核心素養視角下中美高中物理教材的比較研究
——以“運動和力的關系”為例

王寶成

(南京航空航天大學蘇州附屬中學,江蘇 蘇州 215000)

基金項目：蘇州工業園區“十四五”教育科研課題“基于物理核心素養的中美高中主流物理教材的比較研究”(課題編號:SYK2021007)

隨著我國新課改的不斷深化,創新優化各個學科的教材設計已成為重中之重.同時,不少教育工作者開始了國內與國外教材的比較探究工作,通過分析中外教材存在的異同,找到優化本國教學方案的路徑.本文選擇了國內2019年修訂的新人教版高中物理教材和美國教材《物理:原理與問題》第二版,基于核心素養視角,比較分析運動和力相關內容呈現的異同點,希望能給高中物理教師們提供教學參考,促進學生物理核心素養的發展.

1 情境創設的比較分析

物理概念的建立、規律的探究、定理的發現等都需要在真實的物理情境中完成.以《運動和力的關系》這一章節的教材為例,通過比較和提煉兩版教材中關于物理情境的素材,我們可以發現,兩者的章前部分、正文部分、章末部分都具有分析意義,具體對比見表1.

從情境創設的數量上看,新人教版物理教材在章節初始階段就加強了情境的導入.通過章前引言、名人名言、問題導入等形式引導學生主動思考,以問題為驅動力,進行主題式探究.而美版教材中的起步實驗、物理在你身邊也可以顯化教學目標,從而讓學生明確本章的大致內容.

表1 中美兩國教材“運動和力的關系”的情境創設數量對比

引入環節,讓學生能夠對本章的重要內容有初步的了解,同時激發學生的內在學習動機,這種設置使教材內容逐步遞進,結構清晰,更易理解,是一個極佳的編排方式[1].但在情境上的類型來看,美版教材列舉了全部的學習內容和知識點,注重在知識形成的過程中創設情境.而新人教版教材更著重問題驅動教學,能在實際情境中激發學生的學習興趣,有效落實物理核心素養.

2 知識構建的比較分析

從知識構建方面對中美物理教材進行比對分析,有助于培養學生的科學思維,進一步提升學生的物理核心素養.通過比較中美物理教材中《運動和力的關系》這一章節的知識點編排情況,如圖1、圖2所示,我們可以發現兩版教材在知識點的展開順序具有一定的可比性:

圖1 美版物理教材中“運動和力的關系”的知識點構建流程

圖2 新人教版物理教材中“運動和力的關系”的知識點構建流程

對比發現,中美兩國物理教材關于“運動和力的關系”板塊都設置了多個章節內容,但是在展開順序上有明顯區別.從圖中可以看出,美版教材在一維力章節中介紹了力和受力分析圖、合力、加速度和力、牛頓第二定律、牛頓第一定律以及慣性和平衡狀態6個小節,在二維力章節中又介紹了矢量、摩擦力、二維力.而新人教版教材中,在“運動和力的關系”這一章節內容開始之前,就先學習了上一章節相互作用——力的基本知識,進而開始下一章節牛頓第一定律、 牛頓第二定律、牛頓運動定律的應用和超重與失重的學習.

從總體上看,中美物理教材都采用了相同的知識編排結構,先簡單介紹力學的相關知識,再詳細分析牛頓運動定律的具體內容.而新人教版教材在上一章節以重力、彈力、摩擦力等常見力切入,再講解力的示意圖、力的分解與合成以及力的運算的相關知識點.

因此,我們可以發現新人教版物理教材更注重知識點的系統性,強調知識架構的邏輯完整[2];而美版教材在知識編排順序方面,講究循序漸進、由易到難,兩者都符合學生的認知規律,在一定程度上均能提升學生的物理思維能力.

3 實驗設置的比較分析

實驗是物理教學的重要基礎,它能夠鍛煉學生的動手操作能力,提高科學探究水平,真實的物理實驗探究是培養學生物理核心素養的有效途徑[3].比較并提煉兩版教材中《運動和力的關系》章節的相關物理實驗可以發現,兩版本教材在實驗內容和實驗環節均有差異.

美版教材實驗內容包括探究力、加速度和速度的關系、電梯里的力等,而新人教版教材涉及的實驗包括探究加速度與力、質量的關系、用動力學方法測質量等多個物理實驗.兩者在這一章節的實驗設計中,均選取了有關探究加速度與力、質量的關系的實驗,但大部分實驗內容還是有區別的.美版教材以探究定理和方法、研究經典物理知識為主;新人教版教材通過選擇更貼近實際生活的實驗內容,旨在讓學生發現物理與生活之間的聯系,鍛煉學生在實際生活中應用各項物理知識的綜合能力.

實驗環節部分見表2.從表2中可以看出,除了實驗必備的基礎環節:實驗思路、實驗方案、實驗數據和實驗結論外,美國教材中的②③⑥⑦⑨等實驗環節都是國內教材中缺乏的.其中,安全警示主要是為了提示學生在使用過程中應當注意的安全守則,保證實驗過程中不會出現安全事故.實驗器材是為了讓學生對實驗所需要的器材提前準備,保證實驗順利完成,進一步拓展課本上的基礎知識點.生活中的物理學可以幫助學生將所學的物理學知識靈活應用,在生活中完成知識點的閉環.物理在你身邊則是利用互聯網拓展學生所學知識,提高學生興趣的同時豐富學生眼界.這些環節都可以讓學生在進行物理實驗時更有安全意識和責任感,培養學生嚴謹的科學態度,幫助學生形成科學探究方面的學科核心素養.

表2 中美兩版教材實驗環節對比

4 習題編制的比較分析

習題是物理課本的重要內容,也是檢驗學生是否掌握知識點的核心關鍵[4].考慮到習題在物理教學中的重要指導意義,有必要從習題編制方面對中美教材進行比較分析.對比結果見表3.

表3 中美兩版教材中習題對比

通過對比可以發現,相較于美版教材,新人教版教材中課中習題形式多樣,且都是需要學生自主交流的開放性問題,可以有效開發學生的思維;而美版教材中的課中習題數量較多,且以傳統習題為主,旨在培養學生正確的解題思維和嚴謹的科學態度.

在課后習題板塊中,新人教版物理教材課后習題數量明顯少于美版教材.美版教材的課后習題數量眾多,形式多樣,也有較詳細的種類劃分,包括分析題、解釋題、概念題、選擇題、填空題、圖解題,可以有效鍛煉學生的計算能力和知識點掌握情況.設置過多的習題會降低學生學習興趣,新人教版教材與實際結合較為緊密,雖然劃分了不同層次但仍具有一定難度,著重考查學生的綜合能力和物理核心素養.同時,新人教版教材在習題素材的選擇上更加生活化,有利于激發學生的學習興趣,習題的種類也更加的多樣化,其中包含了生活中常見現象的解釋性問題、實驗綜合性問題等,有利于培養學生多樣化的科學思維方式.

通過對比發現,中美高中物理教材在《運動和力的關系》這一章節的情境創設、知識構建、實驗設置和習題編制四個方面差異明顯,各有優缺.新人教版教材注重知識編排的系統性和邏輯思維的嚴謹性;美版教材實驗環節相對豐富,注重實驗的開放性.因此,核心素養視角下的中美高中物理教材的對比分析,有助于教師在實際教學過程中充分融合各版本教材的亮點,拓寬自己的教學思路,從而創造性開展物理教學.