中美高中物理实验对比

一、课题来源及研究的目的和意义

（一）课题来源

物理学是一门以实验为基础的课程，物理实验教学是物理教学的重要环节。作为一名物理师范生掌握好中学物理实验是最基本的要求，在中国《普通高中物理课程标准》中对通过物理实验培养学生的能力也有明确要求。然而，当我们走进实验进行中学物理实验探究时才发现，在实验探究方面我们仍然存在着很多问题。比如：在我们高中的学习中有一部分实验没有开设；有些实验仪器不会操作；探究实验不能按照步骤进行；缺少严谨的科学探究精神；数据记录也有不规范之处等。我们在高中物理的学习中物理实验并没有像《课标》所要求走进我们的课堂教学之中。但是，实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要资源，做好物理实验教学是物理教学的重中之重。我国物理教材实验部分的编写是否与我国《课标》要求相契合？通过现有物理实验教学是否能达到对学生科学素养的培养？这些问题急需我们来思考。

物理教材是物理教学的主要依据，做好教材中物理实验的编写是必然要求。面对我国现存的物理实验教学现状，我们不妨尝试对比国外优秀教材中的实验编写，借鉴国外优秀经验，为我国物理教材实验部分的编写提供一些支持。因此，我将选择我国普通高中物理教科书（人教版）与美国高中物理教材《物理：原理与问题》中光学部分实验进行对比研究。

（二）研究目的

通过此次对比研究发现中美两国在《课标》要求方面存在的异同点，发现我国物理实验中存在的问题，以便引起人们对我国物理实验的思考和重视。对比美国教材光学部分实验的开设形式、数量、实验仪器及插图等与我国教材之间的差异，找出美国教材中的存在的优点，从而参考和借鉴国外优秀教材中的优秀实验，为从事物理教学工作的广大教师提供更加丰富、有趣的教学资源，为我国现有的物理实验教学提供一些改进建议，也为我国的物理教材中实验部分的编写提供参考和建议。

（三）研究意义

通过对比中美两国在《课标》要求方面存在的异同点，有助于发现我国在制定物理实验《课标》时存在的问题。通过对光学实验部分实验的开设形式、数量、实验仪器及插图等多个方面进行对比，有利于为我国从事物理教学工作的广大教师提供丰富的教学资源，有助于他们改进传统的教学方式，使学生增加对物理的学习兴趣。通过对比两本教材中“光的偏振”这一具体实验，有利于帮助我们全面了解美国探究实验的具体过程，有助于为我国的物理教材中实验部分的编写提供参考和建议，有利于学生更好的掌握有关科学知识，形成科学的思维方式，更好的培养符合时代发展的新型人才。

二、国内外在该方向的研究现状及分析

在新课改的大背景下，通过物理实验培养学生科学素养的重要性已经被人们所重视。我国各位专家学者对中美教材中的实验部分进行了多层次的比较研究，探索更适合我国学生情况的物理实验教学方式。现已有大量的关于中美高中物理实验比较研究的文献问世。

2006年11月祁映宏在《中美2套高中物理教材学生实验的比较与研究》中，统计了中美高中物理教材中的学生实验，对两国教材学生实验编写的特点做了比较研究，提出学生实验设计的认识观和学习观，最后特别强调了美国教材中的一些可借鉴之处，并对我国物理教材中学生实验做出了反思与期待。

苏州大学的沈国强在2010年比较研究了中美两套物理教材的科学探究内容异同。比较分析了两国教材中的科学探究的数量、内容、方式等，对“科学探究”活动的实施从教师和学生两个角度进行调查，了解教师和学生对“科学探究”活动观念的理解、具体实施情况，以及制约“科学探究”教学开展的主要因素。

延边大学的陈雪对高中物理实验教科书实验部分分为表层结构包括实验数量分布、实验体系结构、实验器材选择、实验插图语言四个部分，和深层结构科学知识、科学方法和科学情感三部分进行了比较分析，并用定性和定量研究的方法，分别进行数量和文本分析比较。并根据结论对我国物理教科书实验部分编写提出建议。

刘建智和李兰对一套美国高中物理教材（栏目名称为《Physics Lab》）与我国人教版新课标高中物理教材中的实验部分从实验数目、实验器材、实验的编排与实施、语言分格及其他进行了比较，通过比较对我国在今后编写或修改高中物理教材时应适当增加实验数目、实验内容与时俱进、适当增加光学与原子物理部分的模拟实验、增加探究性实验的数目，并增加实验的开放性、体现“以人为本”的教育理念。

李兰在研究了前人已有的结论与成果之上，以中美两国高中物理教材历次改革与发展为背景，对两国物理课程标准进行了比较分析，并对中美两国高中物理教材实验部分的设置在实验数目、实验编排、实验器材、实验插图、实验语言，以及基本科学概念、科学实验过程、科学情感态度等方面进行了比较分析。

华中师范大学教育硕士戚静芳在对中美两国高中物理主流教材比较的文献进行分析的基础上，比较研究了两国教材中物理实验的总论、实验形式、试验数量和具体实验内容等，用文字、图表等形式列举其异同点，并归纳出各自特色。通过比较发现了两套教材实验总数多、实验形式多样化、对科学过程和方法的关注、培养学生创新意识等方面的相似性。同时看出两国教材在实验与学习内容的融合度、不同形式实验数量、对探究过程的设计、对实验材料的使用、与生活实际的联系以及对研究能力的培养等方面的区别。

郭丽丽构建了教材中物理实验的比较模型。从实验内容、实验设计和实验呈现方式三个方面对人教版物理教材和《物理：原理与问题》中的物理实验进行了静态比较研究，并根据比较研究得到的结论，对我国物理教材中实验部分的编写从实验内容的选取、实验的设计和实验的呈现方式三方面提出建议。

西南大学课程与教学论硕士研究生苏蕴娜在《中美澳高中物理教科书实验设置比较研究》中，从实验的选择、实验的编写体例和实验的呈现方式三个维度对中美澳三套高中物理教科书中的实验进行了定量统计以及定性分析，强调物理实验对学生科学素养的培养起到关键的作用。

印晓明和陈坤从培养学生“核心素养”的角度，对中美高中主流物理教材在“光学”部分编排进行对比，提出从“知识”走向“智慧”、从重视物理“实验”到进行科学“实践”、以学科“融合”提升“综合”思维的理念，提高学生理科学习的“自我生长能力”，将培养学生在科学领域内“核心素养”的目标落到实处，为学生的终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定良好的基础。

南京师范大学教师教育学院的陆雪娇以“抛体运动”为例，对中美两国常用的两种高中物理教材的实验呈现方式和实验内容进行比较分析，发现实验呈现形式的总体差异，以及中国教材中还存在缺少探究性实验，实验器材、实验内容的选择不够贴近生活，实验缺乏创意等问题。

高赫男和石红选取了中国人教版物理教材和美国《物理：原理与问题》为研究对象，对中美两国高中物理教材实验的数量、器材、栏目、插图及语言等方面进行比较研究，利用文字、图形或表格等形式描述其异同点。

三、相关概念界定

（一）物理实验

物理实验是学习物理的重要方法和手段，是物理学习的基础。物理实验是高中物理教学的重点。在人教版普通高中物理教材（2010年版）中，对教材中的物理实验根据它们在物理学和物理教学中的地位、难易程度、用时长短、学校的器材条件，分为了：学生实验、实验、演示、做一做以及问题与练习。

《课标》要求学生通过实验，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；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。

物理实验已经渗透到物理教材中的各个部分，包括了课后习题部分。本文中所选的物理实验是光学部分实验，有中国教材中的学生实验、实验、演示、做一做，以及美国教材中光学实验部分的起步实验、迷你实验、物理实验。

（二）物理教材

教材是教学过程中的四个基本要素之一，其含义随着科学技术的进步和发展，也不断发展和壮大。目前，从广义来讲，教材是教师和学生据以进行教学活动的一切材料，包括工具书、挂图、图表和其他教学辅助用具，也包括教学程序软件包；幻灯片、电影片、音像磁盘等。从狭义来讲，教材是指教科书，也称课本，它是依据课程标准编制的、系统反映学科内容的教学用书。

本文中的物理教材是指按照物理课程标准等纲领性文件的规定，根据教学目标和学生的认知规律组织编写的出版社正式出版发行的高中物理教学用书。

（三）科学探究

在物理学史中，运用科学方法的第一人当属伽利略。他提出的科学方法为我们的科学探究提供了依据。所谓“科学方法”就是经验（以实验和观察的形式）与思维（以创造性构筑的理论和假说的形式）之间的动态的相互作用。伽利略所用的科学方法包括：设计实验（以检验特定的假设）、对现实世界条件进行理想化（以消除任何可能掩盖主要效应的次要效应）、限制探究范围（每次只考虑一个问题）、定量方法。

科学探究指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。探究是一种有多侧面的活动，需要做观察；需要提出问题；需要查阅书刊及其他信息源以便弄清楚什么情况已经是为人所知的东西；需要设计调研方案；需要根据实验证据来检验已经为人所知的东西；需要运用各种手段来搜集、分析和解读数据；需要提出答案、解释和预测；需要把研究结果告之于人。探究需要明确假设，需要运用判断思维和逻辑思维，需要考虑可能的其他解释。学生们在学习探知自然界的科学方法时将会参与科学探究活动中的某些方面的工作，但是学生们也应该培养自己从事完整的探究活动的能力。

在我国现在的高中物理课标中规定的科学探究需满足七个要素，分别是：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。

（四）科学素养

所谓有科学素养是指了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需的科学概念和科学过程。即对日常所见所历的各种事物能够提出、能够发现、能够回答因好奇心而引发出来的一些问题；对已有能力描述、解释甚至预言一些自然现象；能读懂通俗报刊刊载的科学文章，能参与就有关结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话；能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问题，并且能提出有科学技术根据的见解来；能根据信息源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠程度；有能力提出和评价有论据的论点，并且能恰如其分地运用从这些论点得出的结论。

四、学位论文的主要研究内容及可行性论证

（一）主要研究内容

本论文的主要研究内容有以下几点：

1．通过查阅文献研究明确中美两国《课标》对物理实验的要求，并对相关概念进行界定，了解我国各位专家学者对中外物理教材及实验编写的对比分析。并通过问卷及访谈等方法，了解本地区高中学校光学实验课程的开设情况。联系我国《课标》对此部分的要求，对比本地区的高中学校在光学实验课程开设是否与《课标》要求相契合。

2．归纳、整理出中美两国《课标》对物理实验的要求，对比两国《课标》要求的异同点。

3．对中美两国物理教材中的实验总论部分详细阅读，并总结归纳，对比两国实验总论，发现其优缺点。

4．整理中美两国教材中光学部分实验，从实验形式、内容及数量分布、插图等方面进行对比，发现各自特点，得出结论。

5．并对两国教材中“光的偏振”这一具体实验案例，按照教材编排要求进行完整的实验探究。根据自己在实验中的观察、体会以及通过本实验对该知识的理解和掌握情况等方面，进行对比分析，发现美国教材在实验编排中的优点。

6．根据对中美两国《课标》对物理实验的要求，以及两国教材中光学部分的实验对比，得出相应结论，并根据结论为我国物理实验的编写及实验教学方面提出一些建议。

（二）可行性论证

1．现已经有很多位专家学者就“中外高中物理实验对比”这一课题进行了研究，以有大量的期刊文献和学位论文存在，能够为本人提供参考，为本研究奠定了坚实的理论基础。

2．通过大学的学习以及教学实践，本人熟读了我国物理《课标》的内容，理解了《课标》对物理实验的要求以及通过物理实验培养学生怎样的能力。

3．在实习期间能与学生面对面交流，通过与学生的交流能有效避免学生的排斥心理，进而来了解所在学校有关物理实验的开设情况以及学生对物理实验的期望，能保证得到较为准确的信息。

4．本人对该课题存在浓厚的兴趣，能够对我以后从事物理教学工作提供支持与帮助，能丰富课堂内容，形式多样，让我有信心完成此次研究，为我提供了动力。

五、论文进度安排及预期达到的目标

（一）准备阶段（2018年10月—2018年11月）

1．确定选题。

2．查阅大量有关该课题研究的文献资料，了解我国专家学者对于该课题的研究进展情况，为自己的研究提供一些思路，避免重复劳动、偏离主题。

3．分析资料设计初步撰写方案，提交老师指导，根据老师指导意见进行方案的调整，按照方案执行。

（二）实施阶段（2018年12月—2019年2月）

1．选取人教版普通高中物理教科书，梳理出高中教材中的光学部分的实验。

2．选取翻译版美国物理教材《物理：原理与问题》，梳理出光学部分的实验。

3．设计调查表，选择宁夏本地部分高中学校，调查对光学部分实验的开设个数和开设形式。

4．撰写开题报告，并提交指导老师批阅，根据老师修改意见，再次进行修改，完成开题报告。

5．找到美国《国家科学教育标准》和中国《普通物理课程标准（2003）》，归纳总结出有关物理实验的要求。

6．回收调查表，对得到的数据进行数据处理，利用准确数据分析宁夏本地部分高中学校对物理光学部分实验的开设情况，了解本地物理实验教学现状。

（三）总结与论文形成阶段（2019年3月—2019年5月）

1．将相关资料进行汇总，书写论文提纲，完成大体框架。

2．根据两国教材要求进行“光的偏振”实验探究，并回答相关问题。

3．根据论文提纲，完成论文初稿，请老师进行指导和修改。

4．根据老师的修改意见，重新整理有关资料，对论文初稿进行反复修改，完成修改版。

5．再次请老师指导修改，完成论文撰写。进行查重，请老师审阅。

6．论文定稿。

六、研究过程中可能遇到的困难及解决的途径

（一）本课题研究过程中可能遇到的困难

1．我国高中物理教材光学部分实验形式多、个数也多、设置在不同的模块，在整理的过程中很容易漏掉一些实验。

2．在调查本地高中学校光学部分实验开设情况中，个别老师存在不重视、不认真回答的情况，学生也会有抵触心理，会使得到的数据不准确。

3．由于美国没有专门的物理课程标准，所以在进行对美国《课标》物理实验要求归纳时，可能存在不准确，概括不全面的情况。

4．在对比结论与建议时，认识不到位，会过分将自己的感情带入，使得得到的结论过于简单，语言过分学生化，不能联系学生的实际情况得到普遍的结论。

（二）解决的途径

1．在归纳总结教材中的实验时，要细心，力求全部都被归纳。将自己的总结反复进行核对，做到归纳全面。

2．在进行调查时，对同一所学校要选择不同的老师和学生进行调查。老师可以选择物理实验室管理老师和物理学科任课教师，从不同的方面进行调查。深入学生，与学生聊天，增加学生的信任，避免学生产生抵触心理，尽可能使调查数据真实可靠。

3．美国的《国家科学教育标准》中，涉及从幼儿园到高中的整个阶段所有学科的标准内容，并没有提到过多的物理实验内容标准，其将物理实验归纳与科学探究之中，所以要找到有关科学探究的要求进行总结归纳。

4．进行学习，从教学实践中了解学生的实际需求，从有利于学生发展的角度出发，提出建议。

七、参考文献

[1] 普通高中物理课程标准[M]. 人民教育出版社 , 中华人民共和国教育部, 2003.

[2] 祁映宏.中美2套高中物理教材学生实验的比较与研究[J].物理实验,2006(11):24-27.

[3] 沈国强. 中美高中物理教材科学探究内容的比较研究[D].苏州大学,2010.

[4] 陈雪. 中韩高中物理教科书实验部分比较[D].延边大学,2011.

[5] 刘健智,李兰.中美两国高中物理教材实验部分的比较[J].湖南中学物理,2013,28(01):1-5.

[6] 李兰. 中美高中物理教材实验部分设置的比较研究[D].湖南师范大学,2013.

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[8] 郭丽丽. 中美高中物理教材中物理实验的比较研究[D].陕西师范大学,2014.

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[11] 陆雪娇.中美高中物理教材中实验的比较研究——以“抛体运动”为例[J].物理通报,2018(05):99-102.

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