基于动作技能学习阶段理论的高中物理新教材比较研究——以新人教版和新粤教版“打点计时器”实验内容为例

黄朝阳，李德安

华南师范大学物理与电信工程学院，广州 510006

《普通高中物理课程标准（2017年版）》多次强调培养学生的科学探究能力，同时增加了21个学生必做实验，即对学生的实验能力提出了更高要求。在实验中，学生需要正确且熟练地进行各项实验操作，其中涉及的动作技能尤为重要。学生学习实验操作是从教材开始的，各版教材中实验内容的编写各有特点。本文基于动作技能学习阶段理论，以新人教版和新粤教版教材中有关打点计时器的实验为对象进行分析，根据分析结果提出三点教材使用建议。

1 动作技能及其学习阶段理论

1.1 动作技能的定义

心理学家普遍认为，动作技能是一种习得的能力，是按一定技术要求，通过练习而获得的迅速、精确、流畅和娴熟的身体运动能力。

鉴于物理学研究中需要进行各项实验操作，在实验操作的过程中，需要在物理学知识的指导下，按照一定顺序和要求操作各种实验仪器和物品，本文讨论的动作技能集中于物理实验中所涉及的动作技能，强调实验操作的正确性和规范性。

1.2 动作技能学习阶段理论

费茨和波斯纳提出了经典的动作技能学习阶段理论，将动作技能学习的过程分为三个阶段，如图 1所示。

图1 动作技能学习的阶段

认知阶段：在学习一种新的动作技能初期，学习者通过指导者的言语讲解或观察别人的动作示范，或从标志每一个局部动作的外部线索中，试图理解任务及其要求。

联系形成阶段：在这一阶段，练习者逐步掌握了一系列局部动作，并开始将这些动作联系起来，但是各个动作结合得很不紧密。

自动化阶段：技能形成的最后阶段是一长串的动作系列已联合成一个有机的整体并已巩固下来，各个动作的相互协调似乎是自动流出来的。

以上理论源于心理学，具体应用到物理学科需要结合物理实验的具体操作和过程。

2 动作技能视角下新教材中有关打点计时器实验的统计与分析

打点计时器是高中物理实验中重要且常用的实验仪器，正确掌握打点计时器的使用这项动作技能对于学生而言至关重要。教材作为课程内容呈现的主要载体具有丰富的实验资源，帮助学生建构物理知识，故选择教材中有关打点计时器的实验进行分析。

在动作技能学习阶段理论的指导下，首先统计教材中有关打点计时器的实验，根据教材实验内容和动作技能学习阶段的特点，对各个实验进行分析，将每个实验归类到动作技能形成的各个阶段，接着对不同动作技能学习阶段的实验进行具体比较。

2.1 整套新教材有关打点计时器实验的统计和分析

首先，统计新人教版和新粤教版教材中有关打点计时器的实验，新人教版共有6个实验涉及打点计时器的使用，新粤教版有4个实验，且两者在必修二都只有1个实验，剩余的都在必修一；其次，根据教材实验内容和动作技能学习阶段的特点，对各个实验进行分析，将其归类到动作技能发展的各个阶段。统计与分类结果如表1所示。结合表1的数据，分析如下：

表1 新人教版和新粤教版中涉及打点计时器使用的实验所属动作技能学习阶段统计

2.1.1 整体编排特点

新人教版和新粤教版有关打点计时器的实验在整体编排上都符合动作技能学习阶段的顺序，都有助于学生按照正确的发展顺序掌握打点计时器的使用。

2.1.2 新人教版教材的特点

新人教版有关打点计时器的实验在自动化阶段较新粤教版多2个，分别是“研究自由落体运动的规律”和“探究加速度与力、质量的关系”两个实验，实验次数较多能够更好地促进学生的有关动作技能从联系形成阶段过渡到自动化阶段，更有助于学生掌握和巩固打点计时器的使用，同时体现人教版更加注重基本实验仪器的使用。这启发我们要让学生的实验操作动作技能达到自动化阶段，进行多次实验效果更佳。

2.1.3 新粤教版教材的特点

与新人教版不同，新粤教版在“研究自由落体运动的规律”和“探究加速度与力、质量的关系”两个实验中采用的速度测量工具为光电门，相较于打点计时器而言属于新型实验技术，体现粤教版提升学生信息素养的倾向。相对而言，新粤教版在基本仪器使用次数方面较新人教版偏少，可适当补充课外实验以巩固学生对基本仪器的使用。

2.2 例谈动作技能学习各阶段实验的具体比较

2.2.1 认知阶段

在“练习使用打点计时器”实验中，两个版本的教材都对如何安装和使用打点计时器进行了详细的步骤讲解（图2、图3），有利于学生在第一次学习时了解清楚打点计时器的用法，形成相应的动作技能，故两版教材在此实验所涉及的关于打点计时器的动作技能应属于认知阶段。

图2 新人教版关于“练习使用打点计时器”实验

图3 新粤教版关于“练习使用打点计时器”实验

相对而言，新粤教版教材先提出了三个关于打点计时器使用原理的疑问，引导学生先思考清楚再进行操作，且在实验最后给出实验数据表。笔者认为，对于动作技能尚处于认知阶段的初学者而言，对于打点计时器的原理和使用方法并不熟悉，应当在操作仪器前给予充分的引导，并且第一次操作时学生并不能注意过多细节，所以实验数据表也可由教材直接给出，故新粤教版教材对于此实验的编写处理更佳。

2.2.2 联系形成阶段

在新人教版“探究小车速度随时间变化的规律”实验以及新粤教版“测量匀变速直线运动的加速度”实验中，考虑到学生之前已经学习过两次关于打点计时器使用的实验，此时教材关于如何安装和使用打点计时器的步骤都简略概括，默认学生已经学会打点计时器的初步使用，故把这两个实验涉及打点计时器使用的动作技能归为联系形成阶段。基于此，两版教材都让学生在实验前思考实验原理和方法，篇幅都集中于如何基于实验原理和要求发挥打点计时器的功能。

相对而言，新粤教版教材在实验操作后让学生先自行设计数据记录表格，再给出样表供学生比对。对于打点计时器的动作技能已经处于联系形成阶段的学生而言，对于打点计时器的使用较认知阶段更熟悉，可以考虑让学生进一步思考实验操作所需记录的数据，因此，新粤教版教材对于此实验的编排更加符合动作技能学习阶段的特点。

2.2.3 自动化阶段

在新人教版和新粤教版“验证机械能守恒定律”实验中，已经完全默认学生已知如何利用打点计时器记录物体运动的信息，篇幅集中于如何根据纸带来验证物体在运动的过程保持机械能守恒，所以这两个实验涉及的打点计时器的动作技能应当属于自动化阶段。

相对而言，新粤教版教材中关于实验原理和步骤讲解得较为详细，新人教版教材中提出若干个问题让学生思考。在自动化阶段，新人教版留给学生更多思考和操作空间的做法较为合适，有利于学生在自主思考和摸索的过程中进一步发展动作技能，同时提升探究能力。

3 基于动作技能学习阶段理论的新教材使用建议

教材为教师教学和学生学习服务，合理使用教材能够促进学生实验操作能力的提升，即能够促进学生发展有关实验操作的动作技能，根据上述的统计和分析，下面以提高学生实验操作有关的动作技能为目标，对新教材的使用提出三点建议。

3.1 认知阶段，引导学生仔细阅读教材实验，并加强动作示范

此阶段教材实验内容中关于实验操作的步骤详细充分，教师应当引导学生仔细阅读教材实验，先从教材中学习实验原理和操作步骤。除了教材实验呈现的内容之外，教师应当结合言语讲解强调实验操作的动作规范，以方便学生初步学习实验操作有关的动作技能，并且由于学生在初学实验操作时常出现错误操作，需要教师及时指出并进行正确引导。如在学习打点计时器的使用前，教师应当详细介绍打点计时器的原理，逐步亲自示范使用方法，确保学生清楚打点计时器的使用原理和方法之后再进行操作，在学生操作的过程中教师需要及时纠正学生的错误操作。

3.2 联系形成阶段，留足时间给学生参考教材实验进行操作

此阶段教材实验内容中关于实验仪器的操作步骤较前一阶段简略，学生的动作技能有所发展，但实验操作尚不连贯，需要教师在实验时留足时间让学生回忆实验仪器的使用方法，并引导学生参考教材实验进行实验操作，让学生通过练习逐步提升动作的衔接熟练程度。如学生学习“测绘小灯泡伏安特性曲线”和“测量金属丝电阻率”两个实验后，对于基本电路的连接、滑动变阻器、电流表和电压表的使用已经有了一定的基础，再进行“测量电源电动势和内阻”实验，就可留足时间让学生参考教材实验自行思考电路的设计和连接，并进行实验操作，以提升学生对于电路实验有关的动作技能。

3.3 自动化阶段，基于教材实验进行变式训练以深化动作技能

此阶段教材默认学生的实验操作已非常熟练，所以在操作步骤方面言简意赅。此时，为了进一步提升学生的实验操作动作技能，就需要教师跳出教材实验内容本身，设计基于教材实验内容的变式实验，进行多次实验，以深化和活化学生对于实验操作的认识。如在自动化阶段，关于打点计时器，可由教师设计或考虑让学生思考如何利用打点计时器做尽可能多的实验，如采用与书本不一样的方法验证机械能守恒定律、测量斜面动摩擦因数、验证或探究动能定理、探究弹性势能等；关于多用电表，可设计实验让学生利用多用电表研究电学黑箱、检查电路故障、或想办法测量多用电表内电池的电动势和电阻等。这样学生关于操作使用打点计时器或者多用电表的动作技能就能进一步精进，并且能够促进动作技能和智慧技能的深度结合。

实验操作涉及动作技能，学生在关于实验操作的有关动作技能方面足够熟练，是确保实验操作正确无误的条件之一，而教材实验是引导学生学习实验操作的重要指引。为了培养学生实验操作有关的动作技能，教师要注意根据动作技能学习阶段理论合理处理教材，既要重视基本实验仪器的操作，引导学生打好扎实的基本实验功底，也要适时引入新型实验技术，开阔学生的视野，提升学生的信息素养，最终使学生实验操作有关的动作技能逐步向自动化阶段发展，以促进科学探究能力的提升。