高中物理课程标准解读

高中物理课程标准解读

第一篇 高中物理课程标准研制的背景与思路

第一章 高中物理课程标准研制背景 第二章 高中物理课程标准研制基本思路

第二篇 内容标准解读

第三章 科学探究及物理实验能力要求解读 第四章 共同必修模块 第五章 选修1系列 第六章 选修2系列 第七章 选修3系列

第三篇 实施建议

第八章 教学建议 第九章 评价建议 第十章 教科书编写建议

第十一章 课程资源利用与开发建议 第十二章 附录解读

第四篇 问题与展望

第十三章 问题回顾 第十四章 前景展望

第一篇 高中物理课程标准研制的背景与思路

第一章 高中物理课程标准研制背景

普通高中教育是九年义务教育相衔接的高一层次的基础教育。为了打下高中课程标准研制的基础，本课题组对国际高中课程进行了比较研究；对我国的高中课程实施历史和现状进行了分析；对中学生，尤其是高中生物理学习的心理特征进行了理论综述和部分实证研究；对物理学学科发展对高中课程设置的影响进行了探索；对社会关于中学物理学习的需求进行讨论。这些研究构成了高中物理课程的研制背景。

第一节 高中物理课程的国际比较

一、课程结构

世界各国关于高中物理课程的设置各有特点，但总体讲，有一些相似之处，如都重视学生的发展，尊重学生不同的学习需要，给学生以自主选择的权利，采取分领域或分方向的灵活方式，设置多样化的课程供学生选择。

综合分析各国的高中科学课程的设置，主要可归结为以下几种模式： （1）模式一

高中一年级开始科学课程（综合课），然后根据学生的学习需求开设2门或更多的选修课，其中有并行的选修（没有学习先后的要求）和串行的选修（有学习先后的要求）。

例如，日本在2003年开始实施新的《高中学习指导纲要》。在该纲要中规定，

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选修3 选修1 选修2 科学（必修） 廖伯琴、张大昌、宣桂鑫、李远蓉等，子课题《高中物理课程国际比较》研究报告，2002年上报教育部基础教育司。

所有学生必须至少要在“理科基础”“理科综合A”“理科综合B”三门综合性理科课程中选学一门，2学分。报考非理科类大学的学生，要求最低完成理科的学分是4—5学分；而报考理工科类大学的学生，在完成一门综合性理科课程的同时，要求必须选学物理Ⅰ、化学Ⅰ、生物Ⅰ、地学Ⅰ中的2门，各3学分，并且还必须选学物理Ⅱ、化学Ⅱ、生物Ⅱ、地学Ⅱ中的2门，各3学分，即最低完成理科的总学分是2+（3+3）×2 = 14（学分）。这样的课程设置，学生在高中阶段甚至可以不选学物理，只要选学的理科学分达标，就有资格报考大学的理科专业。

表一 日本理科课程设置 实施年度 1994年 理科各科目名称及标准学分数分布 至少必修学分 选2科 其中包含综合理科 6学分 物理Ⅱ（2） 物理ⅠA（2） 物理ⅠB（4） 综合理科（4） 2003年 物理Ⅱ 物理Ⅰ 化学Ⅱ 化学Ⅰ 生物Ⅱ 生物Ⅰ 地学Ⅱ 地学Ⅰ 选2科 其中包含1门综合理科 4学分 理科基础、理科综合A、理科综合B（各2）

表二 韩国理科课程设置

年级 1年级 科目 基础科学 物理Ⅰ 化学Ⅰ 生物Ⅰ 2～3年级 地球科学Ⅰ 物理Ⅱ 化学Ⅱ 生物Ⅱ 地球科学Ⅱ

（2）模式二

高中低年级不开设《科学》综合课程，而是开设物理等分科必修课程，高年级则开设物理选修课程。

例如法国的普通高中，一年级不划分学习专业，物理作为必修课程，二年级始，物理则只作为科学系列方向的必修课程。我国台湾地区从高一设置物理课程且为必修，高二、高三为选修。我国香港在高一、二年级开设基础物理，在高三、四年级开设高级程度物理和高级程度补充物理的选修课程。

（3）模式三

在初中阶段学习科学课程，进入高中后，物理是选修课，学生仅需要在科学学习领域获得一定学分，可以不再学习物理。

8 4 4 4 4 8 8 8 8 学分 必修 选修 面向将来学习人文或社会科学类的学生 选修 面向将来学习自然科学类的学生 备注 物理（选修） 物理（必修）

选修 1 选修 2 选修 3 如，美国学生在初中主要学习《科学》综合课程，进入高中阶段后，学生可以选修的与物理相关的课程有，综合型课程、常规型课程、提高型课程。其中综合型课程，含有物质科学、生命科学、地球和环境科学；常规型课程的主体由物理学的基本知识体系构成，在呈现方式上又分为“理工型”

和“人文型”两种，供具有不同能力倾向的学生选修。提高型课程又称大学预科物理，重点是深化某些重要概念、规律，强调对物理学基本结构和思想方法的认识。

二、课程目标

综合比较各国课程目标，可概括以下相似点。 1）重视对科学知识的理解；

2）强调科学探究技能的训练，并在内容方面有大的拓展。不仅重视实验、观察、思维等传统技能的培养，还特别重视提问、假设、计划、解释、交流、合作等问题解决技能的培养，强调学生对科学方法的运用；

3）关注学生的内在学习动机、对科学的好奇心、成功感等；

4）重视学生对科学、技术、社会、环境相互影响的理解，培养其基本的环保意识和可持续发展的观念；

5）重视科学史的教育功能。

比较可知，一些国家，如美国、英国、加拿大、马来西亚、中国香港等，课程目标全面而详尽，涵盖了知识、技能、方法、能力、情感、态度、价值观、科学技术与社会的关系等各个方面，但也有些国家，如俄罗斯等，课程目标却显单一或原则。从发展趋势看，世界上很多国家都重视科学·技术·社会（STS）教育思想的渗透，甚至将此拓展到了科学、技术、社会、环境（STSE）领域；重视提问、假说、计划、解释、交流、合作等探究能力的培养；注重激发学生的学习兴趣，让学生在学习中有成功感、兴奋感；培养学生的批判性思维能力和创新精神。

第二节 我国高中物理课程的现状与变迁2

一、1997年后

文革以后，1978年，在拨乱反正、大力加强基础科学的研究与教学的大背景下，教育部颁布了《全日制十年制学校物理教学大纲》。这个大纲对知识学习的要求比现行大纲的要求要高。例如，欧姆表、惠斯通电桥、电源的输出功率、含反电动势的电路，都在要求之列。

1983年又颁布了高中数学、物理、化学的教学纲要，把教学要求分为“基本要求”和“较高要求”。与之对应，出现了“甲种本”、“乙种本”两种教材。在教学实践中，出现了盲目追求高要求的倾向。在这之后，由于高考命题以乙种本为标准，甲种本遂停止出版。这一阶段，多数学校以高考为目的进行教学，出现了过早划分文理科的现象，许多学生只学过力学之后就停止了物理课的学习。

1990年为了改变许多学生不能学到“较完全的物理知识”的现象，教育部颁布了新的教学大纲，规定高一、高二两年全体学生学习“必修物理课”，高三年级中，报考理工科大学的学生学习“选修物理课”。这个办法在实施上有些困难，因为许多内容，例如圆周运动，在高一物理课中只能学角速度、线速度，而向心力等内容则要到高三再学。教师说这种情况是：话到嘴边留半句。因此，在教学实践中，多数学校都是把必修内容和选修内容“打通”学习的。

二、“两省一市”课改方案中的物理课

1997年，原国家教委在山西、江西、天津两省一市开始试验新课程计划，1999年在进行修订之后，这个课程计划及各科教学大纲的“试验修订本”扩大到10个省市试用，2001年扩大到25个省市，成为我国当前高中课程的主流结构。

在这个计划中，物理课由“二一分段”改为“两类物理课”，开始出现“分类型”、“有选择性”的思想。学生可以选择学习I类物理课和II类物理课。I类物理课是全体学生都要达到的标准，是高中毕业会考的依据，II类物理课是较高要求的物理课，是理工科大学入学考试的依据。

由于学生入学时对自己的能力倾向不完全了解，也难以决定将来是否报考理工科大学，所以，两类物理课在高一的学习内容是完全一样的；同时由于学习II类物理课的学生要按I类物理课进行会考，II类物理课的内容完全覆盖I类物理课。

“两省一市”方案是建国以来比较大的一次高中课程改革行动，从物理课程

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张大昌等，子课题《我国高中物理课程实施的现状分析》研究报告，2002年上报教育部基础教育司。

的角度看，它首次体现了分种类、给学生提供选择的意图，尽管不够彻底，而且在操作性方面还需要改进，但它仍是一个重大的进步。

1999年的试验修订版大纲增加了“课题研究”，并且规定为必学内容。它的出现引起了广大物理教师极大的兴趣，全国许多地方进行了尝试并获得相应的经验。它与课程计划中的“研究性学习”和“综合实践活动”一起成为这一课程方案的亮点。

两省一市物理大纲与过去的大纲相比，第一次提出了物理课程“在观念、态度领域的教育功能”，第一次提出物理课程“要注意联系当前普遍关心的社会经济问题，如能源、环境等问题，使学生理解物理学与技术进步、社会发展的关系，从更广阔的角度认识物理学的作用”。

限于当时的历史条件，“两省一市”大纲有一定的局限性。

在当时的大纲中，明确写出要“使学生学习比较全面的物理知识”。为了追求“完全”，什么都舍不得丢，必修物理课（I类）内容饱和，内容与学时的矛盾突出，不可能让学生进行探究式的学习。同时，这也使数理能力较差的学生负担过重，对物理产生畏难情绪。另外，经典力学的内容越挖越深，占据了大部分教学时间，使得近代的内容难以进入。

大纲没有涉及学生的学习方式，教学实践中基本上仍是被动式的学习。 对于教学内容（包括学生实验）的规定仍与过去历届教学大纲一样，过死过细，以致教师在课程建设没有多少空间。

第三节 中学生心理特征对物理学习的影响3

一、学生认知发展对物理学习的影响

研究表明，中学生认知能力的发展并非是线性的，从13到18岁，将出现阶段性的高原期和飞速发展期。高中阶段的学生认知能力的发展接近于成熟的程度，能运用抽象的适于形式逻辑的（演绎的或归纳的）推理方式去思考解决问题，可以进行独立的探究活动和自主的研究性学习。高中学生的抽象、逻辑思维能力不断增强，使得其思维更具有预计性和内省性。

概念获得和问题解决的研究表明：正式物理学习前，学生头脑中存在的前概念、直觉概念、朴素概念以及在学习中形成的相异概念、错误概念对教学产生巨大阻力，是造成学生物理学习困难的一个重要原因。正式的科学教育并未真正改变学生的前概念，它在对学生的问题解决产生正面影响的同时，还会产生新的错误概念。此外，学生物理概念形成和问题解决还受到已获得的专业知识、

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郑渊芳、陈峰等，子课题《高中学生学习心理研究》研究报告，2002年上报教育部基础教育司。

数理基础、元认知水平、问题的熟悉程度、问题的情境特征、问题表征等方面的影响。

在物理教学中，有学者关注学生学习之前已有的前概念和学习方式对学生物理学习的影响，已取得了许多可喜的研究成果，其中在探究式学习、合作式学习、动手学习方面的研究成果最为显著。大多数研究认为，采用以上教学模式不仅培养了学生的探究能力和问题解决能力，而且探究、合作、亲身经验更有利于学生概念的发展、转变，有助于学生获得对知识的深层理解。物理教学中应注意采用多样化的教学方式，有效地促进学生形成科学概念，发展问题解决的能力。

二、学生个性发展对物理学习的影响

从后儿童期（6-13岁）过渡到青年期（13-20岁）的中学生，自身的独立意识开始觉醒，具有一定的分辨是非的能力。情绪表达上趋于独立，不再事事依赖父母。高中学生在行为导向上基本有了自己的价值观念与伦理标准。另一方面，处于青年期的中学生，兴趣爱好日益广泛，求知欲与好奇心强烈，乐于参加各种创造性活动，对学习和科技活动有极大的兴趣和爱好，对于竞争性、冒险性和趣味性的活动更是乐不知疲。此时，影响学生物理学科或其它理科的学习的因素主要有：自我概念、成就动机、直觉能力、兴趣、对学科的先验态度、价值观念以及父母的态度等。

研究证明，对学科的态度与学科成绩呈正相关，学生喜欢热情、知识丰富、友好、风趣的教师，喜欢的教学方法为：实验、教师演示、投影、视听。另有研究表明，对科学的态度因科学内容的呈现方式而变化，且变化的方向与呈现的方式有关。对非理科学生采用更富人性化的科学课程，会获得更大的成功。将来自现实生活情景中的个案研究引入物理课程，有助于培养学生对科学的兴趣，特别是对那些不太喜欢物理的学生更有效。当给予学生更多的学习自由时，他们更能分享学习经历中（所学的东西和进行学习的过程）的乐趣，对学习更有责任感。

三、个体差异对物理学习影响

科学职业的选择、科学成就皆与个性差异有关联。个性差异主要表现在以下几方面：（1）理性的或直觉的；（2）判断的或知觉的；（3）外向的或内向的；（4）思考型的或感知型的。研究发现，对科学的兴趣与心理类型有关，某一种课程可能只适合于某一种心理类型的学生。

个体能力或智力高低呈正态分布，且个体在智力的类型上存在很大的差异。每个学生天生就具备各自不同的才能,很少有人在各个领域都相当完美。R. J. Sternberg认为一个人的成功，不单靠传统的分析型智力（它与传统的考试分数

呈显著性的高相关），还需要创造型智力和实践型智力，所以，学校课程要有助于学生三重智力的发展。H. Gardner认为人的智力有多重，不同智力的组合，就构成了不同智力的人。根据智力理论多元化的发展趋势，学校课程的设置要有利于不同的智力潜力的开发，学科课程标准的制定应考虑学生智力类型的差异，应使之具有更广泛的适应性。

由性别而引起的个性差异也值得重视。一般地，认知能力的性别差异归因于社会心理因素或生物心理因素的差异，且这两种因素的影响都是学习兴趣上出现性别差异的原因。一项对7到9年级学生的研究结果表明，青年期男生形式推理能力发展比女生更快，男生倾向于选择科学和技术类学科，且这种倾向随年龄和形式推理能力的发展呈正相关；而女生对语言、社会研究、人类学研究更感兴趣，且这种倾向与其形式推理能力的发展呈正相关。有研究者认为，男生和女生在科学成就、动机、态度上的差异主要来自后天的教养，而并非天生的，社会期望是造成这种差异的最主要原因。从长远看来，采取长期而直接的措施来改变性别方面的定势印象和角色模式有助于改变这种状况。我们应该正确对待这些差异，消除产生差异的外在的环境原因是消除性别差异的一个重要途径。

第四节、物理学发展对高中物理课程设置的影响4

直到16世纪伽利略对自由落体运动以及抛物体运动等现象的实验研究，物理学才逐步脱离了纯思辩的模式，开创了以实验为基础的物理学。20世纪初，创立了相对论和量子力学，奠定了近代物理学的理论基础。20世纪是物理学各分支学科迅速发展的一个世纪。一方面，随着科学的发展，从物理学中不断分化出来诸如粒子物理、原子核物理、凝聚态物理、量子物理等新分支学科。另一方面，物理与其他学科之间的相互渗透和融合，又形成了一系列边缘、交叉学科，并且取得了长足的发展。如天体物理所揭示的宇宙结构、演变与粒子物理相关性，天体结构、演变与原子核物理相关性，正反映了这一相互渗透的过程。如今，物理学的一些概念、理论、实验手段与精密测试方法，已成为其它许多学科，如天文学、化学、生物学、地学、农学和医学的重要组成部分。甚至一些物理概念，诸如场、熵、混沌和耗散结构等也为社会科学所引用。

科学要解决的问题，是发现自然界中各种具体物质运动形式及其相互关系；技术的任务则是把科学的成果应用到实际问题中去。综观科学、技术的发展轨迹，可以发现物理学与技术的关系存在两种模式。第一次工业革命以解决动力机械为主导，热机的发明和使用提供了第一种模式。这种模式是技术向物理学提出了问

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宣桂鑫等，子课题《物理学发展对高中物理课程设置的影响》研究报告，2002年上报教育部基础教育司。

题，促使物理发展了理论，反过来提高了技术，即技术→物理→技术。电气化的进程展示了物理学与技术的第二种模式。即物理→技术→物理模式。20世纪初以来，物理和技术的两种模式并存且相互交叉。当前的第二次工业革命主要按物理→技术→物理的模式运行的。

物理学的发展和由其带动的一大批学科的兴起，以及相应的实验技术和精密的观测工具的产生，使人们对自然的认识范围，在微观与宏观世界都得到了拓展。人们的洞察范围已经从10－10m的原子深入到小于10－19m的基本粒子内部，从直径1013m的太阳系扩展到我们能观察的极限哈勃半径1026m，空间尺度跨越了45数量级；就时间而言，从Z0粒子寿命10－25s的瞬息到宇宙年龄1018s，宇宙间各种事物的时标跨越了43～44个数量级。物理学从微观和宏观两个层次揭示了自然界的奥秘，展示了自然界的本质和规律。

从国际物理教育改革的发展来看，近半个世纪以来物理教育的发展过程中曾出现过两上极端。一个极端是50年代末－60年代初的“学科中心”课程，另一个极端是70年代－80年代初，强调学生中心，人本主义课程。80－90年代在美国等西方国家出现了新学科主义的课程思潮，它以重视基础科学概念、方法、技能为特征，同时又不忽视社会的广泛需要和学生的发展。学科主义和人本主义两种彼此对立的课程观正在走向彼此协调，现代科学课程的发展正从学科中心、学生中心和社会中心的极端趋向融合和相互渗透，在三者的需要之间寻求一种新的平衡。目前，世界各国高中物理课程的功能向多元化、多层次方向分化，这些都反映了不同类型课程共存，相互补充和协调，以适应学生和社会发展的不同需要这一科学教育课程改革的发展方向。

确立高中阶段物理课程的最低基准，这一最低基准应该符合一定时期对公民科学素质的基本要求。新物理课程的最低基准，在“知识深度”要求方面要适当降低，而在“知识广度”要求方面还需要进一步拓宽，以体现“广、浅、精”这一当代学科基础课程发展的特点；在体验、认识、运用科学方法和知识实际应用方面的要求也应有不同层次的提高，如此构建基础型物理课程，向所有学生提供包括生活物理、概念物理和应用物理在内的必需的物理知识。

高中物理教育的主干内容属于物理课程的核心地位，应包括最基本的物理知识、学科方法、科学态度、科学思想和科学精神等，它们是学生智力开发、能力发展、个性形成以及后续学习的基本条件。物理学对人类未来的进步起关键的作用，它提供了理解和把握世界的知识基础。高中物理教育的主干内容的选择要协调好学生发展、社会需要和学科发展三者之间的关系。要注重高新技术和新材料在高中教材中的切入。如在高新技术方面引人空气囊传感器－力学（动量）、自

动调焦照相机－光学（几何光学，反馈）、条形码识别器－激光（半导体微型激光器）、照相机闪光灯－LC电路、CD随身听－激光和判读、银币分类器－密度和特征识别等。在新材料方面引人新型陶瓷，光纤，光敏玻璃，高Tc超导体等。

第五节 社会各界对高中物理课程需求的调查5

在调查中采取了访谈、问卷、座谈会等多种形式。调查的主要对象有中国科技大学等高等院校的教师、科研院所的工程师、研究员、著名企业家和部分工人、农民、普通高中在校学生的家长和中国科技大学少年班的学生等。初步调查结果如下。

一、高中物理课程设置

1）普遍认为，物理是科学课程中的基础学科，能为其它科学课程的学习奠定基础。并且，对全面提高学生的科学素质，培养学生的创新精神和实践能力具有不可替代的作用。

2）普遍赞同，高中开设多类物理课程，试行学分制。第一类物理适应具有人文和艺术能力倾向的学生；第二类物理适应具有工科、财经和体育能力倾向的学生；第三类物理适于理科学生的发展。分三类物理课程基本可满足学生的不同需求，类别过多不便管理，学生也无所适从。

3）高校教授提出，高中阶段仍是基础教育，文科学生如果没有一定的科学知识基础，将来也很难发展，因此，高中一年级可上相同物理课，在高二年级再选修不同的物理，任选或限选。

二、 关于高中物理课程目标

1）应学习必备的物理知识，掌握通用技能。我国现行的高中物理，对文科学生在知识和技能方面要求偏高，而物理学的一些基本思想、观点、方法渗透较少。而对理科学生在知识和技能方面要求偏低，数学工具的应用滞后于学生高中阶段在数学方面的发展，近代物理的思想、观点反映较少。

2)应学习并认识物理学的基本思想、观点和方法。如时空观、守恒与对称、物质与场、波和粒子等基本观点应渗透到物理课程中去。

3)能关注科技和社会发展中的问题，如信息、能源、环境、资源等。物理课程应该适当联系现代技术应用，但又不要把物理课变成过去的“工基”。

4)具有科学探索精神。在实验的基础上，发展学生的理性思维，尤其是发展

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何润伟、王继珩等，子课题《社会对高中物理课程需求的调研》研究报告，2002年上报教育部基础教育司。

批判性、创造性思维。全面提高学生的科学素养。建议不能让学生只按教师和教材的规定程序去做实验，应该让学生自己去设计实验，进行探究。

5）重视渗透思想教育。主要是培养科学的世界观、价值观和辩证唯物主义的观点。要让学生科学地认识不断变化的自然界和社会，培养他们探索科学的兴趣和勇气。培养创新精神和团队合作精神，有社会责任感，有良好的心理素质，良好的品格和顽强的意志，以便从容地应对未来社会的挑战。

三、高中物理课程内容

1）应反映物理学研究的新成果，根据现代物理的发展趋势和已有的成果，用新的观点重新整合高中物理的课程内容。如超弦理论、非线性物理、粒子物理、核聚变实验研究、高温超导、激光冷却原子、纳米材料、大型物理实验装置、高精度仪器的发明和使用、以及物理学在天文学研究方面的拓展等。

2）紧密联系现代科技和社会问题（如信息、材料、环境、能源等）。反映物理学的基础研究是如何推动90年代科技的新发展和21世纪的科技革命的；物理学的发展是如何推动信息科技、生命科技、航天技术和海洋技术的发展。探究人类面临的能源、环境、物质的过量消耗等问题，有人类可持续发展的意识。

3）重视物理基础知识的教学。高中物理的2类和3类课程应让学生具有比较完整的物理学的知识体系，物理1可以介绍物理学最重要的概念、规律和物理学的思想和研究方法。专家提出，要精简传统的高中物理教学内容，尤其是力学和电磁学中有些经典的知识耗费了学生过多的精力；电磁学中的电路计算过于繁琐，已不适应当前电路集成化和微电子化的要求。

4）适当引入技术教育的因素。尤其要将信息技术、能源技术、材料技术、物理实验技术、智能化技术等渗透到高中物理课程中去。

四、高中物理课程中的技能培养

1）培养实验技能。物理学是以实验为基础的科学，高中的物理课程仍然应该以实验为基础，实验探究对培养学生的创新精神和实践能力、全面提高学生的科学素养，形成科学的世界观和价值观至关重要。实验动手能力强的学生，普遍受到用人单位欢迎。

2）培养信息的收集、传递和处理技能。高中物理课程应广泛引入信息技术，让学生用计算机处理和分析实验数据；用信息技术来改变学习的方式；用网络技术来拓宽学生的视野。

3）培养科学思维能力。高中物理应将科学的思维能力的培养列为重点。具有较强的理性思维的学生，一般都表现出较强的创造性和开拓性。

4）培养运用数学工具解决物理问题的能力。现行的高中物理课程运用数学主要体现在解题上，面太窄。应该更加关注如何运用数学建构物理概念和模型，建立物理运动的方程，认识物理现象的本质，分析和处理物理实验的数据上。

第二章 高中物理课程标准研制基本思路

第一节 课程性质、理念与培养目标 一、课程性质

普通高中教育是在九年义务教育基础上进一步提高国民素质的、面向大众的基础教育，普通高中教育应为学生的终身发展奠定基础。这说明普通高中教育应该与义务教育衔接，仍然属于面向大众的教育，主要任务是为学生的终身发展打基础，主要目的是提高国民素质。

在此基础上，提出了高中物理的课程性质，即“高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养”6。

普通高中由学习领域、科目、模块三层次组成。学习领域增进具有相同或相近教育价值的科目间的沟通和整合，一个学习领域由一个或几个科目组成，每个学习领域对学生发展具有相对独立的教育价值。目前普通高中的学习领域有：语言与文学、数学、人文与社会、科学、技术、艺术、体育与健康、综合实践活动，其中科学学习领域含有物理、化学、生物、自然地理等科目。

在高中阶段，物理课程属于科学学习领域，仍然定位于基础课程，课程的主要目的仍然侧重于培养全体高中学生的科学素养，高中物理课程与其它课程一起肩负着造就高素质的劳动者、专门人才以及尖端的创新人才的重任。

二、 课程基本理念

根据《基础教育课程改革纲要》的精神、义务教育阶段物理课程的基本理念以及构建高中物理课程的背景研究等，从课程目标、课程结构、课程内容、课程实施以及课程评价等方面提出了高中课程的基本理念。

理念一：在课程目标上注重提高全体学生的科学素养

这是义务教育阶段物理教育目的的延续，即高中物理课程的教育目的仍然侧重在提高全体学生的科学素养。尽管高中物理教育已不属于义务教育，但仍属于基础教育，因此提升全体国民的科学素养仍然是高中物理课程肩负的主要责任。高中物理课程仍然需要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观

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《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第1页。

三方面培养学生，为学生的终身发展、使其今后能应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。

理念二：在课程结构上重视基础，体现课程的选择性

普通高中物理课程仍然是基础教育课程，因此课程的基础性非常重要，在建构高中物理课程时，应该考虑到全体高中学生的学习需求，确定基本的必修课程。但是，高中物理课程不同于义务教育阶段的物理课程，它不仅应考虑到全体学生的共同发展，而且还应根据学生的学习兴趣、发展潜能和今后的职业需求构建不同类型的选修课程，为学生提供选择的空间，促进学生自主地、有个性地发展，培养学生的人生规划能力。

理念三：在课程内容上体现时代性、基础性、选择性

高中物理课程内容需要加强与社会进步、科技发展的联系，而且还应反映科技进步带来的如环保、可持续发展等社会热点问题，体现课程的时代性。另外，还应注重课程内容的基础性，注重让学生学习对其终身发展有用的基础知识与技能，学习基本的研究方法和科学思想，养成一定科学态度与科学精神。课程的选择性不仅体现在课程结构上，而且还体现在课程内容上，给予学生一定的自由空间，让其选择学习自己感兴趣的物理内容。

理念四：在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化

在义务教育阶段的科学探究，需要教师较多的指导和帮助，而高中阶段则应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自己解决问题的能力。课堂教学应该是多种教学方式的结合，注意通过多样化的教学方式，让学生学习物理知识与技能，具有一定的科学探究能力，养成一定的科学态度与科学精神。

理念五：在课程评价上强调更新观念，促进学生发展

课程评价应始终围绕课程培养目标进行，不仅评价学生掌握的知识与技能，而且还应评价学生经历的过程与学得的方法，评价学生形成的情感态度与价值观等。注重评价内容的多元化，评价方式的多样化，促进学生发展。应改革教学评价，推动教师积极投入课程改革，发挥教师的创造才能。

三、课程目标

高中物理课程总目标提出让学生：

“学习终身发展必备的物理基础知识和技能，了解这些知识与技能在生活、生产中的应用，关注科学技术的现状及发展趋势。

学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理

知识和科学探究方法解决一些问题。

发展好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣，有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，有振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感。

了解科学与技术、经济和社会的互动作用，认识人与自然、社会的关系，有可持续发展意识和全球观念。”7

这四条总目标中，第一条主要是对知识与技能的要求；第二条是对科学探究能力和思维方式的要求；第三条对情感态度与价值观提出了总体要求；第四条则对科学·技术·社会的观念渗透提出了要求。

在高中物理课程的具体目标中，分别从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个方面提出了具体要求。

在“知识与技能”中提出了让学生“学习物理学的基础知识，了解物质结构、相互作用和运动的一些基本概念和规律，了解物理学的基本观点和思想。认识实验在物理学中的地位和作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，能独立完成一些物理实验。初步了解物理学的发展历程，关注科学技术的主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社会发展的影响。关注物理学与其他学科之间的联系，知道一些与物理学相关的应用领域，能尝试运用有关的物理知识和技能解释一些自然现象和生活中的问题”8。在这四条和“知识与技能”有关的具体目标中，强调了让学生学习物理学核心概念，掌握物理学研究的基本技能，了解物理学的发展历程、主要成就以及对社会发展的影响，关注物理学与他学科的联系以及物理学的应用等。

在“过程与方法”中，提出让学生“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。能计划并调控自己的学习过程，通过自己的努力能解决学习中遇到的一些物理问题，有一定的自主学习能力。参加一些科学实践活动，尝试经过思考发表自己的见解，尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题。具有一定的质疑能力，信息收集和处理能力，分析、解决问题能力和交流、合作能力”9。在这五条和“过程与方法”有关的具体目标中，强调了对学生科学探究能力的培养，对学生自主学习能力的培养，对学生实践能力的培养以及对学生解决问题能力的培养。

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《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第8页。 《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第8页。 9

《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第9页。

在“情感态度与价值观”中，提出让学生“能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。有参与科技活动的热情，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。具有敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，具有判断大众传媒有关信息是否科学的意识。有主动与他人合作的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，敢于坚持正确观点，勇于修正错误，具有团队精神。了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献，关注并思考与物理学相关的热点问题，有可持续发展的意识，能在力所能及的范围内，为社会的可持续发展做出贡献。关心国内、外科技发展现状与趋势，有振兴中华的使命感与责任感，有将科学服务于人类的意识”10。在这六条和“情感态度与价值观”有关的具体目标中，强调了培养学生的学习兴趣，参加科技活动的热情，实事求是、敢于创新的科学态度和科学精神，环境保护和可持续发展的意识以及振兴中华民族的责任感与使命感等。

总之，无论是总体目标还是具体目标都分别从知识技能、过程方法、情感态度与价值观等三个方面提出了要求。

第二节 课程标准框架与特点 一、高中物理课程结构

为了有利于学生灵活选择课程，实现有效学习，本次课程改革将通常要持续2－3年才能学完的科目内容分解组合为若干相对完整的模块，每个模块一般需要36个学时完成，占2个学分。

为了体现课程结构的基础性与选择性，本高中物理课程由必修课程和选修课程构成，共12个模块，每个模块占2学分。这12个模块分别为：物理1、物理2；选修1-1、选修1-2；选修2-1、选修2-2、选修2-3；选修3-1、选修3-2、选修3-3、选修3-4、选修3-5，其中物理1和物理2为共同必修模块，其余皆为选修模块。学生完成共同必修模块的学习后，可获4学分，接着必须再选择学习一个模块，以便完成6个必修学分的学习任务，考虑到必修学分中尽量让学生学习物理主干知识，因此后来的这个必选模块只能在选修1－1，选修2－1，选修3－1中选择，因为这三个选修模块都与电磁学内容有关。

在获得6个必修学分后，学生还可以根据自己的兴趣、发展潜能以及今后的职业需求等继续学习若干选修模块，以便完成科学学习领域所规定学分，为进一

10

《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第9页。

步学习打下基础。

下图是高中物理课程结构框图11： 选修1-2 选修1-1

在本高中物理课程中，有几点需要说明。

（1）共同必修模块物理1和物理2是为全体高中学生设计的课程，学生通过对物体运动规律、相互作用、能量等核心内容及相关实验的深入学习，进一步体会物理学的特点和研究方法，同时了解自己的兴趣和发展潜能，为后续课程的选择和学习做准备。共同必修模块的内容设计充分体现了物理课程的基础性，即基本的知识、基本技能、基本方法、基本的科学态度与科学精神。

（2）高中物理课程的选择性不仅选修学分中，而且还体现在必修学分中。学生完成共同必修模块学习后，已获4个必修学分，余下的2个必修学分可以通过选学选修1-1、选修2-1或选修3-1中的任何一个模块获得。可见在必修学分中也为学生有个性地发展提供了机会。

（3）完成必修学分的学习后，学生可以根据学习兴趣、发展潜能和今后的职业需求等选学有关内容以便满足进一步的学习需求。教师最好引导学生参照

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选修3-5 选修3-4 选修2-3 选修2-2 选修2-1 选修3-3 选修3-2 选修3-1 选修 物理2 物理1 共同 必修 必修 《普通高中物理课程标准》（实验），中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社2003年出版，第4页。

“高中物理课程结构框图”的顺序选择课程，以便循序渐进，为今后发展奠定基础。当然学生也可以跨系列选学相关模块，根据需要决定学习某系列模块的先后顺序等。

（4）本课程是为大多数高中学生发展设置的国家课程，为了让学有所长的学生更充分地发展，我们建议学校根据具体情况开设相关的课程，如“物理实验专题”12、“物理专题研修”13等，以便进一步提高学生的实验素养，增强学生的创新意识，发展学生的自主学习能力和独立研究能力等。

二、模块说明

共同必修 —— 物理1、物理2：全体高中学生的共同学习内容。在该模块中，学生通过学习运动、相互作用及运动规律、能量等物理学的核心内容，经历一些科学探究活动，初步了解物理学的特点和研究方法，体会物理学在生活和生产中的应用以及对社会发展的影响，同时为下一步选学模块做准备。

选修系列1 —— 选修1-1、选修1-2：本系列课程模块以物理学的核心内容为载体，侧重物理学与社会的相互关联和相互作用，突出物理学的人文特色，注重物理学与日常生活、社会科学以及人文学科的融合，强调物理学对人类文明的影响。

选修系列2 —— 选修2-1、选修2-2、选修2-3：本系列课程模块以物理学的核心内容为载体，侧重从技术应用的角度展示物理学，强调物理学与技术的结合，着重体现物理学的应用性、实践性。

选修系列3 —— 选修3-1、选修3-2、选修3-3、选修3-4、选修3-5：本系列课程模块侧重让学生较全面地学习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。

三、行为动词说明

1213

见附录1 见附录2

《标准》中部分行为动词界定*

类型 水平 各水平的含义 再认或回忆知识；识别、辨认事所用的行为动词 了解、知道、描述、说出、举例说明、列举、表述、识别、比较、简述、对比 认识 了解 实或证据；举出例子；描述对象的基本特征 知 知识 技 能 目 标 识 动 词 认识 位于“了解”与“理解”之间 把握内在逻辑联系；与已有知识理解 建立联系；进行解释、推断、区分、扩展；提供证据；收集、整理信息等 在新的情境中使用抽象的概念、阐述、解释、估计、理解、计算、说明、判断、分析、区分 应用 原则；进行总结、推广；建立不同情境下的合理联系等 评估、使用、验证、运用、掌握 技 能 独立操作 独立完成操作；进行调整或改测量、测定、操作、会、能、制进；尝试与已有技能建立联系等 作、设计 观察、收集、调查、交流、讨论、经历 从事相关活动，建立感性认识等 阅读、尝试、实验、学习、探究、预测、考虑、经历、体验、参加、参观、查阅 体验性要求 的目标动词 反应 在经历基础上表达感受、态度和价值判断；做出相应反应等 具有稳定态度、一致行为和个性化的价值观念等 体会、关注、注意、关心、乐于、敢于、勇于、发展、保持 形成、养成、具有、领略、体会、思考 领悟 ? 《标准》中有的行为动词前加有“初步”、“大致”、“简单”等词，其对应的水平比原行为

动词的水平低。

以上行为动词皆出现在本课程标准的内容标准条目或课程培养目标中，这些行为动词从三个维度体现了对学习物理内容的相应要求。在“知识与技能”方面，对物理知识的学习有从低到高四个水平的要求，即“了解”、“认识”、“理解”、“应用”，对技能的学习则有“独立操作”方面的要求；在“过程与方法”方面，有与经历有关的一系列行为动词，这些行为动词表明了对过程的要求；在“情感

态度与价值观”方面，有关的行为动词出现在“反应”、“领悟”等类型的行为动词中。

四、课程标准设计框图

实施建议 教学建议 评价建议 教科书编写建议 课程资源利用与开发建议 内容标准（课程模块） 1. 必修模块： 物理1 物理2 2. 选修模块： 选修1-1 选修1-2 选修2-1 选修2-2 选修2-3 选修3-1 选修3-2 选修3-3 选修3-4 选修3-5 培养目标 进一步提高科学素养，满足全体学生的终生发展需求 课程基本理念 课程目的：提高全体学生的科学素养 课程结构：注重共同基础，体现选择性 课程内容：体现课程的时代性、基础性和选择性 课程实施：注重自主学习，提倡教学方式多样化 课程评价：更新评价观念，促进学生发展 课程目标 知识与技能；过程与方法；情感、态度与价值观 第二篇 内容标准解读

第三章 科学探究及物理实验能力要求解读

《标准》把“科学探究及物理实验能力要求”、“共同必修模块”、“选修模块”并列，作为内容标准的三大部分，这表明科学探究、物理实验在高中物理教学中的重要地位。

《标准》把物理实验和科学探究一并提出能力要求，明确了物理实验和科学探究的关系。物理实验和科学探究一样，它不仅是物理教学中的重要内容和学习方式，而且是物理教学中的教学目标。我们在陈述科学探究的能力要求时，实际上包括了对物理实验的能力要求，以下在对科学探究的能力要求进行解读时，尽管不会反复陈述物理实验这个词，但对物理实验的能力要求已经包含在其中。

第一节 科学探究及物理实验能力要求

一、提出问题

1.能发现与物理学有关的问题

发现问题是提出问题的前提，只有发现了问题，才可能提出问题。然而，怎样才能发现问题？我们可以通过对发现问题的过程分析，来理解“能发现问题”的能力要求，下面就以历史上首位诺贝尔物理学奖获得者伦琴发现X射线的过程加以说明。

1895年11月8日，伦琴用克鲁克斯管做实验，克鲁克斯管用黑纸板包着，离管子不远的凳子上放有一张亚铂氰化钡纸。伦琴给管子通电时，偶然发现亚铂氰化钡纸上出现了一条特殊的荧光。伦琴认为，荧光要靠光线照射才能激发，荧光是在克鲁克斯管通电时才发生的，而克鲁克斯管被黑纸板包着，不可能有光照射在亚铂氰化钡纸上，因此引起了伦琴的疑问：荧光效应究竟是不是来自于克鲁克斯管？如果是，它到底是什么？伦琴的进一步研究导致发现了X射线。

我们来看伦琴发现问题的过程：第一，伦琴发现了亚铂氰化钡纸发出荧光的现象（此时，只存在着一个现象，还没有形成问题）；第二，亚铂氰化钡纸的荧光效应的产生不符合原有的认知，被黑纸板包着的克鲁克斯管不可能有有光线射到亚铂氰化钡纸上，事实和原有认知发生了矛盾，伦琴在分析了这一矛盾后提出了问题。对伦琴来说，以上这个过程或许在一瞬间就完成了，但它的确是提出问题的两个环节：发现现象和对现象的质疑。在科学探究中，一个有价值的提问都应该由这两个环节构成的，或者说具有这两个特征。只有现象的发现而没有质疑，

看到什么就在看到现象的后面加一个问号，这样的提问是没有价值的。同样，没有以客观事实为基础的荒唐疑问也是没有探究价值的。上述分析提示我们，在高中物理教学中要发展学生提出问题的能力，应该从两个方面入手：一是养成仔细观察的习惯，善于捕捉新现象；二是不断地把新现象和自己的认知相联系，增强质疑的意识。

2.从物理学的角度较明确地表述这些问题

明确表述所发现的问题，不仅使探究问题的内容有一个明确的主题，而且也使别人对该问题的核心有一个初步、大致的了解。例如同样是对光的本性的疑问，以下两种表述的效果就截然不同：

“光线究竟是什么？”

“光线是否是发光物质发射出来的很小的物体？”14

前者强调的是语气，但物理学内容没有涉及，别人无法知道该问题的主题是什么，这种表述不是我们所希望的。

后者是牛顿在《光学》一书中所提出的问题，它精练、明确地表述了对光的本性的疑问。“物体”、“很小的”、“发光物质发射出来的”等词句，从物理学的角度，把光线的本质、尺寸、来源等看法讲得非常明白。

除了上例中所列举的“是什么”的问题外，物理学还经常有“为什么”和“怎么样”的问题，这一类问题主要讲的是物理规律。要从物理学角度明确表述这类问题，就需要表述所探究的物理规律内容和存在该规律的物理条件。例如以下所表述的两个问题：“如果能忽略空气阻力，物体自由落下的位移和时间有什么关系？”“闭合线圈在磁通量增加时，其感应电流的方向是怎样的？” 上述问题的物理意义是很清楚的：“忽略空气阻力”、“磁通量增加”表述了实验的条件；“位移和时间有什么关系”表述了所研究的是哪两个物理量之间的关系，“感应电流方向是怎样的”表述了探究的方向和有待于发现的因素，都是所探究物理规律的内容。

二、猜想与假设

1.对解决问题的方式和问题的答案提出假设

2.对物理实验结果进行预测

猜想与假设是科学思维的一种形式，是对所研究的问题根据已知事实材料和科学知识作出的一种猜测性陈述，对问题中事物的因果性、规律性作出的假定性解

14

【美】H.S.塞耶编，《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社，1974年11月第1版，第186页。

释。

猜想与假设，可以从两个方面来提出要求：一是猜想什么、假设什么；另一方面是怎样猜想、怎样假设。《标准》是从前一个方面对学生提出要求的，要求学生能够对解决问题的方式和问题的答案提出假设、对物理实验的结果进行预测。这样要求，指向性强，操作性好。

物理学中的许多理论，都来自于提出了正确的假设。19世纪的光谱学家凭他们敏锐的发现和一丝不苟、坚持不懈的工作，测出了氢光谱的一系列光谱线，这些光谱线的波长精确到6位有效数字，把这些光谱线画在同一张光谱图上，看起来非常有规律，波长较长的相邻两谱线之间的距离较大，波长短的相邻两谱线间距离小，谱线疏密的变化均匀、流畅。显然，氢光谱谱线的分布一定是具有某种规律的，不少物理学家都在根据自己的认知对该规律作出假设，但均难以和实验数据相吻合。有趣的是，对此取得突破的不是物理学家，而是瑞士的一位中学数学教师巴耳末，他完全从数学的角度出发，提出了一个氢光谱波长公式的假设，按这个公式所计算的氢光谱数值和实验结果相差不到4万分之一。28年后，丹麦物理学家玻尔提出了新的原子结构理论，该理论对氢原子光谱的解释表明了巴耳末公式的正确性。

以上实例具体阐明了巴耳末对“氢原子光谱有什么规律”的答案作出的假设，即我们应该“假设什么”的问题。上述实例还同时揭示了猜想与假设能力的另一方面：我们应该“怎样假设”。实例中包含着假设过程的两个基本特征：一是具有一个客观事实；二是研究者原有的知识和经验。研究者运用自己原有的知识、经验对客观事实的结论作出猜测性解释，这就是假设。在上例中，这客观事实就是具有精确测量的氢光谱的谱线；研究者的原有知识和经验，对物理学家来说，就是光学的、力学的、声学的知识，当时有人把氢光谱谱线和声音的基音和谐音联系起来，后被否定了，对巴耳末来说，这原有知识就是投影几何、透视图形、勾股定理等，由此琢磨出来的假设，得到了事实的检验。因此，从“怎样猜想、怎样假设”的角度来思考，要发展学生猜想与假设的能力，就要增强学生应用自己的原有认知来审视所面对的事实的意识，学会仔细观察、分析事实，并在其中寻找跟原有经验和知识中相似的特征，尝试用自己的知识和经验对它作出解释。

我们再从猜想与假设的形成环节来认识这一过程。假设的形成过程，大致来说，可以分为两个环节，第一是提出假定，第二是运用已有的知识和经验对该假定作初步的逻辑证明，构成假设。提出假定的过程，是一个思维非常活跃的过程，思维常常是非逻辑性的、发散性的；而后一个对假定进行初步逻辑证明的过

程，思维是逻辑性的，收敛性的。因此，整个假设的过程，就是一个非逻辑思维和逻辑思维反复交替的过程，这显然是非常具有创造性的。从这个角度上考虑，我们要发展学生猜想与假设的能力，在实施环节上，就应该让学生反复经历假定和解释这两个过程，形成良好的思维习惯。

三、制定计划与设计实验

1.知道实验目的和已有条件，制定实验方案

要制定实验方案，必须明确实验目的，即明确这个实验想说明一个什么问题。实验目的来自于猜想与假设，制定实验方案，实际上就是从操作的角度把探究的猜想或假设具体化、程序化。

要对假设的验证具体化、程序化，或者说，要把实验目的演变为一个实验方案，中间有一个桥梁，这就是实验原理。同样的实验目的，应用不同的原理，将会制定成不同的实验方案。我们举一个历史的实例：自从哥白尼提出日心说以来，尽管人们对地球的自转已经深信不疑，但直接用实验来验证地球自转的工作仍在不断地进行。一种方法就是利用自由落体运动来验证，静止的重垂线严格来说是随着地球一起绕着地球的自转轴转动的，而作自由落体运动的物体，它没有受到地面物体的约束，是在悬空的情况下受地心引力作用下运动的，严格意义下的自由落体运动将不会沿着重垂线的方向下落，直至19世纪30年代，还有人在180多米深的矿井中进行实验，多次重复的实验确认，落点偏离重垂线达到2.8厘米，为地球自转提供了直接证据。法国物理学家傅科所应用的却是另一种原理，他设计的是另一种方案。傅科实验的装置是一个很长的单摆，单摆在重力的分力作用下向低处运动，由于单摆周期长，而且摆球连续不停地来回摆动，能够通过持续观察，明显看到摆球相对地面的运动轨迹在在作有规则地变化，直接证明了地球自转的事实。

因此，根据探究假设来确定实验目的，根据实验的目的来思考实验的原理，按照实验的原理，来设计实验的程序和步骤，这是构思实验方案的基本线索。当然在制定实验方案的实施技巧上，我们还可以根据实验目的来分析实验需要解决的各个问题，然后提出解决每个问题的各种方法，经比较、选择、优化后，形成最终的实验方案。

2.尝试选择实验方法及所需要的装置与器材

实验器材是和实验装置相关的，实验装置不确定，就无法确定实验器材；实验装置又是和实验方法相关的，只有确定了实验的方法，才有可能设计实验的装

置；而实验方法的选择，是由各种因素综合考虑决定的。例如对自由落体运动的研究，如果实验目的已经确定为研究自由落体运动位移随时间变化的规律，该选择哪种实验方法来收集证据？或者说，在猜想自由落体运动是匀变速运动的情况下，怎样验证这一猜想？可选择的实验方法是很多的，例如：1.打点计时器；2.频闪照相；3. 光电门和电子计时器；4.数码照相机或摄像机；5. 微型电子计算机和传感器；6.“落棍”实验；7.其它能测量或能比较自由落体运动位移、时间的装置。以上这些方法各有特点，例如：打点计时器的实验装置比较普及，学生熟悉，操作时间短，便于作为课堂上的探究性实验；光电门和电子计数器装置，如果把遮光板尺寸设计得不大，可以把遮光板通过光电门的平均速度看成是遮光板到达光电门时的瞬时速度，因而可以直接探究自由落体运动速度跟时间的关系，这在实验原理上将开辟另一条思路；用数码照相机连续摄影研究自由落体运动可以增强学生运用家庭用具探究物理规律的意识；电脑和传感器的实时处理装置有利于体现探究手段的时代性和启发电脑运用的普适性；“落棍”实验及其它自行设计的装置能激发创造热情和发展创造思维。因此，究竟选择哪一种方法，应该根所具有的实验条件、所需要的实验精度、所允许的实验时间、实验者对实验器材的熟悉程度以及预定的教学目标等不同情况，作相应的选择。

选择实验器材所涉及的面很广，如实验原理、实验的误差要求、实验器材的功能、实验器材的安全、实验操作的方便以及实验器材的代用品等，这些方面都会对实验器材的选择产生影响。

学生在具有多次选择实验经历以后，可以总结一些在选择实验器材方面的基本思路，例如：首先从实验原理、实验步骤方面来选择实验器材的种类；然后从保证实验器材的安全、减小实验误差方面来选择实验器材的规格；同时从实验器材的功能、周围环境与就地取材来考虑实验器材更广泛的来源（包括应用日常生活器具等）。

3.考虑实验的变量及其控制方法

经过初中物理课的教学，学生已经尝试考虑了影响问题的主要因素，初步具有了控制变量的意识。高中物理的《标准》中，在控制变量方面提出了更高一步的要求，学生在具有控制变量意识的基础上，需要考虑和分析实验的变量及其控制的方法。

对一个物理量在某过程中是变量还是常量的分析，应该贯穿在物理教学中的多个场合，而不应该仅仅局限在实验中。例如，我们在应用匀变速运动公式分析问题时，就应使学生理解，对一个确定的匀变速运动而言，公式所涉及的5个物

理量中，有两个是常量：初速度v0和加速度a，有3个是变量：时间t、末速度v和位移s。这3个变量中的每两个之间，都能构成一组两者的变化关系，这就是末速度随时间变化的关系、位移随时间变化的关系、末速度随位移的变化关系，应该从变量之间的函数关系来理解和应用物理学公式。

应该从物理图象的教学中增强变量与常量的意识，在观察一个物理图象时，应该让学生想像图象中纵坐标轴物理量是如何随着横坐标轴物理量的变化而变化的，还应使学生意识到，在图象所表示的这一物理过程中，除纵坐标轴和横坐标轴所表示的物理量以外，其它的物理量都应该是常量，如果这是一个实验过程，这些量在实验中必须是不能变化的。

还应该让学生学会分析具体实验中的常量和变量，学会在实验中实施对常量的控制，对变量的操作，以及对变量和必要常量的实验数据进行合理的收集和记录，从控制变量的观点认识通常所说的“实验条件”究竟是怎么一回事。

要控制实验变量，保持实验过程中的常量不发生变化，就要对实验中相关物理量的概念有一个比较本质的认识。例如要研究单摆振动周期和摆球质量是否有关，实验中的摆长、振幅都应该是常量，如果实验者通过更换不同大小的摆球来操作实验的自变量（摆球质量m）的话，这就导致了应该属于常量的摆长发生了变化，因为摆长不是摆线的长度，而是悬挂点到摆球球心的距离。

设计实验，有时会遇到不只是两个物理量之间的关系问题，探究所涉及的是多个物理量，这时候，应该把整个探究活动分解成几个过程，每一个过程只讨论两个物理量之间的关系，而保持其它的物理量不变。例如，要探究匀速圆周运动物体所受向心力的大小和圆周半径、角速度有何关系？在设计实验时，可以先探究半径相等时向心力和角速度的关系，再探究角速度相等时向心力和半径的关系。我们以图中圆锥摆为例，圆锥摆（摆球质量已知）沿水平方向做匀速圆周运动时，其向心力可以从摆线的倾斜角度测算出来，摆线的倾角是由摆的长度和圆半径决定的，事先测出摆的长

度、实验中测出圆半径，就能算出向心力。图A和图B是半径相等时向心力和角速度关系的探究实验，其中图B的半径由实验者通过操纵角速度使其和图A半径相同，用秒表测出 A、B的角速度，就能获得向心力和角速度关系的数据。图B和图C是角速度相等向心力和半径关系的探究实验，实验者操纵图C的角速度（图C中a的角速度小，c的角速度大），当b的角速度和图B相同时，两

图A

图B

a 图C

b c

种情况下的角速度便成了常量，因而能获得角速度相同时向心力和半径的关系的实验数据。

四、进行实验和收集证据

1.用多种方式收集数据

观察是收集数据的重要方式，它是人们有目的、有计划地感知和描述客观事物的一种科学认识方法，是科学研究过程中的一种基本的认识活动。通过观察收集数据，要有严谨的科学态度。16世纪丹麦天文学家第谷在当时还没有望远镜的条件下，凭肉眼观察记录了大量天文学数据，正是由于这些数据的精确性和可靠性，才引起了他的学生开普勒对当时行星运动学说的怀疑，导致了对行星运动规律新的模型的遐想和论证，发现了具有历史意义的开普勒行星运动三定律。应该使学生认识到，观察不是纯感性的活动，不动脑筋的观察不是科学的观察，尽管我们把观察和分析分别作为两个不同的环节提出来，但它们绝不是割裂的。18世纪英国植物学家布朗利用显微镜观察植物花粉授粉的情况，无意发现花粉在不停息地运动，而且花粉本身也在不断转动和变形，布朗开始认为这是有生命的花粉自发运动的原因，进而找出上百年前的植物标本微粒和岩石粉末进行观察，发现都有类似现象，证明这不是生命现象，而是任何微小颗粒在液体中都具有的运动特征，正是由于布朗善于捕捉意外的偶然现象，善于把理性思维融于观察过程中，才发现了以他的名字命名的“布朗运动”。

实验是收集数据的主要方式，物理实验不同于在自然条件下对物理现象观察的地方，就在于它是人工控制条件下对物理现象的研究过程。通过观察、实验收集数据都有以下要求：首先要有明确的观察目标，知道是在哪一个研究对象上收集信息；同时要明确收集信息的内容，知道所收集的是反映哪一现象的特征的数据；还要明确收集信息的时间，知道是在哪一个时刻或哪一段时间内记录有关信息。做到在预定的时间观察预定的目标，收集预先所关注的数据。由于实验是在人工控制下进行的，因此实验数据的收集可以和实验方案的制定、实验装置的设计结合起来，例如利用光电门和电子计数器结合起来做实验，用各种传感器和电脑结合起来做实验，所收集数据的对象、数据内容、收集时间都已经事先体现在实验装置中，使实验过程和数据的呈现能自动进行，收集数据的前一半工作已经在实验操作之前完成了，剩下的工作只是记录数据。

其它实验者按照相同实验条件进行实验所收集的数据，也是科学研究的依据或重要借鉴资料。因此，学生还应该具有从纸介信息资源中收集数据的能力，会

从图书、报刊、杂志中查找到自己所需要的数据；会通过调查、访谈、参观，了解相关的数据；会在互联网上通过检索、下载获得有用的数据。

2.按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器

义务教育的物理课程标准要求学生会阅读简单仪器的说明书，进入高中阶段的学生，物理知识比初中更丰富，对物理知识的理解、运用的能力比初中更强，在按说明书进行实验操作的时候，因而有条件对说明书中的内容作更深入的理解。例如学生实验中的简式电阻箱，箱内有4个10位刷形开关，开关的接线柱上所连接的电阻共有以下8种规格，它们都是串联的。分别控制这4个开关，就可以调节电阻箱的阻值，其范围是0－9999Ω，最小步进值是1Ω。

阻值/Ω 功率/w 最大电流/A 1 1 0.9 5 1 0.4 10 1 0.28 50 1 0.13 100 1 0.09 500 1/2 0.029 1000 1/2 0.02 5000 1/2 0.009 我们从说明书中看这些电阻的规格，虽然表格中列出的是功率和最大电流，但应该理解到这些不同规格的电阻能承受的最大电压是不同的，例如我们把2V电压加在10Ω电阻上，它是安全的，加在1Ω电阻上就超载了；又如把4V电压加在电阻箱上，电阻箱的电阻调节为11Ω时，对10Ω电阻来说已经超载，但与其串联的1Ω电阻却是安全的。理解了说明书的内容，才能进行符合要求的操作。

初中物理教学中，学生初步熟悉了天平、弹簧测力计、量筒、温度计、电流表、电压表、滑动变阻器等简单实验仪器操作，进入高中后，对这些基本仪器的使用仍有进一步掌握的必要。例如滑动变阻器，初中只作限流用，使用时只用滑动变阻器上两个接线柱，随着高中欧姆定律问题的深入和广泛，用滑动变阻器提供一个从零开始的变化电压来进行实验，已经有了需求和可能。学生用滑动变阻器和电源、用电器组成混联分压电路应用于高中物理实验，同时用上了3个接线柱，使滑动变阻器的使用进一步达到“会”的水平。

在初中物理的基础上，高中物理课程中的基本仪器具有新的内容：共同必修模块中的打点计时器，电路模块中的多用表，电磁感应模块中的检流表，交变电流模块以及机械振动与机械波模块中的示波器等，都是高中物理课程相关模块的基本仪器，学生应该会正确使用这些仪器。

正确使用高中物理实验的基本仪器，包括了解仪器的使用要求，辨明仪器的测量范围和最小分度值，正确地装配仪器，正确地操作仪器，正确读取仪器的读数等。

3.如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义

是否能如实地记录实验数据，这涉及到实验者实事求是的态度，也涉及到对实验的理解。

实验是检验假说、理论的重要手段，实验结果将对所检验的假说、理论提供肯定或否定的证据，如果不能如实地记录数据，实验所作出的检验将是无效的，该实验将毫无价值。还应该认识到，即使对于成熟的理论，实验结果和理论之间的偏差是正常的，这是由于因实验原理和实验器材所引起的系统误差和因实验操作所引起的偶然误差造成的，在正常误差范围内的偏差是允许的，只有如实记录数据，才能认识、理解和分析出实验所表现的现象跟理想结果之间发生偏差的真实原因。

实验需要重复收集实验数据。在一次实验中，重复相同的实验操作，分别收集各次操作中同一物理量的数据，合理地得出在相同实验条件下该物理量数据的 平均值，能够减少这次实验的偶然误差。

对不同实验者来说，或者对同一实验者在不同时间、场合下进行同一实验来说，重复收集实验数据具有更深刻的意义。科学实验在保证其结果可靠性方面必须遵循的基本原则就是要有可重复性，作为一个客观规律，它具有在同样条件下必然会同样出现的规律，实验者进行必要的重复实验，才能总结出可靠的结论。如果甲所收集的实验数据，乙在相同条件下的实验中却与甲不符，或甲在另一时间、场合下具有相同实验条件的数据竟跟原先不同，这种不能通过重复实验考验的数据，都不是可靠的实验数据。

4.具有安全操作的意识

实验的安全主要体现为实验仪器的安全和实验者的人身安全。

在考虑实验仪器的安全时，应该具有关注实验仪器量度范围的意识，例如，天平所测量物体的质量不能超过天平的称量；不能把温度计用来测量有可能超出其量度范围的温度；不能对弹簧用力尝试超过它的弹性限度；不能使电学元件通过的电流值超过其标称的额定值。在考虑实验仪器的安全时，还应该具有关注实验仪器使用条件的意识，例如，打点计时器的电源是交流的，但不是220V。

应该对实验操作的程序具有安全性考虑的意识。当用滑动变阻器控制电路中的电流时，开关闭合前，应审视变阻器的接线和滑动头的起始位置是否会造成变阻器的短路。当对电路的接线没有十分把握的情况下，闭合开关前，会用瞬时碰接的方法来探测电路在接通时的安全性。对于一些比较复杂、有操作程序要求的实验器材，应该弄清楚先操作哪个开关或步骤，然后再操作哪个开关或步骤。

当使用易破、易碎的器材做实验时应具有谨慎操作的意识。例如在使用长的

玻璃管和薄的玻璃器皿时应该采取合理的防范措施，应该对220V交流电源的使用始终保持用电安全的意识。

五、分析与论证

1.对实验数据进行分析处理

要对实验数据进行分析处理，从操作上考虑，需要明确数据处理的基本方向、物理原理、数学思路、处理方法、处理手段等各个方面。

数据分析的基本方向，即我们期望从实验数据中获得哪一方面结论，这首先来自于探究假设，因此，我们可以沿着探究假设的方向来对实验数据进行归类和分析。对于探究假设中并不明确的数量关系，可以从实验所探究的变量关系来处理数据。例如，探究单摆周期如何随着摆长的增加而增加，尽管实验的假设是定性的，没有对周期和摆长的可能定量关系作出描述，但所研究的变量关系是清楚的：摆长是自变量，周期是摆长的函数。因此，所寻找的必然是周期的数据和摆长的数据之间的定量关系，明确了数据处理的基本方向后，接下去就要梳理数据分析的原理和思路。

数据分析的物理原理，即实验数据是根据什么原理来体现所探究的物理量的。例如，用打点计时器研究匀变速运动的速度随时间变化的规律时，所需要分析的物理量有两个：一个是运动时间，另一个是瞬时速度。这两个物理量都是由一张纸带间接体现的，因此，首先要知道怎样从纸带上看出物体运动的时间，知道怎样从纸带上看出物体的瞬时速度。又如，用气垫导轨和光电门探究物体在碰撞时动量传递规律（验证动量守恒）的实验，必须知道实验中物体的速度是通过什么数据体现的。如果不是用气垫导轨，而是采用一个小球沿斜面滚到水平轨道上和另一静止小球碰撞后作平抛运动落地的实验方法，小球碰撞前后的瞬时速度却完全是用另外方法体现的，两种情况截然不同。明确数据分析的物理原理，是数据的数学分析之前需要解决的问题，只有把所研究的物理量和实验数据之间的关梳理清楚之后，才可能从数学的思路上来分析数据。

数据分析的数学思路，就是对数据进行比较，寻找数据之间的规律。比较数据，有时是比较一个物理量在不同实验条件下的特征，例如，感应电流的方向和各种电磁感应的具体情境有什么关系。比较数据，有时是比较两个物理量之和、之比值、之乘积，在不同实验条件下的特征。如闭合电路的内电压跟外电压之和在不同负载时是否变化；电荷在电场中所受的力和电荷电量的比值在电场中不同位置上的特征；力和力臂的乘积对物体转动所产生的作用等等。所比较的数学关

系是指：相等还是不等（对不同对象），变化还是不变（对不同时间），增大还是减小，正比还是反比等等。

实验数据的处理方法，有计算列表法，图象法等。计算、列表是常见的数据处理方法。采用列表法时，根据对实验数据关系的预期，列出需要进行比较的数据表格，把实验的原始数据在经过必要计算后填入表格，以通过数据对比发现数据间的规律。列表法操作简单，数据间的简单数学关系一目了然。数据间的数学关系比较复杂时，列表法就不容易奏效，这时可以采用图象法，作出两物理量关系的图象。两物理量关系的图象如果不是直线而是一条曲线，应该通过观察曲线的形状，改变其中一个坐标轴，让它变为原物理量的平方、开方或者倒数，或者其它的数学关系的量，目的是使作出来的图象是一条直线，从而能够发现与实验数据吻合的定量关系。

实验数据的处理手段，可以采用纸笔计算、作图等人工方法，也可以用计算机，借助常用的数表软件进行处理，例如在探究单摆周期和摆长的定量关系的实验中获得如下数据：

摆长l/m 周期T/s 0.4 1.27 0.6 1.56 0.8 1.80 1.0 2.01 1.5 2.46 ? ? 从表格中的数字我们难以判断周期T和摆长l有什么定量关系，我们把这些数据输入到Excel工作簿中，让计算机来绘制周期T和摆长l关系的图表和确定

T和l的数学关系式。在操作中，当把T和l的趋势线设定为乘幂关系时，可看到计算机根据表格中的数据所描绘的点，都落在右图的曲线上。如果选择“显示公式”选项，计算机在曲线旁注明的纵坐标和横坐标的数学关系是y=2.0105x0.4997

T/s 32.521.510.50y = 2.0105x0.4997，式中2.0105是常数，

l/m 00.511.52设为k，0.4997约等于1/2，上述数学

关系可写为y?kx，即T?kl，明确得出“单摆周期和摆长的平方根成正比”的结论。随着计算机技术的普及和学生在信息技术课程中学习水平的提高，高中物理教学中采用常用的数表软件来处理实验数据，已经具有很好的基础。

2.尝试根据实验现象和数据得出结论

3.对实验结果进行解释和描述

探究性实验的结论应围绕探究假设进行：假设究竟是得了验证还是被推翻。

在描述实验结论时，不仅要陈述假设获得验证或者被推翻的结果，还要说明假设获得验证时成立的条件或者假设被推翻的理由。

对于探究物理规律的实验，实验结论的形成通常建立在两方面分析的基础上：因果分析和数据分析。如果能知道一个现象的发生是由于某个原因所引起的，又能知道该现象和某原因之间所存在的数据关系的规律，只要把这两方面概括起来进行描述，这就是实验的结论。

原因和结果，在物理实验中，通常表现为物理条件和物理现象，物理条件是原因，物理现象是结果，物理条件的改变引起了物理现象的变化。因此，要归纳科学规律，就要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系。例如，在进行光的折射实验时，操作入射角变化，将观察到折射角的变化，总结光的折射规律，就要总结折射角数据和入射角数据之间的关系；又例如，操作弹簧受力的变化，将观察到弹簧形状的变化，要总结弹簧形变的规律，就要总结弹簧形变数据和受力大小数据之间的关系。

在描述实验结果时，语言要客观、准确。所描述的结果如果只是在某种实验条件下进行的，不仅要描述所探究到的规律，还要客观地指出这一规律所存在的条件。例如，在实验室用液柱封闭一段空气探究气体压强随体积的变化规律时，应得出的结果是：“一定质量的空气，在温度保持不变时，它的压强跟体积成反比。”在这段描述中，“一定质量”、“空气”、“温度保持不变”，讲的就是实验条件，“压强跟体积成反比”讲的是规律。如果进一步对各种气体进行实验，上述成反比的规律都成立，便可以把上述描述中的“空气”改为具有广泛意义的“某种气体”。

对实验结果的描述，还应注意语言的概括性。规律的简洁性和普适性，不仅是该规律能够广泛应用的基础，也是一种美的体现。实验结果的描述，应该通过抽象和概括，最终用极其简洁的语言来表现物理规律的本质。例如，我们在研究电磁感应现象时，如果我们获得了“在相同时间内，感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比”这一规律，又获得“在磁通量变化相同时，感应电动势的大小跟变化的时间成反比”规律，我们便可以把上述两条进一步概括为“感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比”这一更简洁、更普适的结论。又例如，如何判定感应电流的方向，不同的实验条件，可以得到许多符合本实验条件的结论，仅条形磁体跟线圈之间相对运动的实验，就有N极插入、拔出，S极插入拔出4种情况，如果用原副线圈做实验，又有类似的4种情况，再加上直导线在磁场中作切割磁感线运动，至少存在着十多种各式各样的情况。如果一种情况一个结论，就存在着各式各样的结论。楞次定律巧妙地用“磁通量的变化”把各种情况统一起

来，在概括实验规律时不用“感应电流”而用“感应电流的磁场”作为描述规律的主体，用“阻碍磁通量的变化”来高度概括所有各种电磁感应情况下普遍适用的规律，这种对物理规律的概括方法值得在教学中作为一个范例来讨论。

要提高学生概括、陈述实验结果的能力，除了让学生对自己的实验结果进行概括和陈述之外，还可以让他们对所概括、陈述的结论进行交流和评价，评价所陈述语言的科学性和简洁性。

六、评估

1.尝试分析假设与实验结果间的差异

2.注意探究过活动中未解决的矛盾，发现新的问题

探究假设是对探究结果的预期，探究结果是对探究假设的验证。若结果与假设吻合，则假设被证实；若结果与假设冲突，则假设被推翻。关于这方面的内容，属于“分析与论证”要素的范围。现在我们所讨论的是，经过分析、论证、形成了探究结论后，还需要对结果与假设之间的差异性作进一步深思和评价，寻找该差异的特征并判断其性质。倘若结果与假设之间存在着一定的差异，就该差异的性质，有以下几种可能情况：第一，假设是正确的，结果与假设之间的差异是由于实验误差所引起的；第二，假设是正确的，结果与假设之间的差异是由于事实中还隐藏着另外一个因素；第三，假设大体上是正确的，但有值得进一步修正的地方。以上第二、第三种情况，都意味着该差异是受另一种尚未发现的规律支配的结果，因此，关注这种差异，分析这种差异的规律，实际上就是在发掘引起这种差异的因素，这是发现问题和提出问题的前奏，是创造性思维的表现。

例如我们在关于“影响导体电阻的因素”（电阻定律）的定量探究中，其中假设之一，是“导体的材料、横截面积一定时，其电阻和长度成正比”。在用电阻丝进行实验验证时，实验数据和假设大体上吻合得很好，但也有实验小组发现了事实和假设之间有一定差异：当被测量的电阻丝长度很小时，其测得的电阻值比假设略大。这是否是由于电阻丝粗细不均匀等原因所引起的实验误差？为了对此作出判断，在电阻丝的各个部位取该相同长度的一小段进行实验，发现电阻都比预计的略大，说明这并不是实验误差所致，而是其中隐藏着一个必然的因素。进一步对此因素进行假设和验证，发现它就是温度，金属导体的温度变化太大时也会对它的电阻产生影响。以上实验中的差异，就是因为所取的一小段电阻丝长度太短，电路中没有使用滑动变阻器控制电流，致使通过电阻丝的电流太大、温度过高而造成的。学生在该评估活动中获得了新的发现。

科学史上，由于理论预期和实践测定之间存在着差异，并围绕着这个差异进一步探究而导致新的发现的事例是不胜枚举的。17世纪，开普勒在研究行星运动轨道时，发现行星并不是以太阳为圆心绕太阳作匀速圆周运动的，后以“偏心圆”为轨道模型，理论计算和观测数据之间有了很好的吻合，但仍然和他的已故老师第谷的观测结果存在一定的差异。开普勒判断，该差异超出了第谷的观测误差，不是由于观测误差所引起的，行星轨道“偏心圆”模型的假设需要修正。当开普勒用“椭圆”模型重新建立假设时，其理论计算和实测数据非常吻合，由此发现了行星运动轨道的椭圆定律，也就是开普勒行星运动第一定律。18世纪，在研究天王星的运行轨道时，发现它的实际轨道总是跟用万有引力计算出来的有一定差异，研究者根据这个差异，推测天王星外面还有一个未发现的行星在对天王星起作用，通过进一步的理论和实践研究，终于发现了海王星。完全相似的过程，因理论和实践之间的差异，又导致发现了冥王星。

3.吸取经验教训，改进探究方案

探究方案的改进，包括在实验方法、器材、步骤和数据处理等各个方面的改进。因此它涉及对“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”这几个环节的评估。

要对这些环节进行评估，首先要有具有反思的意识，即具有对这些环节中的优点和缺点进行评价的愿望，这种愿望，通常表现为对以下问题的思考：

·探究方案中所确定的实验方法，其原理是否科学？是否有利于收集证据？ ·探究方案中所选择的实验器材，是否有利于减小误差？

·按要求应该保持不变的物理量是否在实验中真正做到了保持不变？ ·是否存在着和整个实验数据的合理趋势相违背的个别异常数据？ ·实验数据是否能有力地支持所得出的实验结论？ 对这些问题的思考都反映了评估的意识。

下面我们用一个具体的实验案例来说明通过评估改进实验方案的情况。传统高中教材中，验证玻意耳定律的实验是用注射器来进行的，实验时把注射器竖直固定在铁架台上，在活塞下密封一段空气，改变并测量作用于活塞向下或向上的作用力，测量活塞横截面积，就可以改变和计算空气柱的压强，从而研究其体积随压强变化的关系。要对该实验方案作出改进，就要对方案中的实验方法、器材以及实验时收集、处理数据的具体做法进行评估。

从实验方法上考虑，利用注射器做实验，可以避免早期教科书中用水银封闭空气柱方案的水银污染问题，但带来的问题是固体之间的摩擦较大，活塞和外壳

之间滑动的不流畅经常为实验带来障碍。因此，重新考虑用液柱封闭空气，这是从实验方法方面所所做出的一种改进选择，事实上，如果用水柱代替早期实验中的水银柱，用两根下方通过橡皮管相连的竖直长玻璃管来代替早期实验中单根玻璃管，以获得较大的压强变化，能产生很有说服力的实验效果。

从实验器材上考虑，当我们仍然采用注射器方案时，究竟采用哪一种注射器，这也是很关键的。例如，采用医院打青霉素用的小口径注射器，就能在很大程度上改进实验效果。这是因为针筒细，活塞和外壳相接触的面积比较小，两者之间吻合度好、摩擦小，同时还因为活塞横截面积小，使得空气柱的压强和体积能在较大幅度内变化，增强了实验的说服力。实验器材中还涉及到活塞和外壳之间的润滑剂，传统的做法是用润滑油，一方面起润滑作用，另一方面还有密封效果，但事实并非想像，活塞和外壳之间经常产生被“吸住”的现象。在选用润滑剂材料方面，如果摆脱用液体做润滑剂的传统思维束缚，改用固体“润滑剂”，把6B铅笔的笔芯均匀涂在活塞上，使活塞和外壳之间附上一层很薄、极细的碳粉，其摩擦将得到极大的改善。

再从实验数据的收集和处理来考虑实验的评估。本实验中需要验证的结论是

pV＝(p＋Δp) (V－ΔV)，如果在实验操作时Δp较小（当然ΔV也就较小），在这种情况下比较气体体积和压强的乘积是否变化是没有意义的，因为即使在实验中把Δp读成了不可容忍的2Δp，由于2Δp也很是，上述等式仍然是成立的，实验没有说服力，现实中的许多学生却没有对此作出评估。如果不是用列表、而是用描绘p、V的关系的图象（其中一个坐标轴为1/V）来处理实验数据，Δp较小的缺陷就会暴露无疑，因为实验数据在图象中只有一个很小的范围，无法体现图象的特征。

从以上实例中可以看到，通过评估改进实验方案的过程，就是发现问题、分析问题、创造性解决问题的过程，对学生的发展是有积极意义的。

七、交流与合作

1.能写出实验探究报告

初中物理课程标准要求学生能写出简单的探究报告，即能在探究报告中初步陈述探究的问题、探究的过程和探究的结论，高中学生应该在这个基础上再提高一步。

高中学生在写探究报告时，应比初中学生要有更高的独立性和自主性。学生应尽可能独立地构思报告的内容和格式，尝试不同的实验探究课题所陈述的内容

和表现的方式具有不同的侧重和各自的特征，避免套用刻板格式的实验探究报告“八股文”，应该让学生在理解实验、并具有自己的考虑的情况下写实验探究报告，即学生自己写探究报告和写自己的探究报告。 ．．．．．．．

高中学生写探究报告，内容上应比初中更深入和更完备。实验数据的记载要更准确，实验过程的描述要更详尽，实验数据处理的定量化水平更高，其图表、图象形式的分析方法更为普遍，实验结论的形成更富有逻辑和说服力，陈述的语言更简练。

高中学生写探究报告，观念上应比初中有所提高。学生应该具有把实验数据作为证据的观念，认识实验事实是不可动摇的根据；学生应体现“证据＋逻辑”是进行探究的基本理念，所有的结论都应该建立在证据和逻辑分析的基础上，根据证据进行逻辑分析，贯穿着整个探究过程；学生应树立实践是检验理论的惟一标准的观念，该标准应有意、无意地体现在探究报告中。学生应对实验过程中不符合这些基本观念的内容作出评估、提出疑问，这些具有个性化和创造性特征的质疑，应能不时地出现在高中学生的实验探究报告中。

2.在合作中注意既坚持原则又尊重他人

3.有合作精神

科学探究中要发扬合作精神，发挥各人的积极性，就要群策群力，使每个人都贡献出自己的聪明才智。合作精神表现在探究过程中，就是既有分工，也有合作。应使学生体会到，合作能提高探究的质量和效率，例如同一实验小组在收集某个实验信息时，有读数人，有读数审核人，有记录人，还有记录审核人，明确的分工，在短短时间内能准确、有效地获得实验数据，这种互相分工、互相合作、互相关联、互相制约的活动，放大来看，好像是在扮演社会分工中的不同角色，让学生认识到合作能力是现代社会人们必须具备的重要能力。因此，要克服做实验时总是只有成绩好、动手能力强的少部分学生忙碌的现象。

尊重他人，是具有合作精神的重要表现。要尊重他人，就要认真思考别人的观点，分析别人观点与自己观点不同的地方，一旦发现自己的想法有错误时，要勇于承认、放弃或修改自己的错误的地方。尊重他人，还表现为听取别人意见时，能以别人思考问题的角度，能站在别人的立场上，认真琢磨别人意见中的道理。一旦发现别人意见中的合理因素，应尽量吸收到自己的探究方案中来，完善和改进自己的探究方案。

在合作中要坚持原则，具体表现为坚持实事求是的精神，坚持严谨的科学态度，坚持用实践来检验理论的观点，坚持依靠证据结合逻辑分析进行科学探究的

方法等。

第二节 对科学探究及其要素的认识

一、对科学探究的认识

1.科学探究是一种学习方式，是学习目标，也是学习内容

从学生的角度来看，科学探究是一种学习方式，学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。

科学探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标，《标准》对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求。

科学探究的方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握以及对各探究要素意义的认识，都有一个系统学习和不断加深理解的过程，它属于物理课中的重要教学内容。

2.教学中对学生探究行为的设计是提高探究能力的关键

学生探究能力的提高不可能只通过理解就能实现，学生必须经历探究的过程，而且在这个过程中，学生要有相关的探究行为，因为某一方面的基本能力一定是和相关的行为联系在一起的。因此，在课堂教学中，学生探究行为的设计是提高他们探究能力的关键。例如，要提高提出问题的能力，就要让学生去发现、去质疑、去对问题进行抽象和概括；要提高猜想与假设的能力，就要让学生去假定、去解释；要提高制定计划和设计实验的能力，就要让学生去优选实验方法、去选择实验器材、去分析和控制变量、去评价现有的方案；要提高分析和论证的能力，学生就需要去比较（分析）数据、去作因果分析、去形成结论；要提高评估能力，就要让学生去反思、发现新问题，去改进探究方案；要提高交流能力，就要让学生去构思表达的内容结构、去即兴表达、去倾听交流和评价交流。如果学生在探究过程中没有这些行为，相关探究能力的提高将是一句空话。

3.科学探究的行为应渗透在整个物理教学中

由于科学探究能力的提高是和相关行为联系在一起的，而这些行为在非科学探究活动的教学过程中也是可能存在的，因此，尽管学生参与科学探究活动是提高他们科学探究能力的重要途径，但在其它的教学活动也让学生发生这些行为，同样对学生在某一探究要素方面的能力发展具有非常积极的意义。例如在平时一些陈述性很强的教学过程中插入让学生质疑、假定、解释等活动，实际上就是在

发展学生提出问题和猜想、假设的能力；在解答物理问题时引导学生自己进行因果分析、变量分析，自己进行数据处理，归纳结论，这些行为，都是和科学探究中制定计划、分析与论证等要素相吻合的，也有利于提高学生相关的能力。因此，除了科学探究之外，在物理教学的其它方式中渗透科学探究的行为，不仅是可能的，而且是必要的。

4.学生的自主探究和教师的合理指导相结合

学生在科学探究中需要有自主性，学生自主性的体现就是具有独立的探究行为，如前文所说，学生的探究行为的发生是其探究能力发展的关键。同时，学生探究活动的开展也要得到教师的指导。这样一来，教师的指导和学生的自主性之间就构成了一对矛盾：学生要有自主性，教师就不宜过多指导；但教师不指导，探究有时就很难进展下去。

解决这一矛盾的方法就是具体分析和规划科学探究课题的过程目标。对于一个具体的探究课题，学生应该在哪个要素上下功夫，或者说，该探究课题的主要能力目标是哪个要素，对此，教师不仅要十分清楚，而且要进行规划。属于让学生产生独立探究行为要素，应该充分发挥学生的自主性，让学生独立去完成；对于不属于本课题的过程目标，教师可以大胆指导，甚至于可以通过陈述的办法顺利越过这一环节，让学生把主要精力放在教师事先设计需要强化的要素上。一个课题究竟需要强化哪一个要素，应该根据探究课题的特征、学生循序渐进的要求进行合理和全面规划，看起来一节课似乎只突出了某一两个要素，而实际上不同的课题分别突出了不同的要素，学生所得到的是深入和全面的发展。

二、对科学探究要素的作用和意义的认识

《标准》关于科学探究及实验能力的基本要求中，每一科学探究要素的最后一项要求，就是认识该要素的作用或意义，现把它集中进行解读。

1.认识发现问题和提出问题的意义

发现问题和提出问题是科学探究的前提，如果没有发现问题、不能提出问题，科学探究便无从谈起。同时，科学探究过程是围绕着所探究的问题展开的，正是由于有了明确、具体的探究问题，才能使探究过程具有明确的主题，使探究能沿着合理的假设一步一步走下去，可以说，问题是各个探究环节的核心。另外，发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程，要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素，这是很不容易的事，它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维，科学探究的最终目标之一就是发展学生的创造力，发现

问题和提出问题对实现这一目标起着重要的作用。

3.认识猜想与假设的重要性

猜想与假设是科学结论的先导，如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持，它就可能发展成为科学结论。因此，猜想与假设能帮助科学研究者明确研究的方向，指导科学研究沿预定目标展开。

猜想与假设对解决问题的方案作了一定的预见性思考，它为收集信息、分析、处理和解释信息提供了一个大致的框架，因而使制定探究计划、设计实验方案有了必要的基础。而且，科学探究的结论也是围绕着猜想与假设进行的，探究报告最终需要对探究假设是否得到验证作出明确的结论。可见，猜想与假设在整个探究活动起到一种引导性作用，是探究活动的主线。

作为一种教学方式，猜想与假设对发展学生的创造性思维具有积极的作用。假设的前一环节是假定，这是一种非常活跃的非逻辑思维，很具有发散性，假设的后一环节是对假定作出合理解释，这是一种逻辑思维，很具有收敛性。学生在猜想与假设中，不断地在非逻辑思维和逻辑思维间转换，这就是创造过程的体现。

3.认识制定计划的作用

科学探究需要通过具体的操作来获取证据和验证假设，制定探究计划、设计实验方案，将把探究的猜想与假设落实到具体的操作方案上来。

制定探究计划将使探究者确定实验所应用的原理和方法、明确收集信息的途径和方式、确定收集信息的范围和要求、了解探究所需的器材和设备、建立分析数据的思路和选择处理数据的手段。探究计划使探究步骤更加有序、探究过程更加科学。如果没有探究计划，没有实验方案，科学探究的操作也就失去了根据。如果探究计划不当或者实验方案不妥，将直接影响着探究过程的科学性和探究结果的可靠性。

一个合理的探究计划，必然会体现正确的观念，例如实践是检验理论的标准、探究需要依靠证据和逻辑等；一个合理的探究计划，必定有科学的操作程序、有正确解决问题的方法和思路；一个探究计划，必定包含着物理学的相关知识与技能。学生制定自己的探究计划，就是经历把陈述性知识、程序性知识和观念性知识综合应用在一个具体情境中的过程，这将对提高学生的综合素质起到非常积极作用。

4.认识科学收集实验数据的重要性

科学事实是检验科学结论的唯一标准，实验数据就是体现科学事实的证据，

是进行科学分析的根据，如果不收集实验数据，探究根本无法进行下去，结论也就不可能形成。

如果不能科学地收集实验数据，例如由于实验环境的影响、实验条件的改变或者由于实验者的疏忽，造成所收集数据的失真或部分失真，将会对探究结果产生严重影响，甚至有可能得出与真正的科学结果完全相反的结论而致使探究者对这错误结论反倒信以为真。因此，科学收集实验数据在科学探究中的重要性是不言而喻的。

学生要在实验中科学收集实验数据，除了需要理解实验原理、了解实验步骤、具有操作实验仪器的基本技能之外，还要有严谨的科学态度和实事求是的科学精神。学生正确理解科学收集实验数据的重要性，有利于养成他们良好的科学态度和精神。

5.认识在实验中进行分析论证是很重要的

实验数据并不等于探究的结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。如果没有分析和论证，实验数据根本无法体现其价值。卢瑟福在α粒子散射实验中所获得的只是α粒子穿过金箔后方向改变的实验数据，但通过反复分析和论证之后，提出的却是原子核式结构的学说。开普勒在发现行星运动规律方面的伟大成就，完全归功于他在分析、处理第谷遗留的观测数据时所做的工作，如果没有对数据的分析和论证，就不会有开普勒行星运动定律。

可以设想，科学探究如果只有收集实验数据而无对数据的分析和论证，科学结论将无法形成，探究等于半途而废。收集数据得到的是证据，分析论证靠的是逻辑，在科学探究中，这两者缺一都不可。

相对初中而言，进入高中以后，学生在分析、处理实验数据的思路、方法和手段都有很大的提高，这为发展学生的逻辑思维能力提供了一个很好的途径。同时，分析处理数据时，事实与假设的差异，也为学生发现问题、提出问题提供了机会。

6.认识评估的意义

评估能使实验得到优化。实验方法是否合理，实验数据是否可靠，数据分析是否恰当，这些都是评估的内容。如有不合理、不可靠、不恰当的地方，在作出改进后，实验过程将更加科学，实验结果将更加可信。

评估有可能引出新的发现。在分析实验结果和实验假设的差异的过程中，在

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