高中物理教材实验栏目的对比分析与使用建议——以人教版和粤教版教材选择性必修二为例

郑柔纯，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）》（以下简称“新课标”）明确指出将科学探究作为物理学科核心素养之一，强调引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力［1］。教材中的实验栏目是培养科学探究素养的主要载体，其重要性不言而喻。因此，本文以高中物理选择性必修二为例，从对比层面剖析粤教版教材的“实验与探究”栏目与人教版教材的“实验”栏目的设计意图与处理特点，基于此提出了使用实验栏目的教学建议，以期帮助教师更好地把握该栏目的编写理念，有效落实科学探究素养的培养。

1 两版教材实验栏目的对比分析

对比分析两版教材在实验栏目上的图表呈现、实验结构等方面的编写特点与内容优劣，有利于教师更好地把握该栏目的编写意图。

1.1 图表呈现

在图表的呈现上，两版教材均有效地利用了生活实物图、实验原理图等各种图像呈现真实的实验情境，均重视用表格呈现相关数据关系，体现了以学生为主体的教育理念。在教学中，可以结合两版教材中的各种图表，给予学生更直观的认识。但分析可知，两版教材在部分图像与表格的选择与取舍上侧重点有所不同。

（1）粤教版更重视流程图的使用。例如，在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，粤教版采用了基于问题设计的流程图的形式展示实验方案（图1），更好地帮助学生厘清实验设计的思路。

图1 实验探究方案流程图

（2）人教版更注重考查设计表格的能力。例如，在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中，粤教版直接展示了实验数据记录表，而人教版则通过文字描述引导学生自主设计实验数据表格，更有利于学生进行思维训练，从而提升学生自主学习、科学探究的能力。

1.2 实验结构

1.2.1 两版教材均强调实验前做好铺垫

两版教材在实验前的文字表述的共通点主要有以下两点：（1）抓住新旧知识的逻辑或者创设物理情境展开；（2）通过提问设疑的方式引导学生明确实验探究目的。总体而言，两版教材在引入实验栏目内容前均做了很好的铺垫，大部分表述符合学生的学习基础和认知发展，教师可以结合两版教材互相参考。

然而，两版教材在“探究影响感应电流方向的因素”实验前的文本表述的跳跃层次有所不同。粤教版将“具体影响因素的呈现”归类在栏目中，引导学生通过实验探究进一步猜想与假设，而不采用人教版在栏目前直接呈现的方式。相对而言，粤教版通过实验探究引导学生一步步得出影响感应电流的因素，环节间的跳跃、过渡更符合学生的认知发展水平，更有利于学生科学思维能力和探究意识的发展。

1.2.2 两版教材均注重利用问题、留白引领探究

两版教材中的栏目设置均呈半开放式［2］，并不直接给出实验结论，而是有意识地在关键实验操作或现象处提问、留白，引导学生思考并讨论。例如，人教版在“探究光敏电阻特性”实验中给出了4 个问题：在室内自然光的照射下，电阻约有多大？ 用手掌遮光时电阻又是多少？ 用阳光直接照射呢？ 改用其他经过处理的电阻重做实验，结果相同吗？ 利用4 个针对性的探究性问题，实现把整体的探究活动分解为一系列驱动性任务的目的，促进学生的知识理解与思维发展。

又如，粤教版在“探究涡流的机械效应”实验中，在给出一个参考实验设计思路的同时鼓励学生利用已有的实验条件设计出其他实验探究方案，这种拓展性留白有利于活跃学生思维，引导他们大胆猜测、亲身实践，促进探究能力的发展。

1.2.3 两版教材科学探究开放程度存在差异

人教版在“实验”栏目设置了4 个实验，其中“探究光敏电阻特性”“探究热敏电阻特性”2 个实验均只提供了简洁的实验操作及问题引导，更侧重锻炼学生自主设计实验、自主分析实验现象与数据的能力，科学探究开放程度较高。粤教版在“实验与探究”栏目编排了9 个实验，整体花了较多篇幅呈现实验设计思路及提供实验方法，侧重于强化学生对探究过程的体验，引导学生掌握科学探究的方法，总体来说科学探究开放程度较低。

1.3 实验方案

新课标明确指出，应重视数字实验，创新实验方式［1］。基于此，粤教版在“实验与探究”栏目中设置了“探究磁体的磁场分布是否随时间发生变化”的数字化实验，不仅为学生深入学习与研究数字化实验提供机会，还能进一步加深学生对磁场概念的理解。

2 两版教材实验栏目的使用建议

基于上述分析，具体提出高效使用实验栏目的教学建议，为教师更好地进行实验教学设计提供参考。

2.1 创设符合学生认知需求的探究情境

在探究实验前，教师应有意识地创设符合学生认知需求的物理情境，进一步激发学生的好奇心与求知欲，为后续研究问题提供必要的知识准备。教师可从以下几方面创设情境：第一，从学生的日常生活中挖掘链接新知识的教学资源，促使他们在充分利用已有经验的基础上建构新知识；第二，从对学生已有知识的分析引申和逻辑展开中发现问题，唤醒学生的认知冲突，促使学生将已有知识迁移、应用到新知识的问题解决中；第三，借助生动有趣的物理学史实或故事，设置激发学生学习兴趣与求知欲望的问题。

例如，在“探究洛伦兹力方向”实验前，通过“旋转的液体”魔术创设物理情境（图2），引导学生观察导电溶液在磁场作用下发生的神奇的旋转现象，促使学生产生认知冲突，为引入洛伦兹力方向的学习做好铺垫。

图2 旋转的液体

2.2 巧用思维地图展示实验设计脉络

思维地图作为一种知识可视化工具［3］，能直观地展示思维过程，呈现知识螺旋上升的脉络，有利于帮助学生发展对比分析、逻辑推理、发散思维的学习能力。在探究实验过程中，教师可以利用流程图、树状图等思维地图展示实验设计脉络，从而让学生对整个实验过程有宏观上的理解与掌握。

例如，在“探究影响感应电动势大小的因素”实验中，教师可以引导学生以小组为单位进行讨论，画出流程图（图3）。

图3 流程图

2.3 增设实验表格设计的环节

表格具有简洁直观、数据集中、通俗易懂的优势。在进行表格设计时，教师应以填空的形式引导学生根据实验内容填补待用表格中的关键信息，帮助其明确表格中各信息间的内在联系，促使学生在设计表格的过程中提升数据记录、对比、分析、综合的能力，同时强化学生基于证据的归纳推理能力的发展。

表1 实验设计表

2.4 设置指向明确的探究性问题

好的物理课堂应该是师生共同提出、分析、讨论并解决问题的多边互动过程［4］。因此，教师需在厘清学生的认知发展水平和知识能力的基础上，深入研究并设计指向明确、环环相扣的探究性问题，从而激发探究欲望，促进学生科学推理与质疑创新的科学思维能力的发展。

例如，在“探究涡流的机械效应”实验中，转动磁铁，引导学生观察铝框的运动（图4）。在分析实验现象时，设计如下问题串：“铝框运动起来说明其受到力的作用，该力是谁施加的？ 这是个什么力？ 这个力是怎么产生的？ 既然磁铁对铝框施加了力，铝框对磁铁也必然施加了力，那磁铁受到的力是动力还是阻力？”利用层层推进的问题串，促使探究逐步深入，学生在问题引导下深入理解电磁驱动规律的同时，思维能力也得到了发展。

图4 铝框的运动

2.5 运用“留白”艺术启迪思维

将“留白”艺术合理地运用在教学上，不仅能给学生留下更多思考、探究、创新的发展空间，还能促使学生学习能力阶梯式提升。常用的留白方式有以下几种：第一，在关键的实验操作、原理处设置探究性留白，促使学生通过实验探究完成“补白”的任务；第二，在相关的实验方法处设置启发性留白，有效地鼓励学生积极思考，敢于推测，主动尝试分析并解决问题；第三，在易忽略的实验细节处设置计划性留白，从而进一步培养学生关注细节、认真严谨的科学作风；第四，在解难答疑处设置拓展性留白，鼓励学生课后思考，独立解决问题。

例如，在“探究安培力方向”实验中（图5），有学生认为教材中的实验装置不够严谨，导体棒向外摆动可能受到了斜向上、斜向下等方向的力，这并不能直接证明安培力、磁感应强度、电流三者方向两两垂直的结论。针对学生的质疑，教师应肯定学生的想法，并引导学生在课后自行设计该实验的改进方案。通过设置课后拓展留白，给予学生更多展示自我、自主发挥、深入研究的机会。

图5 实验装置图

3 结语

总之，人教版和粤教版选择性必修二中的实验栏目均很好地发挥了实验在物理教学中的育人功能。两版教材在图表呈现、实验结构与实验方案上的选择各有侧重，对同一实验的处理也有所差异，教师应在充分理解教材编写意图的基础上，对比并汲取两版教材中实验设置的优点，根据实际教学情况选择适合的教学方案，优化实验教学。