科學素養視野下的中日高中物理教科書分析

張雯雯　黃致新　王俊

摘 要：本文主要以我國《普通高中物理課程標準（實驗）》和日本《新訂高中理科課程標準》的基本內容為框架，根據“課程平衡”理念和Chiappetta等人開發出的科學素養類目表，結合高中物理學科的特點，以科學素養為視角，對中國和日本高中物理運動學部分進行了比較。結果表明：我國“人教版”新教科書更關注學生參加完整科學探究的過程和對學生進行科學史的教育，但日本教科書在多種科學方法靈活運用方面做得更好，兩國教科書STS教育內容都很少。

關鍵詞：中日物理教科書；科學素養；運動學部分

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）11-0071-4

引 言

本文將主要從科學素養的視角出發，用定量分析的方法對新課標下我國高中物理教科書（以下簡稱“新教科書”）和日本具有代表性的高中物理教科書中“物體的運動”部分進行比較與分析，以了解科學素養理念在我國物理教科書中的課程內容層面的落實情況。本文首先對中日新課程教科書在科學素養主題的呈現方面進行比較研究，再結合科學素養主題及主題要求對具體知識點展開比較研究得出相應結論，最后就中日新課程教科書中科學素養各主題的呈現是否體現了平衡性進行論述。

本研究是依據我國《高中物理課程標準》編寫的新教科書（“人教版”《物理》必修I、必修II“平拋運動”部分）和日本高中物理教科書（“實教出版株式會社”出版《物理Ⅰ》新訂版）——“運動學”部分，參照Chiappetta等人對美國1970年代末至 1980 年代末五本不同科目的理科教科書（ 生命科學+地球科學+物理+生物+化學） 的分析方法，對中日兩國物理教科書運動學部分進行分析。教科書中的分析單元包含段落、旁批、圖表、注釋、實驗活動、課堂練習題等。而課后習題訓練、教學目標等則不在分析之列。在對每個分析單元編碼時，考慮到某個分析單元中的內容可能會涉及多個主題，因此編碼時可以將這個分析單元歸入多個主題中，這樣可以將科學素養的四個主題在教科書中所占比例更準確地呈現出來。分析的樣本信息如表1：

表1 物理教科書樣本信息

■ 1 研究方法

本研究歸納了多個科學素養概念維度并進行了比較分析，概括出如表2中的科學素養主題。

筆者以我國《普通高中物理課程標準（實驗）》和日本文部科學省《中學校學習指導要領》的基本內容為框架，參照表2所提出的科學素養主題，結合“課程平衡”理念和高中物理學科的特點，列出了如表3所示的關于科學素養的靜態分析標準，以對高中物理“運動學”部分進行分析、比較。

2 研究內容

依據表3關于物理教科書中科學素養的靜態分析標準，中日兩本教科書關于“運動學”部分科學素養主題所占比重如表4所示。

2.1 主題A：科學知識

科學知識是培養學生科學素養的基礎和載體，中日教科書“運動學”部分科學知識在4個科學素養主題中所占比重最大，都非常強調科學知識的重要性。我國物理教科書科學知識所占比重略高于日本教科書，在講解某個具體知識點的過程中，我國教材更偏向對該知識點的定義、概念等做出詳細的闡述，而日本教科書則常運用公式推導或者語言邏輯性論證引入知識點后，再深入講解該知識點，言簡意賅。例如，在講解加速度這個知識點時，我國“人教版”新教材用了兩個例題來講解加速度的概念和公式；而日本教科書則通過對v-t圖像的分析得出加速度的公式和概念，繼而引出平均加速度、瞬時加速度（“人教版”新教科書僅在旁批中提到）、正加速度、負加速度。與此同時，日本教科書所涉及的內容比中國教科書更為廣泛，難度也更大。比如在講速度時，日本教科書將平均速度、瞬時速度講完之后，再繼續講解合成速度、相對速度，由易到難，由淺入深；而在我國，這些知識點通常只會出現在輔助教材或教師的補充內容中。再如，日本教科書在自由落體運動之后緊隨豎直上拋運動，并推出相應的公式，而這些內容在我國教科書中并未涉及。日本教科書將一類知識歸納到一起由淺入深講解的做法雖然符合學生的認知特點，但無形中也會加重學生負擔，甚至學生可能會對應掌握的基本知識“嚼不細”。

以下再從主題A的子主題視角，分析中日教科書中“運動學”部分。科學素養主題A中各子主題所占比重如圖1所示。

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圖1 科學素養主題A中各子主題所占比重

根據統計的數據，我國新教科書“運動學”部分主題A分析單元數為133，子主題A1（陳述事實、原理、定義、概念或規律）的單元數96，占72.2%；日本教科書主題A分析單元數為56，子主題A1的單元數為40，占71.4%，兩者數據非常接近，說明相關概念、定義等仍是構成科學知識的主體。同時，我國新教科書子主題A3（陳述相關公式和相應的推理過程）的單元數為28，占21.1%；日本教科書子主題A3的單元數為14，占25%，說明日本更重視相關原理、公式的推導過程，其內在邏輯性更強。

2.2 主題B：科學探究過程及方法

主題B部分是當前最為提倡的教學方法，其在中日教科書中所占比例僅次于主題A，學生的探究過程和所用的科學方法生動地體現了科學的本質。它要求學生通過模仿科學家探索自然的過程，主動地去“發現”，培養學生手腦并用、運用科學方法解決問題的能力。在2001年頒布的《基礎教育課程改革綱要》中提出：“改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力”。而這一要求就具體反映在《高中物理課程標準》下的新教科書中。科學素養主題B中各子主題所占比重如表5所示。

表5 科學素養主題B中各子主題所占比重

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同中國教科書相比，日本教科書主題B比“人教版”新教科書高8.5%，充分體現了學生在學習中的主體地位。我國新教科書中主題B的分析單元數為81，日本為49，新教科書中子主題B2（通過實驗獲取實驗數據）、B6（對實驗數據進行計算處理，小組交流討論）、B7（參與實驗及探究過程）所占比重均高于日本教科書，說明我國教科書更重視學生親身參與實驗探究的過程，注重培養學生的動手能力及正確分析處理實驗數據的能力。比如，我國新教材上用打點計時器測瞬時速度，要求學生完成實驗并記錄數據，讓學生自己動手得出實驗結果，理解瞬時速度的含義。而日本教材則是給出物體運動的x-t圖像，通過嚴密的邏輯推理讓學生理解并學會如何計算瞬時速度，同時引入極限的概念，最后列出一個與生活相關的練習題加深學生的理解，提升學生應用知識解決問題的能力。

在日本教材中，很多知識點后面都設置有簡單易行的小實驗，實驗器材源于生活，學生在課堂上就可以自行操作，將生活與物理相聯系，如在第一節《身邊的運動》中關于空氣阻力的小實驗。中日教科書中子主題B3（根據提供的材料獲取信息）所占比重大致相同，子主題B4（根據圖表回答問題）在我國新教科書科學素養主題B中占11.1%，在日本教科書中占34.7%，遠高于“人教版”新教材。例如在講平均速度時，日本教科書配有小汽車運動時刻表和x-t圖像，根據圖像計算小汽車的平均速度；而“人教版”教科書僅給出平均速度的概念。與“人教版”新教材相比，日本教科書在書中配有很多插圖，并在相應位置準確標出相關物理量，豐富了教材內容的同時也使抽象的知識具體化，學生根據圖表解決問題也符合他們的認知特點，便于學生理解之后對知識的鞏固應用。子主題B5（運用歸納法、假設法、反證法和演繹推理、類比推理等科學方法解決問題）在中日教科書科學素養主題B中所占比重均是最大的，這說明運用正確的科學方法分析問題不僅是獲得知識的基本途徑，也是連接生活、物理和社會之間的橋梁。

2.3 科學的情感、態度和價值觀

歸類于主題C的分析單元都能夠體現出學生科學的情感、態度和價值觀。分析中國、日本教科書，主題C分析單元數分別為50、23，所占比例分別為17.6%、17.3%，兩者趨于一致。從這一視角出發，培養學生的使命感和責任感、形成正確的人生觀，樹立遠大的理想和抱負，是情感、態度和價值觀的終極目的。圖2是中日高中物理教科書主題C中各子主題的比較。

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圖2科學素養主題C中各子主題比較

從主題C子主題的角度分析新教科書和日本教科書，新教科書關于子主題C1（講解物理學史及物理學家的生平事跡）分析單元數為11，占22%；日本新訂版物理教科書“運動學”部分子主題C1的分析單元數為0。當前國際上物理教學改革的潮流之一就是更多地把物理學史的內容引入物理教學，以增強知識性、趣味性、思想性和啟發性，并將其作為活躍學生思想，訓練科學方法，發展科學思維，培養創造能力的有效手段之一。我國新教科書中這一部分內容主要體現在對自由落體運動這一知識點上，補充亞里士多德和伽利略的故事，以及伽利略的探究過程，豐富學生的情感體驗。而日本教科書子主題C1則在這一部分中未有涉及。新教科書子主題C2（克服困難、解決物理問題）分析單元數16，占32%，日本教科書子主題C2分析單元數為10，占43.5%。中日教科書子主題C4（有良好的學習習慣和學好科學知識的自信）分別占主題C的10%、26.1%，表明日本教材在教授知識的同時也注重學生良好行為習慣及自信心的建立，尤其體現在每一個小知識板塊后的例題、練習題及類似題的訓練上。比較中日教科書子主題C5（激發學生學習興趣）所占比重，兩國差距不大，需要指出的是日本教材措辭更為生動活潑，語言通俗易懂，大量的插圖和與生活相關的練習題富有生活氣息，與學生的生活靠近，更容易激發學生的學習興趣。

2.4 科學、社會和技術之間的關系（STS）

主題D所包含的分析單元主要是科學技術與社會的聯系以及科學技術在社會中的廣泛應用。STS教育是現代科技發展對科學教育提出的新要求，在物理教科書中滲透STS教育適應了現代科技的迅猛發展。將知識與社會、科技聯系起來，激發了學生的學習興趣和應用知識的能力，同時為培養創新性人才奠定了基礎。新教科書中主題D占科學素養比重的7.1%，日本教科書是3.6%，我國新教科書主要是通過“STS”“科學漫步”等欄目呈現主題，日本教科書則多是列舉一些與生活相關的例子來突出主題。

3 研究結果

日本教科書科學素養4個主題所占比重依次是42.1%、37%、17.3%、3.6%；“人教版”新教科書科學素養4個主題所占比重依次是46.8%、28.5%、17.6%、7.1%，通過以上對中日兩國教科書的比較，我國“人教版”教科書科學素養主題均衡性相比日本教科書要好。

根據對新教科書和日本新訂版物理I“運動學”部分的比較：在科學知識部分，除了對相關知識的精確定義，新教科書在語言上較學術，而日本教科書措辭更生動活潑，與學生拉近了距離。相比而言，我國新教科書更重視學生參與完整的科學探究過程，設置的實驗通常需要學生主動地參與整個探究過程，得出結論。但是“人教版”教科書在科學方法的應用上遠不及日本教材。中日教科書均對學生的情感、態度、價值觀予以一定的關注，雖然在科學素養主題D上，新教科書所占比重高于日本，但是我國STS教育仍然比較局限，絕大多數都是在知識點之后的欄目里向學生展示科學技術與社會之間的聯系，并沒有滲透到具體的知識講解中，同時，書中基本上都是科學技術的正面影響。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—49.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理必修2[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—15.

（欄目編輯 鄧 磊）