基于認(rèn)知理論的初中物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)研究

郭曉萍，秦曉文，尹 瑋，張 殷

(1.教育部教育裝備研究與發(fā)展中心,北京 100080;2.北京教育科學(xué)研究院，北京 100036;3.廣西師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541001)

R. M. 加涅的學(xué)習(xí)分類(lèi)理論認(rèn)為學(xué)生的學(xué)習(xí)有多種不同類(lèi)型，分別對(duì)應(yīng)不同的學(xué)習(xí)過(guò)程和條件，從而產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上提出了任務(wù)分析教學(xué)論，主張?jiān)趯?shí)施教學(xué)之前，分析學(xué)習(xí)的不同類(lèi)型，針對(duì)不同類(lèi)型的教學(xué)目標(biāo)采用不同的教學(xué)過(guò)程、方法和評(píng)估[1]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)、全面提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑[2]. 要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用，需要做好物理實(shí)驗(yàn)的分類(lèi)工作. 目前研究一般將初中物理實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單劃分為教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)[3-4]，該分類(lèi)不利于教師把握各類(lèi)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)特征而開(kāi)展有針對(duì)性的教學(xué). 本文基于認(rèn)知理論分析，歸納了各類(lèi)實(shí)驗(yàn)的特征屬性、教學(xué)內(nèi)容以及素養(yǎng)要求，為實(shí)現(xiàn)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和評(píng)估的一致性提供參考.

1 基于認(rèn)知理論的物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)

1.1 理論依據(jù)

布魯姆在《教育目標(biāo)分類(lèi)：認(rèn)知領(lǐng)域》中按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序?qū)⒄J(rèn)知技能分為識(shí)記、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)6個(gè)層次. 課程論專(zhuān)家安德森(L. W. Anderson)、認(rèn)知心理學(xué)家梅耶(R. E. Mayer)、測(cè)驗(yàn)與評(píng)估專(zhuān)家艾雷辛(P. E. Airasian)等人在廣泛實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的修訂，提出了認(rèn)知過(guò)程的6個(gè)維度(記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造)[1]，如圖1所示. 由于實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)綜合性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，不是單一的思維活動(dòng)，因此本研究選取該理論中理解、應(yīng)用、分析和創(chuàng)造4個(gè)維度為物理實(shí)驗(yàn)分層，并分析各類(lèi)實(shí)驗(yàn)特征，構(gòu)建適宜實(shí)驗(yàn)環(huán)境的主要依據(jù).

圖1 布魯姆認(rèn)知理論修訂圖

1.2 分類(lèi)框架

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容屬性將初中物理實(shí)驗(yàn)分為觀察、體驗(yàn)、操作、測(cè)量、調(diào)查、探究、制作、研究8大類(lèi)，分析各類(lèi)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)特征和要求學(xué)生達(dá)到的能力水平，借鑒布魯姆認(rèn)知理論的修訂成果，按照素養(yǎng)形成的難易程度形成圖2所示初中物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)框架. 其中理解領(lǐng)域包括體驗(yàn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)和觀察類(lèi)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注學(xué)生的直觀感受和直接經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)難度較低；應(yīng)用領(lǐng)域包括操作類(lèi)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量類(lèi)實(shí)驗(yàn)，聚焦知識(shí)的淺層應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)難度一般；分析領(lǐng)域包括調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)和探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)，聚焦物理規(guī)律和科學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)難度較高；創(chuàng)造領(lǐng)域包括制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)和研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)復(fù)雜問(wèn)題的解決或者創(chuàng)新性研究，實(shí)驗(yàn)難度最高.

圖2 初中物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)框架

1.3 內(nèi)容界定

1.3.1 體驗(yàn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)

體驗(yàn)，既是實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也是實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 體驗(yàn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)主體經(jīng)歷某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并能從其經(jīng)歷和反思中獲得認(rèn)知和情感[5]. 簡(jiǎn)而言之，學(xué)生的直覺(jué)感受即是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直接認(rèn)知，因此把體驗(yàn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為認(rèn)知層次較低的理解類(lèi). 例如，學(xué)生通過(guò)手感知不同溫度的水的冷熱程度，形成對(duì)溫度高低的直觀認(rèn)識(shí)；用2只手的大拇指同時(shí)壓住鋼筆的兩端，通過(guò)比較手指的感覺(jué)，分析壓強(qiáng)與受力面積的關(guān)系；學(xué)生通過(guò)穿鞋底紋路不同的運(yùn)動(dòng)鞋，發(fā)現(xiàn)增大或減少摩擦力的方法，并獲得摩擦力相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；洗完澡后身體上殘留的水分蒸發(fā)，會(huì)有涼爽的感覺(jué)，從而讓學(xué)生形成蒸發(fā)吸熱的認(rèn)知.

體驗(yàn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)通過(guò)簡(jiǎn)單、直觀而又真實(shí)的問(wèn)題情境或?qū)嶒?yàn)環(huán)境即可激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖動(dòng)，通過(guò)利用學(xué)生最直接的感受，讓學(xué)生獲取相關(guān)的知識(shí)和技能. 該類(lèi)實(shí)驗(yàn)一般不需要使用教學(xué)工具和實(shí)驗(yàn)儀器.

1.3.2 觀察類(lèi)實(shí)驗(yàn)

科學(xué)方法需要通過(guò)觀察自然現(xiàn)象,形成并進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)[6]. 觀，指感知行為；察，指分析思考. 在觀察類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生主動(dòng)從課堂演示實(shí)驗(yàn)或物理現(xiàn)象中獲取信息[7]，進(jìn)而通過(guò)提問(wèn)、假設(shè)、分析、驗(yàn)證、歸納等一系列活動(dòng)形成物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維能力. 由于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)行為僅限于對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的分析、加工與提煉，所以把該類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為實(shí)驗(yàn)認(rèn)知層次較低的理解類(lèi). 例如，通過(guò)觀察白光經(jīng)過(guò)三棱鏡后的彩色光譜，可以形成色散的概念，分析色散的規(guī)律；觀察在加熱過(guò)程中，水隨溫度變化的狀態(tài)，歸納水沸騰時(shí)的特征和規(guī)律. 由于人的感官有限，且容易受到主觀影響，因此可借助實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步觀察，例如借助示波器觀察聲波的波形、振幅和頻率等.

觀察類(lèi)實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象明顯、清晰、可視性強(qiáng)和易于獲取信息等特點(diǎn)，所以該類(lèi)實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備通常尺寸較大，且有較好的放大功能. 另外，具有記錄、保存和結(jié)果再現(xiàn)功能的儀器對(duì)長(zhǎng)時(shí)間觀察或瞬時(shí)現(xiàn)象的觀察也十分重要.

1.3.3 操作類(lèi)實(shí)驗(yàn)

操作類(lèi)實(shí)驗(yàn)類(lèi)似國(guó)外的菜譜式實(shí)驗(yàn)(Cookbook lab)，是指學(xué)生遵循給定的實(shí)驗(yàn)規(guī)則或流程，使用相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材循序漸進(jìn)地完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)程序. 這類(lèi)實(shí)驗(yàn)一般不涉及設(shè)計(jì)、探究等復(fù)雜流程，而是以操作為手段，以儀器的正確使用和物理程序的正確實(shí)施為目標(biāo)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的操作能力和實(shí)驗(yàn)技能，進(jìn)而幫助學(xué)生形成規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，因此將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為應(yīng)用領(lǐng)域.

操作類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)儀器及儀器參量的識(shí)別能力，以及合理選擇和正確使用實(shí)驗(yàn)儀器等基本能力. 例如，電流表、電壓表、天平、溫度計(jì)的正確使用，簡(jiǎn)單電路的連接、安全用電等實(shí)驗(yàn)，都要求學(xué)生正確、規(guī)范操作. 該類(lèi)實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生在掌握基本物理知識(shí)后，能夠按照正確的方法、流程和規(guī)則完成實(shí)驗(yàn). 因此該類(lèi)實(shí)驗(yàn)所需要的教學(xué)儀器應(yīng)具有基礎(chǔ)性、安全性、規(guī)范性和通用性等特點(diǎn).

1.3.4 測(cè)量類(lèi)實(shí)驗(yàn)

測(cè)量類(lèi)實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生借助測(cè)量工具，按照某物理規(guī)律或物理方法量化物體某屬性的活動(dòng)過(guò)程. 此類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的要求為：具有初步的物理觀念和實(shí)驗(yàn)技能；在特定情境和具體條件下，能運(yùn)用相關(guān)物理知識(shí)和規(guī)律，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案；能夠采用合適的測(cè)量工具和測(cè)量方法獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的處理、表述、分析、交流、評(píng)估等系列活動(dòng). 該類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生構(gòu)建和運(yùn)用簡(jiǎn)單物理模型的能力.

測(cè)量類(lèi)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)器材的應(yīng)用為手段，以物理屬性的量化表達(dá)為目標(biāo)，因此可以將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為應(yīng)用領(lǐng)域. 例如，對(duì)溫度、長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量、力等物理量的直接測(cè)量，以及對(duì)平均速度、滑輪組機(jī)械效率和固體、液體密度的間接測(cè)量等實(shí)驗(yàn). 該類(lèi)實(shí)驗(yàn)所需儀器與操作類(lèi)實(shí)驗(yàn)相似，即實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)具有規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性、通用性、工具性等屬性.

1.3.5 調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)

調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生針對(duì)已有的科學(xué)問(wèn)題，提出科學(xué)性假設(shè)，設(shè)計(jì)出具有可行性的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)調(diào)查、觀察或測(cè)量等方式來(lái)收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)或信息，通過(guò)分析、評(píng)估、論證等思維過(guò)程形成結(jié)論的活動(dòng). 此類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生有如下要求：在真實(shí)情境中面對(duì)結(jié)果開(kāi)放的物理問(wèn)題，能夠設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的調(diào)查方案；能夠根據(jù)信息或數(shù)據(jù)所需精度選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)查方式或測(cè)量工具來(lái)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；能夠采用圖表等方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用科學(xué)方法分析數(shù)據(jù)和尋找規(guī)律.

調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的批判性思維、辯證性思維、系統(tǒng)性思維以及收集數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的能力，有利于幫助學(xué)生建立科學(xué)、技術(shù)與自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的聯(lián)系，培養(yǎng)其客觀公正、實(shí)事求是的科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度.

調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)對(duì)真實(shí)情境的調(diào)查，了解其存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析和研究，準(zhǔn)確地把握問(wèn)題的本質(zhì)和規(guī)律[8]，因此將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為認(rèn)知層次較高的分析領(lǐng)域. 例如，調(diào)查磁性材料的應(yīng)用，測(cè)量學(xué)校不同場(chǎng)所的噪聲值并分析噪聲的來(lái)源，等等. 根據(jù)調(diào)查類(lèi)實(shí)驗(yàn)的特征，該類(lèi)實(shí)驗(yàn)除了需要用到常規(guī)的記錄工具，也需要用到與之相關(guān)的測(cè)量工具、設(shè)計(jì)工具、繪圖工具以及處理數(shù)據(jù)或圖表的分析工具(軟件)等.

1.3.6 探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)

探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在學(xué)習(xí)和日常生活中發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)并檢驗(yàn)假設(shè)的過(guò)程. 此類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的要求為：能夠在具備基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，對(duì)物理問(wèn)題提出假設(shè)，甄別出自變量和因變量；能夠選擇合適的儀器、設(shè)備與工具，采用科學(xué)的物理方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并能在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮控制變量和實(shí)驗(yàn)對(duì)照； 在實(shí)施探究方案的過(guò)程中，能夠獲取證據(jù)與信息，分析和處理數(shù)據(jù)，描述、解釋、探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究其變化趨勢(shì)； 能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，用適宜的方法和手段呈現(xiàn)結(jié)果.

探究既是過(guò)程，也是培養(yǎng)學(xué)生各種能力的重要手段. 初中階段的探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)，通常是控制單一變量，分析因變量與自變量的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)相關(guān)物理規(guī)律，故將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為認(rèn)知層次較高的分析領(lǐng)域. 例如，探究重力的大小和質(zhì)量的關(guān)系，探究水加熱至沸騰過(guò)程中溫度變化的特點(diǎn)，探究平面鏡成像時(shí)的物像關(guān)系，探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向，等等.

探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)除了需要用到工具類(lèi)、測(cè)量類(lèi)儀器外，還需要用到針對(duì)特定實(shí)驗(yàn)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的專(zhuān)用儀器，例如平面鏡成像實(shí)驗(yàn)儀、光反射實(shí)驗(yàn)儀等，這些設(shè)備具有專(zhuān)用屬性，能夠滿足不同變量、不同條件的探究需求.

1.3.7 制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)

制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生基于應(yīng)用類(lèi)物理問(wèn)題，創(chuàng)造性地構(gòu)思實(shí)驗(yàn)制作方案，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)、技能和方法，制作出有型作品的過(guò)程. 在此類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通常會(huì)經(jīng)歷如下過(guò)程：發(fā)現(xiàn)和明確問(wèn)題，綜合運(yùn)用技術(shù)知識(shí)和物理知識(shí)對(duì)目標(biāo)作品及各個(gè)要素進(jìn)行分析；提出符合設(shè)計(jì)原則且具有一定創(chuàng)造性的方案； 采用相關(guān)器材、工藝和方法，將想法及方案轉(zhuǎn)化為有型作品，或?qū)σ延凶髌愤M(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化.

制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)過(guò)程能夠在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、知識(shí)運(yùn)用能力、圖樣表達(dá)能力、物化能力、創(chuàng)造性解決問(wèn)題能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)能夠促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)與社會(huì)、生活、技術(shù)發(fā)展進(jìn)行緊密結(jié)合. 例如，課標(biāo)及教材中提到的制作出能夠展示物理本質(zhì)的模型、簡(jiǎn)單的測(cè)量工具和簡(jiǎn)易的儀器，包括自制溫度計(jì)、自制測(cè)力計(jì)、水位報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作等. 由于制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)是有目標(biāo)的創(chuàng)造性行為，所以將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為認(rèn)知層次更高的創(chuàng)造領(lǐng)域. 制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)通常需要用到設(shè)計(jì)類(lèi)軟件、制作加工工具和分析測(cè)試類(lèi)工具等.

1.3.8 研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)

研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)是指由學(xué)生主動(dòng)提出實(shí)驗(yàn)選題，通過(guò)自主構(gòu)思、深入分析、完整研究和科學(xué)表達(dá)的過(guò)程，利用科學(xué)研究方法獲得新知識(shí)的實(shí)驗(yàn)方式[9]. 這類(lèi)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題可能是物理問(wèn)題，也可能是跨學(xué)科問(wèn)題，結(jié)果通常是開(kāi)放與未知的.

研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能從針對(duì)物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，提取出可通過(guò)科學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解答的問(wèn)題，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)解答這些復(fù)雜問(wèn)題. 在此過(guò)程中，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷完整的科學(xué)研究過(guò)程，即：從真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題的提出，到拆分為多個(gè)小的問(wèn)題；根據(jù)這些小的問(wèn)題，提出合理的猜想和假設(shè)，并進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、研究與分析；設(shè)計(jì)出科學(xué)性的研究方案，通過(guò)評(píng)估不同研究方案，根據(jù)實(shí)際情況選取可行及可信的方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中收集證據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)總結(jié)、分析，得出結(jié)論；經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證與反思，系統(tǒng)地撰寫(xiě)研究報(bào)告，固化研究成果.

研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)技能甚至科學(xué)精神. 學(xué)生在研究過(guò)程中會(huì)遇到許多未知的問(wèn)題，因此需要學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方式，創(chuàng)造性地提出方案解決問(wèn)題，所以將此類(lèi)實(shí)驗(yàn)歸為認(rèn)知層次更高的創(chuàng)造領(lǐng)域.

研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)在常規(guī)課堂中涉及較少，一般以第二課堂或者學(xué)科創(chuàng)新活動(dòng)、主題學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等形式開(kāi)展. 此類(lèi)實(shí)驗(yàn)具有問(wèn)題開(kāi)放、形式多樣的特點(diǎn)，所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材也具有一定的開(kāi)放性和多樣性.

2 初中物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

本研究梳理了《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》、《初中物理教學(xué)裝備配置標(biāo)準(zhǔn)》(JY/T 0619-2019)和人教版、滬科版、滬粵版、北師大版等初中物理教材中所涉及的所有實(shí)驗(yàn)，合并其中類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，保留各個(gè)版本不同的實(shí)驗(yàn)，形成了225個(gè)實(shí)驗(yàn)條目. 采用上述基于認(rèn)知理論的分類(lèi)框架，對(duì)225個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了4大領(lǐng)域8個(gè)分類(lèi)的編碼統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖3和圖4所示.

圖3 不同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)的數(shù)量分布

圖4 不同領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)數(shù)量比例

理解領(lǐng)域和分析領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)數(shù)量占比較大，其中理解領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)數(shù)量約占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的50%，分析領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)數(shù)量約占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的30%，這與初中生的認(rèn)知特點(diǎn)相符合. 初中階段是學(xué)生抽象思維、邏輯推理能力迅速發(fā)展的時(shí)期，體驗(yàn)類(lèi)、觀察類(lèi)、調(diào)查類(lèi)和探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)有利于幫助學(xué)生從物理現(xiàn)象到物理本質(zhì)的深入理解，有利于學(xué)生在真實(shí)的學(xué)習(xí)情境中發(fā)展科學(xué)推理、科學(xué)論證、批判質(zhì)疑等學(xué)科核心素養(yǎng)，推動(dòng)學(xué)生從物理觀念到科學(xué)思維的培養(yǎng).

創(chuàng)造領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)數(shù)量占比較低，即制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)和研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)占比只有4%和0.44%，這說(shuō)明目前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)放性還不足，給予學(xué)生自主運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行動(dòng)手創(chuàng)作和科學(xué)探索的空間還不夠. 制作類(lèi)實(shí)驗(yàn)和研究類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的形成與保護(hù)，發(fā)散思維與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)都具有重要價(jià)值，是創(chuàng)新型人才、高端技術(shù)人才培養(yǎng)的長(zhǎng)期性、基礎(chǔ)性的積累過(guò)程. 《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》雖然對(duì)制作類(lèi)有一定的活動(dòng)建議，但在教材編寫(xiě)、日常教學(xué)中還需要進(jìn)一步加強(qiáng).

科學(xué)探究是初中物理實(shí)驗(yàn)的重要特征，因此探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的24.44%，遠(yuǎn)高于測(cè)量類(lèi)、操作類(lèi)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型，這說(shuō)明科學(xué)探究已經(jīng)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占據(jù)主導(dǎo)地位. 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)正逐步從認(rèn)知層次較低的體驗(yàn)、觀察、測(cè)量、操作等實(shí)驗(yàn)類(lèi)型向認(rèn)知層次較高的制作、探究等實(shí)驗(yàn)類(lèi)型轉(zhuǎn)變，這在一定程度上有利于解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中長(zhǎng)期存在的教學(xué)方法單一、內(nèi)容枯燥、教學(xué)流程死板等多種問(wèn)題.

3 教學(xué)建議

3.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，合理設(shè)置初中物理實(shí)驗(yàn)類(lèi)型與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

隨著傳感器技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、光影技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等現(xiàn)代科技在教學(xué)設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)所需要的基本技能都發(fā)生了改變. 實(shí)驗(yàn)技能也從對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的基本應(yīng)用擴(kuò)展到對(duì)物理知識(shí)、物理規(guī)律、物理方法和物理思想的實(shí)踐與應(yīng)用. 因此課程標(biāo)準(zhǔn)和教材在設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)充分考慮學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)階的發(fā)展需求，在各個(gè)模塊合理設(shè)置理解領(lǐng)域、應(yīng)用領(lǐng)域、分析領(lǐng)域和創(chuàng)新領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)主題與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生充分經(jīng)歷體驗(yàn)、觀察、操作、測(cè)量、調(diào)查、探究、設(shè)計(jì)制作、科學(xué)研究等不同學(xué)習(xí)過(guò)程，由簡(jiǎn)至難、由淺入深、由點(diǎn)到面地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc科學(xué)素養(yǎng).

3.2 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，強(qiáng)化高層次能力目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近年來(lái)，隨著科學(xué)探究在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，基于高層次能力目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)量明顯提升，但與英、美、芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)教育相比，還具有一定的差距. 建議在各個(gè)教學(xué)模塊中，遵照學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，基于項(xiàng)目教學(xué)、主題學(xué)習(xí)等教學(xué)方式，多開(kāi)展基于科學(xué)方法的物理調(diào)查，基于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的設(shè)計(jì)制作，基于半結(jié)構(gòu)化的研究性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣、運(yùn)用物理的能力，為培養(yǎng)具有高階思維能力的創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ).

3.3 改革評(píng)價(jià)方式，提升教育質(zhì)量與教育水平

基于目前中小學(xué)校外作業(yè)減負(fù)、校內(nèi)教育質(zhì)量提升的改革目標(biāo)，充分發(fā)揮教育評(píng)價(jià)的正向?qū)蜃饔?，將學(xué)生的調(diào)查實(shí)踐、作品制作、研究小論文等日常學(xué)習(xí)成果納入學(xué)業(yè)水平評(píng)價(jià). 強(qiáng)化過(guò)程性評(píng)價(jià)，豐富評(píng)價(jià)形式與評(píng)價(jià)內(nèi)容，利用立體多元的評(píng)價(jià)方式，為初中物理教學(xué)創(chuàng)設(shè)遵循學(xué)科特征、尊重學(xué)生個(gè)性發(fā)展、服務(wù)教育高質(zhì)量發(fā)展的育人環(huán)境.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于認(rèn)知理論，對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)分類(lèi)進(jìn)行了研究，并據(jù)此對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分類(lèi)統(tǒng)計(jì)與分析. 研究結(jié)果可為相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)的研究、物理實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置和評(píng)價(jià)、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及基于實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的學(xué)生能力的培養(yǎng)提供參考.