高中物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接現(xiàn)狀調(diào)查及優(yōu)化路徑研究*

周曉紅 曾維友 毛書哲 陳 杰 胡永金 陳 偉

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院數(shù)理與光電工程學(xué)院 湖北 十堰 442002)

1 問題的提出

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的銜接過渡既離不開高中教師的鋪墊，也離不開大學(xué)教師有意識(shí)地對(duì)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)接．關(guān)于高中物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究很多，但兩個(gè)學(xué)段課程銜接過渡的研究較少．通過知網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn)，2017-2021年間，僅有3篇關(guān)于高中物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接的文獻(xiàn)．于偉平(2021)從實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，提出在高中建立實(shí)驗(yàn)器材培訓(xùn)制度、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)概念等建議，研究側(cè)重于提高學(xué)生高中階段的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)做好鋪墊，未對(duì)兩個(gè)學(xué)段的課程銜接做深入研究；王永超(2019)以該校物理專業(yè)為例，針對(duì)新高考改革中的“棄考物理”問題，在教學(xué)實(shí)踐中探索一些行之有效的途徑和方法，使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有效銜接，為本研究的順利開展提供了幫助；劉桂香(2018)通過分析光學(xué)、力學(xué)和電學(xué)中的幾個(gè)典型銜接實(shí)驗(yàn)，得出中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)任務(wù)和教學(xué)方法上的差異，提出了解決物理實(shí)驗(yàn)銜接問題的措施．

借鑒上述研究，在H校大一學(xué)生中開展了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接的問卷調(diào)查，探究兩個(gè)學(xué)段實(shí)驗(yàn)課程銜接的現(xiàn)狀，分析課程銜接存在的問題及原因，針對(duì)性地提出改革建議．

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)來源與研究對(duì)象

調(diào)查采用線上發(fā)放問卷、自愿參加的方式．課題組對(duì)湖北省省屬高校H校修讀大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的大一學(xué)生發(fā)放“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接調(diào)查問卷”，共發(fā)放問卷2 000份，回收1 456份，回收率為72.8%，其中有效問卷1 456份，有效率為100%．

參與問卷調(diào)查的學(xué)生基本信息如表1所示，性別結(jié)構(gòu)：男生所占比例為85.85%，明顯高于女生比例；畢業(yè)高中類型結(jié)構(gòu)：生源來自私立高中占比5.70%，公辦高中占比94.30%，其中公辦鄉(xiāng)、縣、鎮(zhèn)立高中約占45.54%，與省立、市立高中相比，這3類高中的教學(xué)資源相對(duì)薄弱；高中所用教材結(jié)構(gòu)：人教版占比最多，為95.54%，其他版本總占比4.46%，在教材使用上具有較高的統(tǒng)一性．此外，在問卷中，還調(diào)查了學(xué)生生源地，湖北省內(nèi)占比67.24%，省外占比32.76%，生源來自全國，調(diào)查結(jié)果具有普適性．

表1 參與問卷調(diào)查學(xué)生基本信息分布情況

2.2 研究工具與指標(biāo)選取

本研究的調(diào)查工具為H校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程組基于問卷型模板二次開發(fā)的“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接調(diào)查問卷”．此次調(diào)查旨在了解學(xué)生的高中物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及進(jìn)入大學(xué)后物理實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的適應(yīng)情況．除學(xué)生基本信息外，問卷內(nèi)容還包括高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀、高中與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接情況等兩個(gè)方面，將這兩個(gè)方面設(shè)定為一級(jí)指標(biāo)，依據(jù)教育部發(fā)布的《普通物理高中課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》《物理學(xué)科核心素養(yǎng)與課程目標(biāo)》和《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求(2010版)》，再結(jié)合問卷，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)，并列出了具體的項(xiàng)目，如表2所示．

表2 調(diào)查問卷指標(biāo)選取

3 結(jié)果分析

3.1 高中物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀調(diào)查

3.1.1 實(shí)驗(yàn)完成情況

“高中物理教材上的實(shí)驗(yàn)是否全部完成”，調(diào)查數(shù)據(jù)如表3所示，僅有5.49%的學(xué)生完成了所有實(shí)驗(yàn)，53.22%的學(xué)生做過多數(shù)或部分實(shí)驗(yàn)，41.28%的學(xué)生很少甚至沒有做過物理實(shí)驗(yàn)．調(diào)查結(jié)果表明，高中物理實(shí)驗(yàn)完成率不甚理想，主要有3個(gè)方面的原因，其一，高中物理有必選模塊與選修模塊，高中階段教師迫于升學(xué)壓力，重點(diǎn)關(guān)注與高考有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，未選修模塊的實(shí)驗(yàn)基本不涉及；其二，教師重理論輕實(shí)驗(yàn)，通過“講”實(shí)驗(yàn)或者演示實(shí)驗(yàn)(或播放實(shí)驗(yàn)視頻)的方式進(jìn)行授課[1]；其三，城鄉(xiāng)教學(xué)資源差異，縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)立高中實(shí)驗(yàn)資源受限也是影響高中實(shí)驗(yàn)完成率的一個(gè)因素．

表3 高中物理實(shí)驗(yàn)完成情況調(diào)查數(shù)據(jù)

用單因素方差分析得出的“物理實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)及其應(yīng)用情況”的結(jié)論與上述分析結(jié)果基本一致．有38.53%的學(xué)生學(xué)習(xí)并應(yīng)用過物理實(shí)驗(yàn)方法；有32.14%的學(xué)生學(xué)過實(shí)驗(yàn)理論，但是沒有應(yīng)用；有23.08%的學(xué)生只學(xué)習(xí)與高考相關(guān)的內(nèi)容，并且沒有應(yīng)用過相應(yīng)的方法；有6.25%的學(xué)生未學(xué)習(xí)過物理實(shí)驗(yàn)理論及其方法．高中階段實(shí)驗(yàn)完成率情況不甚理想，學(xué)生不能在自主實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用實(shí)驗(yàn)理論及相應(yīng)的方法，保證完成應(yīng)該做的實(shí)驗(yàn)，理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱．

3.1.2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

(1)基本實(shí)驗(yàn)技能．掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法是提高實(shí)驗(yàn)技能的必要條件．經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能夠熟練使用的3類儀器分別為天平(69.99%)、電流表、電壓表(64.22%)、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)(57.83%)，其他基本儀器的使用情況出現(xiàn)斷層式下降，尤其是光學(xué)類、電磁類實(shí)驗(yàn)儀器的使用．這一調(diào)查結(jié)果在大學(xué)也有所印證，國內(nèi)高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程力熱實(shí)驗(yàn)選作率較高，光學(xué)類、電磁類實(shí)驗(yàn)的選做率較低．值得注意的是，學(xué)生自認(rèn)為可以熟練掌握的3類儀器與實(shí)際教學(xué)現(xiàn)狀有些許出入，如學(xué)生會(huì)使用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微計(jì)，但是拿到尺子后未確認(rèn)儀器精度、未進(jìn)行零點(diǎn)誤差的修正等．這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，原因在于高中物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)屬于被動(dòng)接受模式，缺少實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，會(huì)做實(shí)驗(yàn)題目不會(huì)做實(shí)驗(yàn)．

(2)科學(xué)探究．主動(dòng)探究的精神是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要條件，要求學(xué)生在操作過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)而進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法訓(xùn)練．調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，72.94%的學(xué)生會(huì)“重復(fù)實(shí)驗(yàn)，尋找失敗的原因”，說明絕大部分學(xué)生主動(dòng)探索的意愿較強(qiáng)烈，科學(xué)探究精神得到較好的培養(yǎng)．26.06%的學(xué)生選擇了湊數(shù)據(jù)、抄數(shù)據(jù)等不良學(xué)習(xí)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)態(tài)度，這一數(shù)據(jù)足以引起物理從教者的高度重視，在日常教學(xué)中采取不同措施提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣．

(3)科學(xué)態(tài)度與素養(yǎng)．《核心素養(yǎng)》明確“要通過物理教學(xué)尤其是物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度”．為了調(diào)查學(xué)生科學(xué)態(tài)度與素養(yǎng)，問卷上設(shè)置了“課前是否預(yù)習(xí)”“課中是否抄襲數(shù)據(jù)”“實(shí)驗(yàn)結(jié)束后是否規(guī)整實(shí)驗(yàn)儀器”等相關(guān)問題，從不同方面對(duì)科學(xué)態(tài)度與素養(yǎng)進(jìn)行探究．調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與素養(yǎng)表現(xiàn)良好，超過80%的學(xué)生會(huì)在課前完成預(yù)習(xí)、課后整理實(shí)驗(yàn)儀器，超過70%的學(xué)生在遇到問題時(shí)會(huì)想辦法解決實(shí)際問題，秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神與實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．

3.2 高中與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接過渡現(xiàn)狀調(diào)查

3.2.1 實(shí)驗(yàn)銜接

高中物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)能否支撐大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)？通過表4可知，大部分學(xué)生對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的銜接體驗(yàn)不是很好．進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為兩個(gè)學(xué)段的銜接主要存在以下問題：實(shí)驗(yàn)知識(shí)跨度大(59.75%)、動(dòng)手能力要求高(55.70%)、教學(xué)方式差異大(55.29%)及學(xué)習(xí)方法的不適應(yīng)(46.98%)．

表4 高中物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)銜接情況調(diào)查

3.2.2 實(shí)驗(yàn)過渡

“你對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的興趣提高了嗎？”，有48.56%的學(xué)生認(rèn)為沒有變化，12.71%的學(xué)生認(rèn)為下降了，僅有38.74%的學(xué)生認(rèn)為提高了．問卷調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，僅有51.71%的學(xué)生認(rèn)為高中物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有幫助，近一半的學(xué)生認(rèn)為兩門課程是相互脫節(jié)的．如表4所示，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面具有較顯著的變化，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)側(cè)重于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，與高中物理實(shí)驗(yàn)相比，是“質(zhì)”的提升，只有在高中階段形成“量”的積累，打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和動(dòng)手能力，才有能力完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課程教學(xué)任務(wù)．可是，高中階段學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱，沒有形成自身實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的能力，導(dǎo)致兩門課程的過渡出現(xiàn)斷檔的情況，有較大的心理負(fù)擔(dān)，對(duì)學(xué)業(yè)造成了一定的困擾．

綜上，兩個(gè)學(xué)段的課程銜接、過渡存在較大的問題，為此，課程組從學(xué)生知識(shí)層面對(duì)形成原因進(jìn)行調(diào)查、分析，主要有以下5個(gè)方面，如表5所示：(1)實(shí)驗(yàn)儀器陌生，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)廣度較大，儀器設(shè)備較高中種類更加繁多；(2)數(shù)據(jù)處理分析難，高中階段基本不涉及到數(shù)據(jù)處理，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行誤差、不確定度的分析；(3)自身知識(shí)水平不夠，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)深度加深，更強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)；(4)不重視物理實(shí)驗(yàn)，重理論輕實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)思維根深蒂固；(5)不知道怎么學(xué)、不適應(yīng)教學(xué)方法，兩個(gè)學(xué)段在教學(xué)模式上有本質(zhì)區(qū)別，從以“教師為中心滿堂灌”到“以學(xué)生為中心自主探究”．由此可見，要實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的物理課程素養(yǎng)，需要兩個(gè)學(xué)段的教師通力合作．

表5 不能適應(yīng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的原因調(diào)查

4 結(jié)束語

4.1 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議

調(diào)查結(jié)果顯示，經(jīng)過高中物理實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生的探究精神與科學(xué)素養(yǎng)得到較大提升．由于中學(xué)階段儀器資源、師資資源、課時(shí)有限等原因[1-4]，學(xué)生沒有更多機(jī)會(huì)動(dòng)手操作，實(shí)驗(yàn)技能有待提高，對(duì)此提出以下建議：

(1)積極改善資源現(xiàn)狀．加強(qiáng)與當(dāng)?shù)馗咝５穆?lián)系，大學(xué)在教學(xué)資源、師資力量等方面略有優(yōu)勢(shì)，定期到高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室(中心)開展訪學(xué)、參觀等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器共享，使學(xué)生能夠近距離接觸到物理實(shí)驗(yàn)儀器，也能提前感受進(jìn)入大學(xué)后的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式；不定期邀請(qǐng)科研技術(shù)人員、行業(yè)骨干到校開設(shè)講座，給學(xué)生講解、展示先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與儀器設(shè)備，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣；鼓勵(lì)高中物理教師開展實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)與設(shè)計(jì)工作，利用廢舊儀器、生活中的物理現(xiàn)象等進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，有效改善儀器資源現(xiàn)狀，尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的高中來說尤為重要．

(2)改進(jìn)教學(xué)方式．在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，教師過于注重實(shí)驗(yàn)示范教學(xué)，學(xué)生模仿、復(fù)制操作，缺乏主動(dòng)思考的過程，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有形成長久的記憶．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重問題探討，學(xué)生通過小組討論、合作學(xué)習(xí)等方式加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)；利用思維導(dǎo)圖等方式幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的、有效的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法，充分提升學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)的積極性和學(xué)習(xí)興趣，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加高效．

4.2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程改革建議

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門實(shí)踐類課程，鑒于文中表3、表4、表5的調(diào)查，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程改革的建議如下：

(1)優(yōu)化課程內(nèi)容，改善課程設(shè)置．基于分層教學(xué)的思想，在原有基礎(chǔ)性、綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增設(shè)高中物理與大學(xué)物理的過渡性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本物理現(xiàn)象的觀察等為主，鞏固高中物理內(nèi)容，解決學(xué)生“實(shí)驗(yàn)知識(shí)跨度大”的問題．在此過程中初步掌握數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)分析與研究的基本能力，如撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，達(dá)到能力逐步提升的目的．

(2)加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，做“學(xué)業(yè)導(dǎo)師”．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室(中心)采用開放式管理模式，對(duì)于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可以隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)“自身知識(shí)水平不夠”的短板．針對(duì)學(xué)生“不知道怎么學(xué)”，教師與學(xué)生線下面對(duì)面溝通交流實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)習(xí)心得，助其克服思想上的困境，做學(xué)業(yè)上的導(dǎo)師．同時(shí)，建立線上教學(xué)資源，保持與學(xué)生的實(shí)時(shí)溝通，在線答疑解惑，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，做到課前有指導(dǎo)、課中有輔導(dǎo)、課后有答疑，幫助學(xué)生順利完成兩個(gè)學(xué)段的實(shí)驗(yàn)銜接與過渡．

(3)改進(jìn)教學(xué)方式，促進(jìn)兩個(gè)學(xué)段良性銜接過渡．兩個(gè)學(xué)段的物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)方式上差異較大，大學(xué)階段不能全程演示操作過程，要將實(shí)驗(yàn)課堂還給學(xué)生，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，但是教師也不能任由學(xué)生自由發(fā)揮，給學(xué)生造成“不知道該怎么學(xué)”心理負(fù)擔(dān)，所以在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)上要把握“度”．通過課前提問、線上問卷調(diào)查等方式了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生的回答在課上針對(duì)性的進(jìn)行補(bǔ)充講解、演示；在實(shí)驗(yàn)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生以小組討論的方式開展實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于共性的問題教師給出實(shí)驗(yàn)提示或者以思維導(dǎo)圖的方式給出實(shí)驗(yàn)思路，教師起到輔助學(xué)習(xí)的作用．對(duì)于學(xué)習(xí)能力較薄弱的學(xué)生，建立線上資源，將實(shí)驗(yàn)提示以文字、視頻、動(dòng)畫等形式展示，便于學(xué)生隨時(shí)觀看并于教師時(shí)時(shí)互動(dòng)．