初中物理演示实验教学行为与课程标准一致性研究

1.研究背景

基于课程标准实施课程改革是世界各国的共同趋势，当前，各国的教育研究领域普遍推行基于课程标准的教育改革1，国际上美英日等国家先后开展了基于标准的课程改革 2022 年，《义务教育物理课程标准（2022 年版）》等不同学科的课程标准颁布，我国义务教育课程改革进入新的篇章。

实验教学对于培养学生问题解决能力、创新意识和批判性思维等方面具有独特的育人价值，能够有效激发学生主体参与学习的积极性，因而受到国际科学教育教学改革的重视。为适应时代发展需要，我国印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出要研究各学段学生的核心素养体系，而实验教学也是培育学生核心素养的重要途径，对于落实“学会学习”“科学精神”“实践创新”等素养具有独特价值。演示实验作为初中物理实验教学的重要内容，能够为学生掌握物理知识提供直观的感性材料，使学生对物理概念、规律的认识建立在感知的基础上，帮助学生系统掌握物理知识、具备物理观察能力和实验能力，发展批判性思维和理性思维6。

本研究聚焦演示实验教学，结合对相关文献的系统梳理和总结，构建了包含演示实验理念落实、内容构建、操作实施及课堂反馈四个一级维度的分析框架，并将其细化为十五个二级维度。在此基础上结合改良后的SEC 一致性分析模式，分析了演示实验教学行为与课程标准的一致性情况并提出一定的提升建议。

2.研究设计

2.1 研究内容

对已有相关研究进行综述，当前已有一定量的研究覆盖关于演示实验教学以及课程标准一致性的分析，但还存在几点不足之处，值得进一步开展研究。第一，核心素养导向下的初中教师演示实验教学行为的表征方式有待探索。第二，关于课程标准一致性的研究对象多集中于教材与试题，涉及课堂教学层面的研究较少。第三，现有教师教学行为与课程标准一致性的研究针对性较强，集中在教师课堂提问行为，有待扩充。

基于这样的研究现状，为了解初中物理演示实验教学行为是什么样的？是否与课程标准具有一致性？哪些行为与课程标准存在差异？差异性具体体现哪些方面？本研究的研究内容主要包括以下几个部分：（1）初中物理演示实验教学行为与课程标准一致性水平研究的理论模型（2）初中物理演示实验教学行为与课程标准的一致性水平状况（3）生成课程标准一致性视角下的教师演示实验教学行为提升策略

2.2 研究对象

为了得到初中物理演示实验教学行为的现实样态，本文采用课堂观察的研究方法，选取具有一定内容与地区分布差异的课堂教学录像进行分析与编码。从互联网、学校数据库等信息来源中获取总计20 节课堂实录，包含《声音的特性》《平面镜成像》《光的折射》《眼睛与眼镜》《密度》《力》《同一直线上二力的合成》《大气压强》《浮力》《滑轮》共十节教学内容，各选两节教学录像作为比照。

2.3 分析框架构建

经过对已有相关文献的理论探讨，研究确定了包含“演示实验理念落实”“演示实验内容构建”“演示实验操作实施”“演示实验分析与评估”四个一级维度、十五个二级维度演示实验教学行为的分析框架，并给出不同指标不同水平的分级标准，在此基础上生成演示实验教学行为 × 水平层级的一致性分析框架，如表1 所示。

2.4 课堂教学编码

对课堂录像进行分析，筛选出与演示实验教学行为直接相关的内容进行编码。以对序号3《平面镜成像》的课堂录像编码为例，通过观看录像，确定本节课堂包括三个演示实验，分别编码为 SY1 至SY3。对每个独立的实验单元应用前文所述分析框架进行分析，确定演示实验教学行为的二级指标的实际水平。以 SY1 为例，该实验是教师通过自制的提词器来向学生介绍平面镜成像原理在生活中的应用，在生活化情境设计维度，教师以提词器是如何工作这一生活中的实际问题作为实验的情境，故在该维度下应为第二水平，即记录该实验编码 8B 对该课堂录像每个实验的十五个二级分析维度分别编码，可得到该课堂录像的编码数据。

2.5 课程标准编码

为了解课程标准中对演示实验教学行为的要求与建议，对课程标准及其相关内容进行编码。首先选取与所选课堂录像对应的课程标准内容要求，筛选与演示实验相关的内容并应用分析框架进行分析，确定在哪个二级维度对演示实验教学行为提出要求和建议并判断其水平。例如在《声音的特性》内容中，包括“用声音的波形图研究声音的音色时，体会运用图像进行科学研究的方法”这一要求，该要求涉及到教师在演示实验中对学生的培养要上升到物理方法的层面，所以在科学本质的反映程度这一维度处于水平2，因此编码为 5B 对全部文本内容进行编码后获得课程标准编码数据。

3.初中物理演示实验教学行为与课程标准一致性分析

3.1Porter 一致性系数分析

本研究根据Porter 一致性系数计算公式（如下所示）计算教师演示实验教学行为整体表现上与课程标准的一致性系数。

其中，n 表示二维矩阵中的单元格总数；i 表示二维矩阵中一个特定的单元格，取值范围为 1-n；xi 和yi分别表示二维矩阵 x 和二维矩阵 y 中第i 个单元格的比率值；P 表示Porter 一致性系数，取值范围为 0-1 当P 趋近于 1 时，表明教学实施完全达成课程目标；当P 趋近于 0 时，则反映实践与标准存在显著偏离。本研究将利用研究得到的课程标准与教学行为的频数统计表、归一化处理的比率分布表，见表2、表 3，对演示实验教学行为进行整体上以及各个维度上与课标之间Porter 一致性系数的计算。

由于任何两个行列数相同且任意赋值的二维矩阵都可能计算出一个P 值，需要确立一个能使P 值具有统计意义的标准。本研究运用 MATLAB 生成与评估矩阵同维度的随机二维矩阵，通过20000 次模拟获取P 值分布，构建正态分布拟合函数，绘制概率密度曲线，如图 1 所示，并计算样本均值、标准差确定 95% 置信区间。通过算出的Porter 一致性系数以及置信区间判断演示实验教学行为与课程标准要求之间具有统计学意义上的显著一致性，详见表4。

3.2 课程标准的要求分布分析

为了更加细致地研究教学行为与课程标准更侧重于哪些主题的哪些水平并对比其异同，本研究将利用归一化处理的比率数据，绘制能体现重点分布的曲面图。课程标准要求的曲面图如图2 所示。其中，横坐标表示课程标准对演示实验教学行为不同维度的具体要求，纵坐标表示不同维度要求对应的水平，位于不同的颜色区域的网格线交点表示某个演示实验教学行为要求的水平在总体上所占的比率。

对课程标准中演示实验教学行为要求重点分布曲面图进行分析，发现以下特点：第一，课程标准要求的重点分布中心有两个。第一个中心对应的横坐标为“突出学生的主体意识”要求，对应的纵坐标为水平二，即课程标准要求从教师演示实验的“操作示范者”转型为“引导者”，通过学生自主决策实验方案设计、实验器材选择及操作方法选择、操作流程制定，实现“做中学”的探究式学习。这体现了课标要求实验教学“注重发挥学生创新潜力”的设计意图，通过为学生提供自主探究的载体，培养学生设计实验方案、收集证据的能力。第二个的横坐标为“反映科学本质”要求，对应的纵坐标为水平二，即课程标准要求教师通过物理演示教学，构建“现象-理论”的逻辑闭环，即通过呈现直观的物理实验现象来帮助学生检验或建构物理概念、规律或原理。这与物理演示实验具有“具象化抽象概念”的功能有关：多数初中生处于形象思维阶段，物理概念和规律对于学生而言较为抽象，而演示实验教学能够将抽象的理论和具体的实验现象结合起来，引导学生思考现象背后的原理，实现学生对物理知识的深度学习；第二，在水平维度上，水平二所占比重最大，达到了0.7769。其次是水平一，所占比重达到了 0.1240 水平三所占有的比重最小，位于0.1000 之下。其中，课程标准对“突出学生主体意识”“反映科学本质”“培养学生问题解决的能力”“培养学生科学态度与社会责任”“创设生活化情境”等维度的要求以水平二为主，这说明课标要求演示实验教学要突出学生的主体意识、反映科学本质、注重设计生活化情境、重视培养学生问题解决能力和科学态度与责任。课程标准对“创新实验方案”以水平一为主，这说明课程标准允许教师直接参照教科书或教师用书预设的实验方案开展教学，降低创新要求以保障教学效率。

与对课程标准要求分析类似，课堂实录中的初中物理演示实验教学行为特征分布也借助曲面图进行可视化展示，如图3 所示。通过对其的特征分析得出以下结论：第一，初中物理演示实验教学行为特征曲面图有四个聚集中心。图示中五种颜色的分布显示出不均衡性，这反映了在初中物理演示实验教学行为特征的各个维度上存在差异。具体而言，初中物理演示实验教学行为特征的分布呈现出四个独立的聚集中心，这些聚集中心分别对应于演示实验的实践导向的水平二、反映科学本质的水平一、契合教学内容的水平二、实验流程的规范性的水平二以及实验现象的直观性的水平二，其比率分别为0.0873、0.0714、0.0701、0.0648。这四个聚集中心的形成，可能源于教师在教学过程中的不同侧重点和偏好，也可能与教师的教学经验、教育背景以及教学环境等因素相关。通过对这些聚集中心的深入分析，我们可以进一步了解初中物理演示实验教学行为特征上的共性与差异，为优化实验教学提供有益的参考。研究结果揭示，在初中物理演示实验教学行为特征中，演示实验的实践导向、突出学生主体意识、培养学生问题解决能力、实验流程的规范性以及创设生活化情境主要集中在水平二，而信反映科学本质则主要分布在水平一。这表明，大部分物理教师在实验演示时，注重实践操作的引导，强调实验的规范流程，并努力将实验与现实生活情境相结合，以提升学生的学习兴趣和问题解决能力。

然而，在科学本质的理解与传达方面，教师们普遍表现稍逊，这可能提示我们需要在教师培训中加强对科学本质教育的重视；第二，从水平分布来看，初中物理演示实验教学行为水平多分布于水平二。依据图表所展示的水平分布数据，可见初中物理演示实验教学行为方面主要集中在水平二，其占比达到 0.661。在实践导向、学生主体意识的强化、问题解决能力的培养、实验流程的规范性以及生活化情境的创设等维度上，数据同样显示出集中于水平二的分布。这反映出在上述方面，初中物理演示实验教学行为已达到较为成熟的教学水平，能够规范地执行实验演示，并有效地将之与教学内容相融合。

3.4 演示实验教学行为与课标的比较分析

课堂录像中的演示实验教学行为与课标的重点分布有所异同。相同之处在于，教师演示实验教学行为与课程标准都在突出学生主体意识的水平二上为重点分布中心，且所占比率均达到了0.0600 以上。而不同之处在于，教师教学行为的重点分布包含了演示实验的实践导向的水平二、反映科学本质的水平一、契合教学内容的水平二、实验流程的规范性的水平二以及实验现象的直观性的水平二，而课程标准更关注反映科学本质的水平二、培养学生问题解决能力的水平二、培养学生科学态度与社会责任的水平二以及创设生活化情景的水平二。

此外，演示实验教学行为水平层次分布有所异同。教师演示实验教学行为呈现出基础达标、高阶不足的特点。相同之处在于，教师演示实验教学行为的表现水平与课程标准要求的水平层次均集中在水平一、水平二。这表明教师能够确保演示实验教学达到课程标准规定的基本要求。不同之处在于，在教学行为的某些维度上，教师表现未达到课程标准的要求。主要表现在整合跨学科内容与反映科学本质维度上，教师在整合跨学科内容方面达到第二水平以及在反映科学本质方面达到第三水平占比区间均在 0.0000-0.0200，而课程标准的相应占比区间在 0.02000-0.0400 这一差异体现了教师对演示实验的跨学科内容整合不够且对科学本质的认识不足。在培养学生问题解决能力、培养学生科学态度与社会责任、创设生活化情境的第二水平的达成度也较低。这表明，教师亟需提升演示实验教学的水平层次。

4.研究结论与提升建议

4.1 研究结论

（1）初中物理演示实验教学行为与课程标准的一致性整体上较高

根据Porter 一致性系数计算公式，研究得出初中物理演示实验教学行为与课程标准的一致性系数P 值为0.6760。根据样本均值与标准差确定了 95