物理实验教学研究的回顾与展望

【摘要】探寻我国物理实验教学研究的贡献，不仅有助于完善物理学科教学研究体系，也有利于推动中国物理教学研究体系的国际传播。文章基于CNKI中国知网数据库的检索，对1981至2022年《课程·教材·教法》刊载的92篇物理实验教学研究文献的分析发现，研究从宏观层面介绍了国外物理实验教学的情况，探讨了物理实验教学中融入科学素质的实施现状以及物理实验的课程标准与教材建设，从微观层面上深入分析物理实验的教学、学习、评价等问题。

【关键词】物理实验；教学研究；《课程·教材·教法》；文献分析

【中图分类号】G633.7【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）18—0071—05

物理实验凝练了物理学在改变世界的发展中所展现的创新思维方法、实验技能、科技成果及人文精神，在培养学生创新思维、探究精神、实践能力等方面发挥着无可替代的重要作用。为此，探寻物理实验教学内容、方法、评价等方面的优化是不少物理教育研究者关注的重点，这些工作也为物理教育研究尤其是物理实验教学研究提供了更多的思路与方向。

鉴于《课程·教材·教法》作为反映国内外教育课程、教材及教法领域的最新研究成果和先进经验的权威学术期刊，对我国教育（尤其是基础教育）课程、教材、教法改革研究有一定引领作用，因此，本研究通过梳理《课程·教材·教法》刊载的有关物理实验教学的研究，以期了解研究进展、寻找研究突破，进而推动物理实验教学研究的进一步发展。

一、研究概貌

以CNKI中国知网为数据库，在《课程·教材·教法》期刊中以“物理”为关键词检索文献，得到396条记录（截至2022年12月31日），经筛选得到与物理实验教学研究相关的有效文献92篇，通过文献计量和内容分析对其年度分布、主要贡献者、研究类型作了概述。

1.年度分布与主要贡献者。物理实验教学研究的每年发文量在近四十年来始终保持在一定的数量范围内，没有出现明显的增减趋势（如图1所示）。20世纪80年代，处于改革开放初期的我国经济开始复苏，或是因为教育与政治、经济的发展一脉相连，中小学建设得以推进，又或是因为在基础教育中强调作为第一生产力的科学技术，物理实验教学研究引起了教育研究界的关注，相关研究孕育而生，发展稳定。20世纪90年代以后，随着我国推进示范性高中和重点大学的建设，为科技强国打好人才根基的培养目标也为物理实验教学研究提供了契机，研究数量有较为明显的增加，但是在20世纪末出现持续下降。21世纪以来，相关研究的数量没有大幅度的提升，明显的数量增长可能与2000年、2003年、2011年、2017年的几次物理课程改革相关，但其影响具有明显的时效性。

了解该领域研究的主要贡献者，可以为相关研究人员提供指引，把握该领域研究的主要动向。为了合理评价研究者的贡献，本研究只统计文献的第一作者，且不重复统计[1]。经统计，共63位研究者贡献了92篇文献。从其工作单位来看，研究者分别来自高等院校（38人）、中小学或中等职业学校（12人）、研究机构（9人）、出版社（4人），说明专门从事研究的工作者与一线教师都在致力于推动物理实验教学的更好发展。

2.研究类型。按研究方式可以将文献分为描述型、应用型和综述型三类，本研究取样的物理实验教学研究文献以前两类为主。描述型文献主要是通过概念、判断和推理等逻辑形式，结合议论、说明等表达方式，分析事物、阐明事理，以阐述研究者的新观点和新见解。在44篇描述型文献中，研究者介绍了国外物理实验教学的情况，为我国物理实验教学及其研究的推进提供了借鉴，同时也让物理教育工作者与学习者熟悉了国外物理实验课程标准及教材内容，使之把握各国、各地区物理实验教学的动向。

应用型文献是以某一社会现象或问题作为研究对象，运用理论来判断和分析实证调研收集到的数据资料，并提出应对政策或措施。在47篇应用型文献中，研究者围绕核心素养的话题调查了物理实验教学中融入科学素质的实施现状，提出策略以促进科学素质教育的有效实施，研究者还通过分析教学与学习现状等方面，对物理实验教学策略、学习方法等开展研究，以促进高效教学和有效学习。

综述型文献是以某领域中的某一问题为研究对象，以纵向、横向和纵横向等描述向度，通过归纳、总结等方式对前人已取得的研究成果加以介绍或评论，并发表作者自己的见解。92篇文献中仅有一篇是综述型文献，是研究者就某期刊收录的物理教育研究文献进行分析。由此可见，本研究针对《课程·教材·教法》收录的物理实验教学研究相关文献进行系统梳理与分析，并有一定的理论价值及实际意义。

二、研究主题

1.国外物理实验教学的引介。对国外物理实验教学的引介主要涉及一些国家的学校体制、物理课程设计、物理课程实验教学大纲、中学物理教材等内容。这些文献主要集中于1981年至1993年，最近的一篇文献发表于1993年，说明就该期刊而言，对国外物理实验教学的关注在近29年以来出现了停滞。相关研究主要使用内容分析法，从宏观上为国内研究者提供了物理实验教学及研究的国际视域。例如，邢蕙兰概括了意大利学校体制改革的情况，讨论了物理课程和物理教师培训等问题[2]；汪震球介绍了前苏联基础教学物理课程实验教学大纲[3]；张大昌介绍了英国的中学物理教材[4]；雷树人则多次撰写论文介绍英国纳菲尔德高级水平物理课程的设计、美国中学物理教学见闻、日本中学物理科的课程教材和教学[5]。这些研究者的工作为物理实验教学的比较研究奠定了良好的基础。

2.物理实验教学中融入科学素质的研究。《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》指出，科学素质是国民素质的重要组成部分，是社会文明进步的基础[6]。科学素质又称为科技素质、科学素养，虽然提法不一，但含义基本相同。公民要具备的科学素质是指崇尚科学精神，树立科学思想，掌握基本科学方法，了解必要科技知识，并具有应用其分析判断事物和解决实际问题的能力。因此，将科学素质融入物理实验教学也成为研究者的关注点。

基于大量实证研究的结果，研究者普遍认为探索性实验可以激发学习者的好奇心和想象力，增强其科学兴趣、创新意识和创新能力，以培育具备科学家潜质的人才，为加快建设科技强国夯实人才基础。例如，邢红军和李金铭从观察与测量、发现问题并寻求解决问题的方法、解释数据并作出概括、设计及检验和修改一种物理模型、兴趣和态度等五个层次对学生在实验探索中的行为提出要求，对高中物理探索性实验的研究有所帮助[7]。邢红军还指出，探索性实验在激发学生学习兴趣、提高动手操作能力，特别是培养学生创造性思维能力方面发挥着重要的作用[8]。谢孟耘和罗莹发现，学生进行物理实验随物理课程教材的发展相应演变，依次呈现出天然的、觉醒的和全面发展的三类科学探究特征[9]。在教学上，项华和李永艳还提出了注重观察与实验教学、注重培养学生运用物理图象解决问题的方式、习惯和能力、注重选用现代教育技术手段开展情境教学等建议。

3.课程标准及教材的研究。物理实验课程及教材方面的研究一般是体现在整个物理学科课程研究中。研究者主要围绕物理课程标准及教材在实验部分的编写依据、框架、维度、内容等方面展开内容分析与比较研究。研究者分析并比较了国内物理课程标准和教材在实验部分的历史沿革，并介绍了国际上一些国家的课程内容，为完善我国物理实验课程体系建设、提高育人质量提供了参考。彭前程在课标及教材研究方面产生了一系列成果。他曾将《普通高中物理课程标准（2017年版）》与《普通高中物理课程标准（实验）》进行比较，指出两者在理念、目标、内容、评价等方面的变化[10]。在课程与教学改革上，彭前程早就认为高中物理教材的编写要加强实验内容，指出实验的特点及其在物理教学中的重要性，他还以人教版高中物理新课标教材整体设计为前提，提出了普通高中课程标准物理教材的整体设计思想。张大昌则是从教材角度重新审视科学课程新理念，研究了科学课程的三维课程目标，强调了科学探究在教学中的作用[11]。此外，针对科学、技术、社会（简称STS）这一世界各国科学教育改革的新构想，邢红军指出高中物理教材编写应当进一步渗透STS，并详细阐释其必要性、重要性和具体渗透方法。

4.物理实验教学策略的研究。除了上述从宏观层面对课程建设、素养发展等方面的研究，不少研究者立足于教与学本身，深入探讨了一些实践问题。物理实验教学策略的研究便是其中的一个重要部分，研究围绕科学探究过程、探究教学模型、科学本质教育教学技能、生活视域下探究活动设计等论题展开，在“实践——理论——反思”的非线性变化过程中，通过不断试错寻找相对正确的实践与理论。这些细致入微的研究加深了教育工作者关于物理实验教学策略及其研究的重要性认识，从中得到了关于物理实验教学策略的改进措施，并促进了物理实验教学的有效实施。具体而言，叶建柱以探究式教学中的科学假说讨论了怎样让学生经历真正的科学探究过程[12]。王文清等人根据对物理学科和中学生学习物理的认知建构本质的理解，在借鉴当代科学教育相关研究成果的基础上，提出了由问题定位、诱导探究、焦点突破、知识表征与研讨、应用整合等五个要素构成的“促进科学认知发展的探究教学模型”[13]，为改变中学物理探究教学提供一个可供选择的途径。郭玉英基于对一线教师的调查研究，揭示了高中物理教学中科学本质教育的现状，并提出了发展教师关于科学本质教育的相关知识和教学技能的策略[13]。张伟和郭玉英致力于生态化物理教学的理念，从促进学习者全面和谐发展的视角论证了“非常规”物理实验教学的重要价值，认为是中学物理教学的基础[14]。林桐绰总结了实验的类型、实验研究的方法和处理数据的方法[15]。钟鹏明讨论了对初中物理边学边实验教学的看法与认识[16]。刘增泽和潘苏东提出要在生活视域下创设问题情境，构建探究活动，以促进学生自主性知识建构[17]。

5.物理实验学习的研究。在优化教学策略的同时，学习者学习的转变作为提升教与学质量的另一方面，也受到研究者重视（尽管相较于教学策略研究，稍显薄弱）。学习研究围绕学习者对物理实验的态度、探究能力、具体学习方法与问题解决方式等方面展开，为促进学习者由被动学习转变为主动学习提供了依据。例如，张军鹏以教育心理学相关理论为基础，对中学生关于物理实验的态度作了实证研究[18]，并在探究的问题情境下研究了学生的科学探究能力。朱铁成和胡晓娟则是从认知心理学的角度出发，研究了差异性实验的特征，希望促进学习者形成学习内驱力和学习的内在动机，进而优化学习方式[19]。在具体的学习方法方面，一部分研究者专注于物理实验问题解决，而问题解决方式的转变恰恰是学习方法转变的一个重要方面。陈峰则强调“问题串”理念，论述了在物理教学中使用“问题串”引导学生发现问题、解决问题的重要性[20]。朱铁成进一步澄清了发现问题情境和呈现问题情境的本质区别，认为前者重点在主动探索，而在实验教学中就应激发学生主动创设问题情境的能力，再进一步解决问题[21]。

6.物理实验教学评价的研究。教学评价为物理实验教学与学习提供反馈，反映了教学质量并指引着进一步教学的展开。研究者通过教学评价体系的完善与具体评价方法的开发，致力于让教学评价更真实，并有效地提供关于物理实验探究效果的信息，在提高评价准确性的同时为教学改革引路。研究内容与前几个研究主题中的某些视角不谋而合。例如，熊春玲探索了初中物理科学、技术与社会教育运行机制，通过构建评价体系保证STS教育的落实[22]。钟鹏明将学生的实验成绩和观察与实验能力等内容归入学生物理学习的基本结构，作为评价学生物理学习成绩的依据之一[23]。张军鹏对中学物理实验教学目标的分类、测量与评价的研究则是基于多元视角[24]。

三、研究展望

1.加强外部合作，拓宽国际视野。尽管研究者引介了国际上一些国家在物理实验教学方面的成果，但是系统地与我国物理实验教学的各方面进行比较与借鉴的研究很少，而且此类研究也停滞在较为久远的年份。为此，研究者需进一步加强对国外物理实验教学研究的学习，通过出国访学、国际合作研究、组织和参加国际学术会议、邀请国外研究者来华等多种方式展开和国外物理实验教学研究者的交流及合作，让我国物理实验教学研究找到更适合自己的发展方向，为我国物理实验教学改革拓宽路径。