(zhǔn)一脈相承的基礎(chǔ)上，構(gòu)建差異化的物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力測(cè)查和評(píng)估框架，進(jìn)而開展針對(duì)性的現(xiàn)狀測(cè)查研究或培養(yǎng)研究.

3)重視信息化時(shí)代對(duì)物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的新要求. 現(xiàn)代信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來巨大變化的同時(shí)，也對(duì)物理教師提出了新要求. 虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的整合能力、虛擬實(shí)驗(yàn)的使用能力等成為新時(shí)代物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的重要構(gòu)成要素.

5.3 深化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

從研究主題詞分析和時(shí)序圖分析結(jié)果來看，關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的研究是國(guó)際上中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的重要話題. 相關(guān)研究成果較為豐富，涵蓋了虛擬實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新、虛擬實(shí)驗(yàn)教育價(jià)值、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)的比較研究等多個(gè)方面. 我國(guó)研究者也開展了大量研究，研究?jī)?nèi)容涉及基于虛擬實(shí)驗(yàn)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等方面. 相對(duì)而言，我國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，涉及到虛擬實(shí)驗(yàn)的研究范圍較廣，但精細(xì)度和系統(tǒng)性還有待提升. 進(jìn)一步推進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究，可從以下2個(gè)方面入手：

1)強(qiáng)化虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)研究. 近年來，隨著教育技術(shù)的普及、線上教育數(shù)量的增加，虛擬實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的地位越來越重要. 為適應(yīng)教育未來發(fā)展需要，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，不僅要豐富虛擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，還要加強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性、交互性和可操作性. 另外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟如何去程序化，以使學(xué)生能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)探索過程中自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也是亟待解決的問題.

2)繼續(xù)深化實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)的融合研究. 從國(guó)際研究成果來看，實(shí)物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)融合的優(yōu)越性已經(jīng)得到證實(shí)，如何將二者進(jìn)行高質(zhì)量的融合，融合的路徑、方法或策略是什么，什么程度的融合才是高質(zhì)量融合，等等，則是需要進(jìn)一步深入思考和探索的問題.

5.4 關(guān)注物理開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力是國(guó)際物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主旋律. 而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放性程度，進(jìn)行開放式教學(xué). 開放式教學(xué)不僅是一種教學(xué)模式、教學(xué)方法，還是一種教學(xué)理念. 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心是以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)師生互動(dòng)，關(guān)注學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的自主性，教師的職責(zé)在于為學(xué)生創(chuàng)造探究環(huán)境.

目前，國(guó)際上已圍繞開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育價(jià)值、教學(xué)效果等開展了一系列實(shí)踐探索，但關(guān)于其教學(xué)方法、教學(xué)策略、教學(xué)模式等方面尚缺少系統(tǒng)、完備的研究. 我國(guó)關(guān)于開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究多局限于高等教育階段，中學(xué)階段的相關(guān)研究有待進(jìn)一步擴(kuò)展和深化. 加強(qiáng)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論和實(shí)踐研究：a.要把握開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心要義，開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)能動(dòng)性、自主化、民主化、靈活化和生成性等，包括開放的環(huán)境、時(shí)間、資源、課程和態(tài)度等5個(gè)方面；b.加強(qiáng)大學(xué)與中學(xué)合作，促進(jìn)理論與實(shí)踐一體化研究. 高校物理教育研究者通常具有相對(duì)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、開闊的研究視野，中學(xué)能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究成果的檢驗(yàn)、運(yùn)用和推廣提供實(shí)踐場(chǎng)域，二者的交流與協(xié)作能夠兼顧開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究理論與實(shí)踐的協(xié)同發(fā)展.

5.5 增強(qiáng)教學(xué)研究方法的科學(xué)性

近年來，我國(guó)研究者在研究中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題時(shí)，研究方法運(yùn)用的科學(xué)性還有待提高. 國(guó)際上中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域，除了采用現(xiàn)狀調(diào)查研究、案例分析研究和比較研究等傳統(tǒng)的研究方法之外，越來越多的研究者采用實(shí)驗(yàn)法以及混合研究法開展研究. 這些能夠?yàn)槲覈?guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的開展起到積極的示范作用. 提升我國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究方法的規(guī)范化和多元化，需注意以下2點(diǎn)：a.根據(jù)問題選方法，選擇研究方法首先需要透徹理解研究問題；b.規(guī)范運(yùn)用方法，運(yùn)用研究方法是否科學(xué)規(guī)范直接影響著學(xué)校教育質(zhì)量研究結(jié)論的信度和效度. 未來的研究需進(jìn)一步提高研究方法的適當(dāng)性，增強(qiáng)研究過程的規(guī)范性.

5.6 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)工具研究

國(guó)際上關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的測(cè)評(píng)研究尚處于起步階段，尚未形成普遍、成熟的評(píng)價(jià)工具庫. 在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇上，研究者通常根據(jù)研究目的，選擇學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握、探究能力、觀察能力、實(shí)驗(yàn)操縱能力以及數(shù)據(jù)分析能力中的1個(gè)或者幾個(gè)方面展開測(cè)查，而物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)其質(zhì)量的評(píng)價(jià)不能僅僅從學(xué)生學(xué)習(xí)成效進(jìn)行測(cè)評(píng)，而應(yīng)是對(duì)其多個(gè)構(gòu)成要素的綜合考量. 在測(cè)評(píng)試題的編制上，大多數(shù)研究者根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，選擇物理學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域的某一專題自行編制測(cè)評(píng)試題，其測(cè)評(píng)試題的信效度難以得到有效保證.

在我國(guó)，一些研究者嘗試開展了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)研究，但評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、系統(tǒng)性和有效性等有待進(jìn)一步考查和驗(yàn)證. 加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)工具的開發(fā)研究，一方面要立足于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)追求，構(gòu)建針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等；另一方面要提升評(píng)價(jià)工具的有效性和可信度.

6 結(jié)束語

從國(guó)際視角縱觀中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展，教育測(cè)量學(xué)、心理學(xué)等相關(guān)理論的合理運(yùn)用極大地提升了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的科學(xué)化、規(guī)范化水平，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展為物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化等提供了越來越多的資源保障. 未來的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，在深化傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，還應(yīng)抓住中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獨(dú)特性，依據(jù)教育研究的基本理論，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，從教師、學(xué)生、物理實(shí)驗(yàn)本身等多視角、多維度地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化與改進(jìn)、融合與創(chuàng)新. 如此，才能更大程度地拓展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究?jī)?nèi)容和方法體系，提升中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的理論高度和實(shí)踐深度，進(jìn)而促進(jìn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)性提升.