系統論視角下的教材分析研究

郭俊龍　柳迪

摘 要：教材是教學過程中的一個關鍵模塊，教材編寫的內容和質量將直接影響到教師授課和學生學習的成效，影響課程改革的進程。以系統論為理論支柱，采用美國中學物理教材《科學發現者——物理：原理與問題》作為研究文本，采用文獻分析法、案例分析法等對本套教材建立分析模型，從知識、技能、邏輯、非智力等四要素深入分析文本，旨在總結美國教材的特點，使其能夠為我國的物理教材編寫和物理教學改革提供一個交流的平臺，為我國中學物理教育改革提供一些有益的參考。

關鍵詞：系統論；物理教材；教材分析模型；美國教材

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2013）11-0271-02

一、系統論概述

系統，意為部分組成整體或集合，在現代科學中主要指由若干要素通過一定方式相互聯系、相互制約在一起的構成的具有一定功能的穩定的整體。結合系統定義，我們可以歸納出系統的幾個特點。

1.目的性與整體性

系統具有一定目的并有與之相適應的功能與結構。系統內部的各個組成部分是在這個目標的作用下，共同構成了一個完整的、不可分割的整體。

2.相關性與層次性

系統內各要素以及大系統內部各子系統之間都是相互依賴、相互影響的，系統內下分各具體要素，系統與系統還可構成一個更龐大的系統，形成層次鮮明的系統網絡。

3.環境適用性與動態性

系統與外界條件息息相關，當環境條件改變時，內部要素也會隨之相應調整。系統內部與外部都是不斷發展變化的整體，保持著動態的穩定狀態。

伴隨著人類社會的發展和科學技術的不斷進步以及該理論的廣泛傳播和不斷完善，系統論逐漸從樸素的整體思想發展為跨學科、跨領域的現代系統理論。這種指導人類認識和改造社會的方式就是系統方法論。人類社會和科技水平是不斷發展的，因而教材的編寫都是相對滯后的，傳授人類知識成果的教材更應以一種開放的姿態，不斷實現自身內部的整合創新，以適應當今社會的發展。

二、教材分析模型的建構

系統中的各個要素看似獨立，但是要使要素對系統的整體性質和行為產生影響，必須依賴于其他要素的相互作用，所以系統中要素的確定是用系統論的觀點研究教材的基礎工作。在我國，教材的發展經歷約兩千年的漫長過程，但是教材的基本功能保持不變，即傳播功能和教育功能。教材的功能決定了教材要素的內涵，應包含知識要素、技能要素、邏輯要素和非智力要素。四個要素相互協調共同協作來實現教材系統的整體功能。

《科學發現者——物理：原理與問題》是美國麥格勞—希爾公司出版的9-12年級（相當于我國高中）物理教材，由著名物理學教授保羅·齊策維茨博士主持編寫。該教材出版至今，經歷了數次改版，是美國中學教育選用率最高的物理教材，在全美的使用率占50%以上。因此對該教材的分析，有助于開闊我們的視野，為我國高中物理課程改革提供積極有效的建設性意見。

1.知識要素

知識是人類智慧的結晶，是人類對過往認知經驗的系統化總結。物理學是由基本概念、基本規律和理論組成的體系嚴謹的、精密定量的科學知識體系。物理教材并不能像學術論文那樣將知識生硬的擺出來，而是要有選擇性和針對性的進行科學編排。

第一，該教材內容面廣、知識量大，涵蓋“經典物理學”、“近、現代物理學”的多方面內容；編排上真正做到了以學生的認知規律和知識的邏輯順序為本，降低學習的難度。以“力學”為例，首先介紹“一維方向上的力”引出“牛頓運動三定律”，又在“二維方向上的力”中對“牛頓運動三定律”進行應用，最后將運動帶入“二維空間”。這種循序漸進的安排，遵循了學生的認知規律和知識的邏輯順序，降低了學生學習的難度。

第二，在物理學科與其他學科聯系方面，設置多個小欄目，將多個學科之間的聯系有效地滲透進學生的學習過程，既增加了學生學習的趣味性又拓展了學生的知識面。如第十章第二節“機械”中與生物學的知識：人體肢體的運動，可以用運動的“力”和“功”的原理來解釋。

2.技能要素

技能要素是指教材中含有的關于學生運用所學知識解決實際問題的技能方法，主要是檢驗教材中是否含有培養學生學以致用的能力的要素。

第一，該教材非常注重實驗教學。每章都以實驗開端，在正文的知識點中解釋實驗，并穿插著各種小實驗來探索和驗證知識點。其中，力學實驗占39.2%；電磁學實驗占了22.5%；原子物理實驗占了13.3%，熱學實驗的6.7%。實驗部分全部由“學生實驗”和“課外實驗”組成，并以“課外實驗”為主，占74.2%。這種實驗類型和分布的安排設置，真正體現了美國《國家科學教育標準》中：“不建議在規定的課堂時間內進行調查研究活動，不建議使用演示實驗和驗證實驗來進行科學內容的學習，推薦在課堂時間外繼續延續對知識的調查和研究，強調探索和分析來解決科學問題”的核心思想。

第二，當今社會信息技術的飛速發展，為信息技術與物理的整合創造了有利條件。該教材運用網絡技術，建立了與教材相對應的網絡平臺http：//www.glencoe.com/sec/ science/。登錄界面會有3種身份的選擇——教師、學生和家長。該平臺并不是對教材的簡單多媒體展示，教師、學生和家長都可以從該平臺獲得與自己相關的教材擴展，如教學計劃、學習建議、課外練習、知識連接等。

3.邏輯要素

邏輯要素是指教材內容的結構和呈現方式，是教材四個基本要素中最深層次的要素。

第一，教材在內容呈現上，要根據學生已有的知識結構創設出適合學生的問題情境，引導學生積極主動地吸納新知識并與自身知識相融合，促進學生對自身知識體系的自主建構。該教材大多問題的提出都是為學生創設一個生活情景，既體現了情景中學生已掌握的自身知識，又提出了關于此情景的新問題，使學生能夠在自身已有知識體系的基礎上不斷探索新知識。以第二十章“靜電”為例，該章首頁便介紹靜電技術在印刷機、復印機等設備的工作，接著插入閃電插圖引出對電荷成因的思考。

第二，對于概念的詮釋問題，該教材以“相似類推法”，通過生活實例來解釋概念和規律，以此來增加知識的親切感，提高學生理解概念和規律的效率。如關于電路的理解，用水流下落的距離來比擬電路中的電壓；用溪流中每秒流過的水量來比擬電路中的電流；用狹窄的水道產生阻力來比擬電路中的電阻，至此一個抽象的電路就被比擬成生活中實例。

4.非智力要素

非智力要素是指教材中欄目設置順序和欄目內容中體現出對學生“學習動機”、“興趣與愛好”、“意志”、“情感與性格”和“習慣”的培養。

第一，物理學史的滲透。每一門學科背后都有他獨特的歷史內涵和文化背景。該教材的物理學史大多以穿插在教材正文的形式出現。將歷史故事滲透進各個章節的知識點中，使學生在學習知識點的同時了解學科發展的故事，在這種積極情感的體驗中，能夠更加自覺專注地接受知識的傳遞。

第二，教材設置趣味性強的欄目，針對學生的年齡、心理、認識水平等特點，激發學生對本學科的興趣，主動求索。該教材的趣味欄目集中于“物理學與社會”、“物理學與技術”、 “職業介紹”等板塊，從物理學與社會、科技、生活以及其他學科間的聯系等方面培養學生學習的興趣。該教材無論從欄目內容的趣味性上還是欄目編排順序的上都在不斷地培養著學生的學習動機、興趣和習慣。

三、結論與啟示

根據系統論的整體性原則，筆者回歸到系統論的整體角度，對該教材進行整體評價。

第一，整本教材最大的特點就是將知識與生活緊密相連。章節開始的“起步實驗”、正文中穿插的“袖珍實驗室”都是首先創設出學生熟知的生活情境，引導學生進行知識建構，培養學生學習的主動性。教材中實驗材料大多來自于生活中隨處可見的素材，使學生真正將物理知識與生活緊密相連。

第二，巧借模型，聯系生活，化抽象為具體。對一些由于實驗材料限制而無法完成的實驗，使用“模擬實驗”代替，對一些難以理解的物理學概念和規律使用“相似類比”和“形象化圖形”，使抽象化的知識變得具體化，降低學生理解的難度。

第三，遵循美國教育觀中的變繁為簡的理念，設計合理的知識梯度。將復雜的知識點分拆成若干個簡單的知識點；安排符合學生認知規律的知識展現順序，讓學生的學習過程由淺入深，降低物理學習的難度。

第四，與時俱進，通過大量擴展性欄目展現物理前沿知識。通過擴展性欄目進行學科之間的聯系，注重學生思維能力的培養。

教材好比一部影視作品的劇本，在教學過程這場復雜的表演中起著基礎作用。因此，教材的編寫，不僅要以盡善盡美的方式把知識點傳遞給學生，而且要針對高中生的年齡特點，全面培養學生的綜合素質。注重學習動機、意志力、創造力等能力的培養比單純追求高分更為重要，這才是為學生的未來負責，為人才的培養負責，為社會的可持續發展負責。現就筆者研究之皮毛對我國教材的編寫提出幾點不成熟的建議。

1.尊重學生的認知規律

在知識的編排方面，更多的考慮學生的認知規律?！盎睘楹啞?，將難以理解的物理概念和規律分拆成若干個簡單知識點，或者通過調整知識的編排順序，由淺入深，降低物理知識的學習難度。

2.合理編排實驗

物理是一門建立在實驗基礎上的學科，物理的大多數規律都來自于實驗。建議用實驗貫穿整個教學過程，具體流程：提出問題，設計實驗，由實驗引出知識點，學習知識點，完成實驗，由實驗結果帶出新的問題……以此形成一個知識探索的流程。

3.生活化教材

學生總是會對自己熟知的事物感興趣，所以可以將教材中的知識點盡可能地與學生生活中的事例相聯系。在設計實驗的過程中盡量使用生活中的素材來作為實驗材料，可以提高學生探索知識的興趣，又可以使學生將所學知識應用到生活中。

4.讓學生更多的參與科學探究過程

學生對自己參與探究過程得來的知識往往比直接學來的知識要記憶深刻，所以在物理教材中要盡量設置開放內容，讓學生自己提出問題，自己想辦法解決問題。

參考文獻：

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（責任編輯：田 苗）