中美高中物理教材比較研究

馬小花 霍杰

摘? ?要：選取2019人教版普通高中物理教材和美國(guó)（2008中譯本）教材《物理：原理與問(wèn)題》，以“牛頓第三定律”一節(jié)為例，對(duì)比分析兩套教材在章節(jié)內(nèi)容組織、呈現(xiàn)方式、引言設(shè)計(jì)、概念引入、實(shí)驗(yàn)欄目、例題、習(xí)題方面的差異。其次結(jié)合課標(biāo)明確教材編寫意圖，領(lǐng)會(huì)編寫思路，最終結(jié)合理解教材的邏輯結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，得到三點(diǎn)教學(xué)啟示結(jié)論。

關(guān)鍵詞：中美高中物理；牛頓第三定律；比較研究

教材作為教學(xué)過(guò)程中的最優(yōu)資源，是教師與學(xué)生之間交流的載體，一方面它承擔(dān)了學(xué)科專業(yè)知識(shí)，是教師教育教學(xué)的依據(jù)，另一方面它是一個(gè)國(guó)家社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的體現(xiàn)。通過(guò)教材對(duì)比的形式去審視國(guó)內(nèi)外各類版本教材，可以有效提高教材資源的開(kāi)發(fā)、整合與利用，同時(shí)也可以汲取各家所長(zhǎng)，做到教材資源功能的最大化。美國(guó)作為教育大國(guó)，教材編寫業(yè)已形成一套較為成熟的體系。通過(guò)中美兩個(gè)國(guó)家的教材對(duì)比，可以吸取其優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)我國(guó)教材的發(fā)展與完善，同時(shí)也為教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)提供一種新的思路和方法，提升教師“因材施教”的水平。高中物理中，力學(xué)的研究對(duì)象是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，即宏觀物體之間或物體各部分之間相對(duì)位置隨時(shí)間變化，以及物體間相互作用與由此引起的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所遵從的規(guī)律。牛頓第三定律獨(dú)立于前兩條定律，但基于第一定律定義的相關(guān)概念，在第二定律提供的數(shù)學(xué)表征中得到發(fā)展。牛頓三定律既相互獨(dú)立，又有著順承的邏輯關(guān)系，共同構(gòu)成經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)[ 1 ]?；诖?，本文將以國(guó)內(nèi)2019版高中物理必修1教科書（以下簡(jiǎn)稱“人教版教材”）和美國(guó)《Physics： Principles with Applications》（《物理：原理與問(wèn)題》）（以下簡(jiǎn)稱“美國(guó)教材”）為例，選取力學(xué)中“牛頓第三定律”這一節(jié)內(nèi)容，對(duì)中美教材展開(kāi)文本分析和編寫安排的比較分析。

1? 中美高中物理教科書中牛頓第三定律內(nèi)容選擇與編排比較

“牛頓第三定律”屬于牛頓力學(xué)的范疇，兩國(guó)教材都將其作為單獨(dú)的一節(jié)來(lái)進(jìn)行教學(xué)。人教版教材的節(jié)標(biāo)題為“牛頓第三定律”，美國(guó)教材的節(jié)標(biāo)題為“相互作用力”。人教版將本節(jié)內(nèi)容安排在摩擦力和力的合成與分解內(nèi)容中間，而美國(guó)教材安排在牛頓定律應(yīng)用的后面學(xué)習(xí)（如表1）。

美國(guó)教材將本節(jié)內(nèi)容安排在一維力這一章，并將本節(jié)內(nèi)容編排在力和運(yùn)動(dòng)、牛頓定律的應(yīng)用之后。這一處理是將力學(xué)知識(shí)與牛頓第三定律的學(xué)習(xí)嵌合在一起，體現(xiàn)知識(shí)的模塊化。并通過(guò)劃分一維力和二維力章節(jié)，在降低學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)難度的同時(shí)體現(xiàn)知識(shí)的統(tǒng)一性。每節(jié)知識(shí)總體以簡(jiǎn)單的內(nèi)容學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，逐步進(jìn)階到加入復(fù)雜條件進(jìn)行分析，并縱向聯(lián)系教材內(nèi)容，搭建牛頓力學(xué)體系。人教版教材將牛頓第三定律內(nèi)容設(shè)立在重力與彈力、摩擦力之后，力的合成與分解、共點(diǎn)力平衡之前，體現(xiàn)章知識(shí)內(nèi)容的統(tǒng)一性設(shè)計(jì)。并且人教版教材在本節(jié)的設(shè)計(jì)中凸顯與初中階段的銜接，以跨度較小的知識(shí)依次遞進(jìn)物理概念的理解和深化。注重利用高中生已有的認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)本節(jié)的邏輯體系，有利于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握和思維、探究能力的鍛煉。章節(jié)結(jié)構(gòu)是從整個(gè)高中物理課程的視角進(jìn)行設(shè)計(jì)，更加注重知識(shí)的統(tǒng)一，不僅有利于學(xué)生對(duì)重力與彈力、摩擦力的深化理解，而且在力的合成與分解、共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的受力分析上奠定基礎(chǔ)。（如圖1：a、b所示）。

牛頓第三定律問(wèn)題作用力和反作用力牛頓第三定律實(shí)驗(yàn)拓展學(xué)習(xí)物體受力的初步分析練習(xí)與應(yīng)用

相互作用力學(xué)習(xí)目標(biāo)識(shí)別相互作用力牛頓第三定律迷你實(shí)驗(yàn)解題策略例題練一練線或繩子上的力正壓力物理實(shí)驗(yàn)本節(jié)復(fù)習(xí)題

2? 中美高中物理教科書中牛頓第三定律內(nèi)容呈現(xiàn)方式比較

2.1? 引言設(shè)計(jì)對(duì)比

引言，顧名思義為引導(dǎo)性語(yǔ)言。以提出問(wèn)題或生活現(xiàn)象為實(shí)例來(lái)激發(fā)學(xué)生的好奇心，或是用簡(jiǎn)單的文字來(lái)描述教材中相關(guān)內(nèi)容[ 2 ]。物理教科書在引言設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)出其有別于其他學(xué)科的魅力，以名人名言、問(wèn)題探究居多。人教版教材和美國(guó)教材關(guān)于“牛頓第三定律”內(nèi)容引言設(shè)計(jì)（如表2）。

人教版教材設(shè)立“問(wèn)題”欄目，旨在培養(yǎng)中學(xué)階段學(xué)生所欠缺的問(wèn)題意識(shí)。首先提出“力的作用是相互的，相互作用的力其大小有什么關(guān)系”物理問(wèn)題，搭建知識(shí)認(rèn)知支架，引發(fā)學(xué)生思考，之后用生活實(shí)例“大人和小孩掰手腕”，再次搭建物理情境支架，暴露學(xué)生“大人對(duì)小孩的作用力一定大于小孩對(duì)大人的作用力”錯(cuò)誤的前概念，并引發(fā)強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。學(xué)生受到問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)，動(dòng)腦思考，進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)和規(guī)律的探究，進(jìn)而對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋，促使學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容感興趣，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。美國(guó)教材從力產(chǎn)生加速度的角度出發(fā)，提出“力是如何產(chǎn)生的呢”并舉例磁體、杠桿生活實(shí)例，通過(guò)物理模型搭建物理問(wèn)題支架，同樣注重以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的形式引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理，進(jìn)入本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

2.2? 概念引入對(duì)比

以牛頓第三定律的表述概念對(duì)比：可以發(fā)現(xiàn)人教版教材由彈簧和手受力示意圖、地球和人造衛(wèi)星受力分析示意圖，語(yǔ)言表述明確作用力和反作用力定義，再?gòu)尿?yàn)證實(shí)驗(yàn)的角度定量得到其精煉的表述，符合我國(guó)中學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的認(rèn)知特點(diǎn)。并且整節(jié)內(nèi)容在問(wèn)題設(shè)置與語(yǔ)言表述上，都呈現(xiàn)出圖文并茂、邏輯清晰、層次分明、重點(diǎn)突出的特點(diǎn)。美國(guó)教材則以生活情境提出物理疑問(wèn)，結(jié)合物理圖示解決學(xué)生常見(jiàn)的學(xué)習(xí)誤區(qū)，使用大段通俗易懂的文字去構(gòu)建物理情境，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題，解決問(wèn)題到深化為物理概念構(gòu)建的過(guò)程。此種設(shè)計(jì)可以激發(fā)學(xué)生在課堂中以解決教材所提出的問(wèn)題逐步進(jìn)行學(xué)習(xí)的動(dòng)力，讓學(xué)生在突破物理概念過(guò)程中提升思維能力（如表3）。

2.3? 實(shí)驗(yàn)欄目對(duì)比

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的一種組織形式。教學(xué)中選取不同的實(shí)驗(yàn)類型，對(duì)教學(xué)所起到的效果會(huì)有所不同。實(shí)驗(yàn)可創(chuàng)設(shè)物理情境，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也可以提高物理課堂的趣味性（如表4）

上表中可以看出，本節(jié)內(nèi)容中美國(guó)教材實(shí)驗(yàn)類型的設(shè)置數(shù)量少于人教版教材的。美國(guó)教材本章每個(gè)欄目的實(shí)驗(yàn)都具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，明確規(guī)范內(nèi)容和固定環(huán)節(jié)。每章起始設(shè)立起步實(shí)驗(yàn)，由提出問(wèn)題到實(shí)驗(yàn)步驟說(shuō)明，再到分析環(huán)節(jié)，最后提升為理性思維，是一個(gè)完整的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，該環(huán)節(jié)也是本章主要概念及內(nèi)容的導(dǎo)引。迷你實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多為非實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的趣味實(shí)驗(yàn)，而物理實(shí)驗(yàn)則為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，通過(guò)10個(gè)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，步驟清晰，學(xué)生可通過(guò)閱讀實(shí)驗(yàn)所給內(nèi)容獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。相比較而言，人教版教材本章實(shí)驗(yàn)分三部分：演示、實(shí)驗(yàn)、拓展學(xué)習(xí)欄目。演示欄目注重以一段文字?jǐn)⑹?，通過(guò)教師演示，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行，體現(xiàn)該欄目的導(dǎo)引作用；實(shí)驗(yàn)欄目基本上是將實(shí)驗(yàn)步驟整合為一段話表述，沒(méi)有體現(xiàn)出“步驟”，需要學(xué)生自己理解結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行設(shè)計(jì)完成，注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦以及科學(xué)探究的能力；拓展學(xué)習(xí)欄目設(shè)立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)難以測(cè)量或難以控制的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)精度要求較高的實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，便于學(xué)生觀察，加深理解和提高教學(xué)效率。因此，人教版實(shí)驗(yàn)欄目的設(shè)計(jì)是學(xué)生物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)的重要工具和培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律的能力。

2.4? 例題（習(xí)題）對(duì)比

例題、習(xí)題作為教材的重要組成部分之一，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起著引導(dǎo)、理解、鞏固的作用[ 3 ]。習(xí)題教學(xué)是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要部分，是教師在教學(xué)過(guò)程中為學(xué)生理解、掌握物理知識(shí)而建設(shè)的一座橋梁，也是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果重要測(cè)評(píng)手段。因此，例題和習(xí)題的一方面是對(duì)知識(shí)內(nèi)容的深層次呈現(xiàn)，是對(duì)抽象的物理概念具體化的表述；另一方面，習(xí)題也是學(xué)生進(jìn)行思考，提升學(xué)生思維能力的主要方式。所以，選擇合適且適量的習(xí)題，對(duì)教學(xué)起著至關(guān)重要的作用（如表5）。

通過(guò)分析教材習(xí)題編排特點(diǎn)，明確考察水平層次。從習(xí)題類型上看：人教版教材習(xí)題類型大部分是基礎(chǔ)型、深化型和問(wèn)題解決型，類型一般為計(jì)算題；美國(guó)教材習(xí)題類型比較豐富，除了基礎(chǔ)型和拓展型，還有培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和探究思維的題型，以及科技寫作題，多種題目類型可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。從習(xí)題涉及范圍看：人教版教材習(xí)題所涉及的內(nèi)容，多為學(xué)生掌握本章內(nèi)容服務(wù)，而美國(guó)教材習(xí)題涉及范圍較廣，從各個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力。如科技寫作習(xí)題，不僅能夠鍛煉學(xué)生的寫作能力和分析能力，而且還能擴(kuò)展學(xué)生涉獵知識(shí)范圍。

3? 教材對(duì)比后的教學(xué)啟示

通過(guò)對(duì)比“牛頓第三定律”節(jié)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，兩國(guó)教材在力學(xué)章節(jié)編排明顯不同。針對(duì)上述差異，提出借鑒美國(guó)教材設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)之處加以在教學(xué)環(huán)節(jié)融入智慧教育的手段，改善我國(guó)在中學(xué)物理教學(xué)的不足之處。

3.1? 細(xì)化物理概念，提升學(xué)生整合知識(shí)能力

教材對(duì)比過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)國(guó)外教材在語(yǔ)言表述方面注重以通俗易懂的方式闡述物理過(guò)程，而國(guó)內(nèi)教材注重以知識(shí)內(nèi)容呈現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的邏輯，內(nèi)容前后的鋪墊，注重提煉明確且精煉的語(yǔ)言來(lái)表述，缺少引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理知識(shí)的形成過(guò)程。針對(duì)這一點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程可參考采用美國(guó)教材中的物理知識(shí)形成的語(yǔ)言表述，輔助智慧APP，如X mind、Mind Master、幕布等，組織學(xué)生搭建學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖以及知識(shí)總結(jié)框架，引導(dǎo)學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。

3.2? 選取恰當(dāng)?shù)奈锢砹?xí)題，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)需求，突破教學(xué)重難點(diǎn)

當(dāng)前，我國(guó)教師在物理教學(xué)中呈現(xiàn)出自身知識(shí)碎片化，盲目追求覆蓋面，知識(shí)傳授具有機(jī)械性的問(wèn)題，這就導(dǎo)致學(xué)生反復(fù)記憶，教師重復(fù)講解，學(xué)生大量訓(xùn)練。但因教材習(xí)題有限，市面上的習(xí)題資料便成為學(xué)生習(xí)題選擇的主流，國(guó)內(nèi)學(xué)生基本人人配備一套課外習(xí)題。然而學(xué)生對(duì)這些資料的篩選能力是有限的，滿目琳瑯的習(xí)題資料以及課外輔導(dǎo)書便成為學(xué)習(xí)壓力的主要來(lái)源。針對(duì)這一問(wèn)題，本論文提出引用國(guó)外教材所具備的題型豐富、知識(shí)深度可選、廣度可取且知識(shí)結(jié)構(gòu)化、考點(diǎn)清單化的習(xí)題內(nèi)容，并結(jié)合國(guó)內(nèi)教材小課題欄目，讓學(xué)生在可選用習(xí)題范圍中提升知識(shí)掌握能力，關(guān)注不同水平層次的學(xué)生習(xí)題需求，并利用習(xí)題突破知識(shí)重難點(diǎn)。

3.3? 以教明學(xué)，以學(xué)促練，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展

從比較研究牛頓第三定律內(nèi)容，延伸為章節(jié)編排的亮點(diǎn)，到整個(gè)教材各個(gè)章節(jié)的對(duì)比分析。首先通過(guò)分析教材，可發(fā)現(xiàn)教師在備課過(guò)程中所存在的教學(xué)潛在問(wèn)題，設(shè)計(jì)多種課堂解決方案，使學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中得到更佳學(xué)習(xí)空間。其次國(guó)內(nèi)教師在利用各類教學(xué)資源時(shí)要分清主次，明確教材才是根本，不斷打磨課程，推陳出新，做到用教材教，真正實(shí)現(xiàn)減負(fù)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。最后教師根據(jù)課標(biāo)中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，對(duì)于國(guó)外教材中的例題加習(xí)題部分，可適當(dāng)引入，選取有“質(zhì)”有“量”的習(xí)題，教師可編入本校的智慧平臺(tái)，根據(jù)不同水平層次的學(xué)生，配套逐步進(jìn)階的習(xí)題。真正實(shí)現(xiàn)有效評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于知識(shí)和技能的掌握程度，精準(zhǔn)指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中所存在的問(wèn)題。

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