中美課程標準中力學部分的比較研究

張寧馨 蘇玉成

（中央民族大學理學院，北京 100081）

·國外教育·

中美課程標準中力學部分的比較研究

張寧馨 蘇玉成

（中央民族大學理學院，北京 100081）

本文將美國新一代科學教育標準和我國的物理課程標準進行比較研究，主要以高中階段力學部分的內容為例，討論了兩國課程標準在高中階段力學部分的差異性，并提出了一些具體建議.

課程標準；力學；比較研究

課程標準是規定某一學科的課程性質、課程目標、內容目標、實施建議的教學指導性文件.美國《The Next Generation Science Standards（新一代科學教育標準）》［1］（以下簡稱美國《標準》）明確了科學教育的指導思想，確立了具體規范的科學教育體系和教育環節，對實施科學教育活動提供了重要的指導作用.我國《基礎教育課程改革綱要》中規定：課程標準是國家課程標準，是教材編寫、教學、評估和考試命題的依據，是國家管理和評價課程的基礎.［2］

借鑒他國尤其是基礎教育領先的美國的科學教育標準，將有助于我國科學教育理念和實踐的發展，更好地指導教育教學活動，培養學生的科學素養.［3～4］陳丹純、王全等人將美國《標準》與我國科學課程標準進行對比，得出了一些啟示；［56］郭玉英［7］等人對美國《標準》中科學教育內容的整合理念進行分析，探究了美國整合理念的實現和整合理念的設計過程對我國修訂課程標準的啟示；王磊［8］等人則將美國《標準》與美國舊版標準《國家科學教育標準》［9］進行對比，全面考察分析美國《標準》的研制背景和特點.

力學部分是高中階段學習物理學的基礎.本文將以高中階段的力學內容為例，將美國《標準》和我國《高中物理課程標準（實驗）》［10］（以下簡稱我國《標準》）進行比較研究，發現兩國標準中力學內容存在較大差異.

本文的第一部分介紹兩國《標準》的背景資料；第二部分比較兩國標準中高中階段力學內容的差異；第三部分總結兩國標準中高中階段力學內容的差異并提出具體建議.

1 背景資料

1996年，美國頒布了《國家科學教育標準》（National Science Education Standards），該標準體現了美國科學教育界公認的科學素養，并指出了“學生在科學學習中必須實現的和能夠實現的目標”.［11］自《國家科學教育標準》頒布后的15年，科學與科學教育的研究取得了很多的進展.因而迫切需要將這些研究成果納入到課程標準中去.［12～13］2013年4月，美國頒布了《新一代國家科學教育標準》.《新一代國家科學教育標準》整合了科學與工程實踐、核心概念和跨學科概念3個維度，提出了一套連貫的學習預期以支持學生跨年級的學習.［14］該《標準》旨在培養學生在日常生活中遇到與科學、技術密切相關的問題時嘗試利用科學教育的經驗做出更好的決斷，將所有的科學知識應用到日常生活中去，更好地解決科學與技術問題.［15～16］

無獨有偶，我國于2001年推行基礎教育課程改革以來，科學教育的諸多方面發生了顯著的變化.2003年我國頒布了《高中物理課程標準（實驗）》，隨后也著手啟動對各學科的課程標準進行修訂.［17］2011年我國頒布了修訂后的《義務教育科學課程標準》、［18］《義務教育物理課程標準》.［19］

2 高中階段力學內容的比較研究

美國《標準》中高中階段的力學內容分為以下4個板塊：（1）牛頓第二定律；（2）動量守恒定律；（3）碰撞；（4）萬有引力.中國《標準》中高中階段的力學內容主要包括：（1）運動的描述；（2）相互作用與運動規律；（3）拋體運動與圓周運動；（4）經典力學的成就與局限性；（5）碰撞與動量守恒等5個版塊.下面以美國《標準》的4個劃分維度為依據進行比較.

2.1 牛頓第二定律

牛頓第二定律內容的比較見表1.

表1 牛頓第二定律

由表1可以看出，中美《標準》在牛頓第二定律這部分內容中，都提出了要求學生通過實驗驗證牛頓第二定律.美國《標準》中“牛頓第二定律”部分詳細列出了對學生的具體實驗要求，既包含了要求學生在一定的限制條件下設計牛頓第二定律的實驗，并決定最佳實驗方案再到實施實驗；還包含了采用工具、模型以及圖像對實驗所得數據進行數據分析.從表1＊標記的內容上看，美國《標準》要求學生獨立設計實驗、實施實驗、處理實驗數據并驗證定律，注重學生實驗探究能力、自行進行實驗設計能力的培養；而中國《標準》則僅僅要求學生進行探究實驗，并未對實驗過程做出具體要求，也沒有對實驗設計、數據處理做出詳細要求.從而這種不同要求帶來的是在該實驗中兩國標準對于學生實驗設計能力、探究能力的不同要求.美國《標準》中還強調了牛頓第二定律的適用條件即“適用于一維運動且只適用于參考系為慣性系、低速運動的宏觀物體”；而中國《標準》中則并未對牛頓第二定律的適用條件做出強調.

2.2 動量守恒定律

動量守恒定律內容的比較見表2.

由表2可以看出，在動量守恒定律這部分內容中，兩國標準都提到了理解和使用動量守恒定律.從表2＊標記的情況來看，美國《標準》中“動量守恒定律”部分還強調學會運用其數學表述并給出合理解釋以及學會用數學方法驗證該定律，并要求學生理解該定律的本質；中國《標準》則強調讓學生通過動量守恒定律的學習，“體會自然界的和諧和統一”，這體現了中國《標準》強調對學生情感、態度、價值觀的教育，強調人文素養的培養.由表2（4）內容可以看出，美國標準中還強調了動量守恒定律的適用條件；而中國標準中并未提及該定律的適用條件.

表2 動量守恒定律

2.3 碰撞

碰撞內容的比較見表3.

表3 碰撞

由表3可以看出，在碰撞這部分內容中，美國《標準》要求學生利用所學的有關“碰撞”的知識，自行進行科學設計，并不斷改良設計，盡量使得“兩物體發生碰撞的過程中減少力的作用”.從＊標記的情況以及所給的例子來看，美國標準很重視“碰撞”與現實生活的聯系以及“碰撞”在生活中的具體應用實例；中國《標準》則要求學生“探究”碰撞的特點和了解“彈性碰撞”和“非彈性碰撞”兩種類型的碰撞，這反映了中國《標準》對于重要知識點的重視.

2.4 萬有引力

萬有引力內容的比較見表4.

表4 萬有引力

由表4可以看出，在萬有引力內容中，兩國標準都提出了理解和掌握萬有引力定律以及理解“場”的概念.從＊標記的內容來看，美國《標準》強調運用萬有引力定律并根據該定律對一些現象做出“合理解釋”.現實生活中很多現象可以用所學知識來解釋，這就反映了美國《標準》重視物理知識和生活現象的聯系.并明確強調“在力學領域，定律的量化表示和概念都非常重要”以及該定律的適用條件；而中國《標準》則強調萬有引力定律的發現歷史以及在教學過程中滲透情感、價值觀等人文教育，并未明確提及該定律的重要性和適用條件.

3 總結及建議

根據第2部分的比較研究，中美《標準》中高中力學部分的內容有很多相似之處，主要表現在以下3個方面.

（1）中美《標準》中都提到了對于“牛頓第二定律”、“動量”、“動量守恒定律”、“萬有引力定律”、“場”等重要定律和概念的理解和掌握.

（2）中美《標準》中都要求學生進行部分實驗操作，并分別提出了相應的實驗要求.

（3）中美《標準》中都要求學生學會運用所學知識對生活中的相應現象做出合理解釋.

中美《標準》高中力學的內容也有很多不同之處，主要表現在以下5個方面.

（1）美國《標準》更加注重培養學生運用所學知識進行實驗設計并學會獨立分析數據、改進實驗的能力.在實驗過程中逐步培養學生的實驗能力、科學探究能力以及解決實際問題的能力；而中國《標準》對于“實驗設計”卻很少提及.

（2）美國《標準》中非常重視培養學生對所學知識的運用能力，要求學生運用所學知識解釋生活現象.這就將物理知識與生活現象聯系起來，注重科學知識的實踐性；中國《標準》雖然也有提及，但欠缺對于科學知識實踐性的重視.

（3）美國《標準》還注重培養學生的合作能力、交流能力；而中國《標準》中并未明確提及對于學生合作能力、交流能力的培養.

（4）中國《標準》中注重對科技史以及前沿科技的學習，注重在課堂活動中滲透對學生情感、態度、價值觀的教育；美國標準并未提及了解科技史以及情感、態度、價值觀等人文素質的教育.

（5）在美國《標準》中，對于每一條定律的適用條件都做出了具體說明，中國《標準》中則欠缺對定律適用條件的說明.

有鑒于此，在完善我國高中物理課程標準中力學部分的內容，筆者提出如下建議.

（1）處理好書本知識和應用的關系，重視書本知識與生活實踐的銜接性.

（2）重視對學生實驗設計能力、探究能力的培養.

（3）加大對學生合作能力和交流能力的培養.

（4）強調重要定律的適用條件.

1 National Research Council.Next Generation Science Standards［M］.Washington D C：The National Academies Press，2013：94－96.

2 中華人民共和國教育部.基礎教育課程改革綱要（試行）［EB／OL］.http：／／www.moe.edu.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／moe＿309／200412／4672.html.2001－06－08.

3 閆守軒，宋林峰.中美小學新科學課程（教育）標準的比較及啟示［J］.教育科學，2015，31（1）：85－89.

4 劉玲.美國《下一代科學教育標準》（NGSS）對我國全面深化課程改革的啟發［J］.中學物理，2016，34（05）：5－7.

5 陳丹純，熊建文.《美國新一代科學教育標準》的特點及啟示［J］.物理通報，2014（2）：10－15.

6 王全.管窺美國下一代科學標準——基于物理學科的視角［J］.上海教育科研，2013，23（11）：56－58.

7 郭玉英，姚建欣，彭征.美國《新一代科學教育標準》述評［J］.課程·教材·教法，2013，33（8）：118－127.

8 王磊，黃鳴春，劉恩山.對美國新一代《科學教育標準》的前瞻性分析——基于2011年美國《科學教育的框架》和1996年《國家科學教育標準》的對比》［J］.全球教育展望，2012，41（6）：83－87.

9 National Research Council.The National Science Education Standards［M］.Washington D C：The National Academies Press，1996.

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

11 母小勇，李代志.美國《科學教育標準》對我國科學教育改革的啟示［J］.學科教育，1999，016（11）：45－47.

12 白璐，白少民.美國新一代K－12科學教育標準中的物理學核心概念及啟示［J］.物理教師，2016，37（3）：2－5.

13 周保利.下一代的科學標準——2013年美國基礎教育科學課程標準探析［J］.河北師范大學學報（自然科學版），2014，16（4）：112－115.

14 F Foster.美國《新一代科學教育標準》概述.中國科技教育［J］，2015（7）：13－15.

15 熊國勇.美國《下一代科學標準》核心內容與特征分析［J］.基礎教育，2016，13（2）：97－103.

16 胡愷巖，王祖浩.開啟新一代的科學教育——美國《K－12年級科學教育框架》述評［J］.化學教育，2012（9）：123－125.

17 鄧陽，王后雄.科學教育的新篇章：美國《下一代科學教育標準》及其啟示［J］.教育科學研究，2014（5）：69－74.

18 中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2011版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012.

19 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012.

2017－01－11）