中美初中教材中“杠桿”內(nèi)容的比較研究

曾海濤 吳偉

摘? 要：物理教材是實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)目標(biāo)的重要文本資源，不同國家的物理教材體現(xiàn)了差異性的教學(xué)思想。文章選擇美國初中主流STC教材和國內(nèi)使用范圍較廣的人教版、蘇科版、滬教版、浙教版和北師大版五個(gè)版本初中物理（或科學(xué)）教材，對其中的“杠桿”內(nèi)容，從所處位置、內(nèi)容設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置、插圖設(shè)計(jì)、例題與習(xí)題等幾個(gè)方面進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)STC教材注重學(xué)生科學(xué)探究、思辨與表達(dá)的訓(xùn)練，中國教材則更注重教材的系統(tǒng)性和知識性、學(xué)習(xí)的結(jié)果性。

關(guān)鍵詞：初中物理教材;杠桿;比較研究

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）7-0023-5

物理教材，亦稱物理課本，是根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)（或物理教學(xué)大綱）編定的系統(tǒng)反映物理學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)用書，是實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)目標(biāo)的重要文本資源[1]。不同國家的物理教材體現(xiàn)了差異性的教學(xué)思想，同一國家多樣化的物理教材是編者為適應(yīng)不同地區(qū)教育現(xiàn)狀的產(chǎn)物。研究分析不同國家的物理教材和同一國家不同版本的物理教材，對物理教材資源的應(yīng)用優(yōu)化具有重要意義。

近些年來，有許多研究人員從不同角度對中美物理教科書的對比分析展開過研究。北京師范大學(xué)李春密和李曉梅自主創(chuàng)建了初中物理教材比較分析模型，從廣度和深度就難度問題對中美教材中的“壓強(qiáng)和浮力”進(jìn)行靜態(tài)文本分析[2]。華南師范大學(xué)文瑩瑩等從教材內(nèi)容設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置和插圖設(shè)計(jì)等6個(gè)方面對比中徳初中教材中“浮力”內(nèi)容[3]。蘇州大學(xué)張翔對美國和蘇科版初中物理教材的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)、探究活動(dòng)、習(xí)題、插圖、科學(xué)方法等方面進(jìn)行比較研究[4]。此外，還有很多學(xué)者對中美高中物理教材進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析。然而，針對國內(nèi)多版本初中物理教材與美國初中科學(xué)教材物理部分的對比卻鮮少涉及。

本文選擇美國初中主流科學(xué)教材Science and Technology for Children（以下簡稱STC教材）和國內(nèi)使用范圍較廣的人教版、蘇科版、滬教版、浙教版和北師大版五個(gè)版本初中物理（或科學(xué)）教材[5-10]，對其中的“杠桿”內(nèi)容，從所處位置、內(nèi)容設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置、插圖設(shè)計(jì)、例題與習(xí)題等幾個(gè)方面進(jìn)行對比分析，以期對我國初中物理教材“杠桿”內(nèi)容的編寫和教學(xué)提供一些建議。

1? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容所處位置比較

杠桿是簡單機(jī)械的一種，充分認(rèn)識杠桿及杠桿的平衡條件是掌握好簡單機(jī)械、功、能等知識的前提。國內(nèi)五個(gè)版本的教材將“杠桿”內(nèi)容放于“簡單機(jī)械”相關(guān)章節(jié)中，美國STC教材將“杠桿”內(nèi)容安排在《能量、機(jī)器和運(yùn)動(dòng)》一書中，說明中美教材對于“杠桿”內(nèi)容的定位是一致的。

在編排順序上，浙教版、滬教版和人教版教材先介紹功能知識，再介紹杠桿;而蘇科版和北師大版教材則恰好相反，先處理杠桿、滑輪等簡單機(jī)械問題，再介紹功能知識;STC教材先介紹滑輪和杠桿知識，再分析使用機(jī)械的優(yōu)勢和機(jī)械效率。從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的角度出發(fā)，蘇科版、北師大版和STC教材的處理更為妥當(dāng)。學(xué)生只有在充分了解簡單機(jī)械，并知道如何運(yùn)用這些機(jī)械完成物體的搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移，才能進(jìn)一步理解在物體的搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移中存在做功，而做功正是能量轉(zhuǎn)化的量度。這樣的安排符合初中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，不易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，易于教學(xué)的開展。

2? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容設(shè)計(jì)比較

縱觀中美教材，“杠桿”內(nèi)容頁數(shù)大都在6頁上下，分為2～3個(gè)小節(jié)，圍繞杠桿及杠桿的平衡條件展開，但在具體內(nèi)容上還是略有不同，具體區(qū)別見表1。

從表1中可以看出，國內(nèi)五個(gè)版本的教材基本是按照“杠桿的概念—實(shí)驗(yàn)探究杠桿的平衡條件—鞏固應(yīng)用”的邏輯順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，契合我國義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中對杠桿部分內(nèi)容的要求——“知道簡單機(jī)械。通過實(shí)驗(yàn)，探究并了解杠桿的平衡條件”[11]。此外，國內(nèi)的教材都以圖文并茂的形式呈現(xiàn)中國古代人們對杠桿的使用，包括《墨經(jīng)》《天工開物》等書中的簡介，以及古代工具舂、桔槔、戥子等。這些都是杠桿這一內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史資源，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其愛國情懷。

美國STC教材主要集中在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究——探究杠桿的平衡條件、探究使用杠桿來提升重物時(shí)動(dòng)力做功與阻力做功的關(guān)系，難度較我國五個(gè)版本教材要高。STC教材的一大特色是著重于實(shí)驗(yàn)探究，通過實(shí)驗(yàn)探究和合作交流讓學(xué)生完成知識體系的自主建構(gòu)。STC教材沒有對杠桿的基本構(gòu)造作出一定的解釋，在這一節(jié)的開端提出“是否玩過蹺蹺板，或使用過開瓶器和釣魚竿？這一節(jié)課我們將研究杠桿是如何平衡和提升負(fù)載的”等問題，這對學(xué)生開始杠桿的學(xué)習(xí)造成一定的困惑。STC教材也沒有直接給出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所能得到的普適規(guī)律，而是以練習(xí)的形式讓學(xué)生在小組討論后將自己的答案記錄在科學(xué)筆記本上，這樣的設(shè)計(jì)對于學(xué)習(xí)困難的學(xué)生有一定的難度，不易達(dá)成。

3? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容欄目設(shè)置比較

在欄目設(shè)置上，國內(nèi)五個(gè)版本的教材情況各不相同，其中蘇科版、浙教版和北師大版教材的欄目要豐富一些，比如蘇科版教材有“活動(dòng)（做一做、議一議）”“學(xué)生實(shí)驗(yàn)”“信息速遞”“生活·物理·社會”“信息庫”“WWW”6個(gè)欄目，分別涉及課堂引入、學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)、知識概念補(bǔ)充、物理與生活和社會事件的聯(lián)系、物理學(xué)史的介紹、課后習(xí)題幾個(gè)方面，貼合初中生的心理特點(diǎn)，便于教學(xué)的展開。反觀人教版和滬教版的教材，以滬教版為例，在一節(jié)內(nèi)容中只有“你知道嗎？”“思考與練習(xí)”兩個(gè)欄目，名字簡單、形式單薄，對學(xué)生吸引力不夠。

STC全套教材中每一本書的每一節(jié)欄目設(shè)置具有高度一致性，依次是引言與導(dǎo)圖、教學(xué)目標(biāo)、課前討論問題、探究前的準(zhǔn)備（器材）、探究步驟及過程、反思。每一個(gè)欄目中或以高清有吸引力的大圖、或以風(fēng)趣幽默的語言、或以有思考性的問題引導(dǎo)學(xué)生加入科學(xué)探究，這非常值得國內(nèi)教材學(xué)習(xí)。

4? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容的插圖比較

插圖是指教材中具有直觀、形象特點(diǎn)的圖片、照片、圖像等儲存和傳遞教育信息的系統(tǒng)，能夠表達(dá)那些用文字難以表達(dá)的空間和具體細(xì)節(jié)[12]。對于杠桿這一緊密聯(lián)系日常生活的內(nèi)容，教材中合適的插圖能幫助學(xué)生順利將生活經(jīng)驗(yàn)遷移到物理學(xué)習(xí)中來，利于教學(xué)的展開。中美六個(gè)版本教材均為彩色印刷，圖片顏色鮮艷、形象生動(dòng)，教材插圖密度較高，最高平均可達(dá)每頁4幅之多，插圖具體內(nèi)容見圖1。

按照教材插圖的類型不同，將六個(gè)版本教材的插圖分為漫畫圖、模型圖、攝影圖和實(shí)驗(yàn)探究圖。漫畫圖描繪夸張的人物形象和神態(tài)動(dòng)作，比如蘇科版教材中的“釣魚竿”一圖;模型圖在這主要指的是用模型抽象具體情境，并分析杠桿五要素的圖;攝影圖為真實(shí)拍攝的圖片，如STC教材中的“道斯1996年平衡木項(xiàng)目表演圖”;實(shí)驗(yàn)探究圖呈現(xiàn)的是探究杠桿平衡條件過程圖。值得說明的是STC教材中圖片清晰度、色彩對比度和圖片大小都明顯優(yōu)于國內(nèi)教材。

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，六個(gè)版本教材中攝影圖的占比都很高，攝影圖具有生活化、情境化的特點(diǎn)，能輕松將學(xué)生帶入需要探究的物理情境中。探究杠桿的平衡條件是“杠桿”內(nèi)容的重點(diǎn)，六個(gè)版本教材中都有實(shí)驗(yàn)探究圖，國內(nèi)五個(gè)版本教材基本以一幅杠桿平衡狀態(tài)下的示意圖簡單呈現(xiàn)，沒有具體探究過程;但STC教材中實(shí)驗(yàn)探究圖的占比高達(dá)一半，這與其著重實(shí)驗(yàn)探究的教材特點(diǎn)一致。在漫畫圖和模型圖這兩部分，國內(nèi)教材則明顯優(yōu)于STC教材，STC教材沒有漫畫圖和模型圖，也缺乏杠桿五要素的分析。國內(nèi)教材特別是滬教版的教材在每一幅攝影圖的旁邊都會另附一幅小型模型圖展現(xiàn)攝影圖中的杠桿模型及杠桿的五要素，反復(fù)加強(qiáng)學(xué)生對杠桿的分析能力和作圖能力。

5? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容的例題、習(xí)題比較

例題、習(xí)題是物理教材的重要組成部分，也是教學(xué)評價(jià)的重要手段，具有選擇、填空、作圖、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等多種形式，能夠幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)物理知識，加深對物理規(guī)律的理解。對比中美六個(gè)版本教材，國內(nèi)教材偏好作圖和計(jì)算題，大都有唯一的標(biāo)準(zhǔn)解答，屬于良性結(jié)構(gòu)問題，操作題和討論題不多;STC教材則更傾向于思考題和討論題，強(qiáng)調(diào)在一次又一次的組內(nèi)和班內(nèi)討論中獲得物理規(guī)律。下面，分別針對教材內(nèi)的例題和習(xí)題進(jìn)行具體分析。

5.1? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容的例題比較

就例題數(shù)量來說，中美六個(gè)版本教材都只有1個(gè)例題或者沒有例題，具體比較見表2。

從表2可以看出，有例題的四個(gè)版本國內(nèi)教材中都至少配有包括支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂這杠桿五要素的模型圖，并通過簡明扼要的文字說明和規(guī)范的求解過程，向?qū)W生示范計(jì)算題的解題格式。這其實(shí)與國內(nèi)教材課后習(xí)題的設(shè)置保持一致，課本例題的求解是學(xué)生習(xí)題求解的范式。STC教材在“杠桿”這一節(jié)沒有設(shè)置例題，這與其重視科學(xué)探究的訓(xùn)練、忽視計(jì)算能力的培養(yǎng)的特點(diǎn)是一致的。

5.2? ? 中美教材中“杠桿”內(nèi)容的習(xí)題比較

國內(nèi)五個(gè)版本教材課后習(xí)題部分無論從題目數(shù)量還是題型都具有比較強(qiáng)的一致性，與美國STC教材存在明顯差別，具體比較見表3。

從表3可以看出，美國STC教材“杠桿”內(nèi)容的習(xí)題類型包括簡答題、作圖題和討論題，并主要集中在討論題和簡答題，學(xué)生通過課前、課中和課后的討論形成認(rèn)知沖突完成知識建構(gòu)。簡答題不僅需要學(xué)生完成觀點(diǎn)的表達(dá)，更重要的是能提供強(qiáng)而有力的證據(jù)來證明自己的觀點(diǎn)，比如“你是否同意杠桿是簡單機(jī)械的另一個(gè)例子，引用證據(jù)來支持你的觀點(diǎn)，并和全班同學(xué)討論你對這個(gè)問題的看法”[12]，這對于學(xué)生尋找證據(jù)的能力、表達(dá)能力等都有一定的促進(jìn)作用。

國內(nèi)五個(gè)版本教材的課后習(xí)題量相對均衡些，維持在4道習(xí)題左右，題型分布也比較均勻，基本是一類題型一個(gè)題目。其中，對于計(jì)算題和作圖題比較重視，作圖題的設(shè)計(jì)意圖是鞏固學(xué)生對杠桿五要素的理解，計(jì)算題的設(shè)計(jì)是為了強(qiáng)化學(xué)生對杠桿平衡條件的應(yīng)用，而這兩個(gè)方面也是“杠桿”這一內(nèi)容的教學(xué)難點(diǎn)。其中，蘇科版沒有像國內(nèi)其他四個(gè)版本教材那樣側(cè)重于計(jì)算題的設(shè)置，而是選擇了制作“蠟燭蹺蹺板”這一任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在動(dòng)手操作的過程中鞏固對杠桿平衡這一知識點(diǎn)的認(rèn)識。以操作題取代常規(guī)的紙筆練習(xí)題，對初中階段的學(xué)習(xí)顯然更能激發(fā)學(xué)生對于物理猜想和物理探究的興趣。

6? ? 研究結(jié)論與啟示

通過對中美教材中“杠桿”內(nèi)容的比較，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)五個(gè)版本教材雖然在具體內(nèi)容上略有差異，但還是保持著較高的一致性，中美教材在內(nèi)容設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置、插圖設(shè)計(jì)、例題與習(xí)題等幾個(gè)方面差異明顯。

STC教材注重學(xué)生科學(xué)探究的訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)探究前學(xué)生要在自己的科學(xué)筆記本上對相關(guān)問題作出猜想，然后進(jìn)行長時(shí)間的小組合作探究，再對探究結(jié)果進(jìn)行討論和反思，這也正是科學(xué)探究的基本流程。STC教材注重思辨和表達(dá)的訓(xùn)練，教材中的學(xué)生習(xí)題大都是以“discuss”和“reflect”為題的，教師在教材的指導(dǎo)下開展以學(xué)生為主體的探究式教學(xué)，注重學(xué)生觀點(diǎn)的表達(dá)和思維的碰撞。

中國教材注重教材的系統(tǒng)性和知識性，縱觀國內(nèi)五個(gè)版本教材，其編排都具有一定的邏輯順序，都明確指出杠桿的定義和杠桿的平衡條件，也在教材中安排了合適的計(jì)算和作圖以加強(qiáng)學(xué)生對新知識的理解和掌握。中國教材強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的結(jié)果性，但凡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，就一定會有實(shí)驗(yàn)總結(jié)，并得出相應(yīng)的物理規(guī)律;但凡進(jìn)行問題討論，就一定會有教師總結(jié)，得出唯一的標(biāo)準(zhǔn)答案。

綜上所述，中美初中教材各有利弊，教材的編寫應(yīng)當(dāng)在課程標(biāo)準(zhǔn)擬定的范圍下，盡可能為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)服務(wù)。

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）