核心素養(yǎng)視角下中美高中物理教材的比較研究
——以“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”為例

王寶成

(南京航空航天大學(xué)蘇州附屬中學(xué),江蘇 蘇州 215000)

基金項(xiàng)目：蘇州工業(yè)園區(qū)“十四五”教育科研課題“基于物理核心素養(yǎng)的中美高中主流物理教材的比較研究”(課題編號(hào):SYK2021007)

隨著我國新課改的不斷深化,創(chuàng)新優(yōu)化各個(gè)學(xué)科的教材設(shè)計(jì)已成為重中之重.同時(shí),不少教育工作者開始了國內(nèi)與國外教材的比較探究工作,通過分析中外教材存在的異同,找到優(yōu)化本國教學(xué)方案的路徑.本文選擇了國內(nèi)2019年修訂的新人教版高中物理教材和美國教材《物理:原理與問題》第二版,基于核心素養(yǎng)視角,比較分析運(yùn)動(dòng)和力相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)的異同點(diǎn),希望能給高中物理教師們提供教學(xué)參考,促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展.

1 情境創(chuàng)設(shè)的比較分析

物理概念的建立、規(guī)律的探究、定理的發(fā)現(xiàn)等都需要在真實(shí)的物理情境中完成.以《運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系》這一章節(jié)的教材為例,通過比較和提煉兩版教材中關(guān)于物理情境的素材,我們可以發(fā)現(xiàn),兩者的章前部分、正文部分、章末部分都具有分析意義,具體對(duì)比見表1.

從情境創(chuàng)設(shè)的數(shù)量上看,新人教版物理教材在章節(jié)初始階段就加強(qiáng)了情境的導(dǎo)入.通過章前引言、名人名言、問題導(dǎo)入等形式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考,以問題為驅(qū)動(dòng)力,進(jìn)行主題式探究.而美版教材中的起步實(shí)驗(yàn)、物理在你身邊也可以顯化教學(xué)目標(biāo),從而讓學(xué)生明確本章的大致內(nèi)容.

表1 中美兩國教材“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的情境創(chuàng)設(shè)數(shù)量對(duì)比

引入環(huán)節(jié),讓學(xué)生能夠?qū)Ρ菊碌闹匾獌?nèi)容有初步的了解,同時(shí)激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),這種設(shè)置使教材內(nèi)容逐步遞進(jìn),結(jié)構(gòu)清晰,更易理解,是一個(gè)極佳的編排方式[1].但在情境上的類型來看,美版教材列舉了全部的學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn),注重在知識(shí)形成的過程中創(chuàng)設(shè)情境.而新人教版教材更著重問題驅(qū)動(dòng)教學(xué),能在實(shí)際情境中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有效落實(shí)物理核心素養(yǎng).

2 知識(shí)構(gòu)建的比較分析

從知識(shí)構(gòu)建方面對(duì)中美物理教材進(jìn)行比對(duì)分析,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,進(jìn)一步提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).通過比較中美物理教材中《運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系》這一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)編排情況,如圖1、圖2所示,我們可以發(fā)現(xiàn)兩版教材在知識(shí)點(diǎn)的展開順序具有一定的可比性:

圖1 美版物理教材中“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建流程

圖2 新人教版物理教材中“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建流程

對(duì)比發(fā)現(xiàn),中美兩國物理教材關(guān)于“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”板塊都設(shè)置了多個(gè)章節(jié)內(nèi)容,但是在展開順序上有明顯區(qū)別.從圖中可以看出,美版教材在一維力章節(jié)中介紹了力和受力分析圖、合力、加速度和力、牛頓第二定律、牛頓第一定律以及慣性和平衡狀態(tài)6個(gè)小節(jié),在二維力章節(jié)中又介紹了矢量、摩擦力、二維力.而新人教版教材中,在“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”這一章節(jié)內(nèi)容開始之前,就先學(xué)習(xí)了上一章節(jié)相互作用——力的基本知識(shí),進(jìn)而開始下一章節(jié)牛頓第一定律、 牛頓第二定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用和超重與失重的學(xué)習(xí).

從總體上看,中美物理教材都采用了相同的知識(shí)編排結(jié)構(gòu),先簡(jiǎn)單介紹力學(xué)的相關(guān)知識(shí),再詳細(xì)分析牛頓運(yùn)動(dòng)定律的具體內(nèi)容.而新人教版教材在上一章節(jié)以重力、彈力、摩擦力等常見力切入,再講解力的示意圖、力的分解與合成以及力的運(yùn)算的相關(guān)知識(shí)點(diǎn).

因此,我們可以發(fā)現(xiàn)新人教版物理教材更注重知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性,強(qiáng)調(diào)知識(shí)架構(gòu)的邏輯完整[2];而美版教材在知識(shí)編排順序方面,講究循序漸進(jìn)、由易到難,兩者都符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,在一定程度上均能提升學(xué)生的物理思維能力.

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置的比較分析

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ),它能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力,提高科學(xué)探究水平,真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)探究是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效途徑[3].比較并提煉兩版教材中《運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系》章節(jié)的相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),兩版本教材在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)均有差異.

美版教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括探究力、加速度和速度的關(guān)系、電梯里的力等,而新人教版教材涉及的實(shí)驗(yàn)包括探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量等多個(gè)物理實(shí)驗(yàn).兩者在這一章節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,均選取了有關(guān)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn),但大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還是有區(qū)別的.美版教材以探究定理和方法、研究經(jīng)典物理知識(shí)為主;新人教版教材通過選擇更貼近實(shí)際生活的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,旨在讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理與生活之間的聯(lián)系,鍛煉學(xué)生在實(shí)際生活中應(yīng)用各項(xiàng)物理知識(shí)的綜合能力.

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)部分見表2.從表2中可以看出,除了實(shí)驗(yàn)必備的基礎(chǔ)環(huán)節(jié):實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論外,美國教材中的②③⑥⑦⑨等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都是國內(nèi)教材中缺乏的.其中,安全警示主要是為了提示學(xué)生在使用過程中應(yīng)當(dāng)注意的安全守則,保證實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)出現(xiàn)安全事故.實(shí)驗(yàn)器材是為了讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)所需要的器材提前準(zhǔn)備,保證實(shí)驗(yàn)順利完成,進(jìn)一步拓展課本上的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn).生活中的物理學(xué)可以幫助學(xué)生將所學(xué)的物理學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用,在生活中完成知識(shí)點(diǎn)的閉環(huán).物理在你身邊則是利用互聯(lián)網(wǎng)拓展學(xué)生所學(xué)知識(shí),提高學(xué)生興趣的同時(shí)豐富學(xué)生眼界.這些環(huán)節(jié)都可以讓學(xué)生在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)更有安全意識(shí)和責(zé)任感,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,幫助學(xué)生形成科學(xué)探究方面的學(xué)科核心素養(yǎng).

表2 中美兩版教材實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)比

4 習(xí)題編制的比較分析

習(xí)題是物理課本的重要內(nèi)容,也是檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握知識(shí)點(diǎn)的核心關(guān)鍵[4].考慮到習(xí)題在物理教學(xué)中的重要指導(dǎo)意義,有必要從習(xí)題編制方面對(duì)中美教材進(jìn)行比較分析.對(duì)比結(jié)果見表3.

表3 中美兩版教材中習(xí)題對(duì)比

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),相較于美版教材,新人教版教材中課中習(xí)題形式多樣,且都是需要學(xué)生自主交流的開放性問題,可以有效開發(fā)學(xué)生的思維;而美版教材中的課中習(xí)題數(shù)量較多,且以傳統(tǒng)習(xí)題為主,旨在培養(yǎng)學(xué)生正確的解題思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

在課后習(xí)題板塊中,新人教版物理教材課后習(xí)題數(shù)量明顯少于美版教材.美版教材的課后習(xí)題數(shù)量眾多,形式多樣,也有較詳細(xì)的種類劃分,包括分析題、解釋題、概念題、選擇題、填空題、圖解題,可以有效鍛煉學(xué)生的計(jì)算能力和知識(shí)點(diǎn)掌握情況.設(shè)置過多的習(xí)題會(huì)降低學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,新人教版教材與實(shí)際結(jié)合較為緊密,雖然劃分了不同層次但仍具有一定難度,著重考查學(xué)生的綜合能力和物理核心素養(yǎng).同時(shí),新人教版教材在習(xí)題素材的選擇上更加生活化,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,習(xí)題的種類也更加的多樣化,其中包含了生活中常見現(xiàn)象的解釋性問題、實(shí)驗(yàn)綜合性問題等,有利于培養(yǎng)學(xué)生多樣化的科學(xué)思維方式.

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),中美高中物理教材在《運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系》這一章節(jié)的情境創(chuàng)設(shè)、知識(shí)構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)設(shè)置和習(xí)題編制四個(gè)方面差異明顯,各有優(yōu)缺.新人教版教材注重知識(shí)編排的系統(tǒng)性和邏輯思維的嚴(yán)謹(jǐn)性;美版教材實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相對(duì)豐富,注重實(shí)驗(yàn)的開放性.因此,核心素養(yǎng)視角下的中美高中物理教材的對(duì)比分析,有助于教師在實(shí)際教學(xué)過程中充分融合各版本教材的亮點(diǎn),拓寬自己的教學(xué)思路,從而創(chuàng)造性開展物理教學(xué).