高中物理“靜電場”內容教材邏輯的比較分析及啟示

唐玉　錢長炎　陳子君

摘 要：高中物理“靜電場”主題下的教學內容具有較高的抽象性，是高中物理知識的重難點.從學科發展邏輯、學生認知邏輯以及教學邏輯三個角度分析教材邏輯內涵，優化三種邏輯之間的結合方式，促進學生理解抽象知識，幫助教師提升教學水平.本文基于教材邏輯分別從橫向和縱向兩個角度解讀高中物理“靜電場”主題下教學內容的改變，以期為教學提供參考.

關鍵詞：靜電場;學科邏輯;認知邏輯;教學邏輯

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0019-04

教材邏輯內涵豐富，主要由三個方面的邏輯體系構成：學科發展邏輯、學生認知發展邏輯以及教師的教學邏輯.教學邏輯概括與發展了學科邏輯和認知邏輯，內涵并彰顯著學科邏輯與認知邏輯的優勢，削減了兩者之間因矛盾對立而暴露出來的缺點[1].要想發揮好教材在教學實踐中的作用，首先就要處理好教材的邏輯內涵之間的關系.

本文以高中物理“靜電場”內容為切入點，依次從縱向和橫向兩個維度分析比較該部分教學內容所蘊含的邏輯.其中，選擇舊人教版（人民教育出版社，2010年版）和新人教版（人民教育出版社，2019年版）進行縱向對比;在新人教版的基礎上再選擇同時期的粵教版（廣東教育出版社，2019年版）、滬科版（上海科技教育出版社，2019年版）及魯科版（山東科學技術出版社，2019年版）進行橫向比較.

1 高中物理“靜電場”內容教材邏輯縱向對比

在課程標準出臺之前，以學科發展邏輯為依據編寫的教科書其最大的弊端就是過于成人化和專業化.課程標準出臺后，教科書的編寫都以此為依據，因此教材邏輯內涵也發生了變化.縱觀新舊教材，分別從學科、學生以及教學三方面分析其邏輯內涵，處理好三者的關系，為改進教學提供參考.

1.1 學科發展邏輯縱向對比

將《普通高中物理課程標準（實驗）》（以下簡稱“舊課標”）與《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）中對“靜電場”內容的要求進行對比，見表1[2，3].新課標對“靜電場”的內容要求更注重讓學生體會其中的科學思想，培養學生的科學思維，強化學生對科學方法的掌握.

高中物理學科知識是培養學生物理學科核心素養的載體，只有融合物理學科邏輯思維，才能有效培養學生的核心素養[4].不同學科知識的產生過程各具特色，物理學科具有自己獨特的發展邏輯.

由于靜電學中“場”的概念極其抽象且發展歷史悠久，我們結合電磁學發展史與“場”的來源對“靜電場”主題下的教學內容進行劃分[5，6].將“靜電場”內容劃分為七個版塊，依次為靜電感應的發現與討論—導體和絕緣體—電荷間的作用—電荷守恒定律、電容器、電容—電力、庫侖定律—電勢—電場.

對比新舊人教版中“靜電場”主題下教學內容的章節編排，其中基本內容設置變化不大，如圖2所示.新人教版只是將“靜電場”由原來的一章拆分為兩章.單元總體編排順序均為先介紹靜電場自身的性質，再介紹靜電場中的能量.從整體上看，“靜電場”上接“力學”下聯“電磁學”，具有承上啟下的重要作用，新舊人教版內容編排順序合理，基本遵循學科邏輯.

1.2 學生認知邏輯縱向對比

皮亞杰的認知圖式理論和維果茨基的“最近發展區”理論都表明學生的認知發展是在已有的基礎上，由低級到高級、由淺入深呈現出遞進式的發展.學生認知發展邏輯決定了學生學習的邏輯，因此有必要分析教材邏輯中蘊含的學生認知發展邏輯.

1.2.1 宏觀內容對比

學生的學習過程呈現出一個帶有層級的思維路徑，在學習不同概念時思維所處的認識水平也不盡相同.結合學生的概念學習進階，對高中物理“靜電場”這一主題下的物理概念的學習進階分析歸納[7]見表2.

以表2為依據對比新舊人教版中靜電場內容的結構編排，分析其蘊含的認知邏輯.新舊人教版中對“靜電場”主題下主要的教學內容編排如圖3所示，均為先有力再有場的順序.

學生對事物的認知發展是由具體到抽象的，帶電體之間力的大小可以通過實驗直觀地向學生展示，再到靜電力產生的本質原因：場的作用.場的概念具有抽象性，由力到場的教學順序符合學生的認知發展邏輯.

新舊人教版對于靜電感應現象的應用編排順序差異較大，舊人教版將這部分知識放在電勢差與電場強度關系后，主要介紹靜電現象應用;而新人教版則將該部分知識編排在電場的性質后介紹靜電現象的利弊及應用.靜電現象的普遍性導致學生對靜電學有很多迷思概念，新人教版的編排有助于轉變學生的迷思概念，注重體現“STSE”教育的內涵，更符合學生認知邏輯的發展.

1.2.2 微觀欄目對比

欄目是教科書的組成部分，隱含著課程標準的教育理念，凝聚著教材編寫者的設計思想.教科書作為向學生傳遞學科知識和素養的重要載體，知識呈現的邏輯順序是否符合學生的認知發展順序，對實際教學效果有很大影響[8].新舊教科書中欄目編排如圖4，對比分析其中的學生認知發展邏輯.

新人教版欄目設置更全面，且注重圖像的使用，在每小節教學內容正式開始前都增加了圖文并茂的問題欄，圖像是學生的形象思維過渡到抽象思維的橋梁，能夠使學生在學習過程中更加直觀、形象地理解物理知識.新人教版該欄目問題設置的題目將物理知識與技術、生活、社會及環境之間建立密切的聯系，但該“STSE”欄目中環境保護意識體現得不夠充分，沒有充分結合學生的認知發展邏輯培養學生的核心素養[9].總體來說，新人教版的欄目設置有利于激發學生的學習興趣，拓寬學生的知識視野，更符合學生的認知發展邏輯.

1.3 教學邏輯縱向對比

教學邏輯能夠引起和維持教師情境性知識和學生的背景性知識互動，并將其由不規范性向規范性、隨意性向高度自覺性發展[10].“靜電場”主題下的教學內容整體按照主題式單元設計，場的性質與場的能量編排為兩個單元前后銜接，使該部分教學內容按教學邏輯呈現給學生，既遵循學生的心理發展特征，又兼顧了知識的整體性和關聯性.

從教科書的欄目設置可以看出教學情境的設置情況，新人教版新增的問題欄目有助于課前設置問題導入新課.并且正文與欄目配合合理，在教學過程中有助于教師開展學生活動來輔助教學[11].新人教版的內容編排較舊人教版而言，更易于教師在課堂上通過教學融合學生的認知邏輯和學科知識發展邏輯，表現出更完整的教學邏輯.

2 高中物理“靜電場”內容教材邏輯橫向比較

圍繞著提升學生學科核心素養的教學目標，不同的編寫者基于自己的設計理念對“靜電場”主題下的教學內容進行編排，四版教科書中該部分教學內容章節目構成，如圖5所示.

2.1 學科發展邏輯橫向比較

結合前文對“靜電場”內容的模塊線索劃分，分析比較四版教科書“靜電場”主題下章、節、目內容編排的邏輯內涵.

從整體章節的劃分上來看，人教版和魯科版都分別從牛頓力學框架和法拉第對“場”的觀點出發，將教學內容劃分成靜電場的性質和場中的能量兩部分，這種編排方式有助于學生對科學思想轉變的理解;粵教版從整體上對“靜電場”主題下的教學知識進行分類，分別從靜電場的性質和靜電場的應用兩方面編排，這種編排方式下知識的系統性更強;滬科版將該部分教學內容分為兩章，分別從微觀電荷之間的作用和宏觀電場的性質兩個角度來編排，知識結構較為完整.相比之下，人教版與魯科版的編排較滬科版和粵科版更貼合學科發展邏輯.

2.2 學生認知邏輯橫向比較

四版教科書編寫者對學生認知發展邏輯的認識各有特色，分析比較知識遞進順序與學生認知發展邏輯有助于發揮教科書的橋梁作用.

2.2.1 宏觀內容比較

結合學生對“靜電場”主題下概念的學習進階，對四版教科書分析比較發現該部分教學內容編排均為從力到場的順序，總體符合學生的學習進階.從各小節內容編排順序來看，較其他三版從靜電感應或物體起電開始編排，人教版先介紹基礎的電荷知識再引入靜電感應現象.學生在學習物理相關知識前并不能自主將生活中的靜電現象與物理知識聯系起來，人教版的編排方式能夠引導學生從物理的角度分析靜電感應現象，更符合學生認知邏輯由淺入深的發展順序.

2.2.2 微觀欄目比較

通過欄目總體比較圖我們發現，各版教科書比起教學內容上的差距，在欄目編排上的差別更顯著.根據欄目功能及其對學生認知發展的作用，教科書中“節”欄目類型被分為經驗感知類、主動建構類、概括應用類和認知拓展類[12].將四版教科書欄目歸類，再具體分析欄目編排，見表3.

從表3我們可以看出，人教版中主動建構類、概括應用類以及認知拓展類較經驗感知類更多，有利于學生對基礎知識點的理解強化，幫助學生頭腦中形成組織更嚴密的知識體系，開拓視野和思維.

人教版和滬科版結合圖片設置章標題，所呈現的圖片附文字說明，有利于學生形成有效的感性認識.與人教版相比，粵教版在每章末都設置了“本章小結”，將本章內容進行整理回顧，使知識的整體性更強，能夠幫助學生建構起較高層次的知識框架.魯科版欄目編排上每章都設置了對本章的學業要求，并結合生活編排了新課導入部分的教學內容;其次每小節中例題在解答過程后緊接著設置了討論和遷移環節，加深學生理解例題中蘊含的物理原理，拓寬學生對知識理解的廣度.

2.3 教學邏輯橫向比較

教師、學生以及教學內容是課堂教學必備的三個要素，教材編寫的教學邏輯既要有利于輔助教師的教，又要有利于促進學生的學才能協調好課堂教學三要素之間的關系[13].

就教學情境的設置情況而言，人教版中每小節都圖文結合通過設置問題來引入新課，有助于教師的教和學生的學，也能夠幫助學生從物理的角度理解生活中遇到的難題;而滬科版、魯科版及粵科版在新課引入上的編排概括性太強，節與節之間的銜接不夠流暢，不能很好地體現知識的整體性.

就教學知識本身而言，教師教學的情境知識結合了教科書中的文本知識及教師個人獨有的內在教學經驗，從而通過教學促進學生加工知識、內化知識.人教版更符合學生的學習進階，注重學生學習的主體地位，并且也留給教師充分的空間發揮教學創造性;魯科版中的教學內容過于具體化，導致學生缺乏思考空間，不能發揮教科書的橋梁作用.編排教科書時要注重發揮教學邏輯的作用，才能夠更好地服務教學，有效地促進教師的教和學生的學.

3 結束語

教學過程是學科發展邏輯向教學邏輯的序列轉化活動，在教科書的編寫過程中，要合理發揮教學邏輯在學科發展邏輯與學生認知發展邏輯之間的作用，協調好三種邏輯之間的關系.

對于“靜電場”主題下的教學內容，在教學時要充分結合教科書中的欄目，利用教學將抽象的學科知識具體化，才能更符合學生認知的發展，提升學生的科學思維能力，發揮物理教育的育人作用.

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（收稿日期：2021-09-14）

作者簡介：唐玉（1998-），女，安徽六安人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學;

錢長炎（1964-），男，安徽樅陽人，博士，教授，研究方向：物理學史和科學思想史研究;

陳子君（1997-），女，安徽宣城人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學.