不同知識呈現(xiàn)方式下的物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)

林冰冰+柯曉露+陳成波

摘 要：本文通過對閩臺兩地高中物理教材力學(xué)部分的比較研究，分別從教材“表層結(jié)構(gòu)”和“深層結(jié)構(gòu)”兩個(gè)方面展開，比較兩地教材對力學(xué)部分知識的選取、鋪陳以及內(nèi)容組織等方面，并對其所折射出的相關(guān)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)行進(jìn)一步探討，為兩地的物理教學(xué)提供一個(gè)參考。

關(guān)鍵詞：教材比較；閩臺；力學(xué)；核心素養(yǎng)

引言

中學(xué)物理教材改革從1978年發(fā)行的十年制物理教材試用本開始，到后來根據(jù)兩種教學(xué)要求修訂的甲、乙種本，到如今一綱多本 [1 ]。大陸中學(xué)物理教材從“打好基礎(chǔ)，培養(yǎng)能力”到現(xiàn)在的“促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展”，越來越重視對學(xué)生的終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

臺灣從八十年代末課程改革中提出的“課程統(tǒng)整”，到2001年《“國民”教育九年一貫制課程暫行綱要》實(shí)施，其物理教材也從原來的“一綱一本”到如今的“一綱多本”，從以選拔、高分為主變?yōu)閭?cè)重普及能力培養(yǎng)。

高中物理教材中，無論哪個(gè)版本，力學(xué)部分都是內(nèi)容最多、篇幅最長的，對學(xué)生的定量分析要求也是最高的，其重要地位不言而喻 [2 ]。

本文選用在臺灣使用較為廣泛的南一版教材（傅昭銘、陳義裕主編，南一書局出版） [3 ]。由于臺灣高中物理奉行的是“高一統(tǒng)識，高二分流，高三選修”教育模式，所以臺灣高中一年級教材《基礎(chǔ)物理一[全]》涉及的知識體系是高中階段的完整體系，但對知識點(diǎn)的要求就只是停留在定性的認(rèn)識上，相當(dāng)于是對其初中物理知識的一個(gè)初步深化和延續(xù)。高二的物理教材分為“社會組”（文科）和“自然組”（理科）兩套，分別是《基礎(chǔ)物理二A》和《基礎(chǔ)物理二B（上/下）》。本文選擇要求較高的“自然組”《基礎(chǔ)物理二B》（上/下）教材力學(xué)部分。

1 兩地教材 “表層結(jié)構(gòu)”整體比較研究

所謂“表層結(jié)構(gòu)”是指從教材的外在表現(xiàn)形式，也就是教材在內(nèi)容上的呈現(xiàn)方式和框架安排。

1.1 兩地教材體例比較

在呈現(xiàn)方式和框架安排上，很大程度取決于教材的組織形式，也就是本文所說的教材體例。魯科版和南一版的教材體例如圖1所示。

從教材體例上看，魯科版中的后記與南一版中的編者大意作用相當(dāng)，都是為讀者介紹該套教材編寫所參考的標(biāo)準(zhǔn)，以及教材的特色。此外，南一版還多出了中英索引、圖片來源以及習(xí)題解答。在南一版教材中，較為突出的特色是，該套教材在每一個(gè)章節(jié)末尾都編排有本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)、習(xí)題以及在教材最后還給出習(xí)題解答。這樣安排不僅能夠讓學(xué)生清楚明了章節(jié)重點(diǎn)知識，在課后還可以及時(shí)得到習(xí)題訓(xùn)練和解答，如此出發(fā)可以一定程度上減輕學(xué)生對于課外輔導(dǎo)書籍的需求。相對于南一版，魯科版在欄目設(shè)置中種類更加豐富多樣，這樣大大豐富了學(xué)生物理學(xué)習(xí)，例如在“迷你實(shí)驗(yàn)”中，引導(dǎo)學(xué)生利用生活中常見易得的物品，通過簡單易行的實(shí)驗(yàn)步驟讓學(xué)生切身感受物理學(xué)的惟妙。

1.2 內(nèi)容組織方式

兩地教材在內(nèi)容組織上都各具特色，都在遵循當(dāng)?shù)卣n標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過一定的欄目設(shè)置來擴(kuò)展和豐富學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)。

在魯科版教材中，每一個(gè)章節(jié)前都用生活實(shí)例“導(dǎo)入”，引出本章將要學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容。并通過“本章要求”將《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》里對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握要求詳細(xì)列出。如此，學(xué)生對于自己所要掌握的知識點(diǎn)以及掌握程度有所了解，也能更好自主學(xué)習(xí)。在每一個(gè)章節(jié)引入新知識之前，編者大多以生活實(shí)例創(chuàng)設(shè)情境，注重學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在編排中穿插各種欄目設(shè)置來豐富學(xué)生物理學(xué)的學(xué)習(xí)。以物理必修1中的第四章“相互作用”為例，在“重力與重心”一節(jié)中，編者先是以踢球?yàn)槔?，點(diǎn)出運(yùn)動員在踢球時(shí)腳對球施加力可以改變球的形狀和運(yùn)動方向，進(jìn)而引出對力的描述。在此之中，編者又用了四個(gè)信息窗向?qū)W生展示“我國古代人對‘力的認(rèn)識”以及“四種基本的相互作用”等，在向?qū)W生介紹如何描述力的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步介紹了自然界中四種基本的相互作用，重視物理觀念的培養(yǎng)，大大豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在“迷你實(shí)驗(yàn)室”中，編者用白紙和小鐵管指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行傾角儀的自制，引導(dǎo)學(xué)生用身邊簡易的材料做有趣的小實(shí)驗(yàn)，這生活化的物理實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的樂趣，還培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能?！皩?shí)驗(yàn)與探究”則是教材中實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究，來完成對重心的測量。在“討論與交流”中，編者創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境并提出問題，引導(dǎo)學(xué)生暢所欲言，深入思考。另外還有“方法點(diǎn)撥”給以學(xué)生科學(xué)方法和物理思想上的點(diǎn)撥，“拓展一步”提供給學(xué)生更多可選擇的內(nèi)容去了解等欄目?？梢哉f在章節(jié)的知識編排上，魯科版教材切實(shí)體現(xiàn)了核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的在實(shí)驗(yàn)探究中培養(yǎng)物理科學(xué)思維。

南一版中，在章節(jié)首頁安排一幅A4大小的圖，內(nèi)容以生活中常見的物體、運(yùn)動等為主，在圖的右下方以類似“投手將棒球投出，打擊者要將球擊出，兩人對球施力的量值相同嗎？如何進(jìn)行估算？”這樣的句子來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)。另外圖例右下側(cè)安排有“名人語錄”以啟發(fā)學(xué)生的閱讀興趣與思維。在章節(jié)中，常以物理學(xué)史或是生活中常見現(xiàn)象引入新課，在物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)生掌握科學(xué)方法。在延伸和豐富學(xué)生物理學(xué)的學(xué)習(xí)方面，編者同樣用欄目設(shè)置方式展開。部分章節(jié)中穿插了“小知識”、“延伸閱讀”、“想一想”、“做一做”等欄目。以第四章“牛頓運(yùn)動定律”為例，“小知識”散落在章節(jié)編排中，涉及的內(nèi)容從“墨子與自然科學(xué)”、“原始的牛頓運(yùn)動定律并非目前課本的敘述”到“巨觀與微觀”、“冷焊”等，通常是對教材中的物理概念做進(jìn)一步的闡述。在“延伸閱讀”中，則是較為全面的教材引申知識的闡述，分別從“自由體力圖的作法”講起，進(jìn)而安排“力圖繪圖要領(lǐng)的建議”以及“非慣性坐標(biāo)系與假象力”的講解，擴(kuò)展了學(xué)生的知識面?！跋胍幌搿薄ⅰ白鲆蛔觥钡葯谀渴亲寣W(xué)生在學(xué)習(xí)教材物理知識的基礎(chǔ)上，借助網(wǎng)絡(luò)書籍等資料進(jìn)行探索活動，觸發(fā)學(xué)生思維，提高學(xué)生用科學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力。在編排中編者始終堅(jiān)持以“物理學(xué)的基本原理為‘經(jīng)，物理知識在生活中應(yīng)用為‘緯”交互編寫 [4 ]。由此看出，“南一版”更加注重的是物理觀念的培養(yǎng)。

2 兩地教材力學(xué)部分“深層結(jié)構(gòu)”比較研究

教材的“深層結(jié)構(gòu)”則是在“表層結(jié)構(gòu)”的基礎(chǔ)上所體現(xiàn)的知識內(nèi)容特征，反映的是以知識為載體，對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.1 力學(xué)部分知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)比較

在兩地高中物理教材中，力學(xué)部分知識的選取大致相同，主要包括機(jī)械運(yùn)動和萬有引力。但是南一版中增加了角動量以及質(zhì)心運(yùn)動等內(nèi)容，所涉及的知識點(diǎn)更加全面，在對學(xué)生的定量分析上要求更高一些。魯科版則是將動量部分的內(nèi)容作為學(xué)生的選修部分安排到選修3-5。魯科版和南一版教材在力學(xué)部分章節(jié)目錄如表1所示。

在運(yùn)動中，兩地教材都是從位移、質(zhì)點(diǎn)以及速度等基本概念入手，引出勻變速直線運(yùn)動。南一版中，編者在勻變速直線運(yùn)動之后進(jìn)一步將直線運(yùn)動通過平面向量拓展到平面運(yùn)動，而后將拋體運(yùn)動全盤托出。而魯科版則是將拋體運(yùn)動與直線運(yùn)動分開，納入曲線運(yùn)動，安排在圓周運(yùn)動之前。在周期運(yùn)動中，魯科版增加了離心運(yùn)動，而南一版則選擇簡諧運(yùn)動。

在運(yùn)動和力上，魯科版先是介紹了重力、彈力和摩擦力，而后再進(jìn)行力的合成分解，進(jìn)而講述牛頓三大定律。南一版在知識點(diǎn)上則增加了力矩、質(zhì)心運(yùn)動，（角）動量等內(nèi)容，知識點(diǎn)編排更加全面，難度與深度也因此更勝一籌。

2.2 知識點(diǎn)呈現(xiàn)方式比較研究（以牛頓第二定律為例）

在知識點(diǎn)闡述方面，編者都力求用淺顯易讀的語言文字對物理概念與規(guī)律進(jìn)行解釋與闡述 [7 ]。下面以“牛頓第二定律”為例展開。

魯科版的“牛頓第二定律”安排在“牛頓第一定律”之后進(jìn)行，從實(shí)驗(yàn)探究入手，對“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”進(jìn)行探究。首先告訴學(xué)生外力作用的結(jié)果是物體的運(yùn)動速度產(chǎn)生變化，即產(chǎn)生加速度，從而引出加速度可能與物體所受外力有關(guān)，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過紙帶上打出的點(diǎn)來求算小車加速度。在探究“加速度與質(zhì)量的關(guān)系”中同樣是通過生活經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生對加速度和質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行設(shè)想，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論總結(jié)起來就是牛頓第二定律的內(nèi)容，這樣接下來對牛頓第二定律的學(xué)習(xí)也就順理成章。在牛頓第二定律的學(xué)習(xí)之后，是對力學(xué)單位制的籠統(tǒng)學(xué)習(xí)，引出國際單位制。魯科版以知識為載體，注重培養(yǎng)學(xué)生在“實(shí)驗(yàn)探究”以及“科學(xué)思維”方面的素養(yǎng)培養(yǎng)，而且要求的水平層次是較高的。

南一版中的“牛頓第二定律”同樣是安排在“牛頓第一定律”之后進(jìn)行的。但是在闡述上卻又不同于魯科版。南一版主要是通過對前人對牛頓第二定律發(fā)現(xiàn)的發(fā)展脈絡(luò)展開。從亞里斯多德的理論描述開始，到伽利略的定量實(shí)驗(yàn)探究，到最后牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》對運(yùn)動現(xiàn)象的原因做徹底探討。最后才給出對牛頓第二定律的論述。在這之后，教材加入了該知識點(diǎn)在向量上的拓展，引出將問題分為相互垂直的x、y、z三個(gè)分量進(jìn)行解題，并通過討論加速度方向和大小引出失重現(xiàn)象。另外在本節(jié)“拓展延伸”中還加入了“自由體受力圖的作法”等內(nèi)容。南一版教材則是更加側(cè)重從經(jīng)典物理視角出發(fā)，對學(xué)生的物理觀念進(jìn)行培養(yǎng)。

在知識的鋪陳呈現(xiàn)上，兩地教材有很大的不同，但各具優(yōu)勢。魯科版用實(shí)驗(yàn)探究的方式讓學(xué)生自己對牛頓第二定律嘗試進(jìn)行闡述，這樣更能讓學(xué)生在深刻理解該定律的基礎(chǔ)上，也教會學(xué)生如何用科學(xué)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，對其物理思維訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ呛芎玫腻憻?。南一版從物理學(xué)史角度出發(fā)，充滿故事性的教材閱讀美感更強(qiáng)，而且在內(nèi)容上要比魯科版更加豐富。

3 總結(jié)

從教材評價(jià)的“知識內(nèi)容”與“內(nèi)容組織”這兩個(gè)維度來總結(jié)閩臺兩地高中物理教材的差異如下：

從知識內(nèi)容的編排上看兩地教材在力學(xué)部分所囊括的知識點(diǎn)大致相同，主要包括機(jī)械運(yùn)動與萬有引力這部分。但南一版在這個(gè)基礎(chǔ)上還增加了力矩、質(zhì)心運(yùn)動，（角）動量等內(nèi)容，知識點(diǎn)編排更加全面，難度與深度也因此更勝一籌。

從內(nèi)容組織上看，魯科版的體例更加豐富多彩，注重實(shí)驗(yàn)探究過程，提供給學(xué)生更多實(shí)驗(yàn)探究上的引導(dǎo)。在物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)上更加注重學(xué)生在科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究方面的培養(yǎng)。而南一版則更多的是從物理學(xué)史出發(fā)，注重對學(xué)生物理思維深度啟發(fā)，側(cè)重對學(xué)生進(jìn)行物理觀念的培養(yǎng)。

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