中美高中物理教材“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”知識(shí)呈現(xiàn)對(duì)比研究

葉麗婧

摘要：物理學(xué)是以概念、定律為核心構(gòu)架的一座大廈，有極強(qiáng)的思維邏輯性和知識(shí)連貫性。在高中物理知識(shí)體系中，“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”首次提出相關(guān)的力學(xué)概念，探究簡(jiǎn)單機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具有知識(shí)結(jié)構(gòu)中的重要基礎(chǔ)性，更是學(xué)生建立物理思維和習(xí)慣的重要一環(huán)，其地位不言而喻。美國(guó)是當(dāng)今世界教育、經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)地區(qū)，美國(guó)教育必有精華待取之。因此，本研究選取了中國(guó)和美國(guó)的高中物理教材，對(duì)“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的知識(shí)呈現(xiàn)進(jìn)行了研究并加以比較，來得到相關(guān)啟示。

關(guān)鍵詞：高中物理教材;牛頓運(yùn)動(dòng)定律

一、研究的教材

本研究選取的中、美兩國(guó)的高中物理教材，均為各國(guó)主流教材。

《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書：物理》是全國(guó)范圍內(nèi)最盛行的教材，歷經(jīng)多次修訂，由人民教育出版社、課程教材研究所和物理課程教材研究開發(fā)中心聯(lián)合編著。

《Physics：Principles and Problems》由Paul W.Zitzewitz編寫，經(jīng)McGraw-Hill Publishing（2005）出版，后經(jīng)多次改編、修訂，全美使用率高達(dá)50%，并為多數(shù)英語國(guó)家采用，堪稱世界范圍內(nèi)最主流的高中物理教材之一。

二、“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”知識(shí)呈現(xiàn)比較

（一）研究?jī)?nèi)容

1.教材力學(xué)部分章節(jié)

教學(xué)章節(jié)上，兩者均采用“運(yùn)動(dòng)描述——力的引入——牛頓運(yùn)動(dòng)定律——定律的運(yùn)用”的順序，脈絡(luò)清晰，且均涉及牛頓力學(xué)適用的各個(gè)領(lǐng)域。但兩者呈現(xiàn)的章節(jié)數(shù)量，篇幅長(zhǎng)度，應(yīng)用廣度有所差異。普通高中物理教材章節(jié)適中，內(nèi)容全面，廣度較淺，采用必修加選修的方式加以闡述，必修著眼于基礎(chǔ)知識(shí)，希望學(xué)生能對(duì)簡(jiǎn)單、常見運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述。選修涉及拓展知識(shí)，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)提供平臺(tái)和機(jī)會(huì)，希望學(xué)生能用力學(xué)的方法對(duì)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。Physics：Principles and Problems所用章節(jié)數(shù)最多，涉及內(nèi)容最為全面，研究較深入。在普通高中物理基礎(chǔ)上，增設(shè)對(duì)二維力，二維運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)等內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)力學(xué)部分知識(shí)的認(rèn)識(shí)更加系統(tǒng)，理解更為深刻，能使學(xué)生達(dá)到對(duì)任何運(yùn)動(dòng)的描述。

2.內(nèi)容表述

從內(nèi)容表述中，可以發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）在牛頓第一定律的表述中，兩套教材中均用了“勻速直線運(yùn)動(dòng)”“靜止”等詞語，而在對(duì)條件說明中，中國(guó)教材使用了“力”，美國(guó)教材使用了“凈力”。對(duì)條件的說明，中國(guó)教材使用泛化的“力”，卻暗指合外力。雖表述簡(jiǎn)潔，易使學(xué)生與經(jīng)驗(yàn)和所學(xué)產(chǎn)生聯(lián)系，卻也會(huì)疑惑力和外力如何區(qū)分。美國(guó)的“凈力”著重于從事物的本質(zhì)出發(fā)，對(duì)力和合外力作了區(qū)分。（2）在牛頓第二定律的表述中，中美兩國(guó)教材均是從對(duì)“加速度”的描述著手，包括對(duì)其大小和方向的說明。中美教材從對(duì)“加速度”描述著手，教材邏輯上，環(huán)環(huán)相扣，層層深入。教學(xué)內(nèi)容上，學(xué)生易于與已知產(chǎn)生聯(lián)系，便于理解，也符合螺旋式上升的學(xué)習(xí)模式。在牛頓第三定律的表述中，中國(guó)教材注重文字表述，美國(guó)教材采用文字表述與公式相結(jié)合的方式。

中國(guó)教材用簡(jiǎn)潔明了的文字表達(dá)了豐富的含義。從力的三要素出發(fā)，對(duì)作用力的大小、方向與作用線做了解釋說明。美國(guó)教材文字做解釋，公式作表達(dá)。從公式入手讓學(xué)生理解。

（二）三大運(yùn)動(dòng)定律呈現(xiàn)順序

中國(guó)教材編排順序從第一定律到第二定律到第三定律按照順序，從力的含義出發(fā)，指出力的作用效果，最后揭示力的本質(zhì)。從對(duì)力的理解的角度，層層深入。美國(guó)教材編排順序從第二定律到第一定律再到第三定律，從力的作用效果開始，指出力的含義，最后揭示力的本質(zhì)。從對(duì)力的認(rèn)識(shí)的角度，由表及里。

三、結(jié)論及啟示

（一）結(jié)論

通過比較研究可得，兩本教材的相似與不同，具體如下：

1.在教學(xué)章節(jié)上，兩者均采用“運(yùn)動(dòng)描述——牛頓運(yùn)動(dòng)定律——定律的運(yùn)用”的邏輯順序，脈絡(luò)清晰，層層深入，且均涉及若干知識(shí)點(diǎn)和相應(yīng)概念，但兩者呈現(xiàn)的篇幅長(zhǎng)度，應(yīng)用廣度有所差異。

2.在內(nèi)容表述上，采用對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，對(duì)受力的分析的方式進(jìn)行說明。其中，中國(guó)教材以文字表述為主，而美國(guó)教材則采用公式與文字表述相結(jié)合的方式。定理的表述方面，兩國(guó)教材在定律條件的說明，定律描述的方向上也不甚相同。

3.在呈現(xiàn)方式上，兩者均按照一定的邏輯順序，采取文字，圖片，實(shí)驗(yàn)，例題和習(xí)題相結(jié)合的方式。圖片形象直觀，文字準(zhǔn)確精練，實(shí)驗(yàn)對(duì)比檢驗(yàn)，例題典型精煉，習(xí)題鞏固訓(xùn)練。中國(guó)教材難度適中，布局合理。美國(guó)教材注重多練。

（二）研究啟示

人教版的教材在牛頓運(yùn)動(dòng)定律的闡述上，大體上邏輯推理性強(qiáng)，脈絡(luò)清晰，結(jié)構(gòu)布局合理，內(nèi)容豐富，但也存在理論性強(qiáng)，脫離實(shí)際，習(xí)題單一等不足。

具體說來，知識(shí)結(jié)構(gòu)上，人教版高中物理教材更注重前后知識(shí)間的聯(lián)系，給學(xué)生提供“線性結(jié)構(gòu)”的學(xué)科知識(shí)。在學(xué)習(xí)某一概念時(shí)，把其他知識(shí)點(diǎn)通過各種方式反映出來以幫助學(xué)生更好的理解和應(yīng)用這個(gè)概念。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，但在某種程度上壓抑了學(xué)生的創(chuàng)新性。實(shí)用性方面，教材以物理知識(shí)為中心，以物理邏輯為序，注重物理學(xué)知識(shí)的完整性，沒有跳出物理學(xué)的框架，理論性強(qiáng)，實(shí)用性小。知識(shí)深度上，我國(guó)教材強(qiáng)度知識(shí)之間的聯(lián)系和邏輯，強(qiáng)調(diào)對(duì)概念，規(guī)律的外延，注重對(duì)定理，定律的應(yīng)用。習(xí)題設(shè)置方面，每一章，每一節(jié)都有大量的習(xí)題，教材本意是通過大量的反復(fù)的練習(xí)鞏固知識(shí)，加深理解，但同一信號(hào)的反復(fù)刺激，使人追求知識(shí)的本能冷卻，且習(xí)題脫離實(shí)際，理論性強(qiáng)，使學(xué)生負(fù)擔(dān)加重，興趣下降。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛春晶，車博.中美英高中物理教材中“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”知識(shí)呈現(xiàn)比較研究[J].物理教學(xué)探討，2017，35（07）：29-32+35.

[2]杜一.中美高中物理教材實(shí)驗(yàn)部分的對(duì)比分析——以“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”為例[J].物理教學(xué)探討，2018，36（12）：19-23.