中美高中物理實驗對比

一、課題來源及研究的目的和意義

（一）課題來源

物理學是一門以實驗爲基礎的課程，物理實驗教學是物理教學的重要環節。作爲一名物理師範生掌握好中學物理實驗是最基本的要求，在中國《普通高中物理課程標準》中對通過物理實驗培養學生的能力也有明確要求。然而，當我們走進實驗進行中學物理實驗探究時才發現，在實驗探究方面我們仍然存在着很多問題。比如：在我們高中的學習中有一部分實驗沒有開設；有些實驗儀器不會操作；探究實驗不能按照步驟進行；缺少嚴謹的科學探究精神；數據記錄也有不規範之處等。我們在高中物理的學習中物理實驗並沒有像《課標》所要求走進我們的課堂教學之中。但是，實驗是物理課程改革的重要環節，是落實物理課程目標，全面提高學生科學素養的重要途徑，也是物理課程改革的重要資源，做好物理實驗教學是物理教學的重中之重。我國物理教材實驗部分的編寫是否與我國《課標》要求相契合？通過現有物理實驗教學是否能達到對學生科學素養的培養？這些問題急需我們來思考。

物理教材是物理教學的主要依據，做好教材中物理實驗的編寫是必然要求。面對我國現存的物理實驗教學現狀，我們不妨嘗試對比國外優秀教材中的實驗編寫，借鑑國外優秀經驗，爲我國物理教材實驗部分的編寫提供一些支持。因此，我將選擇我國普通高中物理教科書（人教版）與美國高中物理教材《物理：原理與問題》中光學部分實驗進行對比研究。

（二）研究目的

通過此次對比研究發現中美兩國在《課標》要求方面存在的異同點，發現我國物理實驗中存在的問題，以便引起人們對我國物理實驗的思考和重視。對比美國教材光學部分實驗的開設形式、數量、實驗儀器及插圖等與我國教材之間的差異，找出美國教材中的存在的優點，從而參考和借鑑國外優秀教材中的優秀實驗，爲從事物理教學工作的廣大教師提供更加豐富、有趣的教學資源，爲我國現有的物理實驗教學提供一些改進建議，也爲我國的物理教材中實驗部分的編寫提供參考和建議。

（三）研究意義

通過對比中美兩國在《課標》要求方面存在的異同點，有助於發現我國在制定物理實驗《課標》時存在的問題。通過對光學實驗部分實驗的開設形式、數量、實驗儀器及插圖等多個方面進行對比，有利於爲我國從事物理教學工作的廣大教師提供豐富的教學資源，有助於他們改進傳統的教學方式，使學生增加對物理的學習興趣。通過對比兩本教材中“光的偏振”這一具體實驗，有利於幫助我們全面瞭解美國探究實驗的具體過程，有助於爲我國的物理教材中實驗部分的編寫提供參考和建議，有利於學生更好的掌握有關科學知識，形成科學的思維方式，更好的培養符合時代發展的新型人才。

二、國內外在該方向的研究現狀及分析

在新課改的大背景下，通過物理實驗培養學生科學素養的重要性已經被人們所重視。我國各位專家學者對中美教材中的實驗部分進行了多層次的比較研究，探索更適合我國學生情況的物理實驗教學方式。現已有大量的關於中美高中物理實驗比較研究的文獻問世。

2006年11月祁映宏在《中美2套高中物理教材學生實驗的比較與研究》中，統計了中美高中物理教材中的學生實驗，對兩國教材學生實驗編寫的特點做了比較研究，提出學生實驗設計的認識觀和學習觀，最後特別強調了美國教材中的一些可借鑑之處，並對我國物理教材中學生實驗做出了反思與期待。

蘇州大學的沈國強在2010年比較研究了中美兩套物理教材的科學探究內容異同。比較分析了兩國教材中的科學探究的數量、內容、方式等，對“科學探究”活動的實施從教師和學生兩個角度進行調查，瞭解教師和學生對“科學探究”活動觀念的理解、具體實施情況，以及制約“科學探究”教學開展的主要因素。

延邊大學的陳雪對高中物理實驗教科書實驗部分分爲表層結構包括實驗數量分佈、實驗體系結構、實驗器材選擇、實驗插圖語言四個部分，和深層結構科學知識、科學方法和科學情感三部分進行了比較分析，並用定性和定量研究的方法，分別進行數量和文本分析比較。並根據結論對我國物理教科書實驗部分編寫提出建議。

劉建智和李蘭對一套美國高中物理教材（欄目名稱爲《Physics Lab》）與我國人教版新課標高中物理教材中的實驗部分從實驗數目、實驗器材、實驗的編排與實施、語言分格及其他進行了比較，通過比較對我國在今後編寫或修改高中物理教材時應適當增加實驗數目、實驗內容與時俱進、適當增加光學與原子物理部分的模擬實驗、增加探究性實驗的數目，並增加實驗的開放性、體現“以人爲本”的教育理念。

李蘭在研究了前人已有的結論與成果之上，以中美兩國高中物理教材歷次改革與發展爲背景，對兩國物理課程標準進行了比較分析，並對中美兩國高中物理教材實驗部分的設置在實驗數目、實驗編排、實驗器材、實驗插圖、實驗語言，以及基本科學概念、科學實驗過程、科學情感態度等方面進行了比較分析。

華中師範大學教育碩士戚靜芳在對中美兩國高中物理主流教材比較的文獻進行分析的基礎上，比較研究了兩國教材中物理實驗的總論、實驗形式、試驗數量和具體實驗內容等，用文字、圖表等形式列舉其異同點，並歸納出各自特色。通過比較發現了兩套教材實驗總數多、實驗形式多樣化、對科學過程和方法的關注、培養學生創新意識等方面的相似性。同時看出兩國教材在實驗與學習內容的融合度、不同形式實驗數量、對探究過程的設計、對實驗材料的使用、與生活實際的聯繫以及對研究能力的培養等方面的區別。

郭麗麗構建了教材中物理實驗的比較模型。從實驗內容、實驗設計和實驗呈現方式三個方面對人教版物理教材和《物理：原理與問題》中的物理實驗進行了靜態比較研究，並根據比較研究得到的結論，對我國物理教材中實驗部分的編寫從實驗內容的選取、實驗的設計和實驗的呈現方式三方面提出建議。

西南大學課程與教學論碩士研究生蘇蘊娜在《中美澳高中物理教科書實驗設置比較研究》中，從實驗的選擇、實驗的編寫體例和實驗的呈現方式三個維度對中美澳三套高中物理教科書中的實驗進行了定量統計以及定性分析，強調物理實驗對學生科學素養的培養起到關鍵的作用。

印曉明和陳坤從培養學生“核心素養”的角度，對中美高中主流物理教材在“光學”部分編排進行對比，提出從“知識”走向“智慧”、從重視物理“實驗”到進行科學“實踐”、以學科“融合”提升“綜合”思維的理念，提高學生理科學習的“自我生長能力”，將培養學生在科學領域內“核心素養”的目標落到實處，爲學生的終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定良好的基礎。

南京師範大學教師教育學院的陸雪嬌以“拋體運動”爲例，對中美兩國常用的兩種高中物理教材的實驗呈現方式和實驗內容進行比較分析，發現實驗呈現形式的總體差異，以及中國教材中還存在缺少探究性實驗，實驗器材、實驗內容的選擇不夠貼近生活，實驗缺乏創意等問題。

高赫男和石紅選取了中國人教版物理教材和美國《物理：原理與問題》爲研究對象，對中美兩國高中物理教材實驗的數量、器材、欄目、插圖及語言等方面進行比較研究，利用文字、圖形或表格等形式描述其異同點。

三、相關概念界定

（一）物理實驗

物理實驗是學習物理的重要方法和手段，是物理學習的基礎。物理實驗是高中物理教學的重點。在人教版普通高中物理教材（2010年版）中，對教材中的物理實驗根據它們在物理學和物理教學中的地位、難易程度、用時長短、學校的器材條件，分爲了：學生實驗、實驗、演示、做一做以及問題與練習。

《課標》要求學生通過實驗，學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題；認識實驗在物理學中的地位和作用，掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗儀器，能獨立完成一些物理實驗。

物理實驗已經滲透到物理教材中的各個部分，包括了課後習題部分。本文中所選的物理實驗是光學部分實驗，有中國教材中的學生實驗、實驗、演示、做一做，以及美國教材中光學實驗部分的起步實驗、迷你實驗、物理實驗。

（二）物理教材

教材是教學過程中的四個基本要素之一，其含義隨着科學技術的進步和發展，也不斷髮展和壯大。目前，從廣義來講，教材是教師和學生據以進行教學活動的一切材料，包括工具書、掛圖、圖表和其他教學輔助用具，也包括教學程序軟件包；幻燈片、電影片、音像磁盤等。從狹義來講，教材是指教科書，也稱課本，它是依據課程標準編制的、系統反映學科內容的教學用書。

本文中的物理教材是指按照物理課程標準等綱領性文件的規定，根據教學目標和學生的認知規律組織編寫的出版社正式出版發行的高中物理教學用書。

（三）科學探究

在物理學史中，運用科學方法的第一人當屬伽利略。他提出的科學方法爲我們的科學探究提供了依據。所謂“科學方法”就是經驗（以實驗和觀察的形式）與思維（以創造性構築的理論和假說的形式）之間的動態的相互作用。伽利略所用的科學方法包括：設計實驗（以檢驗特定的假設）、對現實世界條件進行理想化（以消除任何可能掩蓋主要效應的次要效應）、限制探究範圍（每次只考慮一個問題）、定量方法。

科學探究指的是學生們用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。探究是一種有多側面的活動，需要做觀察；需要提出問題；需要查閱書刊及其他信息源以便弄清楚什麼情況已經是爲人所知的東西；需要設計調研方案；需要根據實驗證據來檢驗已經爲人所知的東西；需要運用各種手段來蒐集、分析和解讀數據；需要提出答案、解釋和預測；需要把研究結果告之於人。探究需要明確假設，需要運用判斷思維和邏輯思維，需要考慮可能的其他解釋。學生們在學習探知自然界的科學方法時將會參與科學探究活動中的某些方面的工作，但是學生們也應該培養自己從事完整的探究活動的能力。

在我國現在的高中物理課標中規定的科學探究需滿足七個要素，分別是：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作。

（四）科學素養

所謂有科學素養是指了解和深諳進行個人決策、參與公民事務和文化事務、從事經濟生產所需的科學概念和科學過程。即對日常所見所歷的各種事物能夠提出、能夠發現、能夠回答因好奇心而引發出來的一些問題；對已有能力描述、解釋甚至預言一些自然現象；能讀懂通俗報刊刊載的科學文章，能參與就有關結論是否有充分根據的問題所作的社交談話；能識別國家和地方決定所賴以爲基礎的科學問題，並且能提出有科學技術根據的見解來；能根據信息源和產生此信息所用的方法來評估科學信息的可靠程度；有能力提出和評價有論據的論點，並且能恰如其分地運用從這些論點得出的結論。

四、學位論文的主要研究內容及可行性論證

（一）主要研究內容

本論文的主要研究內容有以下幾點：

1．通過查閱文獻研究明確中美兩國《課標》對物理實驗的要求，並對相關概念進行界定，瞭解我國各位專家學者對中外物理教材及實驗編寫的對比分析。並通過問卷及訪談等方法，瞭解本地區高中學校光學實驗課程的開設情況。聯繫我國《課標》對此部分的要求，對比本地區的高中學校在光學實驗課程開設是否與《課標》要求相契合。

2．歸納、整理出中美兩國《課標》對物理實驗的要求，對比兩國《課標》要求的異同點。

3．對中美兩國物理教材中的實驗總論部分詳細閱讀，並總結歸納，對比兩國實驗總論，發現其優缺點。

4．整理中美兩國教材中光學部分實驗，從實驗形式、內容及數量分佈、插圖等方面進行對比，發現各自特點，得出結論。

5．並對兩國教材中“光的偏振”這一具體實驗案例，按照教材編排要求進行完整的實驗探究。根據自己在實驗中的觀察、體會以及通過本實驗對該知識的理解和掌握情況等方面，進行對比分析，發現美國教材在實驗編排中的優點。

6．根據對中美兩國《課標》對物理實驗的要求，以及兩國教材中光學部分的實驗對比，得出相應結論，並根據結論爲我國物理實驗的編寫及實驗教學方面提出一些建議。

（二）可行性論證

1．現已經有很多位專家學者就“中外高中物理實驗對比”這一課題進行了研究，以有大量的期刊文獻和學位論文存在，能夠爲本人提供參考，爲本研究奠定了堅實的理論基礎。

2．通過大學的學習以及教學實踐，本人熟讀了我國物理《課標》的內容，理解了《課標》對物理實驗的要求以及通過物理實驗培養學生怎樣的能力。

3．在實習期間能與學生面對面交流，通過與學生的交流能有效避免學生的排斥心理，進而來了解所在學校有關物理實驗的開設情況以及學生對物理實驗的期望，能保證得到較爲準確的信息。

4．本人對該課題存在濃厚的興趣，能夠對我以後從事物理教學工作提供支持與幫助，能豐富課堂內容，形式多樣，讓我有信心完成此次研究，爲我提供了動力。

五、論文進度安排及預期達到的目標

（一）準備階段（2018年10月—2018年11月）

1．確定選題。

2．查閱大量有關該課題研究的文獻資料，瞭解我國專家學者對於該課題的研究進展情況，爲自己的研究提供一些思路，避免重複勞動、偏離主題。

3．分析資料設計初步撰寫方案，提交老師指導，根據老師指導意見進行方案的調整，按照方案執行。

（二）實施階段（2018年12月—2019年2月）

1．選取人教版普通高中物理教科書，梳理出高中教材中的光學部分的實驗。

2．選取翻譯版美國物理教材《物理：原理與問題》，梳理出光學部分的實驗。

3．設計調查表，選擇寧夏本地部分高中學校，調查對光學部分實驗的開設個數和開設形式。

4．撰寫開題報告，並提交指導老師批閱，根據老師修改意見，再次進行修改，完成開題報告。

5．找到美國《國家科學教育標準》和中國《普通物理課程標準（2003）》，歸納總結出有關物理實驗的要求。

6．回收調查表，對得到的數據進行數據處理，利用準確數據分析寧夏本地部分高中學校對物理光學部分實驗的開設情況，瞭解本地物理實驗教學現狀。

（三）總結與論文形成階段（2019年3月—2019年5月）

1．將相關資料進行彙總，書寫論文提綱，完成大體框架。

2．根據兩國教材要求進行“光的偏振”實驗探究，並回答相關問題。

3．根據論文提綱，完成論文初稿，請老師進行指導和修改。

4．根據老師的修改意見，重新整理有關資料，對論文初稿進行反覆修改，完成修改版。

5．再次請老師指導修改，完成論文撰寫。進行查重，請老師審閱。

6．論文定稿。

六、研究過程中可能遇到的困難及解決的途徑

（一）本課題研究過程中可能遇到的困難

1．我國高中物理教材光學部分實驗形式多、個數也多、設置在不同的模塊，在整理的過程中很容易漏掉一些實驗。

2．在調查本地高中學校光學部分實驗開設情況中，個別老師存在不重視、不認真回答的情況，學生也會有牴觸心理，會使得到的數據不準確。

3．由於美國沒有專門的物理課程標準，所以在進行對美國《課標》物理實驗要求歸納時，可能存在不準確，概括不全面的情況。

4．在對比結論與建議時，認識不到位，會過分將自己的感情帶入，使得得到的結論過於簡單，語言過分學生化，不能聯繫學生的實際情況得到普遍的結論。

（二）解決的途徑

1．在歸納總結教材中的實驗時，要細心，力求全部都被歸納。將自己的總結反覆進行覈對，做到歸納全面。

2．在進行調查時，對同一所學校要選擇不同的老師和學生進行調查。老師可以選擇物理實驗室管理老師和物理學科任課教師，從不同的方面進行調查。深入學生，與學生聊天，增加學生的信任，避免學生產生牴觸心理，儘可能使調查數據真實可靠。

3．美國的《國家科學教育標準》中，涉及從幼兒園到高中的整個階段所有學科的標準內容，並沒有提到過多的物理實驗內容標準，其將物理實驗歸納與科學探究之中，所以要找到有關科學探究的要求進行總結歸納。

4．進行學習，從教學實踐中瞭解學生的實際需求，從有利於學生髮展的角度出發，提出建議。

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