中美高中物理教材磁場知識內容的對比研究

曾道富 陳巨

摘要：本文主要內容是關于中美主流教材磁場部分內容的比較研究，從微觀視角通過對本章的知識結構、插圖設置、閱讀材料、章節間和章節后習題、章節實驗等的對比研究，更好地辨明美國教材的優與劣，正視我國現階段教材改革中出現的問題，為未來課程改革提供一定的參考意見。關鍵詞：高中物理教材;美國教材;磁場;認知規律中圖分類號：G648 文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2014）19-0027-01現階段很多文章對于中美教材的對比，基本上是基于教材的整體而言，而關于章節性內容進行闡述的很少;另外源于磁場的抽象性及實際存在性，它屬于高中物理知識的難點部分，這也是本文立足之處。所選用教材是美國《Physics： Principles and Problem》[1]和人教版高中物理教材作為研究對象，以對比的方式從一個新的視角看待兩國教材。1.主要知識結構的展開表1中國：人教版《物理·選修 3-1》美國：《Physics： Principles and Problem》3.1磁現象和磁場磁現象、電流的磁效應磁場、磁性的地球起步實驗3.2磁感應強度磁感應強度的方向、磁感應強度的大小24.1永磁鐵和暫時性磁鐵磁鐵的一般特性、永磁鐵周圍的磁場、電流的磁效應、磁性物質的微觀結構3.3集中常見的磁場磁感線、幾種常見的磁場、安培分子電流假說、勻強磁場、磁通量24.2磁場產生的力電流在磁場中受到的力、揚聲器、靈敏電流計、帶電粒子受到的力、利用磁介質儲存信息3.4磁場對通電導線的作用力安培力的方向、安培力的大小、磁電式電流表3.5磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力的大小和方向、電視顯像管的工作原理3.6帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動、回旋加速器我們對表1所展示的內容從知識的邏輯結構、發展順序和學生的認知規律加以分析。總體來看，中國教材知識的邏輯結構相比美國的而言更系統，更貼近發展的歷史順序。但從接受新事物新知識的認知規律上講，美國的則更加優秀。比如本章的開篇，中國教材沒有引入而直接進入主要內容，對于學生接受新知識沒有一個緩沖過程，這會讓學生難以激發濃厚的學習興趣。反觀美國教材，它開篇通過讓學生做一個起步實驗來明白磁場對其作用物體的力的方向，此舉能提高學生學習的主觀能動性，對于順利進入下一個知識環節奠定了學生的主觀能動性基礎。無論是中國的教師、教育研究者還是學生總覺得教材不盡人意，而對于美國教材似乎都愿意給它打一個高分。2.插圖設置為凸顯出兩國教材在插圖及欄目設置中的異同，我們采用在知識點相同的情況下，對比不同教材所采用的不同插圖所表達的內容的異同。圖2內容我們選取電流的磁效應來對比說明。圖2 （a）美版教材電流磁效應，（b）中版教材電流磁效應圖2兩圖均體現了電流對周圍小磁體的作用，很明顯美版的插圖更直觀的反映了通電直導線周圍的磁場的分布情況，并且從小鐵屑排列方向也反映出電流產生磁場的方向。反觀中版插圖是一張簡單的示意圖，對于電流產生磁場的分布情況和磁場方向也不能直觀的反映出來，而且整章中示意圖的數量明顯多于趣味性的插圖。而這樣的插圖對于幫助學生理解知識沒有實際效果。3.閱讀材料教材中設置的各種閱讀材料是其有機的組成部分，它作為對課外知識的延伸，能提高學生理解能力，創新思維觀念[2]。研讀兩國教材的閱讀材料后，有以下發現：①從數量上中國教材是2項，美國教材是1項。②從難易程度上看，中國教材屬于為教材服務的科普性文章，美國教材涉及到現代科學技術和日常生活中的運用。③從獨立性上看，中國教材強調內容的完整性，使得閱讀材料依附于章節內容。美國教材的閱讀材料是章節內容的拓展和延伸，為感興趣學生提供了進一步的探索使用，獨立性相對較高。4.章節間和章節后習題習題是教材重要的組成部分，將兩國教材本章所有習題對比研究后發現。我國教材和美國教材的習題都注重學生對基本物理知識的掌握，在習題設置上也明顯體現出我國教材的編著一直注重知識完整性這一特點。美國教材的習題數量明顯多于我國教材，但多數只是對簡單物理知識的靈活運用，沒有復雜的數學計算，題型以思考題為主，與實際生活聯系緊密，同時強調學生之間的合作，設計方案共同解決問題，而且思考題給與了學生很大的思考空間。我國教材習題較少且難度不大，但趣味性低，涉及的知識面狹窄，與實際生活聯系較少。習題的解決通常很多都需要數學計算而不是物理知識本身，對于需要團隊協作設計才能完成的基本沒有涉及。5.章節實驗設計物理學科實驗為主，沒有特定的實驗支撐就不能觀察到某些物理現象。實驗對于老師而言是物理教學的內容方法和手段，對學生來說是學習和理解物理知識最直觀的途徑。很遺憾本章節中我國教材沒有設置明確的實驗項目，只有內容當中的一些"做一做"和"演示"設置。分析其原因，或許與中國高中物理教學的實驗條件有關，反向說明我國高中教材基本屬于經典物理學范疇，而美國教材則體現了隨科技變化的發展性。美國教材在本章中設置的實驗是關于"電磁鐵利用電流產生的磁場使磁性物質磁化"。從實驗目標、器材、步驟、結論分析與運用等我們可以看出，美國教材對于實驗設置的目的在于訓練學生科學的認識觀，而且與生活緊密聯系。6.總結從以上比較內容看出，新課程改革后我國的教材在各方面有了很大的進步，但是始終沒有脫離集權式的知識本位的思維局限性，沒有將人作為知識傳達的主體。但是教材的編著須以學生為中心，教材的主要使用者是青少年學生，所以其形式內容的編寫都必須從學生角度出發。為學生服務的教材，最終才能為社會服務。參考文獻：[1] [美] 保羅·齊策維茨（Zitzewitz， P. W.）等著.物理： 原理與問題·下冊. 錢振華等譯. 杭州： 浙江教育出版社， 2008.[2] 普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1. 北京： 人民教育出版社， 2004.作者簡介：曾道富（1990-）男，四川鹽源，西南大學物理科學與技術學院，碩士研究生，凝聚態物理專業。