基于動作技能學(xué)習(xí)階段理論的高中物理新教材比較研究
——以新人教版和新粵教版“打點計時器”實驗內(nèi)容為例

黃朝陽，李德安

華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣州 510006

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》多次強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，同時增加了21個學(xué)生必做實驗，即對學(xué)生的實驗?zāi)芰μ岢隽烁咭?。在實驗中，學(xué)生需要正確且熟練地進行各項實驗操作，其中涉及的動作技能尤為重要。學(xué)生學(xué)習(xí)實驗操作是從教材開始的，各版教材中實驗內(nèi)容的編寫各有特點。本文基于動作技能學(xué)習(xí)階段理論，以新人教版和新粵教版教材中有關(guān)打點計時器的實驗為對象進行分析，根據(jù)分析結(jié)果提出三點教材使用建議。

1 動作技能及其學(xué)習(xí)階段理論

1.1 動作技能的定義

心理學(xué)家普遍認(rèn)為，動作技能是一種習(xí)得的能力，是按一定技術(shù)要求，通過練習(xí)而獲得的迅速、精確、流暢和嫻熟的身體運動能力。

鑒于物理學(xué)研究中需要進行各項實驗操作，在實驗操作的過程中，需要在物理學(xué)知識的指導(dǎo)下，按照一定順序和要求操作各種實驗儀器和物品，本文討論的動作技能集中于物理實驗中所涉及的動作技能，強調(diào)實驗操作的正確性和規(guī)范性。

1.2 動作技能學(xué)習(xí)階段理論

費茨和波斯納提出了經(jīng)典的動作技能學(xué)習(xí)階段理論，將動作技能學(xué)習(xí)的過程分為三個階段，如圖 1所示。

圖1 動作技能學(xué)習(xí)的階段

認(rèn)知階段：在學(xué)習(xí)一種新的動作技能初期，學(xué)習(xí)者通過指導(dǎo)者的言語講解或觀察別人的動作示范，或從標(biāo)志每一個局部動作的外部線索中，試圖理解任務(wù)及其要求。

聯(lián)系形成階段：在這一階段，練習(xí)者逐步掌握了一系列局部動作，并開始將這些動作聯(lián)系起來，但是各個動作結(jié)合得很不緊密。

自動化階段：技能形成的最后階段是一長串的動作系列已聯(lián)合成一個有機的整體并已鞏固下來，各個動作的相互協(xié)調(diào)似乎是自動流出來的。

以上理論源于心理學(xué)，具體應(yīng)用到物理學(xué)科需要結(jié)合物理實驗的具體操作和過程。

2 動作技能視角下新教材中有關(guān)打點計時器實驗的統(tǒng)計與分析

打點計時器是高中物理實驗中重要且常用的實驗儀器，正確掌握打點計時器的使用這項動作技能對于學(xué)生而言至關(guān)重要。教材作為課程內(nèi)容呈現(xiàn)的主要載體具有豐富的實驗資源，幫助學(xué)生建構(gòu)物理知識，故選擇教材中有關(guān)打點計時器的實驗進行分析。

在動作技能學(xué)習(xí)階段理論的指導(dǎo)下，首先統(tǒng)計教材中有關(guān)打點計時器的實驗，根據(jù)教材實驗內(nèi)容和動作技能學(xué)習(xí)階段的特點，對各個實驗進行分析，將每個實驗歸類到動作技能形成的各個階段，接著對不同動作技能學(xué)習(xí)階段的實驗進行具體比較。

2.1 整套新教材有關(guān)打點計時器實驗的統(tǒng)計和分析

首先，統(tǒng)計新人教版和新粵教版教材中有關(guān)打點計時器的實驗，新人教版共有6個實驗涉及打點計時器的使用，新粵教版有4個實驗，且兩者在必修二都只有1個實驗，剩余的都在必修一；其次，根據(jù)教材實驗內(nèi)容和動作技能學(xué)習(xí)階段的特點，對各個實驗進行分析，將其歸類到動作技能發(fā)展的各個階段。統(tǒng)計與分類結(jié)果如表1所示。結(jié)合表1的數(shù)據(jù)，分析如下：

表1 新人教版和新粵教版中涉及打點計時器使用的實驗所屬動作技能學(xué)習(xí)階段統(tǒng)計

2.1.1 整體編排特點

新人教版和新粵教版有關(guān)打點計時器的實驗在整體編排上都符合動作技能學(xué)習(xí)階段的順序，都有助于學(xué)生按照正確的發(fā)展順序掌握打點計時器的使用。

2.1.2 新人教版教材的特點

新人教版有關(guān)打點計時器的實驗在自動化階段較新粵教版多2個，分別是“研究自由落體運動的規(guī)律”和“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”兩個實驗，實驗次數(shù)較多能夠更好地促進學(xué)生的有關(guān)動作技能從聯(lián)系形成階段過渡到自動化階段，更有助于學(xué)生掌握和鞏固打點計時器的使用，同時體現(xiàn)人教版更加注重基本實驗儀器的使用。這啟發(fā)我們要讓學(xué)生的實驗操作動作技能達到自動化階段，進行多次實驗效果更佳。

2.1.3 新粵教版教材的特點

與新人教版不同，新粵教版在“研究自由落體運動的規(guī)律”和“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”兩個實驗中采用的速度測量工具為光電門，相較于打點計時器而言屬于新型實驗技術(shù)，體現(xiàn)粵教版提升學(xué)生信息素養(yǎng)的傾向。相對而言，新粵教版在基本儀器使用次數(shù)方面較新人教版偏少，可適當(dāng)補充課外實驗以鞏固學(xué)生對基本儀器的使用。

2.2 例談動作技能學(xué)習(xí)各階段實驗的具體比較

2.2.1 認(rèn)知階段

在“練習(xí)使用打點計時器”實驗中，兩個版本的教材都對如何安裝和使用打點計時器進行了詳細的步驟講解（圖2、圖3），有利于學(xué)生在第一次學(xué)習(xí)時了解清楚打點計時器的用法，形成相應(yīng)的動作技能，故兩版教材在此實驗所涉及的關(guān)于打點計時器的動作技能應(yīng)屬于認(rèn)知階段。

圖2 新人教版關(guān)于“練習(xí)使用打點計時器”實驗

圖3 新粵教版關(guān)于“練習(xí)使用打點計時器”實驗

相對而言，新粵教版教材先提出了三個關(guān)于打點計時器使用原理的疑問，引導(dǎo)學(xué)生先思考清楚再進行操作，且在實驗最后給出實驗數(shù)據(jù)表。筆者認(rèn)為，對于動作技能尚處于認(rèn)知階段的初學(xué)者而言，對于打點計時器的原理和使用方法并不熟悉，應(yīng)當(dāng)在操作儀器前給予充分的引導(dǎo)，并且第一次操作時學(xué)生并不能注意過多細節(jié)，所以實驗數(shù)據(jù)表也可由教材直接給出，故新粵教版教材對于此實驗的編寫處理更佳。

2.2.2 聯(lián)系形成階段

在新人教版“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗以及新粵教版“測量勻變速直線運動的加速度”實驗中，考慮到學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過兩次關(guān)于打點計時器使用的實驗，此時教材關(guān)于如何安裝和使用打點計時器的步驟都簡略概括，默認(rèn)學(xué)生已經(jīng)學(xué)會打點計時器的初步使用，故把這兩個實驗涉及打點計時器使用的動作技能歸為聯(lián)系形成階段?；诖耍瑑砂娼滩亩甲寣W(xué)生在實驗前思考實驗原理和方法，篇幅都集中于如何基于實驗原理和要求發(fā)揮打點計時器的功能。

相對而言，新粵教版教材在實驗操作后讓學(xué)生先自行設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格，再給出樣表供學(xué)生比對。對于打點計時器的動作技能已經(jīng)處于聯(lián)系形成階段的學(xué)生而言，對于打點計時器的使用較認(rèn)知階段更熟悉，可以考慮讓學(xué)生進一步思考實驗操作所需記錄的數(shù)據(jù)，因此，新粵教版教材對于此實驗的編排更加符合動作技能學(xué)習(xí)階段的特點。

2.2.3 自動化階段

在新人教版和新粵教版“驗證機械能守恒定律”實驗中，已經(jīng)完全默認(rèn)學(xué)生已知如何利用打點計時器記錄物體運動的信息，篇幅集中于如何根據(jù)紙帶來驗證物體在運動的過程保持機械能守恒，所以這兩個實驗涉及的打點計時器的動作技能應(yīng)當(dāng)屬于自動化階段。

相對而言，新粵教版教材中關(guān)于實驗原理和步驟講解得較為詳細，新人教版教材中提出若干個問題讓學(xué)生思考。在自動化階段，新人教版留給學(xué)生更多思考和操作空間的做法較為合適，有利于學(xué)生在自主思考和摸索的過程中進一步發(fā)展動作技能，同時提升探究能力。

3 基于動作技能學(xué)習(xí)階段理論的新教材使用建議

教材為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)，合理使用教材能夠促進學(xué)生實驗操作能力的提升，即能夠促進學(xué)生發(fā)展有關(guān)實驗操作的動作技能，根據(jù)上述的統(tǒng)計和分析，下面以提高學(xué)生實驗操作有關(guān)的動作技能為目標(biāo)，對新教材的使用提出三點建議。

3.1 認(rèn)知階段，引導(dǎo)學(xué)生仔細閱讀教材實驗，并加強動作示范

此階段教材實驗內(nèi)容中關(guān)于實驗操作的步驟詳細充分，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生仔細閱讀教材實驗，先從教材中學(xué)習(xí)實驗原理和操作步驟。除了教材實驗呈現(xiàn)的內(nèi)容之外，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合言語講解強調(diào)實驗操作的動作規(guī)范，以方便學(xué)生初步學(xué)習(xí)實驗操作有關(guān)的動作技能，并且由于學(xué)生在初學(xué)實驗操作時常出現(xiàn)錯誤操作，需要教師及時指出并進行正確引導(dǎo)。如在學(xué)習(xí)打點計時器的使用前，教師應(yīng)當(dāng)詳細介紹打點計時器的原理，逐步親自示范使用方法，確保學(xué)生清楚打點計時器的使用原理和方法之后再進行操作，在學(xué)生操作的過程中教師需要及時糾正學(xué)生的錯誤操作。

3.2 聯(lián)系形成階段，留足時間給學(xué)生參考教材實驗進行操作

此階段教材實驗內(nèi)容中關(guān)于實驗儀器的操作步驟較前一階段簡略，學(xué)生的動作技能有所發(fā)展，但實驗操作尚不連貫，需要教師在實驗時留足時間讓學(xué)生回憶實驗儀器的使用方法，并引導(dǎo)學(xué)生參考教材實驗進行實驗操作，讓學(xué)生通過練習(xí)逐步提升動作的銜接熟練程度。如學(xué)生學(xué)習(xí)“測繪小燈泡伏安特性曲線”和“測量金屬絲電阻率”兩個實驗后，對于基本電路的連接、滑動變阻器、電流表和電壓表的使用已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，再進行“測量電源電動勢和內(nèi)阻”實驗，就可留足時間讓學(xué)生參考教材實驗自行思考電路的設(shè)計和連接，并進行實驗操作，以提升學(xué)生對于電路實驗有關(guān)的動作技能。

3.3 自動化階段，基于教材實驗進行變式訓(xùn)練以深化動作技能

此階段教材默認(rèn)學(xué)生的實驗操作已非常熟練，所以在操作步驟方面言簡意賅。此時，為了進一步提升學(xué)生的實驗操作動作技能，就需要教師跳出教材實驗內(nèi)容本身，設(shè)計基于教材實驗內(nèi)容的變式實驗，進行多次實驗，以深化和活化學(xué)生對于實驗操作的認(rèn)識。如在自動化階段，關(guān)于打點計時器，可由教師設(shè)計或考慮讓學(xué)生思考如何利用打點計時器做盡可能多的實驗，如采用與書本不一樣的方法驗證機械能守恒定律、測量斜面動摩擦因數(shù)、驗證或探究動能定理、探究彈性勢能等；關(guān)于多用電表，可設(shè)計實驗讓學(xué)生利用多用電表研究電學(xué)黑箱、檢查電路故障、或想辦法測量多用電表內(nèi)電池的電動勢和電阻等。這樣學(xué)生關(guān)于操作使用打點計時器或者多用電表的動作技能就能進一步精進，并且能夠促進動作技能和智慧技能的深度結(jié)合。

實驗操作涉及動作技能，學(xué)生在關(guān)于實驗操作的有關(guān)動作技能方面足夠熟練，是確保實驗操作正確無誤的條件之一，而教材實驗是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實驗操作的重要指引。為了培養(yǎng)學(xué)生實驗操作有關(guān)的動作技能，教師要注意根據(jù)動作技能學(xué)習(xí)階段理論合理處理教材，既要重視基本實驗儀器的操作，引導(dǎo)學(xué)生打好扎實的基本實驗功底，也要適時引入新型實驗技術(shù)，開闊學(xué)生的視野，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，最終使學(xué)生實驗操作有關(guān)的動作技能逐步向自動化階段發(fā)展，以促進科學(xué)探究能力的提升。