郭芳俠，韓麗梅，何 琳

陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，西安 710119

1 問題提出

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中將科學(xué)探究作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素之一，強調(diào)了“科學(xué)探究能力的培養(yǎng)應(yīng)滲透在物理教學(xué)的整個過程中”，并認為物理實驗在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力方面具有重要作用[1]。

探究水平是指學(xué)生在科學(xué)探究活動中表現(xiàn)出的水平的高低程度，由美國課程理論研究專家施瓦布在1962年首次提出。施瓦布認為，探究活動應(yīng)包含三要素：“提出問題”“設(shè)計方案”“得出結(jié)論”，并依據(jù)師生在課程中的參與程度將各要素的探究水平分為三個等級，學(xué)生參與的程度越大，活動的探究水平越高[2]。此后，有關(guān)探究水平體系的構(gòu)建都在此基礎(chǔ)上展開，如赫倫在施瓦布體系上增加了“水平0”（活動完全不具備開放性），其四水平探究體系相較而言較為全面，各水平間有明顯的差異表征，易區(qū)分，因此得到較為廣泛的應(yīng)用[3]。此后，不同的研究在上述基礎(chǔ)上，從細致描述探究要素和師生在活動中的參與程度等方面，構(gòu)建了不同的框架，但對探究水平的劃分整體差異不大。

學(xué)者張新宇對國外各探究水平框架的建構(gòu)發(fā)展及特色進行述評[4]，并在赫倫等研究的成果上，以師生地位界定為基礎(chǔ)，對各環(huán)節(jié)探究水平要求進行了細化，確定了分析教材探究活動水平的“五環(huán)節(jié)四水平”框架，研究了英國初中科學(xué)基礎(chǔ)型教材和發(fā)展型教材中活動的探究水平差異[5]。目前，國內(nèi)對于探究水平體系的構(gòu)建基本相似。姚娟娟等基于張新宇的體系構(gòu)建了實驗類欄目探究水平的分析框架，分析了人教版（2019年版）高中化學(xué)教材實驗類欄目的探究水平[6]；張嘉新等在赫倫成果的基礎(chǔ)上對探究水平分類進行了研究，分析了人教版（2019年版）高中化學(xué)教材中的探究性實驗，并進行了探究水平的分類[7]。邱文婷等基于張新宇的探究水平體系比較了2019年版三套高中物理教材（人教版、滬科教版、粵教版）必修部分的實驗探究水平[8]。

教科書作為重要的課程教學(xué)資源和課程標準落實的載體，一定程度上反映著科學(xué)教學(xué)的真正改革。物理實驗是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，是幫助學(xué)生更好地理解物理規(guī)律和現(xiàn)象的有效教學(xué)方法。已有實證研究表明，在物理課中實施的探究活動對學(xué)生的學(xué)習(xí)收益有著積極影響[9]。實驗的探究水平直接影響著學(xué)生提出問題、探究問題、分析推理及合作交流等能力的發(fā)展。因此，研究新版高中物理教材實驗探究水平非常必要。

2 研究設(shè)計

2.1 研究對象

為全面了解我國新版高中物理教材實驗探究水平，選取2019年教育部審定出版的五套（人教版、滬科教版、魯科版、教科版和粵教版）普通高中物理教科書中的全部實驗內(nèi)容進行分析。

2.2 研究工具

研究采用姚娟娟等在張新宇的框架基礎(chǔ)上細化的實驗環(huán)節(jié)探究水平描述框架，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 教材實驗探究水平分析框架[6]

表1中“缺失”表示教材實驗未呈現(xiàn)某環(huán)節(jié)；“控制性水平”表示教材直接呈現(xiàn)相應(yīng)環(huán)節(jié)，學(xué)生活動一定程度上被限制；若教材提供部分引導(dǎo)性的表格、裝置圖等，使得學(xué)生有一定的自主性，則為“引導(dǎo)性水平”；若教材無任何提示和指導(dǎo)，完全由學(xué)生自主開展活動，則為“自主性水平”。

依據(jù)該方法對教材中所有實驗的探究水平進行判定，并統(tǒng)計各環(huán)節(jié)探究水平呈現(xiàn)頻次，進而分析和比較不同教材的探究水平。分析統(tǒng)計由兩位物理課程與教學(xué)論專業(yè)的研究生在熟練掌握方法的基礎(chǔ)上獨立進行，二者的一致性系數(shù)為0.88，可信度高。課題組再針對判定水平相異的描述進行討論交流，達成一致。

3 研究結(jié)果

五版教材實驗總數(shù)量分別為：人教版119個，滬科教版128個，魯科版133個，教科版160個，粵教版165個。

3.1 五版教材實驗探究水平的表征

依據(jù)探究水平分析框架，得到五版教材實驗環(huán)節(jié)的探究水平數(shù)據(jù)，如表 2所示。

表2 各環(huán)節(jié)探究水平表征頻次及占比

3.1.1 人教版實驗探究水平表征分析

人教版實驗呈現(xiàn)的欄目較豐富，有“實驗”“演示”“課題研究”“做一做”“拓展學(xué)習(xí)”欄目，但實驗數(shù)量相對較少。各欄目功能指向不同，“演示”欄目側(cè)重于實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)，能夠衍生的探究性活動較少。“實驗”欄目側(cè)重于讓學(xué)生通過實驗學(xué)習(xí)，總結(jié)歸納物理規(guī)律或結(jié)論，具有完整的實驗流程，能夠體現(xiàn)部分探究性活動?！白鲆蛔觥睓谀恐赶?qū)嶋H操作，針對性地提出建議或供參考的處理方法，引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新和探索。而“課題研究”“拓展學(xué)習(xí)”欄目注重物理學(xué)與實際生產(chǎn)生活以及其他學(xué)科的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生進行知識深化和應(yīng)用。

表2顯示，人教版實驗探究水平除“反思交流”環(huán)節(jié)以90.76%的比例集中在缺失水平外，其余四環(huán)節(jié)在控制性水平所占比例都最高，尤其是“目的確定”和“方案設(shè)計”環(huán)節(jié)，比例在86%以上，表明教材實驗設(shè)計對學(xué)生的自主性和引導(dǎo)作用的關(guān)注還需增強。比較各環(huán)節(jié)的高探究水平（引導(dǎo)性水平和自主性水平）發(fā)現(xiàn)，“方案實施”環(huán)節(jié)表征最高（共計占比51.26%），其次是“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)（共計27.73%）。此外，教材較少關(guān)注學(xué)生的反思和交流活動，“反思交流”環(huán)節(jié)在大多實驗中呈現(xiàn)較少，引導(dǎo)性水平和自主性水平的呈現(xiàn)比例之和僅為5.04%。因此，需注重“反思交流”環(huán)節(jié)的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生交流評價，深入思考。

3.1.2 滬科教版實驗探究水平表征分析

滬科教版中實驗欄目分布清晰，除個別演示實驗穿插在正文內(nèi)，其余實驗主要呈現(xiàn)在“學(xué)生必做實驗”“實驗探究”“課題研究”欄目中。“學(xué)生必做實驗”欄目基本上都采用表格等形式引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、得出數(shù)據(jù)，結(jié)論的形成需要學(xué)生自行從已有現(xiàn)象或數(shù)據(jù)中得出，欄目結(jié)尾均給出一定角度的思考和討論活動，更好地引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)總結(jié)和鞏固，環(huán)節(jié)呈現(xiàn)完整。但該欄目直接呈現(xiàn)了實驗?zāi)康暮头桨冈O(shè)計，雖明確了學(xué)習(xí)任務(wù)和操作步驟，但一定程度上抑制了學(xué)生的探究能動性?！皩嶒炋骄俊焙汀罢n題研究”主要涉及對物理知識的深化和應(yīng)用，更多地用來幫助學(xué)生拓展學(xué)習(xí)，將近85%的實驗分布在這兩個欄目中。

表2中的數(shù)據(jù)表明，滬科教版實驗集中在控制性水平，其中“目的確定”“方案設(shè)計”和“結(jié)論形成”三個環(huán)節(jié)中占比均較高。引導(dǎo)性水平上除“目的確定”環(huán)節(jié)占比較低（7.81%）外，其余四個環(huán)節(jié)的引導(dǎo)性水平比例均在20%～25%間。自主性水平在“方案實施”環(huán)節(jié)中呈現(xiàn)最好，占比為42.97%，其次為“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)（24.22%），而在“目的確定”環(huán)節(jié)則無自主性水平的表征。缺失水平主要集中在“反思交流”環(huán)節(jié)，占比高達67.19%。整體而言，滬科教版實驗探究水平較高的環(huán)節(jié)是“方案實施”，其次是“結(jié)論形成”，相對較低的是“目的確定”。

3.1.3 魯科版實驗探究水平表征分析

魯科版的實驗欄目有“實驗與探究”“迷你實驗室”“DIS實驗室”。其中，學(xué)生必做實驗雖未有特定欄目，但以明確的實驗標題呈現(xiàn)在正文中，目的明確，方法步驟完整，實驗實施多為引導(dǎo)性，對實施和結(jié)論形成的自主性要求相對較高。“迷你實驗室”欄目趣味性較強，其實驗設(shè)計多與生活實際相聯(lián)系，且注重實驗的安全操作性提示。教材多以“引導(dǎo)、遞進”的理念設(shè)計探究活動，例如在對電容器的充、放電的探究中，先進行完整的實驗探究活動，接著在“迷你實驗室”欄目使用二極管來觀察相關(guān)現(xiàn)象，又通過“實驗與探究”欄目加深探究內(nèi)容，實驗層層遞進，知識深度和廣度得到拓展，既有效幫助學(xué)生鞏固知識，又促進科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的發(fā)展。

表2中的數(shù)據(jù)表明，魯科版實驗探究水平主要集中在控制性水平。魯科版的133個實驗的“目的確定”環(huán)節(jié)均由教材直接呈現(xiàn)，因此該環(huán)節(jié)為完全控制性水平?！胺桨冈O(shè)計”“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)的探究水平也以97.74%和50.38%的比例集中在控制性水平，遠高于其他水平的占比。在引導(dǎo)性水平上，表征較好的環(huán)節(jié)是“方案實施”“反思交流”；自主性水平的呈現(xiàn)只出現(xiàn)在“方案實施”和“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)。缺失水平在三個環(huán)節(jié)中呈現(xiàn)，其中“反思交流”環(huán)節(jié)缺失水平占比最高（78.95%）。總體上，“方案實施”環(huán)節(jié)探究水平最高，其次是“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)，較低的是“方案設(shè)計”和“目的確定”環(huán)節(jié)。因此，應(yīng)重點關(guān)注“方案設(shè)計”“目的確定”和“反思交流”環(huán)節(jié)的較高水平探究設(shè)計，以提升整體探究水平。

3.1.4 教科版實驗探究水平表征分析

教科版實驗欄目較多，主要分布在“實驗探究”“實驗”“觀察思考”“活動”“實驗室”欄目。學(xué)生必做實驗沒有固定欄目，部分實驗沒有明確的實驗名稱，因此會使得實驗?zāi)康沫h(huán)節(jié)缺失或者需要一定的引導(dǎo)活動來幫助學(xué)生確定探究任務(wù)。但教科版對實驗“由淺入深”的設(shè)計特色明顯，例如對光的折射的研究，首先是“在不同位置觀察插入水中筷子的形狀”，其后再進行光的折射現(xiàn)象規(guī)律的探究，遞進式的認知設(shè)計能更有效地啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生深入理解物理概念和規(guī)律。類似的設(shè)計還有光的全反射、布朗運動等實驗。

表2中的數(shù)據(jù)顯示，教科版實驗的“方案設(shè)計”“目的確定”“結(jié)論形成”“方案實施”四個環(huán)節(jié)的探究水平主要集中在控制性水平，相比于其他水平占比最高；有80.63%的實驗未涉及“反思交流”環(huán)節(jié)，因此該環(huán)節(jié)主要集中于缺失水平。引導(dǎo)性水平在五個環(huán)節(jié)中也均有呈現(xiàn)，相較而言“方案實施”“反思交流”環(huán)節(jié)的引導(dǎo)性水平設(shè)計相對較好，分別占20.00%和15.00%。自主性水平僅在三個環(huán)節(jié)中有呈現(xiàn)，“方案實施”（35.63%）和“結(jié)論形成”（18.57%）環(huán)節(jié)中相對較高。五個環(huán)節(jié)均有缺失水平。因此，教科版中探究水平較好的環(huán)節(jié)為“方案實施”和“結(jié)論形成”，較低的是“目的確定”。

3.1.5 粵教版實驗探究水平表征分析

粵教版教材主要的實驗欄目有“實驗與探究”“觀察與思考”“實踐與拓展”。學(xué)生必做實驗大多分布在“實驗與探究”欄目，同其他版本教材相似，必做實驗的環(huán)節(jié)設(shè)計完整，目的、方案環(huán)節(jié)、結(jié)論的得出基本都被明確呈現(xiàn)?；浗贪娼滩膶嶒瀮?nèi)容較豐富，數(shù)量在五版教材中最多（165個），教材對同一物理規(guī)律或知識的學(xué)習(xí)，不僅設(shè)計了引導(dǎo)性的探究實驗，還設(shè)計了課后的自制實驗活動，既是課堂實驗的延伸，同時還增加了實驗探究的深度，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和能力。例如，“測量電源電動勢和內(nèi)阻”實驗，既有課中的教材給定方案的探究實驗，也有課后要求學(xué)生自主實踐進行方案再設(shè)計的活動探究。類似的實驗設(shè)計還體現(xiàn)在安培力、交變電流等的學(xué)習(xí)中。

表2中的數(shù)據(jù)表明，粵教版實驗探究水平在前四個環(huán)節(jié)主要集中在控制性水平，尤其是“目的確定”“方案設(shè)計”環(huán)節(jié)中水平1占比高達88.48%、81.21%，“反思交流”環(huán)節(jié)在82.42%的實驗中未出現(xiàn)，集中在缺失水平。引導(dǎo)性水平和自主性水平在五個環(huán)節(jié)中都有出現(xiàn)，但引導(dǎo)性水平主要呈現(xiàn)在“方案實施”環(huán)節(jié)（36.97%）。而自主性水平的呈現(xiàn)主要在“方案實施”環(huán)節(jié)（19.39%）和“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)（16.97%）中。因此，教科版教材的“方案實施”環(huán)節(jié)的探究性水平較高，“目的確定”環(huán)節(jié)的探究性水平較低。

3.2 五版教材實驗探究水平的比較

按照探究水平框架，缺失（水平0）和控制性水平（水平1）屬于低層次的探究；引導(dǎo)性水平（水平2）和自主性水平（水平3）屬于較高層次的探究，4個水平占比之和為1，某一環(huán)節(jié)較高水平的探究比例越高，其低水平的探究比例就越低，因而對不同教材探究水平比較時，僅對較高層次的探究水平進行對比。將表2中各環(huán)節(jié)水平2和水平3的表征占比相加，得到相應(yīng)柱形圖，如圖1所示。

圖1 五版教材實驗較高探究水平占比比較

圖1直觀呈現(xiàn)了五版教材實驗每一環(huán)節(jié)較高探究水平表征的占比。不同教材間各環(huán)節(jié)探究表征水平都存在差異，但也表現(xiàn)出一定的共性，即表征水平最好的環(huán)節(jié)都是“方案實施”，其次是“結(jié)論形成”，表征水平最低的是“目的確定”。

“目的確定”環(huán)節(jié)，各版教材多數(shù)實驗的探究水平集中在控制性水平，占比最低的教科版也達到84.38%。相較而言，粵教版對較高探究水平的呈現(xiàn)稍好，其次為滬科教版（7.81%），人教版（2.52%）和教科版（1.88%）均稍低，魯科版在較高的兩個探究水平上沒有呈現(xiàn)。

“方案設(shè)計”環(huán)節(jié)，各版教材多數(shù)實驗的探究水平集中在控制性水平。滬科教版控制性水平比例最低，但依然有67.19%。相較而言，滬科教版的呈現(xiàn)最好，較高水平占比之和最高（30.47%），其次是粵教版、人教版、教科版和魯科版。與“目的確定”環(huán)節(jié)相比，各版教材在“方案設(shè)計”環(huán)節(jié)中的探究水平的處理稍好一些，結(jié)合五版教材文本，對實驗方案或步驟的處理，均是直接以文本呈現(xiàn)為主，較少關(guān)注到引導(dǎo)性和探究性活動的呈現(xiàn)，其探究水平仍需提高。

“方案實施”環(huán)節(jié)，與其他環(huán)節(jié)橫向?qū)Ρ龋靼娼滩膶嶒炘谶@個環(huán)節(jié)探究水平均是最高的，引導(dǎo)性水平和自主性水平占比之和均超過51%，滬科教版較高水平占比共計達66.41%，其次為魯科版（58.65%）、粵教版（56.36%）、教科版（55.63%），人教版稍低（51.26%）。五版教材對該環(huán)節(jié)的探究水平處理均較好。

“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)，各版教材實驗探究水平主要集中在控制性水平。滬科教版對較高探究水平的呈現(xiàn)依然最好（水平2和水平3占比之和為46.10%），其次為教科版（30.00%），魯科版（27.82%）和人教版（27.73%）比值相近，粵教版稍低（26.06%）。相對于前面三環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)中缺失水平所占的比例較大。

“反思交流”環(huán)節(jié)，各版教材實驗探究水平主要集中在缺失水平。各版教材對實驗的設(shè)計一定程度上都較少關(guān)注到交流和反思活動，人教版缺失比例高達90.76%，滬科教版最低也有67.19%的缺失。比較各版教材的較高探究水平，滬科教版對“反思交流”環(huán)節(jié)的處理相對較好，人教版在該環(huán)節(jié)的探究水平表征較低。

綜合以上分析，整體來看，滬科教版對實驗探究環(huán)節(jié)的設(shè)計較全面，引導(dǎo)性水平和自主性水平占比最多，表征水平較高，其次為粵教版，魯科版和教科版相當，人教版由于其反思交流環(huán)節(jié)缺失比例較高，控制水平的實驗較多導(dǎo)致表征水平較低。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

各版教材對實驗的呈現(xiàn)各有特點，但每版教材對各實驗環(huán)節(jié)的呈現(xiàn)均有缺失。在實驗各環(huán)節(jié)探究水平方面，五版教材表征水平最高的環(huán)節(jié)都是“方案實施”，其次是“結(jié)論形成”，表征水平最低的環(huán)節(jié)也均是“目的確定”。其中，“反思交流”環(huán)節(jié)主要集中在缺失水平，“目的確定”“方案設(shè)計”“結(jié)論形成”三個環(huán)節(jié)集中在控制性水平。

分析教材的整體探究水平，滬科教版的實驗環(huán)節(jié)整體缺失比例較小，引導(dǎo)性水平和自主性水平的設(shè)計和表征較多，因而探究水平較高，其次為粵教版教材，魯科版和教科版教材探究水平表征基本相當，較低的是人教版教材，主要是因為“反思交流”環(huán)節(jié)缺失比例較高，“方案設(shè)計”和“結(jié)論形成”環(huán)節(jié)控制性水平比例也高。

4.2 建議

完整呈現(xiàn)實驗探究環(huán)節(jié)，以便有效開展實驗探究活動。實驗探究環(huán)節(jié)越完整，學(xué)生參與探究活動的機會和程度越大。

適當提高實驗探究水平，靈活融入引導(dǎo)性和自主性探究活動。在現(xiàn)有的探究水平基礎(chǔ)上適當提高實驗探究的引導(dǎo)性和自主性，發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，給予學(xué)生較多的自主探究機會。

根據(jù)環(huán)節(jié)特點和學(xué)生認知能力實際，適時設(shè)計不同探究水平的實驗。循序漸進，逐步提升探究水平，不能盲目追求實驗的開放性和自主性。如在“目的確定”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)性的探究水平更為合適，若完全由學(xué)生自主確定任務(wù)內(nèi)容，可能存在目標偏差，導(dǎo)致后續(xù)探究活動失去意義。教材可適當減少完整內(nèi)容的給出，盡量利用文字或圖、表等引導(dǎo)學(xué)生進行實驗活動，合理地為學(xué)生提供質(zhì)疑與探究、反思與交流的機會，才能更好地發(fā)揮教材的支架作用。