中美高中物理教材對比與分析
——以“磁學”為例

呂舒欣 周 萍

(1. 廣西民族大學理學院,廣西 南寧 530006; 2. 廣西民族大學量子信息與量子光學重點實驗室,廣西 南寧 530006)

·國外教育·

中美高中物理教材對比與分析
——以“磁學”為例

呂舒欣1周 萍2

(1. 廣西民族大學理學院,廣西 南寧 530006; 2. 廣西民族大學量子信息與量子光學重點實驗室,廣西 南寧 530006)

教材的比較研究是實施有效教學的途徑之一.教材的選擇關系到物理教育的途徑和方向,關系到教育能否適應學校的需要和社會的發展.本文以美國高中物理教材《物理:原理與問題》和人教版高中物理教材為例,從教材的章節安排、內容編排、STS(science、technology、society)欄目呈現方式及例題、習題部分著手進行分析.通過對兩套教材各自優勢及差異的對比分析,提出了我國物理教材內容的選取和編排的幾點建議.

中美物理教材;磁學;分析;STS 欄目

中學物理教材是向學生傳授知識、培養能力的載體,是提供教學活動所使用的資料,體現了中學物理課程的目標和要求.因此,教材的選擇至關重要.這不僅直接關系到物理教育的方向和途徑,也關系到教育能否適合學校的需要和社會的發展.[1]研究分析物理教材,對教材本身以及社會的發展有一定的促進作用.針對中美高中物理教材的分析,許多學者從不同角度展開了深入的研究、對比.陜西師范大學王較過和陳鮮艷在宏觀和微觀兩種層面上對中美教材展開細致深入的分析,通過對比得出兩版教科書各自的優勢和不足,為中國教科書的編寫和修訂提供了經驗.[2]云南師范大學李蕾等人以“加速度”一節的例題為切入點,將兩版教材在例題呈現方式方面的不同羅列出來,為我國教科書例題的編寫提供了新的思路.[3]此外,其他學者則以不同的角度對中美教材的差異進行了嚴密、系統的分析.然而針對“磁學”一節鮮有系統的分析,因此本文將以“磁學”為例,在不同角度展開分析,希望能為我國高中物理教科書的編寫提供一些建議.

從廣義上來講,教材是指教師和學生在教學活動中所使用的一切教學資料.而狹義的教材指教學過程中所使用的教科書.本文所分析的教材是狹義概念下的教材.這里筆者選取美國高中物理主流理科教材《物理:原理與問題》(以下簡稱《美國教材》)與國內人教版高中《物理》(選修3-1)、(選修3-2)(以下簡稱《中國教材》)為研究對象,對其中的“磁學”部分進行對比分析.

1 中美教材章節安排分析

“電磁學”是高中物理的一個重難點內容.對比這兩種教材都將“磁學”置于“電學”之后,既符合知識的邏輯發展,又有利于學生知識結構的構建,充分體現了教材編排的嚴謹性.然而,兩種教材對于磁學部分章節的安排,又各有特色.從分章來看,雖然二者都分為3章,但是就每一章的內容來說,《中國教材》的分節明顯多于《美國教材》,而每一節的內容量卻少于《美國教材》,如表1 所示.

表1 《中國教材》和《美國教材》的章節編排分析

續表

由表1可知,首先《中國教材》將磁學部分的內容分成若干個小節,每一節的重點內容即標題名稱.因此《中國教材》的知識點較為清晰明確,使讀者一目了然.同時將內容分成了許多小節,知識由淺而深,降低了教材難度.再者由于知識點較少,所以更容易深入挖掘知識的本質,這對于學生知識的理解和掌握大有裨益.《美國教材》分節少而內容多,突出了知識之間的聯系性,呈現出的是清晰的知識脈絡,對于學生知識體系的構建十分有利.綜上所述,中美教材在章節的安排上各有利弊.

2 中美教材內容編排分析

通過對兩者的對比分析發現,雖然同樣是編寫磁場的內容,但是中美教材在內容的安排上有很大的差異.以“電磁感應”這一章為例,如表2 所示.

表2 《中國教材》和《美國教材》的內容編排分析

由表2可知,兩者同樣以“電磁感應”命名本章節,但是內容的編排差異明顯.例如《美國教材》不僅將電磁感應的相關內容呈現出來,還將知識拓展到電動機、發電機等內容上．這些內容以實際問題為切入點,解釋其物理原理,在學生頭腦中形成清晰的表象.這種編排是一種從理論到實踐逐步深化的過程,更有利于加深學生對知識的理解和掌握.而且結合表1可得,《美國教材》把這一章和變壓器、交流電的內容放在一起,可見其知識網絡的寬泛、嚴密.同時,教材中還充斥著大量的實驗內容,在幫助學生掌握知識的同時,還調動了學生的學習興趣、培養了學生的觀察和動手的能力.相比較而言,《中國教材》的知識內容較為細致和專業．編者極盡可能地利用科學、理性的語言描述每一個物理現象、實驗原理,并深入挖掘每一個知識點的物理意義、適用范圍,按一定的邏輯順序將復雜的知識層次分明地羅列出來.然而《中國教材》與實際生活的聯系并不密切.因此對于物理原理的理解與應用全部建立在對物理過程的學習和大量的習題中.另外,雖然教材中也有大量的實驗模塊,但是實驗大多以教師的演示為主,真正要求學生動手的實驗并不多.最后,交變電流的相關知識被安排在第5章,內容涵蓋交變電流、電感電容對交變電流的影響、變壓器、電能輸送等.這種結構安排使變壓器部分形成較為系統的知識體系.

綜上分析可得,我國物理教材的知識結構傾向于直線型而美國物理教材中的知識結構傾向于網絡型.[4]雖然《中國教材》內容細致、結構嚴謹、層次分明,每章即為一個血肉豐滿的知識體系,注重對學生邏輯思維能力的培養,但是教材中的舉例極少與現實生活和當今科技發展相聯系.《美國教材》內容綜合、結構嚴密,緊扣現實生活和當今科技發展的主流.因此,我國教材在編訂的時候,可以借鑒《美國教材》對內容處理的方式.

3 STS內容呈現模式對比分析

STS(science 、technology 、society)即科學、技術、社會,是20世紀70年代興起的一種教育理念.作為國際科學教育改革的理念,旨在培養學生參與科學決策的意識與能力,使學生形成對科學、技術與社會關系的深層理解力.[5]目的是要改變現在教學活動中科學和技術分離,科學、技術和社會脫節的現象.STS 教育強調科學、技術和社會三者的相互聯系及作用,注重理論與實踐的結合,強調學以致用,要求在關注社會問題的過程中進行學習,幫助學生適應時代的發展和需要.[6]因此在中學物理教材中大量引入STS欄目可以激發學生學習物理的興趣、豐富學生知識、真正做到所學所知和現代技術的發展不脫節,學校教育和社會需求相接軌.

雖然在中美兩版教材中都涉及到大量的STS內容,但是其具體的呈現方式卻有很大的不同.《中國教材》大多以STS、科學漫步、科學足跡等欄目呈現,其他則以了解性知識和實驗探究的形式穿插在課本中.《美國教材》則以各種各樣的形式滲透到教材中,或者說,其教材本身就是一個寬泛的STS 欄目.如表3、表4是對部分欄目的分析.

表3 《中國教材》的STS內容呈現模式

表4 《美國教材》的STS內容呈現形式

由上表可知,在內容上看,兩版教材都以學生已有的知識和經驗為切入點,將科學、技術、社會緊密聯系起來.但是就內容的選擇上來說,《美國教材》的內容選擇較為靈活,更貼近生活.例如信用卡閱讀器的工作原理、無線電廣播信號的來源的探索實驗,都以學生原有的經驗和科學、技術、社會之間的關系為切入點,強調科學、技術社會與學生原有經驗的聯系，并最大限度地把掌握的知識和研究方法與實際生活和生產相聯系,體現物理學在社會進步中的重要作用,使學生在活動中更深刻地理解科學與技術的關系.[7]不同于《美國教材》的親民性,《中國教材》彰顯的是濃郁的文化氣息.《中國教材》文化底蘊厚重而時代感不足,其選取一系列的實驗和物理學家的探索過程,將生澀的實驗、物理學漫長的發展歷程以故事的形式娓娓道來,或者針對某種現象做出相應的反思.這些內容雖然能體現STS的教學理念,但與學生的生活聯系還稍有距離.總的來說,《中國教材》在STS內容的選擇上沒有《美國教材》那么靈活.

4 例題、習題的分析

例題、習題作為教材的重要組成部分之一,對學生學習起著引導、理解、鞏固的作用.因此,例題和習題合理的呈現方式在一定程度上可以更好地幫助學生理解并運用知識.通過對比兩版教材的磁學部分的例題、習題的呈現方式,筆者發現相對于《中國教材》而言,《美國教材》的例題更趨于細致化,習題更趨于多樣化.下面,就分別針對這兩個方面進行分析.

4.1 中美教材例題的對比分析

首先,就例題數量而言,《美國教材》多于《中國教材》.其次,就例題的格式而言，《中國教材》以精煉科學的語言敘述、物理公式及解題過程、結果及分析為主;《美國教材》例題主要包括分析概括問題、求解未知量、驗證答案3個模塊,且每一個模塊都盡可能詳盡，如表5所示.

表5 《中國教材》和《美國教材》的例題比較分析

由表5可以看出,中美兩國教材在例題方面有明顯的不同:一方面,雖然在例題的數量方面存在差異,但是關于教材中的重點知識,兩本教材都給出了相應的例題,并呈現出完整的解題思路,對學生加以引導.這在一定程度上幫助學生完成了對知識的理解和運用,同時間接地為學生樹立了學以致用的理念;另一方面,雖然都較為重視解題過程的分析,但呈現的格式卻有很大的差異.相對而言,《美國教材》的例題呈現方式層次分明,以公式和符號為主,描述性語言為輔,并且對重要的線索加以提示和引導.在驗證答案環節,又盡可能抓住細節,例如單位是否正確,數值是否合理.《美國教材》中帶有目的性的提示語言,在一定程度上幫助學生減少在細節方面的失誤,使學生養成了一種科學嚴謹的學習習慣.《中國教材》的例題呈現方式多以物理公式加上必要的文字敘述為主,不僅使學生練習了對物理公式的運用,更鍛煉了學生對于物理知識的科學表達能力,體現了一種科學嚴謹的思維模式.因此,在例題的呈現方面,兩版教材各有優勢.只是在最后驗證答案環節,《美國教材》略勝一籌.

4.2 中美教材習題的對比分析

《中美教材》在習題的呈現方面,差異更加明顯.《中國教材》的習題是在每一節之后.《美國教材》不僅在每一節之后會有一定量的習題,在每一知識點、每一章后也有相應的習題.不僅如此,《美國教材》習題的設置呈現明顯的難度梯度,題目類型也趨于多樣化，如表6所示.

表6 《中國教材》和《美國教材》的習題對比分析

由表6可知,在習題的安排上,《中國教材》的習題欄目比《美國教材》的習題欄目少,習題形式也比較單一,習題難度沒有明顯的梯度.《中國教材》的習題僅被安排在每一節后,大部分是以計算題、問答題的形式呈現,并輔以少量的選擇題.習題的內容則是以對具體的物理問題的簡單描述并以圖像的形式呈現出來,盡可能再現物理過程,但與生活實際聯系較少.關于批判性思維的題目內容題目數量少而范圍窄,一般是以知識點的形式出現,且都隱含在習題中.例如，“讓一個蹄形磁鐵靠近白熾燈,觀察燈絲,可以看到什么現象?這是什么原因造成的?”這些問題只需要學生掌握知識點就能回答.相反,《美國教材》的習題欄目較多,題型豐富,內容與生活聯系較為密切.無論是節習題還是章習題,《美國教材》大都以生活中某個現象和事物為切入點,深入分析其中的物理過程和原理.另外,《美國教材》還有兩個顯著的特點:首先,習題難度有一定的梯度,充分滿足到不同層次的學生的需要,例如在習題的設置中會有概念性習題、挑戰性問題、拓展題等;其次,章節習題既有系統性,又注意細節的培養.例如每章的復習指南都由關鍵性術語、繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維、科技寫作等組成.形成系統的復習過程,符合知識建立的一般規律.在標準化測試中,除了選擇題、拓展題外還有考試小貼士欄目.這些欄目旨在提醒學生在做題、考試時需要注意的事項.這些人性化的設計使教材更具親和力.最后,《美國教材》中關于批判性思考題的部分都有明確的說明.例如“理性思維”欄目、“科技寫作”欄目等.綜上所述,在習題的編寫方面,《美國教材》的編寫模式更能適應學生的需求.

5 結束語

通過對中美教材的對比分析,發現兩版教材在章節、內容、欄目、例題、習題的安排方面差異明顯.綜合來說,美版教材在內容呈現方面較好地做到了關注學生,從學生出發.整套教材是學生學習物理知識,進入物理殿堂的階梯.[8]《中國教材》在內容的安排方面較為科學合理,但是對學生的關注度方面卻不如《美國教材》設置合理.因此在以后的教材編寫方面可以適當借鑒《美國教材》的編寫模式,例如在內容的選擇上少一些舊知識陳述,多一點體現時代感的內容;習題分為幾個難度梯度,以適應不同層次學生;每一章后,適當添加引導學生總結復習的環節;內容的選擇、習題的編寫以生活中常見的現象為切入點等.相信通過適當的改進,《中國教材》將能更好地為師生服務.

1 閻金鐸,鄭軍,余國祥.物理課程論[M].南寧:廣西教育出版社.1996:169-170.

2 王較過,陳鮮艷.中美高中物理教科書內容呈現方式的比較[J/OL].物理教學探討,2013，31(452).http://www.docin.com/p-1205231335.html

3 李蕾,楊衛平,徐曉梅.中美高中物理教材例題呈現方式的比較研究[J].物理教師，2016，37(5):66-69.

4 劉健智,盧宇夢,顏熠喬.中美高中物理教材內容呈現方式的比較[J].物理教師，2014，35(5):59-62.

5 黃曉,蔡朝靜,周思甜.浙教版《科學》與美國《科學探索者》中的STS 教育比較[J/OL].物理教學探討，2012，30(450). http://www.cqvip.com/QK/96554A/201212/44377283.html

6 高雅西.當前哈爾濱市高中化學STS 教育教學現狀調查研究[D].哈爾濱:哈爾濱師范大學，2015.

7 吉恒,楊春艷.人教版高中物理教材“STS”專欄教學策略探討[J].物理教師，2015，36(3):12-14.

8 李巖.中美高中物理教材欄目設置的比較及啟示[D].吉林:東北師范大學，2012.

本文獲廣西省教育廳項目(201012MS078),廣西省自然科學基金(2014GXNSFAA118008)資助.

2016-10-10)