人教版教材與美國《物理原理與問題》教材的比較研究
——以“自由落體運動”一節為例

李雪瑩 高 嵩

(山東師范大學物理與電子科學學院 山東 濟南 250014)

教材與書評

人教版教材與美國《物理原理與問題》教材的比較研究
——以“自由落體運動”一節為例

李雪瑩 高 嵩

(山東師范大學物理與電子科學學院 山東 濟南 250014)

教材是教師教學和學生學習的有效依據，充分解讀比較不同版本教材，有助于提高教材編寫的質量，從而優化教與學．以中美物理教材(中：人教版必修1；美：物理：原理與問題上冊)中“自由落體”一節內容為例，深入比較兩版教材的編排設置，為我國新課標物理教材的進一步完善提供建議．

人教版教材 美版教材 差異

各種版本教材在課程編排結構，內容選擇，組織方式和顯現形式等方面都存在著差異性，正確的理解和比較這些差異性，既有助于提升教師對知識的理解，強化自身能力，又能幫助教師更好的處理知識點以教授學生，增強學生對知識的理解學習能力[1]．所以，研究各種版本教材的差異性，有重要的現實意義．筆者以人教版、美版中學物理教材中“自由落體運動”一節的比較為例，來比較中、美不同版本高中物理教材的差異．對人教版教材與美國《物理原理與問題》教材中“自由落體運動”這節內容的差異比較，可以從以下3個方面進行分析．

1 章節中課程編排的差異

人教版教材在第一章和第二章中學習了加速度及勻加速直線運動后，將自由落體運動作為勻變速直線運動的一個特例編排在最后，緊接著用了一節的內容講解伽利略對自由落體運動的研究，敘述了其研究的來龍去脈，突出描述物理概念和研究方法的脈絡，揭示物理學觀念、方法和內容發生、發展的原因和規律性，達到了能夠培養學生的創新精神，啟發學生的創新思維，滲透給學生創新方法的效果．

保羅·朗之萬說：“在科學教學中加入歷史的觀點是有百利而無一弊的．”在物理教學中，物理學史理應成為一種珍貴的教學資源．但近年來我國的教育由于受應試教育觀念的影響及物理教材本身的因素，物理教師很難把物理學中豐富多彩的物理學史內容傳達給學生，使得學生對物理基本概念、規律的由來知之甚少．在學生看來物理知識是深奧難懂的，因而學生對于學習物理越來越覺得乏味難學，甚至越來越缺乏學習的熱情．這與物理學在科技與社會發展中越來越重要的地位是不相適應的．科學知識不是靜態知識點的集合，而是充滿探索的歷史畫卷．物理學史在教學中必將為物理教學注入新的活力，還“歷史”真相于學生，讓學生與科學家一同探索自然的歷史，有利于激發學生學習物理、攀登科學高峰的熱情，使學生更好地領悟物理知識，體會到歷史發展和人類進步的關系，以及科學技術是如何推動了人類的發展．

美版教材同樣將自由落體運動作為勻變速直線運動的一個特例而編排在最后，但不同的是緊接著又以一個重力加速度實驗作為一節內容來編排．可以看出美版教材對此實驗的重視程度．這種安排，不但鞏固了前面關于勻加速實驗的研究方法和處理實驗結果的方法，而且對于重力加速度和測量不同地理位置的重力加速度的問題進行更進一步的實驗探究．這樣既對剛學過的知識加以鞏固提高，又很好地將學到到的物理知識恰到好處的與生活實際相聯系．

實驗探究對物理研究而言至關重要．雖然人教版教材與美版教材都很重視實驗探究，但是，兩種版本的教材在實驗探究方面還是有明顯的不同的．我國教材中的實驗在激發學生的學習興趣與學習欲望，使學生經歷科學探究過程的同時，更注重通過實驗探究學習新的知識，而美國實驗在設計時更注重通過實驗引出相關的一系列問題以及通過實驗利用已學到的物理知識解決問題，認識生活的研究過程．《物理課程標準》明確指出，“高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考．通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神．”[2]對照《物理課程標準》，我國教材在達到課程標準的期望上，仍有很長的路要走．

美版教材對實驗的引入是值得借鑒的，我國教材在今后的改編中應盡力避免直接說明一個物理實驗學生應該學習哪些知識，而是提出應該解決哪些問題，在解決問題的過程中讓學生潛移默化地了解與物理現象相關的知識，增強學生的主體性．所以，我們不僅要增加實驗的數量，實驗的質量也是不容忽視的．

2 相同節內容知識點講述方式的差異

2.1 引出“自由落體”概念的方式不同

在引出“自由落體”概念時，人教版教材通過同時釋放石塊和剪斷掛在線上的重物的實驗，來說明不同重量的物體自由下落的特性，進而演示牛頓管實驗引出“自由落體運動”的定義[3]．牛頓管演示實驗生動形象，且與自由落體運動不受空氣阻力的特點相吻合，還原了自由落體運動的真實發生情景．而且金屬片、小羽毛等這物體的選擇對比鮮明，有說服力，能夠更加準確闡釋即將要講出的自由落體的概念，使學生對于自由落體運動理解的更加透徹清晰，解決了大部分學生之前固有的前概念問題——同時釋放的幾個物體，重的物體總是下落得最快．

但把牛頓管實驗編排在教材里有一定的不足與缺陷：該實驗沒有考慮到實際情況，其可操作性不強．因為大多數學校沒有像牛頓管這樣的實驗儀器，即使有這個儀器教師也可能因為操作不便而放棄演示此實驗．所以這個實驗大多是演示不了的，教師只能通過播放視頻或者口頭敘述向學生解釋．那么，把它放在教科書里就會顯得突兀，設立該實驗僅僅豐富教科書，而不是真正為了學生能更好地理解知識．編者的出發點是好的，但現實的應用效果不能盡如其意．這就為編寫教材提出了一個具有現實意義的建議，實驗應在合理的基礎上，應具有操作性，應貼近學生生活．

美版教材則是由一系列可操作的小實驗來引入，實驗中把平鋪紙和用其揉成的紙團一起豎直下落，引出“重的物體是否下落的快”的疑問，層層遞進，引發學生思考，追問出本節關鍵問題：光滑的紙片與緊密的物體如鵝卵石相比，下落狀態是否相同？為什么？美版教材為了研究便利忽略了空氣阻力，研究最簡單的情況，從而引出“自由落體運動”的定義[4]．演示實驗突出了主要的研究問題，忽略次要問題，幫助學生理解自由落體運動，且便于操作，感興趣的學生可以自己操作，加深對于自由落體運動的理解．美版教材不僅是學生學習的教科書，也是教師備課的參考書，一些名師上課進行新課引入時，會演示此實驗來增強學習本節的趣味性．

但是，此實驗還是有不盡完美的地方．空氣阻力是無法忽略的，演示該實驗只能人為地要求學生考慮最簡單的情況，讓學生想象沒有空氣阻力時物體的下落狀態即是自由落體運動狀態，不利于學生對知識點的透徹理解，會造成一部分學生的困惑，從而對后面進一步學習知識產生障礙．

人教版與美版教材兩種引入方式各有利弊．作為教師，不能僅研究一本固定教材，而應該對各種版本的教材都有所了解和研究，這樣才能在講授知識時取長補短、吸收精華，力求以最好的設計呈現給學生，同時也能在不斷借鑒學習中提升自身能力，完善自我知識水平．

2.2 引出“重力加速度g”的方式不同

人教版教材進行了一個自由落體運動的小實驗，讓重物豎直下落，由打點計時器打出紙帶的點跡，從而求出自由落體運動的加速度，得出重力加速度的概念．在此之前，學生學習了加速度的概念，教材這樣設計便于學生理解g，知道它就是自由落體運動的加速度，并且方向豎直向下．隨后列出表格，進一步揭示各個地理位置g是不同的，隨地理位置的變化而變化．

美版教材則簡單介紹了伽利略的實驗及結論，總結出重力加速度的概念．從而進一步得出忽略空氣阻力，同一地點g是相同的．并從數學的角度對重力加速度的正負方向選取做了解釋說明：雖然g的方向豎直向下，但是在分析自由落體運動時要由參考系方向的選取來確定g的正負．此外，還深度擴展了對豎直上拋運動的理解，擴充了這一問題的廣度與深度，且在數學問題的處理上也更加細致，符合中學生的認知規律，與學生的學習接受能力更好地契合．

就這個部分而言，如果學生學習人教版教材，做練習題時仍會遇到豎直上拋的相關問題和重力加速度正負變化的問題，但教材里卻沒有歸納闡述，所以給教師的發揮空間很大．教學經驗豐富的教師能很好地靈活安排是否在做題前就加以講解，但是新手教師就不一定能很好地把握了．可見，教材簡化并不意味著教材和教學的簡單化．

2.3 對自由落體運動的進一步理解

人教版教材直接總結勻加速直線運動的公式對自由落體運動同樣適用，沒有加以舉例應用，這樣不利于學生對知識點的深入理解，并且不能很好地知道學生對本節知識的掌握程度，得不到應用知識點及公式的反饋．

美版教材則是通過生活中常見的自由下落游樂車的情境，給出具體數據，讓學生解決問題來加深勻加速運動公式對于自由落體運動同樣適用的理解，力圖為學生提供系統的幫助，以及大量解決問題的機會，并通過將教學內容與實際問題相結合的策略促進學生學習．教材恰到好處地將概念的敘述與問題的解決緊密的聯系在一起．

落實到具體問題更能加深對公式適用的理解．所以，為了能更好地適應學生學習認知，我們的教材還應該不斷完善，保持已有的優勢，吸收國外的可取之處，不斷完善教材編寫思想，調整編寫結構，使教材更符合學生的學習要求．

3 課后練習及學習感受

人教版教材的課后練習中有關于空氣阻力問題的進一步闡釋和理解，設置情境豐富，題干長，對情境描述的文字多，同時練習題有對知識點的遷移，如聲的傳播等．題量小，體現了為學生減負的思想．但是在現實的授課中，教師會給學生大量訂購各種練習冊．所以學生真的減負了嗎？值得我們思考．

美版教材的課后練習情境簡單明了、敘述清晰，大多是對公式的加深理解與應用，涉及公式的變形和豎直上拋運動的練習．題后強調建立坐標系的正負，以免解決實際問題時有疏漏，編寫細致入微．不僅重視物理知識的理解，同時也強調數學工具的應用．

就教材的習題量上而言，美版比人教版的題量大，但是從實際情況看，還是中國學生的習題任務更重一些．因為我們教材上的習題少，所以五花八門的對應練習冊順勢而生．所以，我國教材上的習題設置應該引起足夠的重視，真正達到為學生減負的目的，而不僅僅停留在表面上．

4 總結

比較之下我國教材注重物理知識的內在邏輯結構，而美國教材則側重于學習者的認知規律．兩版教材都是在力圖適應本國學生的學習習慣和認知習慣，以及編者對于學習者的期望下編著的，兩版教材各有千秋．當今社會，教育家都在強調科學教育，“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些重要的科學概念，用恰當、生動的方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解．”[5]我國教材還有很大的進步空間，有待于繼續完善加強，以更加適應學生的學習發展和認知規律．

1 周長春.比較各種版本教材差異有效凸顯物理問題本質.課程教學研究， 2012(10)：75～79

2 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京：人民教育出版社，2003

3 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究中心.人教版高中物理必修1.北京：人民教育出版社，2010.31～46

4 齊澤維茨.美國物理原理與問題.錢振華,譯.杭州：浙江教育出版社，2008.70～90

5 溫·哈倫.科學教育的原則和大概念.韋鈺，譯.北京：科學普及出版社，2011

馬璐(1993- )，女，在讀碩士研究生，研究方向為學科教學(物理).

指導教師：洪正平(1958- )，女，教授，主要研究方向為學科教學(物理).

2016-12-02)