中美初中物理課標(biāo)中能量部分的比較研究

吳斯莉

（西南大學(xué)教師教育學(xué)院 重慶 400715）

自2001年實行基礎(chǔ)教育改革以來，我國相繼對各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了編寫和修訂，教育部在2011年頒布了《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱中國《標(biāo)準(zhǔn)》）。美國頒布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱美國《標(biāo)準(zhǔn)》）明確了科學(xué)教育的指導(dǎo)思想，確立了具體規(guī)范的科學(xué)教育體系和教育環(huán)節(jié)，對實施科學(xué)教育活動提供了重要的指導(dǎo)作用。筆者以初中階段的能量內(nèi)容為例，對中美兩國《標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行比較研究。

1 中美兩國《標(biāo)準(zhǔn)》簡介

美國《標(biāo)準(zhǔn)》整合了科學(xué)與工程實踐、核心概念和跨學(xué)科概念3個維度，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究，提出了一套從幼兒園到12年級連貫的學(xué)習(xí)預(yù)期，以支持學(xué)生跨年級的學(xué)習(xí)。美國《標(biāo)準(zhǔn)》包括生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與空間科學(xué)、工程與技術(shù)四個學(xué)科領(lǐng)域，共十六個主題。物質(zhì)科學(xué)由物質(zhì)及其相互作用、運動和穩(wěn)定性——力和相互作用、能量、波及其在信息傳遞技術(shù)中的應(yīng)用這四個主題構(gòu)成。中國《標(biāo)準(zhǔn)》注重學(xué)生的全面發(fā)展，關(guān)注學(xué)生應(yīng)對未來社會挑戰(zhàn)的需求，強調(diào)提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，將物理學(xué)科劃分為物質(zhì)、運動和相互作用以及能量這三個主題。

2 初中階段能量內(nèi)容的比較研究

在美國標(biāo)準(zhǔn)中，對初中能量的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了劃分，包含了：能量定義；能量轉(zhuǎn)化與守恒；能量與力之間的關(guān)系；日常生活中的能量四個版塊。我國《標(biāo)準(zhǔn)》中初中階段的能量內(nèi)容則包括六個板塊：能量、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；機械能；內(nèi)能；電磁能；能量守恒；能源與可持續(xù)發(fā)展。下面以美國《標(biāo)準(zhǔn)》的四個板塊劃分維度為依據(jù)進(jìn)行比較。

2.1 中美課標(biāo)關(guān)于能量的定義的比較

能量觀念是分析和解決物理問題的重要基礎(chǔ)，在解決物理現(xiàn)實問題中應(yīng)用較多，掌握了能量定義，能幫助學(xué)生形成具體的能量觀念。

表1：中美課標(biāo)關(guān)于能量定義的比較

由表1分析比較可知，中美課標(biāo)對能量的定義描述方面，都要求學(xué)生了解能量及其存在的不同形式，知道動能、勢能和內(nèi)能。美國《標(biāo)準(zhǔn)》側(cè)重對相關(guān)概念的理解以及相關(guān)模型的建立，強調(diào)學(xué)生能運用數(shù)學(xué)工具來描述動能和其質(zhì)量及速度的關(guān)系、勢能與物體的位置關(guān)系，并對學(xué)生建構(gòu)模型的能力提出了要求。另外，在相關(guān)知識點的深度方面，美國《標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生了解“動能與物體的質(zhì)量成正比，與速度的平方成正比”“一個系統(tǒng)中物體的勢能取決于它們的相對位置”等，中國《標(biāo)準(zhǔn)》對這些內(nèi)容未提及。

中國《標(biāo)準(zhǔn)》中并未強調(diào)通過建立模型理解能量的定義，而是從“功”的角度來引入能量的概念，要求理解功、功率、機械效率。其重點在于對功、功率、機械效率的計算，而美國《標(biāo)準(zhǔn)》對這些內(nèi)容并未提及。

2.2 中美課標(biāo)關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的比較

能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是物理學(xué)中最重要的基本定律之一。與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等其他學(xué)科聯(lián)系緊密，與社會生產(chǎn)、居民生活結(jié)合度很高。

表2：中美課標(biāo)關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的比較

由表2可看出，中美課標(biāo)在能量的轉(zhuǎn)化和守恒方面，都要求學(xué)生了解能量可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，認(rèn)識不同形式的能量可以互相轉(zhuǎn)化，知道能量守恒定律。美國《標(biāo)準(zhǔn)》重點傾向于物理原理的理解，要求學(xué)生能設(shè)計、構(gòu)造和測試一個轉(zhuǎn)化熱能的設(shè)備，側(cè)重模型的建構(gòu)，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

中國《標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生通過實驗探究來了解能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化、了解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化等，其重點在于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)以及實驗探究方法的學(xué)習(xí)。與美國《標(biāo)準(zhǔn)》相比，中國《標(biāo)準(zhǔn)》對知識點的要求更為具體。

2.3 中美課標(biāo)關(guān)于能量和力之間的關(guān)系的比較

能量貫穿于各物體間相互作用。能量相關(guān)定律是分析、解決物理問題的重要原理。

表3：中美課標(biāo)關(guān)于能量和力之間的關(guān)系的比較

由表3可看出，中美課標(biāo)都要求學(xué)生知道兩個物體相互作用時，能量會轉(zhuǎn)移或者轉(zhuǎn)化。美國《標(biāo)準(zhǔn)》除了讓學(xué)生掌握物理原理外，還要求學(xué)生通過構(gòu)建一個模型來描述當(dāng)相隔一定距離相互作用的物體的位置改變時，儲存在系統(tǒng)中的勢能的變化，對于模型構(gòu)建的對象也做了相應(yīng)的要求。

中國《標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生從力做功的角度理解能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，學(xué)生通過理解電功、電功率來掌握電路中能量守恒與轉(zhuǎn)換，通過實驗探究來了解焦耳定律。美國《標(biāo)準(zhǔn)》對這些內(nèi)容并未提及。中國《標(biāo)準(zhǔn)》要求重點在于培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合實例理解原理，并利用原理解釋現(xiàn)象的能力。

2.4 中美課標(biāo)關(guān)于日常生活中的能量的比較

能量相關(guān)知識在日常生活中具有廣泛的應(yīng)用，中美課標(biāo)均指出這部分內(nèi)容具有較強的綜合性，強調(diào)和其他學(xué)科的交叉等。

表4：中美課標(biāo)關(guān)于日常生活中的能量的比較

由表4可知，美國《標(biāo)準(zhǔn)》中要求學(xué)能夠熟練地開發(fā)和使用模型，規(guī)劃調(diào)查，分析和解釋數(shù)據(jù)，設(shè)計解決方案，參與證據(jù)論證，對模型的類型也提出了具體說明。美國《標(biāo)準(zhǔn)》重視逐步培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、科學(xué)探究能力、數(shù)據(jù)分析能力、解決實際問題的能力。

中國《標(biāo)準(zhǔn)》側(cè)重于要求學(xué)生從人類歷史發(fā)展、自然現(xiàn)象、日常生活中了解各種形式的能量，認(rèn)識能量對社會發(fā)展的意義、培養(yǎng)安全用電和節(jié)約用電的意識。結(jié)合實例，與現(xiàn)階段我國物理能源科技發(fā)展相結(jié)合，讓學(xué)生知道核能等新能源。同時側(cè)重于要求學(xué)生了解我國和世界的能源狀況，強調(diào)學(xué)會區(qū)分日常生活中可再生能源和不可再生能源，強調(diào)對于能源的開發(fā)利用有可持續(xù)發(fā)展的意識。

3 結(jié)論與建議

根據(jù)中美初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的比較分析，對我國《標(biāo)準(zhǔn)》中能量部分內(nèi)容的完善提出如下建議：

（1）能量概念是物理學(xué)科中的核心概念之一，但能量概念相對于其他的物理概念來說有其特殊性,例如,能量概念本質(zhì)的抽象性、內(nèi)涵的豐富性等。因此，適當(dāng)加深對能量觀念知識點的要求，有助于學(xué)生建立更扎實、更科學(xué)的能量觀念，也能為后續(xù)學(xué)習(xí)階段更好地發(fā)展能量概念做好鋪墊。

（2）對于科學(xué)實踐，不僅注重學(xué)生思維方法的訓(xùn)練，也應(yīng)強調(diào)實踐操作能力的培養(yǎng)。以能量部分為例，在對知識點的要求敘述中增加“構(gòu)建一個模型來描述當(dāng)相隔一定距離相互作用的物體的位置改變時，儲存在系統(tǒng)中的勢能的變化”“構(gòu)建和解釋能展示數(shù)據(jù)的圖表，來描述物體的動能和其質(zhì)量及速度的關(guān)系”等要求，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行實驗設(shè)計，并學(xué)會分析和解釋數(shù)據(jù)，改進(jìn)實驗的能力。在實驗過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（3）重視知識與生活實踐的聯(lián)系。讓學(xué)生意識到科學(xué)知識和人類歷史發(fā)展、自然環(huán)境、日常生活的相互聯(lián)系，做到從“做”中學(xué)，學(xué)會學(xué)以致用，讓學(xué)生深刻認(rèn)識到所學(xué)知識的現(xiàn)實意義，做好對學(xué)生的情感、態(tài)度、價值觀等人文素質(zhì)的教育。