中美兩套高中物理教材引導探究學習的特點比較

鄭朝陽 郭玉英

(北京師范大學物理系,北京 100875)

新課程實施以來,我國的高中物理教材呈現出嶄新的面貌,在體現和引導探究學習方面有了很大進展,不同教材也各有特色.人教版新課標高中《物理》是我國目前選用人數最多的教材.美國高中物理教材《PHYSICS:Principles and Problems》也是該國相關的物理課程選用最多的教材,目前已有中譯本.本文采用定量分析方法,對兩套教材中的探究學習內容進行了比較研究,供教材編寫者、相關研究人員和一線教師參考.

根據探究學習和物理教材的特點,本文將物理教材中體現探究學習的內容分為10個指標:引入問題方式,利用物理學史程度,引入問題情境和過程展開情境,提出思考問題數量,探究方法,動手探究活動數量,動腦探究活動數量,適用條件和范圍的討論,反思問題數量,知識擴展數量.

人教版新課標高中《物理》(必修和選修3序列)和《PHYSICS:Principles and Problems》的內容范圍和學習時間不同,考慮到可比性問題,本文在對以上10個指標進行統計時采用了比例方式.研究結果如下.

1 引入問題的方式

科學探究始于問題,教材對不同問題的引入可以采用不同方式.兩套教材共采用了8種方式,見表1.

表1

由表1可知,我國人教版教材以“生活現象”和“知識演繹”兩種方式引入問題為主,美國教材以“生活現象”和“自然現象”這類真實情境引入問題為主.人教版教材以“知識演繹”方式引入問題所占比例最大,美國教材還利用了“認知沖突”引入問題,人教版教材則利用了“實用技術”引入問題.

例如,在引入圓周運動的向心加速度概念時,美國教材利用了“認知沖突”,其表述為:“如果一個物體做速率不變的圓周運動,例如系在一根繩末端的石頭圍繞繩的另一端做勻速圓周運動,這個石頭有加速度嗎?起初你可能會認為它們沒有加速度,因為它們的速率沒有變化.然而,我們知道加速度是用來描述速度變化的,而不僅僅用來描述速率的變化.由于做圓周運動物體的速度方向發生了變化,所以它們一定具有加速度”.

2 利用物理學史的程度

利用物理學史中科學家研究某個問題采用的探究思想和方法可以促進學生對科學探究的理解.關于“利用物理學史的程度”,其賦值方法如下:如果教材某單元中沒有利用物理學史,取值為0;簡單提到相應物理學史的思想和方法,取值為1;比較詳細地介紹了物理學史的思想和方法,取值為2.統計結果如表2.

表2

由表2可知,人教版教材更多地利用物理學史的探究思想和方法來促進學生的探究學習,但是美國教材用物理學史引入問題的比例超過了我國人教版教材.

3 問題引入情境和過程展開情境

探究情境包括問題引入情境和過程展開情境,有真實、模擬、理想的不同組合.表3為統計結果.

表3

由表3可知,這兩種教材都注重“真實→理想”和“真實→模擬”,但是美國教材的模擬情境所占的比例較大.

4 思考問題的數量

“思考問題”是指教材針對探究的主要問題而提出的子問題.思考問題的數量能夠部分反映出教材要求學生在思維層面上探究問題的多少和深度,有利于培養學生提出和深入思考問題的能力.

表4

由表4可知,美國教材在每個知識單元里提出思考問題的數量多于我國人教版教材,且思考問題數量少的單元所占比例小.

5 探究方法

探究方法是指探究過程中采用的主要方法.按照探究過程中采用探究方法的順序進行了統計.見表5

表5

由表5可知,兩種教材都注重先通過實驗現象來歸納,然后再進行演繹,但美國教材更加重視實驗在探究中的作用,人教版教材則較多地利用了演繹方法.

6 動手探究活動數量

“動手探究活動”是教材為了輔助主要問題探究而進行的一些動手實踐活動.統計結果見表6.

表6

由表6可知,我國人教版教材要求學生動手探究活動的數量較少,且有24.6%的內容沒有學生的動手活動;美國教材要求學生動手活動數量多,平均每個單元的動手活動數量是人教版教材的3倍.

7 動腦探究活動數量

“動腦探究活動”是為了輔助探究主要問題而進行的定性和定量思維活動.統計結果見表7.

表7

由表7可知,平均每個單元美國教材動腦活動數量比人教版教材多2.34次,但兩教材要求動腦定性活動的比例與定量活動的比例差不多,動腦定性活動的比例都約占70%.

8 使用條件和范圍的討論

“使用條件和范圍的討論”是指對探究得出的物理規律的適用條件和范圍進行的討論.我國人教版教材進行討論的比例為32.3%,美國教材進行討論的比例是18.7%.可見,兩種教材對規律的適用條件和范圍討論的比例都比較小,大多數沒有進行討論,但是我國人教版教材對規律進行討論的比例比美國教材多.這說明人教版教材對概念和規律的討論要比美國教材嚴密.

9 反思問題數量

“反思問題”在此是指完成探究任務后對探究過程中的一些相關問題進行的思考.平均每個單元,我國人教版教材“反思問題”的數量是0.43個,而美國教材是 2個.可見美國教材提出反思問題的數量要比人教版教材多.

10 知識擴展數量

“知識擴展”指知識在實踐中的應用或理論上的延伸.美國教材每個比較單元知識擴展數量為4.66個,人教版教材是1.48個.可見平均每個單元美國教材提供的知識擴展數量比我國人教版教材多.

根據以上統計和對教材的定性分析,得到兩種教材在引導探究學習時有如下特點:

我國人教版教材利用知識演繹引入問題較多,而美國教材更注重用真實情境引入問題.人教版教材在展開探究過程時多用理想情境,而美國教材多用模擬情境.人教版教材更多地利用物理學史的思想和方法來引導探究學習,美國教材用物理學史引入問題的比例則超過了人教版教材.美國教材在探究過程中提出思考問題的數量多于人教版教材.兩種教材都注重先通過實驗現象進行歸納,然后再進行演繹的探究方法,但美國教材更加重視實驗在探究中的作用,我國人教版教材則較多地利用了邏輯演繹方法.人教版教材要求學生動手和動腦進行探究活動的比例少于美國教材.人教版教材的邏輯推理比美國教材強,得出問題的結論也比美國教材嚴密,但是與生產和生活的聯系不如美國教材緊密.

1 人教社物理課程教材研究開發中心.物理.北京:人民教育出版社.2004.

2 [美]PHYSICS:Principles and Problems.Columbus:The McGraw-Hill Company,2005.