基于知識網(wǎng)絡(luò)的中美初中物理教科書比較

陳宇 韓定樂 李林美 崔雪梅

摘 要：為了對中美兩國初中物理教科書的知識網(wǎng)絡(luò)進行比較，以中美兩國普遍使用的初中物理教科書的“聲與光”部分為研究對象，分析“聲與光”主題編排及其內(nèi)在關(guān)系，并依據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建中美兩國初中物理教科書的知識網(wǎng)絡(luò)。通過對兩國知識網(wǎng)絡(luò)的對比分析，發(fā)現(xiàn)中國教科書知識“窄而深”，美國教科書知識“聯(lián)系緊密”。兩國教科書知識網(wǎng)絡(luò)的差異體現(xiàn)了兩國教科書的特色，可以為我國教科書的編寫提供借鑒。

關(guān)鍵詞：知識網(wǎng)絡(luò)；初中；物理；教科書

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）6-0025-3

教科書的設(shè)計和編制過程中，對知識的選擇和設(shè)計組織都需要符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。E·加涅認(rèn)為知識分為陳述性知識和程序性知識，兩類知識鑲嵌在命題網(wǎng)絡(luò)之中，共同組成知識網(wǎng)絡(luò)[1]。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中的知識網(wǎng)絡(luò)是指知識與知識間有聯(lián)系的一種網(wǎng)絡(luò)，以知識單元作為節(jié)點，以知識單元之間的聯(lián)系作為連邊[2]。鑒于知識網(wǎng)絡(luò)能夠反映知識間的聯(lián)系，本研究基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建中美兩國初中物理教科書的知識網(wǎng)絡(luò)并進行比較分析，以揭示兩國物理教科書在知識網(wǎng)絡(luò)上存在的差異。

本研究的研究對象為人民教育出版社2012年出版的《義務(wù)教育教科書物理》八年級下冊[3]和浙江教育出版社2010年出版的美國初中主流教材《科學(xué)探索者——聲與光（第二版）》[4]的“聲與光”部分。

1 “聲與光”主題編排及其內(nèi)在關(guān)系

“聲與光”主題的知識同屬于“波”的知識體系，與實際生活密切相關(guān)，既有理論又有生活中的實際應(yīng)用。中美兩國均按照章節(jié)對教科書內(nèi)容進行劃分，“聲與光”主題編排中，中國教科書分為三章，美國教科書分為四章。中國教科書按照“聲現(xiàn)象”“光現(xiàn)象”和“透鏡及其應(yīng)用”的順序編排，美國教科書按照“波”“聲音”“電磁波”和“光”的順序編排。兩國都是先介紹“聲”，再介紹“光”。為了具體體現(xiàn)中美教科書“聲與光”主題的內(nèi)在關(guān)系，用圖1進行具體描述。

通過對圖1分析可知，中美教科書在同一主題下的編排以及內(nèi)在關(guān)系上均存在差異。中國教科書依照《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》[5]中科學(xué)內(nèi)容的要求進行編排，“聲與光”是“運動和相互作用”一級主題下的二級主題，有關(guān)“電磁波”的內(nèi)容劃歸到“能量”一級主題中。美國教科書以“波”為中心，將“聲音”“電磁波”和“光”緊密聯(lián)系在一起。為了從微觀層面上呈現(xiàn)中美物理教科書的特點，本文利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建中美物理知識網(wǎng)絡(luò)對兩國教科書進一步進行研究。

2 中美物理教科書知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與比較

2.1 物理知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的方法

為構(gòu)建中美教科書的知識網(wǎng)絡(luò)，以物理用語作為節(jié)點，認(rèn)為同一句子中同時出現(xiàn)的物理用語間有連線[6-9]。構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)的具體方式如圖2所示，教科書中物理用語的提取參照《牛津英漢雙解物理學(xué)詞典》[10]和《中學(xué)教師實用物理辭典》[11]中的物理用語。

2.2 物理知識網(wǎng)絡(luò)的比較

借助于Pajek[12]軟件并參照圖1的主題編排對物理用語進行分類，分別構(gòu)建出中國人教版初中《物理》教科書和美國《科學(xué)探索者》教科書的二元知識網(wǎng)絡(luò)，圖3形象地展示出構(gòu)建的物理知識網(wǎng)絡(luò)。圖中出現(xiàn)的共通用語指的是在“聲與光”各章均出現(xiàn)的物理用語。由于中美教科書關(guān)于“聲與光”部分的內(nèi)容容量不同且使用頻率較少的物理用語較多，所以中國教科書選取頻率在5次及以上的物理用語，共55個，美國教科書選取頻率在10次及以上的物理用語，共62個。

通過中美物理知識網(wǎng)絡(luò)的對比可以發(fā)現(xiàn)，在主題編排上，中美教科書按照各章的順序依次呈現(xiàn)物理知識，表現(xiàn)出物理知識之間的遞進關(guān)系。在內(nèi)容間的緊密度上，中國教科書的物理知識網(wǎng)絡(luò)的連邊少于美國教科書的知識網(wǎng)絡(luò)。中國教科書的物理知識網(wǎng)絡(luò)的平均度=8.37，美國教科書的物理知識網(wǎng)絡(luò)的平均度=14.55，說明了美國教科書知識網(wǎng)絡(luò)中知識單元間的聯(lián)系更緊密。

中國教科書中，“聲”與“光”兩者之間并未建立緊密聯(lián)系，其中明顯分為“聲”和“光”兩部分；美國教科書是用實質(zhì)性的知識——“波”將“聲”“電磁波”和“光”有機地組合在一起，這與圖1所描述的主題內(nèi)容內(nèi)在關(guān)系保持一致。中國教科書從“光現(xiàn)象”出發(fā)，拓展延伸到“透鏡及其應(yīng)用”，說明中國教科書“窄而深”地加強特定內(nèi)容；美國教科書是以“波”為主線展開的，從本質(zhì)屬性出發(fā)將各章之間建立起緊密的聯(lián)系，說明美國教科書更注重知識間的內(nèi)在聯(lián)系。

3 結(jié)論與建議

通過物理知識網(wǎng)絡(luò)的對比可知，在宏觀層面上中美教科書在“聲與光”主題的編排以及內(nèi)在關(guān)系存在差異；在微觀層面上通過構(gòu)建中美教科書物理知識二元網(wǎng)絡(luò)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)中美教科書物理知識網(wǎng)絡(luò)上存在的差異具體表現(xiàn)在各章內(nèi)容間的聯(lián)系和緊密度上。

通過挖掘教科書差異背后的原因，可以為我國教科書的編寫提供幾點建議：（1）從本質(zhì)上建立起知識間的聯(lián)系，體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)。美國教科書從“聲”與“光”的本質(zhì)出發(fā)，將各知識點及概念建立起內(nèi)在聯(lián)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識時逐漸養(yǎng)成從事物的現(xiàn)象出發(fā)把握事物本質(zhì)的習(xí)慣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維；（2）加強知識間的緊密度，培養(yǎng)學(xué)生的理解能力。美國教科書用“可見的電磁波是光”這一事實將“電磁波”與“光”聯(lián)系在一起，這樣的設(shè)計有助于學(xué)生建立系統(tǒng)化的知識網(wǎng)絡(luò)，有利于提升學(xué)生對知識的理解程度。

隨著我國物理課程改革的深入，開始倡導(dǎo)物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)。教科書作為教師教和學(xué)生學(xué)的主要輔助材料，要反映課程改革的需求，物理教科書的編寫者要進行理性思考。在前人教科書比較研究的基礎(chǔ)上[13-16]，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建中美兩國初中物理教科書“聲與光”部分的知識網(wǎng)絡(luò)并進行比較，可以為我國教材研究者提供新的思路，并為我國物理教科書后續(xù)的完善提供有意義的借鑒。

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（欄目編輯 劉 榮）