中德現(xiàn)行高中物理教材“動力學”之比較研究

陳娜娜

摘 要：德國高度重視科學技術教育，其中學物理教育分層次、分階段，并在文理中學使用配套的KPK系列教材。通過對中德中學物理課程設置、中德兩套高級中學物理教材“動力學”部分的主題內容和體系結構的比較研究發(fā)現(xiàn)：德國卡爾斯魯厄物理課程的設計思想切入點創(chuàng)新、內容選取起點較高、展開順序“深入淺出”、概念引入直接自然。兩套教材的比較研究能夠為理解物理概念、完善物理教材和教師備課提供較大的幫助和參考。

關鍵詞：德國；教材；高中物理；KPK；比較

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）2-0021-4

1 引 言

新課程改革的人教版教材側重物理學概念、規(guī)律經(jīng)典的建設過程，教材的主題內容基本是圍繞著“運動和力”展開的，教材對物理知識本身的要求較高，同時對高中階段學生的數(shù)學功底要求逐步升高，使得高中學生感到物理“晦澀難懂”。相比之下，德國KPK教材更加注重物理從生活中來，在設計思想、主題內容選取及展開順序、概念引入、欄目設置和插圖等方面形象生動，深入淺出，值得認真研究。

現(xiàn)有的中德物理教材的對比研究主要從兩套教材的習題和設計思想特色方面進行展開[1-2]，而本文從中德中學物理的課程設置和知識結構等方面著手，選取新課標人教版必修模塊和選修3-5“動量守恒定律”與KPK力學[3]在中學物理的課程設置、“動力學”主題內容和“動力學”概念規(guī)律三方面進行比較研究。

2 中德中學物理課程設置比較

2.1 德國中學物理課程設置

德國實行小學4年、中學8年的義務教育，4年小學后經(jīng)過5年級和6年級的過渡階段進入分流階段，大約70%的學生進入主科中學（5到9年級）和實用中學（5到10年級）等職業(yè)學校，讀2～3年后就業(yè)；一小部分（30%左右）成績較好的學生進入文理中學（5到13年級）繼續(xù)學習，不同中學實現(xiàn)不同的教育目標。主科中學和實用中學側重職業(yè)教育，完全中學側重“精英教育”，實行全面化分層次的雙向分流教育。文理中學又分為初級、中級、高級3個階段。德國中學物理課程設置如表1所示。

2.2 我國中學物理課程設置

我國實行小學6年、初級中學3年的國家義務教育，小學畢業(yè)后學生不分流。初中畢業(yè)后，大部分學生進入高級中學學習，小部分學生進入中等職業(yè)技術學校學習技術。新課程改革后，我國中學教育提倡面向全體學生的素質教育，我國中學物理課程設置如表2所示。

2.3 比較分析

九年制的文理中學（又稱完全中學）是德國的傳統(tǒng)高級中學，文理中學的高級階段相當于我國的高中階段。德國在此階段的學生基礎較好，使用的KPK高中物理教材與我國的高中物理教材屬于同一層次。德國KPK物理教材的高中版，非常明細地將物理學分支學科分為力學、電磁學、熱學、光學、原子和量子物理等5冊，德國的雙向分流教育使得KPK系列教材每一冊的起點相對較高。而我國新課標人教版高中物理教材分必修模塊和選修模塊，為學生提供一定的選擇性，沒有明顯的學科分支，新課程改革提倡素質教育，面向全體學生。

3 中德兩套高中物理教材“動力學”章節(jié)主題內容比較

3.1 章節(jié)內容結構比較（如表3所示）

3.2 比較分析

從表3中可以看見：德國KPK物理教材（高中版）和新課標人教版必修1、2及選修3-5兩套教材所選編的內容差別很大。KPK教材第三章《角動量和角動量流》、第四章《重力場》，這些內容和概念出現(xiàn)在我國大學物理教材中，這也體現(xiàn)出德國KPK教材知識的深度、廣度相對較高。

兩套物理教材對各章節(jié)內容的側重程度不同，具體反映在各章節(jié)內容所占的頁數(shù)篇幅上?，F(xiàn)將各章節(jié)頁數(shù)所占總頁數(shù)的比例作出餅狀圖，如圖1、圖2所示。對比可見：KPK教材重點內容較為突出，第三章《動量和動量流》所占比例高達28.09%；而人教版教材除《物理學與人類文明》部分所占比例較小外，其他章節(jié)所占比例基本均勻。KPK教材的《宇宙學》所占比例為2.25%，而人教版教材的《萬有引力與航天》所占比例為11.86%；人教版教材主要采用牛頓的“力學模型”，側重介紹運動、受力分析和能量，而KPK教材主要采用新的設計思想和新的概念結構，以“動量流模型”為核心，側重于介紹動量、動量流，KPK教材把動量作為力學的基礎。

4 動力學物理概念和規(guī)律比較

KPK教材和人教版教材所采用的基本物理量、模型和描述方式不同。因此，兩套教材表述相同物理概念和規(guī)律也有較大的區(qū)別。

4.1 物理概念比較

由表4可見，兩套教材中相同的基本物理概念的描述不同。KPK教材獨特的設計理念打破了經(jīng)典力學的思維，進行了大膽的改革與創(chuàng)新。KPK教材中“力”簡化為“動量流強度”，它將物體運動的第一基本概念定義為動量，認為動量是一個整體不可再分，能夠在物體之間流動。它以動量這一實物型量為中心概念構建全新的力學結構，其獨特的描述方式更好地激發(fā)學生學習物理的興趣和積極性。而人教版教材以力和速度為基本概念構建了經(jīng)典力學結構，力的概念比較復雜，頗具難度。尤其是受力分析，學生學得相當吃力，很難真正掌握。

此外，兩套教材概念引入的思維方式也不同。人教版高中物理教材采用從特殊到一般的思維方式來引導學生建構物理知識，而KPK教材則恰巧相反，采用從一般到特殊的思維方式來引導學生接受物理知識，這對傳統(tǒng)教育理念框架來說，KPK教材作出了大膽的嘗試與創(chuàng)新。

4.2 物理規(guī)律比較

人教版教材中牛頓運動定律是物理學的基礎規(guī)律，是整個高中物理中聯(lián)系運動與力的紐帶。由表5可見：KPK教材中把牛頓運動定律只是作為“動量流模型”的一個推論，人教版教材在給出定律前學生先實驗探究，得出實驗探究報告，最后引入牛頓運動定律。例如：Δp=I關系式在人教版教材中是動量定理，在KPK教材中卻是一種定律；相反，==F在KPK教材中是定理，其本質相當于人教版教材中的牛頓第二定律ma=F。人教版教材遵循物理學發(fā)展的歷史，進而建立一些重要物理概念和物理規(guī)律，讓學生探尋物理學家偉大發(fā)現(xiàn)的足跡，而KPK教材則獨辟蹊徑，大膽創(chuàng)新，從一開始就確定“流模型”概念（如“動量流”）。在這一基礎上逐步建立牛頓運動定律、動量守恒定律。從這一角度來看，KPK物理教材最大的特色是“深入淺出”。顯然，對學生的思維要求較高，這也體現(xiàn)出德國的“精英教育”。同時也非常重視職業(yè)教育，大約70%的學生就讀職業(yè)學校，只有30%左右的學生學習物理提高課。而人教版物理教材的特色是“淺顯易懂，逐步深入”，這充分體現(xiàn)了素質教育的要求，面向全體學生。

5 結 論

通過對KPK物理教材和人教版物理教材力學部分的對比，發(fā)現(xiàn)兩套教材的面向對象、設計思想、主體內容和體系結構等都有較大的不同。

（1）兩套教材的面向對象的起點存在差異。KPK教材面向雙向分流后學習成績較好的30%左右的學生，因此，呈現(xiàn)出“入門難”的特點。而人教版教材面向學習成績分層的學生，所以，呈現(xiàn)出“淺顯易懂，逐步深入”的特點。

（2）兩套教材的設計思想的切入點不同。KPK教材通過物理概念和物理思想的結構化實現(xiàn)物理課程的精簡化，以“流”和“守恒”為指導思想，建立了以“動量流模型”為核心概念的力學體系。人教版教材更加側重物理概念和規(guī)律的經(jīng)典建立過程，教材的主題內容基本圍繞著“運動和力”展開。不同的切入方式處理問題時，處理方法略有不同。

（3）兩套教材主題內容的選取、展開順序和重點內容有所不同。KPK教材重點講述動量和動量流、重力場及質量和能量，而人教版教材重點講述運動和受力分析。KPK教材第九章《宇宙學》所占比例僅為2.25%，而人教版教材第六章《萬有引力與航天》所占比例則為11.86%。

參考文獻：

[1]陳時見，楊茂慶.高中課程改革的國際比較[M].重慶：西南師范大學出版社，2010：9.

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[3]HeFrrmann，G Job.戚華，譯.德國卡爾斯魯厄物理課程 力學[M].上海：上海教育出版社，2009：14.

[4]課程教材研究所、物理課程教材研發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2011.

[5]課程教材研究所、物理課程教材研發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理 必修2[M].北京：人民教育出版社，2011.

[6]課程教材研究所、物理課程教材研發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理 選修 3-5[M].北京：人民教育出版社，2011.

（欄目編輯 劉 榮）