基于义务教育物理课程标准（2022年版）的实验教学变革探讨

陈泓宇 田博扬 李春密

（北京师范大学物理学系，北京 100875）

为统筹推进立德树人根本任务，教育部于2014年发布了《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》，其中提到，修订课程方案和课程标准是着力推进改革的关键领域和主要环节之一.[1]2022年4月，新修订的义务教育课程方案和课程标准正式颁布.[2]

本次义务教育课标修订的方向之一是强化课程综合性和实践性.余文森指出，实践是将外在的知识变成内在的能力和品格的过程，是核心素养形成的路径.本次课标的修订高度重视实践意识的强化，确立了实践在培养人中的重要乃至核心地位，提出以学科实践为抓手，构建实践型育人方式.[3]在物理课程中，实验探究是体现物理课程实践性的教学内容之一.

实验探究是物理学形成系统的研究方法和理论体系的途径之一，是一种有着独特育人价值的实践活动.例如实验可以引导学生从观察和测量的结果来认识物理现象和物理过程，找出物理现象的特征以及产生这一现象的条件，加深对所学知识的信任度与理解力，发展学生的物理观念.又如实验可以在实践中让学生学会尊重实验结果与事实，杜绝编造和修改实验数据，形成良好的态度和作风，发展学生的科学态度与责任.[4]近些年来，实验的地位也越来越凸显：2019年，教育部发布的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》就指出，要努力构建与德智体美劳全面培养的教育体系相适应、与课程标准要求相统一的实验教学体系；[5]2022年版《课标》将原来课程性质中的义务教育物理课程是一门“注重实验”的自然科学基础课程，变更为了义务教育物理课程是一门“以实验为基础”的自然科学课程.

从各方面可以看出，实验是落实2022年版《课标》修订理念的重要抓手.探讨2022年版《课标》中实验探究主题的变化对理解并落实2022年版《课标》的修订理念有着重要意义.

2022年版《课标》以主题为线索，构建课程结构，在课程内容部分设置了5个一级主题，“实验探究”主题为其中之一.“实验探究”主题旨在强调物理课程的实践性，凸显物理实验整体设计，明确学生必做实验.该主题下设“内容要求”“学业要求”“教学提示”3个部分，分别指向“教什么”“教到什么程度”“怎么教”3个问题，体现了内容的结构化.本文将对2022年版《课标》课程内容下的“实验探究”主题进行探讨，对凝练的内容进行具体的分析，探讨2022年版《课标》指导下的实验教学变革，让核心素养真正落地.

1 “实验探究”主题下课程内容分析

2022年版《课标》规定了21个学生必做实验，分为9个测量类必做实验和12个探究类必做实验，两类实验相互关联，各有侧重.2022年版《课标》还在每个必做实验下给出了可以开展的具体活动样例和可选择的实验器材，并且由于样例所涉及到的实验资源都是较为基础的，绝大部分地区和学校都能参照样例开展学生必做实验.而有充足实验资源的地区或学校不必拘泥于课标提供的样例，应当根据实际情况对实验教学进行改进和创新，选择最适合学生发展的实验探究活动.下面对2022年版《课标》和《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称2011年版《课标》）的学生必做实验进行比较，探讨2022年版《课标》必做实验内容的变化对教学的影响.

1.1 未改动的实验

2022年版《课标》部分继承了2011年版《课标》的学生必做实验，有13个实验完全一致，其中有测量类必做实验7个，探究类必做实验6个，如表1所示.

表1 2022年版《课标》继承2011年版《课标》的13个必做实验

1.2 文字表述变化的实验

部分2022年版《课标》的必做实验与2011年版《课标》的必做实验大致相似，但在实验名称的文字表述方面存在变化，这样的实验共有4个，如表2所示.

表2 文字表述发生变化的2022年版《课标》必做实验

2022年版《课标》中，“用托盘天平测量物体的质量”实验与2011年版《课标》相比，主要变化体现在实验器材上：实验器材从“天平”具体至“托盘天平”.托盘天平是实验室常见的质量测量工具，是天平的一种，2022年版《课标》强调了在测量物体质量的实验中需要使用托盘天平，旨在让学生知道托盘天平的结构和原理，掌握托盘天平的使用方法和使用注意事项，了解基本的实验仪器读数规则.同时，天平也蕴涵着“公平、公正”的育人价值.

“探究水在沸腾前后温度变化的特点”实验与2011年版《课标》相比，主要变化体现在实验过程上：2022年版《课标》指出，该实验不仅要探究沸腾状态下水的温度变化，还要关注沸腾前水的温度变化.变化后的实验让学生观察沸腾前后现象的差异，比较沸腾前后温度变化的区别，从而促进学生对沸腾的现象、条件和沸腾前后的温度变化特点有更深入的认知和理解.

“探究光的反射定律”实验与2011年版《课标》相比，主要变化体现在实验结论上：将“反射规律”替换为了“反射定律”.物理定律是利用归纳的方法得到的在某个适用范围内对某些物理现象的论断.2022年版《课标》的实验名称对该实验预期得到的结论进行了更为精准的描述，同时，2022年版《课标》的变化也提示了形成“反射定律”的思维方法应该得到关注.

“探究平面镜成像的特点”实验与2011年版《课标》相比，主要变化同样体现在实验结论上：将成像时“物与像的关系”替换为了“成像的特点”.义务教育阶段物理课程对学生的要求以定性认识为主，“物与像的关系”与“成像的特点”相比，需要多次改变物的属性，半定量地开展探究，对学生的要求更高.这种文字表述的改动降低了实验难度，使之更符合义务教育阶段学生发展的需要.

1.3 新增或经过改造的实验

部分2022年版《课标》的必做实验是从2011年版《课标》中的必做实验改造而来的，这样的实验共有3个，另外，2022年版《课标》还新增了1个必做实验，如表3所示.

表3 2022年版《课标》新增和经过改造的必做实验

2022年版《课标》必做实验将“测量小灯泡的电功率”实验改造为“用电流表和电压表测量电阻”实验.这两个实验在测量方法和实验步骤上具有相似之处，均是利用电流表和电压表直接测量电流和电压，再间接测量电阻或电功率，两个实验促进学生发展的侧重点也是相似的.但是，利用伏安法测量电阻在高中阶段也有多处应用，因此，在义务教育阶段设置“用电流表和电压表测量电阻”为必做实验更有利于学段衔接.

2022年版《课标》必做实验将“测量水平运动物体所受的滑动摩擦力”改造为“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”.实际上，“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”实验过程中，需要了解水平运动物体所受的滑动摩擦力大小，实验的改造实质上是在2011年版《课标》实验的基础上，丰富了实验内容，提升了实验要求.另外，2022年版《课标》课程内容对“滑动摩擦力”的要求也进行了与实验的改动有所对应的改动——在原来“了解摩擦力”的基础上，增加了“探究并了解滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”.与之类似的还有将“连接简单的串联电路和并联电路”实验改造为“探究串联电路和并联电路中电流、电压的特点”实验，“探究串联电路和并联电路中电流、电压的特点”实验包含了“连接简单的串联电路和并联电路”实验，另外，2022年版《课标》课程内容同样有改动与实验的改动对应——从原来的“了解串、并联电路电流和电压的特点”变更为“探究并了解串联电路和并联电路中电流、电压的特点”，更加体现了物理的本质.

2022年版《课标》新增的必做实验是“探究液体压强与哪些因素有关”.义务教育阶段的物理教学应当侧重让学生体验、感受物理现象并从中进行学习，尤其是对于液体压强这类与多因素有关、且比较抽象的物理量，在探究中主动学习的学习方式更符合学生的认知规律.另外，2022年版《课标》和2011年版《课标》均在课程内容中要求学生“探究并了解液体压强与哪些因素有关”，在学生必做实验中新增“探究液体压强与哪些因素有关”有助于学生对液体压强的认识.

另外，新增加或经过改造的4个必做实验，除了“用电流表和电压表测量电阻”外，都是探究类学生必做实验，这与2022年版《课标》课程理念中的“注重科学探究，倡导教学方式多样化”相互呼应.2022年版《课标》不仅倡导了更丰富的实践活动、更多样的教学方式，还在课程内容中做了具体的安排，力求课程理念的落实.

2 “实验探究”主题下学业要求分析

2022年版《课标》围绕着对学生核心素养的培养，设置了核心素养—学业质量—学业要求的三级结构，从高度凝练的核心素养，到完成课程阶段性学习后的学业成就表现，再到某一主题学习后的学业成就，逐步回答了“教到什么程度”的问题.

核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过课程学习逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力.2022年版《课标》提出了发展学生核心素养的课程目标，物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面.学业质量是以核心素养为主要维度，结合课程内容，对学生学业成就具体表现特征的整体描述.课程内容下的学业要求反映学生完成一级主题的学习后，在物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任方面应达成的学业成就.无论是课程目标、学业质量还是学业要求，都是由核心素养统领的.

为了更好地体现学生经过义务教育阶段物理课程的学习后，应该在实验探究方面具备的核心素养表现，下面将2022年版《课标》“实验探究”主题下的学业要求与物理课程培养的核心素养对应起来，并给出表现案例，如表4所示.

表4 “实验探究”主题下学业要求与核心素养的对应关系

续表

不同类别实验培养学生素养的侧重点不尽相同：测量类实验教学引导学生了解测量原理，学会使用基本仪器，学习实验操作技能；探究类实验教学以学生为主体，注重探究过程，激发学生兴趣，培养学生问题解决能力和创新精神.两类实验需共同协作，实现全面发展学生能力的目的.

学业要求总目标的达成依赖于每个实验育人价值的组合.各个实验的具体学业要求需要参照总体学业要求，从知识本身的发展路径、实验中蕴含的思维方法、实验的探究路径等方面进行分析，为教师设计教学活动提供指引.教师应当基于各个实验的学业要求设计课程目标，有目的、有计划地利用学生必做实验促进学生的发展.以下将分别用一个测量类必做实验和一个探究类必做实验作为案例，展示分析具体实验的学业要求的范式.

在测量类学生必做实验中，以“用电流表和电压表测量电阻”实验为例，分析该实验的学业要求，如表5所示.

表5 “用电流表和电压表测量电阻”学业要求

续表

在探究类学生必做实验中，以“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”实验为例，分析该实验的学业要求，如表6所示.

表6 “探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”学业要求

在分析具体实验的学业要求时，要在充分理解和把握物理课程培养的核心素养4个方面的基础上，对必做实验的实验原理、实验目的、实验方法、实验方案、数据处理方案、实验结论等内容进行深入分析和挖掘，探讨实验各环节的育人价值，最后，以此为依据再结合课标的学业要求设立学生经历该实验教学后应当达成的学业要求.

3 “实验探究”主题下教学提示分析

在课标中，课程实施部分包含了教学建议，教学建议让课标使用者明确教学的核心理念、基本原则与关键策略，为教师教学提出要求，提供指导，尤其突出课程独特的教学要求以及课标想要推行的先进的教学理念，引导教师依据课程标准进行教学.[6]

2022年版《课标》各一级主题下的教学提示是对教学建议的具体细化，分别提出了对应主题的具体的教学活动建议，体现了2022年版《课标》的指导性.实验探究主题下的教学提示分教学策略建议和实验器材建议两类，从不同的角度出发给出了可参考的实验教学活动案例.

下面将根据教学建议分析“实验探究”主题下的教学提示，探讨教学建议蕴含的核心理念、基本原则与关键策略在“实验探究”主题中的体现.

3.1 围绕学生核心素养的发展设计教学目标

课程应着力培养的学生核心素养是对党的教育方针的具体化和细化.[7]落实学生核心素养培养的理念蕴含在了2022年版《课标》的各方各面.其中，2022年版《课标》在教学建议部分强调了要围绕学生核心素养的发展设计教学目标，并且指出：在“实验探究”的教学目标设计中，教师应当重视对学生科学探究能力的培养，同时关注实验对学生物理观念、科学思维、科学态度与责任的培养.

“实验探究”主题下的教学提示反映了教学建议的这一理念，其从科学探究的4个要素——问题、证据、解释、交流的角度出发，结合具体的活动案例给出了教学策略建议，指导教师如何利用物理实验培养学生的科学探究素养，贯彻落实实验探究课程的育人价值.

3.2 利用实验实现教学方式的多样化

2022年版《课标》的教学建议提出要灵活运用多种教学方式，发挥不同教学方式的育人功能，促进教学目标的有效达成.实现教学方式多样化的重要途径之一是对实验探究教学进行精心地规划.下文将阐述如何在实验教学中实现教学方式的多样化.

3.2.1 注重“做中学”

“做中学”思想主张让学生从经验中学习，通过解决问题来学习，倡导让学习者在面临实际的疑难情境时，通过反省性思维来分析、思考问题，提出可能的解决方案，运用理智对各种假设进行推敲，用行动进行实际检验.[8]“做中学”充分发挥了课程的实践性，对学生的发展具有重大的意义.

在物理课程中，实验探究是“做中学”的重要形式之一.因此，上足上好实验课保证了“做中学”这一教学方式功能的发挥.

3.2.2 关注情境化教学和问题教学

2022年版《课标》认为，情境化教学利用生动具体的情境，引导学生从经验中概括、提炼事物的共同属性，抽象事物的本质特征，以新奇的现象激发学生的兴趣，通过认知冲突引发学生深入思考，进而引导学生从生活走向物理.问题教学则为学生提供了一个交流、合作、探索、发展的平台，促使学生在问题解决中主动运用知识，让学生在问题情境中探索和发现知识，掌握技能，发展创新思维.因此，在包括实验探究教学的各类教学过程，应当倡导情境化教学，突出问题教学.

2022年版《课标》在“实验探究”主题的教学提示中提到：“要引导学生发现问题、提出问题，启发学生作出猜想和假设，尽量利用身边的情境引导学生去发现问题、提出问题.”由此可知，不仅情境化教学和问题教学能够丰富和完善实验探究课程，而且实验探究教学本身的特点就有助于情境化教学和问题教学的展开，二者互相促进共同实现自身独有的育人价值.

3.2.3 合理运用信息技术

2022年版《课标》在教学建议部分提出要合理运用信息技术.信息技术在教与学中的应用不仅能够创新教学方式，提升教学效率，还能帮助学生适应数字时代的要求，提升学生运用信息技术的能力.在实验探究教学中，信息技术的应用可以在实验现象的呈现，实验数据的统计、分析和处理，实验方案的改进等方面优化实验教学，扩展了物理实验的教学功能.[9]

“实验探究”主题中内容要求下的活动建议举例说明了如何在实验探究中合理运用信息技术——尝试用力传感器探究影响浮力大小的因素或杠杆的平衡条件.

3.3 确保实验教学质量

笔者曾对高一年级学生的物理实验能力进行研究.高一年级学生从初中毕业之后，升入高中学习的时间不长，他们的表现能部分反映初中毕业生的表现.研究表明，学生的证据获取能力发展不平衡，在实验活动中，学生只能完成教师给定的实验步骤，不能进行实验方案的设计；学生对实验的认识具有碎片化的特点，表现出为记忆而实验而不是为探究而实验的现象；学生对待实验的态度以完成实验主干步骤为主，认为完成了数据分析即是完成了实验，学生对教师给出的实验方案理解不深入，也没有提高实验精度、优化实验方案的意识.以上现象均较为普遍、高发，显示了目前的实验教学并没有真正发挥出自身的育人功能.

2022年版《课标》的课程建议指出要确保物理课程实践活动的教学质量，其中就包括了要规范物理实验教学.为确保实验教学质量，落实实验的育人功能，以下从“实验探究”主题的教学提示中凝练出了几条措施.

3.3.1 从生活走向实验

2022年版《课标》“实验探究”主题下的教学提示包含了以下具体的教学活动建议：在测量物体运动的速度时，可测量人步行的速度；在探究浮力大小与哪些因素有关时，可用相同大小的玻璃珠等进行实验；在探究杠杆的平衡条件时，可在杠杆两侧悬吊学生常见的物体使杠杆平衡.这些教学活动均利用了生活环境资源开展实验教学.

将生活化的情境引入实验教学或者利用生活环境资源开展实验并组合或加工出“非常规”的现象，能够让学生体会到物理就在身边，让学生感受物理与科技、社会、自身之间的紧密联系，符合“从生活走向物理，从物理走向社会”的物理课程理念.[4]

3.3.2 仪器的比较和选择

合适的实验仪器能够让实验现象更加明显、实验操作更加简便、实验数据更为精准、实验结论更加可靠.2022年版《课标》“实验探究”主题下的教学提示给出了有关实验仪器选择的具体的教学活动建议：在测量物体质量时，可用托盘天平，而在测量物体密度时，可用电子天平测量质量，以使实验更加便捷；在探究导体在磁场中运动产生感应电流的条件时，可用磁性较强的磁体进行实验；在探究凸透镜成像规律的实验中，可用发光二极管等光源做成F形作为发光物屏，以判断像的正倒和测量像的长度.这些教学活动建议提示了教师：在实验探究过程中，应当从所有可用的实验仪器中选择最符合实验目的、教学目的的实验仪器开展实验.

3.3.3 发挥学生的主体性

2022年版《课标》“实验探究”主题下的教学提示强调了要让学生亲自参与实验的各个环节.例如，有条件的学校应尽可能多地给学生创造动手实验的机会；给学生提供自主探究的时间和空间；鼓励学生设计实验方案、自制实验器材、改进实验装置及操作方法；鼓励学生发表见解；引导学生思考实验方案的目的.

让学生积极主动地参与实验探究，在问题、证据、解释、交流的各个环节都能 充分发挥自身的主体性.这符合了建构主义的学习观——即学习者不是被动的信息吸收者，学习者要主动地对信息的意义进行建构；学习也不是简单的信息积累过程，它同时包含由新、旧经验的冲突而引发的观念转变和结构重组.[10]

3.3.4 加强实验课程资源的开发与利用

2022年版《课标》“实验探究”主题也对实验课程资源的开发和利用提出了建议.2022年版《课标》提到教师在实验教学中应准备好实验器材和场地，学校应增加实验室的开放时间，为有兴趣的学生提供场地、器材、指导等方面的支持.

课标在课程实施部分详细阐述了实验室课程资源的开发与利用，包括配备专门的实验室和基本仪器设备；提倡师生用身边的物品开发实验器材；有条件的学校可配备数字化器材；有条件的地区和学校可建设综合实验室.

4 结语

2022年版《课标》强化了实验在义务教育阶段物理课程中的基础地位，凸显了实验在育人方面的独特功能，充分体现了物理学科的实践性特点.[11]本文从课程内容、学业要求、教学提示3个方面梳理了2022年版《课标》对实验教学的要求，探讨了实验探究模块的教学变革，帮助一线教师理解2022年版《课标》的修订理念.实际教学中，教师应当关注课程内容的变化，思考实验在教学中的目的与意义；分析核心素养统领的学业要求，落实实验的育人价值；参考教学提示的建议，进一步优化教学.