中美兩版高中物理教材對(duì)比研究

李佳妮 楊曉梅

摘 ? 要：分析和比較教材是優(yōu)化教學(xué)過程的重要途徑。以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例，通過對(duì)比中美兩國(guó)高中典型物理教材在教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及習(xí)題編制4個(gè)方面的內(nèi)容，分析中美教材各自的優(yōu)勢(shì)，為實(shí)際教學(xué)提供新的思路。

關(guān)鍵詞：中美教材對(duì)比;高中物理;自由落體運(yùn)動(dòng)

教材是輔助教學(xué)過程的重要道具。通過對(duì)教材的對(duì)比和分析能夠幫助一線教師了解不同地區(qū)下的教育理念，促進(jìn)教育思想的碰撞與融合，為實(shí)際教學(xué)提供新思考[ 1 ]。運(yùn)用內(nèi)容分析和對(duì)比研究等方法，對(duì)浙江教育出版社2018年出版的美國(guó)主流高中物理教材譯本《物理：原理與問題（第二版）》上冊(cè)[ 2 ]（以下簡(jiǎn)稱“美版教材”）和人民教育出版社2019年出版的普通高中教科書物理必修第一冊(cè)[ 3 ]（以下簡(jiǎn)稱“中版教材”）中“自由落體遠(yuǎn)動(dòng)”的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，探討中美教材各自的優(yōu)勢(shì)與不足，為教學(xué)的展開提供啟示。

1 ?教學(xué)目標(biāo)的比較

針對(duì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)，中版教材要求學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的應(yīng)用[ 4 ]。美版教材的教學(xué)主旨是使學(xué)生認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)，理解自由落體加速度只與物體受到的重力有關(guān)，能夠運(yùn)用坐標(biāo)系等學(xué)過的知識(shí)分析自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2 ?知識(shí)結(jié)構(gòu)的比較

在“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)中美兩版教材的核心知識(shí)點(diǎn)都是自由落體運(yùn)動(dòng)和自由落體加速度的概念和特點(diǎn)，但是內(nèi)容的編排差異明顯。中版教材在概念的引入中更具有循序漸進(jìn)性，重視得出理論的探究過程和對(duì)理論的驗(yàn)證。如圖1所示，中版教材將科學(xué)探究的方法滲透在概念教學(xué)之中，強(qiáng)調(diào)“提出問題——猜想與假設(shè)——證據(jù)、論證、結(jié)論——評(píng)估與應(yīng)用”的科學(xué)探究過程，由淺入深地引出自由落體運(yùn)動(dòng)和自由落體加速度的概念，符合學(xué)生的認(rèn)知心理，有助于學(xué)生深入理解物理概念。

美版教材在“自由落體運(yùn)動(dòng)”一課對(duì)概念的引入相對(duì)簡(jiǎn)短，注重對(duì)概念的應(yīng)用和深度解析，如圖2所示。首先，美版教材不僅注重對(duì)課程新知的應(yīng)用，而且關(guān)注學(xué)生對(duì)已獲得的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用能力。美版教材增添了重力加速度的應(yīng)用實(shí)例，即上拋球和自由下落的游樂車內(nèi)容，將自由落體運(yùn)動(dòng)的模型融入到生活實(shí)踐中。在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的解析中，美版教材將第二章坐標(biāo)系的知識(shí)融入到上拋球模型中，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用圖像和圖像理解物體的運(yùn)動(dòng)過程、解決物理問題，幫助學(xué)生應(yīng)用已有的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)去探索學(xué)習(xí)新知。其次，美版教材增添了對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)中變量的分析，有助于學(xué)生深化理解自由落體加速度只與物體受到的重力有關(guān)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

圖1 ?中版教材內(nèi)容框架

圖2 ?美版教材內(nèi)容框架

3 ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比較

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，如表1所示，無論是中版教材還是美版教材都視實(shí)驗(yàn)為教材的重要組成部分。中版教材強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的多樣性和趣味性，引發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的熱情。在“自由落體運(yùn)動(dòng)”一課，中版教材的實(shí)驗(yàn)在數(shù)量和種類上豐富，包括“演示”欄目、“實(shí)驗(yàn)”欄目和“做一做”欄目，但是缺少詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程和注意事項(xiàng)。它將實(shí)驗(yàn)穿插于整節(jié)課中，利用實(shí)驗(yàn)探究、驗(yàn)證本節(jié)課的新知，讓枯燥的理論變得生動(dòng)有趣，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生深入學(xué)習(xí)物理的興趣，但是實(shí)驗(yàn)的完整性和專業(yè)性還有待提高。

美版教材強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究的完整過程，注重鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力。美版教材同樣設(shè)置多組實(shí)驗(yàn)，具體包括“起步實(shí)驗(yàn)”“迷你實(shí)驗(yàn)”和“物理實(shí)驗(yàn)”，且每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟具體，分析過程細(xì)致。其中物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容最為詳盡，具體包括：實(shí)驗(yàn)器材、安全警示、測(cè)量自由落體加速度的原理、問題、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)表、分析、結(jié)論與應(yīng)用、進(jìn)一步探索和生活中的物理多個(gè)環(huán)節(jié)，是一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)科學(xué)是學(xué)生要親自動(dòng)手做的事情，鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力，為學(xué)生以后從事物理專業(yè)化的學(xué)習(xí)提供積極意義。

表1  中美教材實(shí)驗(yàn)類型及內(nèi)容統(tǒng)計(jì)

4 ?習(xí)題編制的比較

練習(xí)是知識(shí)運(yùn)用的主要方式，也是物理教學(xué)的重要組成部分[ 5 ]。在習(xí)題內(nèi)容上，中版教材科普性和趣味性強(qiáng)。例如：中版教材第4題和第5題滲透了照相機(jī)的曝光原理和頻閃法測(cè)重力加速度等科普知識(shí)，第6題采用同學(xué)之間測(cè)量人反應(yīng)時(shí)間的方式增加了習(xí)題的趣味性。但中版教材僅考察了自由落體位移與時(shí)間的關(guān)系式h=gt2，忽略了對(duì)自由落體速度與時(shí)間關(guān)系式v=gt的考察，考察范圍不夠全面。在習(xí)題的數(shù)量和形式上，中版教材習(xí)題數(shù)量少、形式單一。如表2所示，中版教材的習(xí)題集中于“練習(xí)與應(yīng)用”欄目，數(shù)量?jī)H為美版教材的，考察題目多以計(jì)算題的形式呈現(xiàn)。在習(xí)題的難度上，中版教材的難度偏低，僅涉及對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)概念和規(guī)律的直接應(yīng)用，學(xué)生只需要知道概念和公式就能作答，缺少難度梯度，不利于訓(xùn)練學(xué)生的物理思維。

與中版教材相反，美版教材題量豐富，具體設(shè)置了課堂習(xí)題“練一練”和課后習(xí)題“第3節(jié)復(fù)習(xí)”兩個(gè)欄目，在“練一練”欄目結(jié)尾，美版教材設(shè)有挑戰(zhàn)性問題，層次分明，難度梯度明顯，有利于學(xué)生由淺到難逐漸深入地理解知識(shí)。美版教材的習(xí)題內(nèi)容大多以生活中常見的事物和現(xiàn)象為切入點(diǎn)，貼近生活，且美版教材對(duì)正文中所涉及的知識(shí)點(diǎn)都有所考察，考察范圍全面。另外，美國(guó)教材還有三個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)：首先，美版教材注重對(duì)學(xué)生符號(hào)語言表征能力的培養(yǎng)。例如“第3節(jié)復(fù)習(xí)”中第50題在題干中未提供具體的數(shù)值，學(xué)生需要運(yùn)用符號(hào)語言描述問題的計(jì)算過程和結(jié)果。其次，美版教材注重鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，例如“第3節(jié)復(fù)習(xí)”中第52題對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力提出了明確要求。最后，美版教材在“第3節(jié)復(fù)習(xí)”的習(xí)題前面標(biāo)注了該題目考察的知識(shí)點(diǎn)。標(biāo)注知識(shí)點(diǎn)能夠?qū)Τ鯇W(xué)者起到提示作用，值得借鑒。

表2 ?中美教材習(xí)題統(tǒng)計(jì)

5 ?結(jié)束語

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中美兩版教材關(guān)于“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及習(xí)題編制四個(gè)方面有差異明顯。綜合來說，中版教材對(duì)概念的引入和講解細(xì)致，實(shí)驗(yàn)多樣，強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的重要價(jià)值，科普性和趣味性強(qiáng)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。美版教材挖掘知識(shí)的深度，強(qiáng)調(diào)概念的應(yīng)用性，實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整，習(xí)題的難度梯度明顯，注重滲透物理學(xué)的專業(yè)性知識(shí)和技能。結(jié)合中美兩版的教材優(yōu)勢(shì)進(jìn)行實(shí)際教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，突出完整的實(shí)驗(yàn)過程，布置難度梯度明顯的習(xí)題，一定能幫助學(xué)生更好地理解自由落體運(yùn)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

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