鸦片战争后,随着西学东渐和新式学堂的建立,近代物理学开始逐渐渗透到中国学校教育中。1902年颁布的《京师学堂章程》和1904年颁布的《学校章程草案》标志着中国近代学校制度的诞生,物理学首次以法定形式系统地引入中学教学。
自物理学诞生以来,物理实验及其教学一直是物理教学的重要组成部分,在国家颁布的各类法规和课程标准中,都对物理实验的内容进行了详细的规定,各版本的教科书也都强调了物理实验的重要性。
实验课程要求
清末,清政府先后颁布了两部《学校章程》,规定了中小学的学制、教学时间、教学内容和教学要求。《京师中学章程》只提到了与物理有关的年级和课时,这一规定并未实行。1903年,清政府对学校章程进行了修改,并于1904年公布,即《邹定学校章程》。关于物理,《邹定学校章程》有如下要求:“物理教员,应先讲授物理学概论,其次讲授力学、声学、热力学、光学、电磁学。凡教物理、化学者,应从各种实验中得到准确知识,并运用到日常生活和工业中。”这里所说的“从各种实验中得到准确知识”,说明当时的章程起草者已经认识到了物理实验的重要性。
民国初年,对清末癸卯学制进行改革,提出并颁布了“壬子癸丑”学制。新学制明确提出,中学阶段应开设物理作为一门独立学科。1912年《中学施令细则》指出:“物理化学应讲授重要现象与规律、仪器结构与功能、元素与化合物的性质、实验等。”但对讲授内容并未作出规定。
1922年,为适应社会变革的需要,对原有学制进行改革,颁布实施《任序学制》。1923年后,全国教育联合会公布《新学制课程标准大纲》,其中《初中自然科学课程大纲》的“最低毕业标准”要求:“能做简单实验,了解日常生活的科学原理”和“对自然事物要有较正确的观察能力”。《高级中学第二组必修物理课程大纲》中提出了44个物理实验,并在《说明》中指出:“实验次数无须规定,但每人每年至少要做30次实验。实验时,要注意仪器的使用和观察的精度,培养学生精确的观察能力。” 大纲重视简单实验,强调观察能力的培养,体现实验在物理教学中应发挥的作用。
1927年南京政府成立后,鉴于国民中学推行“自然科学”混合制在师资、教材等方面的困难,教育部于1929年颁布了《国民中学自然科学临时课程标准(混合)》、《国民中学物理化学临时课程标准(分体)》和《高级中学普通物理临时课程标准》等,供学校选用。此次颁布的标准比1923年的标准又进了一步,对物理课程的要求更加全面、具体。1932年,国民政府教育部根据各方对临时课程标准的意见,将临时课程标准修订为正式课程标准并颁布。 《初中物理课程标准》的“教学目标”中提出:“(1)使学生理解常见的简单物理现象;(2)培养学生观察自然事物的习惯,激发学生对自然现象的思考兴趣;(3)使学生锻炼运动机能和动手能力,提高学生在日常生活中运用自然的能力。”这三个教学目标与实验教学密切相关,也规定了31个学生实验。《高中物理课程标准》的“教学目标”中也提出:“训练学生运用感官和动手能力,培养学生的观察能力和实验能力。”在时间分配上,规定“从高三开始,每周进行一次实验,每次2小时”,强调培养学生的动手能力。规定了41个学生实验,其中大部分是定性的,定量的比较少。 本标准还增加了实验室内应注意的各项事项的内容。

1936年,国民政府修订物理课程标准。修订标准对原标准的教学内容进行了调整,标准的框架和格式基本保持不变。实验的要求可能由于设备和课时不足,以及初高中内容整合等原因,初中生实验由31项减为16项,要求也降低。例如,原“实验(四)直角三角形各边之间的关系、π的值”被修订为“直角三角形各边之间的关系”。高中生实验也由41项减为35项。1936年课程标准实施仅一年后,抗日战争爆发,为了适应“抗战建国”的需要,国民政府教育部再次修订各学科课程标准。 1941年,《初中物理课程标准修正》和《高中物理课程标准修正》颁布,将高中物理学生实验分为甲组和乙组,规定甲组学生每周实验一次,每次两小时;乙组学生每两周实验一次,每次两小时。初中、高中甲组学生实验内容与1936年标准相同,高中乙组规定学生实验23项。1948年抗战结束后,国民党政府颁布新的课程标准,即《初中物理化学课程标准修正》和《高中物理课程标准修正》,要求初中物理与化学合并,高中物理与化学分开开设。 规定物理、化学学生实验共计18个(理化各9个),实验内容进一步缩减,高中学生实验由1936年的35个缩减为32个。
教科书中的物理实验
清末的《学堂规制》虽然对物理课实验教学作了一些原则性规定,包括仪器、教学要求等《高中物理学生实验》,但并未对物理教学内容作出具体规定。所用教材多为翻译、改编自西方国家(日本、欧洲、美国)的教材。代表性例子有:美国人何德来编写、谢鸿来译、商务印书馆1904年出版的《最新中学教科书物理》和陈文哲编撰、上海长明公司1905年出版的《物理教科书》。这些教材中的实验内容十分丰富,实验的主要作用是演示物理现象,培养学生的实验技能。
在何德来编著的《最新中学物理教材》中,几乎每节课的最后都有一篇“实验作业”。这些内容相当于现在教材里的“学生实验”,共计191项。内容从实验数据的记录、卡尺等基本测量工具的使用,到物理定律的验证,一应俱全。在第一节“实验作业”中,就强调了“实验作业”的作用以及“实验作业”与普通课堂上课的区别:“一个侧重于实验《高中物理学生实验》,考察未知的原理。一个侧重于领悟和理解已经发现的事物的本质。”同时,还介绍了实验的基本方法和注意事项。这里所要表达的是通过实验来培养学生的基本能力和科学素养,而不仅仅是学习知识。
民国初年的新学制,调整了中小学的学制,增加了中小学必修的科目,并明确在中学阶段开设物理作为一门独立学科。这一时期,中学物理教科书以翻译为主的局面被打破,出现了由中国人自己编写、经教育部批准的私立教科书。代表性例子有:1913年商务印书馆出版的王建山主编的《民国新教科书·物理学》;1914年中华书局出版的黄继瑜主编的《中国物理教科书》等。这些教科书的实验内容差异很大。

王建山主编的《民国新教科书·物理学》中实验内容较多。编者在《编者注》中指出:“书中实验与理论往往相辅相成,理论往往从实验中得出或用实验来解释,让学生知道实验的重要性,培养他们对实验的热爱。”据粗略统计,书中有117个演示实验,有些实验简单易做,目的是让学生知道物理规律是从实验中得出的,而不是一个一个地死记硬背物理定律。尤为可贵的是,书中的实验还注重培养学生的兴趣。黄继余主编的《中国物理学教科书》中,或许考虑到教学经费和仪器的匮乏,实验内容比较少,而且大多只是简单提一个著名的实验,很少有具体的细节。
民国中期,随着课程标准的出台,中学物理教科书的制定有了基础,内容也相对统一、规范。这一时期的主要教科书有:商务印书馆出版的《复兴系列》教科书、中华书局出版的张开琪、鲍墨清主编的《初中物理新课标》、开明书店出版的戴云桂主编的《开明物理教科书》等。由于课程标准没有规定演示实验的教学内容,因此各类教科书的演示实验内容差别很大。与清末民初的教科书相比,实验数量相对较少。这一时期中学物理教学内容逐渐丰富,注重实践知识的传授,开始重视实验在教学中的实施,强调实验的可操作性。 如《开明物理学教科书》编者摘要中指出:“本书所采实验,简朴,兼顾器材及教学之方便。各种实验,经反复检验,确属可靠。师生可依循,毋须怀疑。”也有独立实验教材,供学生实验。民国后期,因受战争冲击,形势需要投入更多的人力、物力于抗战,此时期教科书多以1937年以前出版的教科书为依据,加以修订。
教学实验
虽然课程标准和教材都十分重视物理实验,并提出了诸多要求,但在实际教学中却很难落实。正如中华书局《高中物理》主编钟光然所指出的:“从教育的角度看,学生自己的实验当然极其重要,应该与课堂讲解具有同等重要的地位,但实际上很难。世界上任何事物,理论与事实往往不一致。在物理教学中,学生自己的实验也不例外。”物理实验不受重视的原因是多方面的,主要有以下两个方面:
一是受传统儒家教育方式的影响,教师不重视实验,课堂上以阅读、记忆为主。 民国学者何新发举了这样的例子:“我曾在一所中学里看到一位老师讲解杠杆,他说杠杆有三种,在黑板上画了一张图,说明某一张图属于哪一种杠杆,支点、阻力、力,分布清晰,一点儿也不混乱。从物理上讲,理论没错,从教学方法上讲,方法也很好。但听者所得到的形象,无非是纸上谈兵,洋八卦图,还有什么呢?其实杠杆的例子,我们日常生活中经常碰到,随处可见。剪刀、天平属于身体外部,手指、手臂属于身体内部,老师稍加注意,提醒、指导,这里头有事,然后理论讲解,理论玄乎,何其难?”这种情况在当时相当普遍。
二是仪器设备严重不足。清末民国时期,配备教学仪器设备的学校非常少,客观上极大地阻碍了物理实验的开展。清末新式学校面临的一个主要问题就是“设备极其简陋”。民国时期学校教育状况有所好转,但物理化学教育仍然是最薄弱的环节。
实验教学是一个永恒的主题,尽管考虑到设备、课时等诸多因素,各种教材中实验的数量不一,内容也各有不同,但都强调了实验的重要性。长期以来,由于仪器设备不足、教师水平的限制,我国中学物理实验教学开展得并不好。因此,必须重视实验教学在课堂上的实施,教材中的实验内容要进一步与实验设备、课时、学生水平相适应,以利于实验教学在课堂上的实施,充分发挥实验在物理教学中的作用。
