王 進

(江蘇省西亭高級中學，江蘇 南通 226301)

·國外教育·

中美高中物理教材緒論的對比與啟示

王 進

(江蘇省西亭高級中學，江蘇 南通 226301)

比較了美國使用廣泛的高中物理教材“物理問題與原理”相當于中國教材緒論的第1章與中國使用最廣泛的人教版高中物理緒論,分析了它們的異同,得出美國教材的編排對高中物理教材編寫與教學的啟示．

中美； 高中物理教材； 緒論； 對比； 啟示

美國使用最廣泛的高中物理教材“物理問題與原理”分為上、中、下3冊,共30章.第1章“物理學工具箱”是學生進行高中物理學習的起步章節(jié),相當于我國人教版高中物理教材中必修1的緒論．人教版高中物理教材在我國使用最為廣泛．本文比較美國高中物理教材第1章與人教版教材緒論,分析它們的異同,得出對教材編寫和教學的啟示．

1 美國高中物理教材“緒論”概述

“物理問題與原理”第1章包含“數(shù)學和物理學”、“測量”、“作數(shù)據(jù)圖”等3節(jié),以及章末的物理實驗、未來技術、復習指南、測評、標準化測試題等欄目．[1]本章介紹了測量和數(shù)學工具,作圖可以幫助分析數(shù)據(jù),并作出預測．

第1節(jié)“數(shù)學和物理學”中的“什么是物理學部分”介紹了物理學的研究對象、學習物理之后可以從事什么工作;“物理學中的數(shù)學”介紹了物理學家研究問題的一般步驟(建立模型—作出預測—設計實驗—檢驗預測);“是否合理”介紹了聯(lián)系實際檢驗答案的方法;“SI單位制”介紹了基本單位及其詞冠;“量綱分析”則介紹了運用單位計算——量綱分析法;“有效數(shù)字”分“所有的零都是有效數(shù)字嗎”及“用有效數(shù)字進行運算”;“科學方法”則介紹了假設的思想方法及模型定律理論．

第2節(jié)“測量”分為比較結果、精確度與準確性、先進的測量技術等3部分內(nèi)容．“比較結果”通過列舉考古學家用放射性碳元素來測定洞穴壁畫的年代和“迷你實驗”探究彈簧作用力與伸長量的關系說明結果是否可重復,是否正確,告訴學生:結論需要能夠被重復才會被認為是正確的．結論會存在一個不確定的范圍,新的測量值如果處在這個范圍之內(nèi)就證明原來的測量結果是正確的．精確度與準確性介紹了什么是精確度、什么是準確性,以及檢驗儀器準確性的方法——二點校準法．先進的測量技術則介紹了使用儀器時的正確方法,并讓學生體驗讀數(shù)時的視差實驗,還介紹了月地距離的測量、GPS及使用GPS不同地面接收器精確度的差異等．

第3節(jié)“作數(shù)據(jù)圖”分為識別變量、線性關系、非線性關系、預測等4個部分．主要介紹了作圖法的9個步驟、作圖常見的線性關系(一次函數(shù))、斜率的計算方法、非線性關系(兩變量的二次平方關系、反比關系)、預測則是對圖線的運用——利用已知圖線推測不在圖線范圍的情況．

章末實驗是對運動中物體的探究,提出問題:采用什么類型的測量方式,可以求出機動車的速度?分目標、安全警告、實驗器材、實驗步驟、分析、結論與運用、進一步探索、生活中的物理學等步驟．未來技術介紹了計算機發(fā)展歷程,在進一步探究中提出問題: (1) 觀察以下后綴名: .jpj,.mp3,.mpeg,.midi,它們分別適用于你在計算機上所做的那些活動?(2) 當計算機的接線長為15m時,二進制電流要傳輸多久?每秒可以進行多少次這樣的運算?

2 中國高中物理教材緒論概述

在我國使用最廣泛的人教版高中物理教材緒論編排在必修1第1章之前,以“物理學與人類文明”為題,下設物理學、物理學與其他科學技術、物理學與社會進步、物理學與思維觀念、物理學的未來等5個二級標題．[2]

物理學:簡單介紹了物理學的起源,研究對象,學科特點;

物理學與其他科學技術:通過舉例說明物理學的發(fā)展促進了技術的進步,引發(fā)了一次又一次產(chǎn)業(yè)革命．現(xiàn)代物理學更是成為高新科技的基礎．列舉了電視機顯像管、放射治療、半導體芯片、激光束、超導磁懸浮、量子圍欄、DNA結構模型等例子．

物理學與社會進步:通過蒸汽機車、電氣化時代、信息時代重大事件說明物理學的發(fā)展孕育了技術革新,促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮,改變了人類的生產(chǎn)生活方式,推動了社會進步．

物理學與思維觀念:通過人類認識宇宙的過程,揭示了物理學豐富了人類對物質(zhì)世界的認識,改變和拓展著人類的思維方式．

物理學的未來:介紹了20世紀物理學重大發(fā)現(xiàn),對21世紀物理學發(fā)展提出期望,并以科學家的重要發(fā)明發(fā)現(xiàn)都是在風華正茂的青年時期對學生給予鼓勵．

3 中美兩國高中物理教材緒論對比

對比中美兩國高中物理教材的緒論發(fā)現(xiàn)它們的相同點和不同點如下.

相同點: (1) 都介紹了物理學的研究對象及學科特點; (2) 都介紹了物理與生活、前沿科技的緊密聯(lián)系,例如人教版的超導磁懸浮、量子圍欄,美國教材的GPS、電腦動畫、火星探測、人造衛(wèi)星等; (3) 都重視激勵學生學好物理．

不同點: (1) 學習的目的不同．人教版通過介紹物理學的發(fā)展,研究內(nèi)容、特點,與生活、科技、社會發(fā)展的聯(lián)系,讓學生感受到物理有用,以此激發(fā)學生學習興趣．美國教材則希望學生為學習好物理做好準備,為后續(xù)學好物理奠定基礎,掃清障礙,尤其是數(shù)學知識、方法的障礙．(2) 對方法的重視程度不同．人教版教材中對數(shù)學方法、物理方法的介紹、滲透幾乎沒有．而美國的教材則介紹了非常多的方法,比如:研究問題的一般方法、驗證答案法、量綱分析法、假設法、作圖法等．(3) 數(shù)理聯(lián)系密切程度不同．人教版沒有介紹數(shù)學與物理的聯(lián)系,而美國教材則介紹了很多數(shù)學知識、數(shù)學方法,比如斜率、有效數(shù)字、一次函數(shù)、二次函數(shù)、反比例函數(shù)、最佳擬合曲線、作圖法等．(4) 激勵學生學好物理的側重點不同．人教版通過與生活、社會等的緊密聯(lián)系并對21世紀物理學發(fā)展提出展望,并給學生提出期望和鼓勵,側重于鼓勵學生樹立遠大的理想和高尚的情操,而美國教材則側重職業(yè)規(guī)劃和實驗．(5) 對學生的學習要求、任務不同．人教版只是要學生簡單了解物理、物理與生活、物理與社會的緊密聯(lián)系．美國教材則是要通過學習為后續(xù)的學習夯實實驗和數(shù)學基礎,美國教材給學生安排了1個例題和106個習題,實驗拓展探究4個．

4 美國教材的啟示

4.1 重視數(shù)學工具在物理學中應用

數(shù)學作為一門工具性語言在物理教學中具有重要作用．新課標要求,通過物理概念和規(guī)律的學習過程,了解數(shù)學工具在物理學發(fā)展過程中的作用．具體體現(xiàn)為數(shù)學知識、數(shù)學方法在學生習得物理知識與方法及解決物理問題過程中的運用．“數(shù)學思想方法促進了物理學的發(fā)展,它能提高人們的思維能力,對人們學習物理和解決物理問題起著至關重要的作用”．[3]美國教材在學生沒有正式開始學習物理之前專門用了1章“物理學工具箱”介紹了學習物理需要做好哪些準備,其中第1節(jié)“數(shù)學和物理學”、第3節(jié)“作數(shù)據(jù)圖”,介紹了數(shù)學和物理學的密切關系,以及學好物理需要儲備的數(shù)學知識、方法、技能．作圖、用圖是學生的基本數(shù)學素養(yǎng)之一,更是學生學好物理的必備技能．美國教材重視學生作圖,更重視教會學生作圖．在“作數(shù)據(jù)圖”一節(jié)中,詳細介紹作圖和用途的方法．在學習物理的起步階段就教會學生作圖、用圖.這對學生后續(xù)學習物理有很大幫助,在物理學習過程中無論是處理實驗數(shù)據(jù)還是分析解決問題學生都經(jīng)常作圖、用圖．

這啟示我們在物理教學中要重視數(shù)學的奠基性作用．教材的編寫要重視學生的數(shù)學基礎,要重視數(shù)學與物理跨學科銜接,避免出現(xiàn)跨學科知識的盲點．“中國教材偏重于實驗法,某種意義上忽視了數(shù)學方法,但物理學研究中,數(shù)學方法和實驗法是物理學得以發(fā)展的兩個重要方法．”[4]物理教師在教學中,更要重視學生的數(shù)學基礎、數(shù)學思維、數(shù)學方法、數(shù)學技能對物理學習影響,避免高估學生的數(shù)學綜合素養(yǎng),而造成學生的學習障礙．“讓學生了解數(shù)學方法在物理研究中的重要性,顯化數(shù)學知識和方法,有利于學生經(jīng)歷完整的探究過程．”[4]以人教版教材為例,學生在學習速度-時間圖像、位移-時間圖像時,需要通過計算直線的斜率得到加速度、速度,然而學生并不清楚斜率是什么,如何求斜率;再如學生學習力的合成與分解時,經(jīng)常要用到三角函數(shù),有時還需要用到正余弦定理.學生在初中雖然接觸過三角函數(shù),但并沒有深入學習,正余弦定理學生聞所未聞,而學生在高中學習三角函數(shù)滯后于物理學習的需要．類似這樣的情況,在高中物理教學中還有不少．為此,有必要在學生學習物理之前對學生進行數(shù)學知識與方法的針對性補課,掃除物理學習的障礙．

4.2 重視物理實驗在教學中作用

實驗是物理學的基石,物理學研究所依靠的兩條途徑一是數(shù)學,二是實驗．實驗對物理教學有重要作用．教學中實驗可以幫助學生理解抽象的物理知識從而化解教學難點,一些難以教師通過語言講解及推理得出的結論,信服度不如讓學生親自動手操作實驗或觀察實驗而得出的結論,物理教學中要多做實驗,尤其是講解和推理困難時,實驗能起到事半功倍的效果．實驗還可以起到激發(fā)學生學習興趣的重要作用．物理學習過程中,不少學生會覺得枯燥乏味,導致學習興趣不高,課堂氣氛沉悶,學習效率低下．如果在教學中設計好實驗,適時穿插實驗于教學中,不僅可以輕松突破教學重難點,更能激發(fā)學生的學習興趣．

美國教材章首的起步實驗安排了物體都以同樣的速度下落嗎?第2節(jié)“測量”介紹了實驗中的測量的方法、精確度、準確性等,并安排了起步實驗、探究彈簧作用力與伸長量關系的實驗．章末實驗安排了測視頻中機動車速度的實驗．實驗對解決物理教學中的重點、難點有非常重要的幫助,對激發(fā)學生的學習興趣也有很重要的作用．在教材的編寫中要重視實驗,教學中更應該把實驗落到實處,確實發(fā)揮其作用．

4.3 重視科學方法的顯化

古人說:“授人以魚,只供一飯之需,教人以漁,則終身受用無窮．”可見方法于人于事都很重要．物理教學不僅是學生掌握知識的過程,更是方法的習得過程．科學方法教育是物理教學的重要內(nèi)容,是新課程標準的要求．無論是三維目標,還是核心素養(yǎng)都要求物理教學重視方法教育．三維目標的落實,強調(diào)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度協(xié)調(diào)統(tǒng)一,深度融合．核心素養(yǎng)中的科學思維提出“從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識方式,是基于經(jīng)驗事實建構理想模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內(nèi)化”．中國教材的編寫和物理教學中,雖然重視方法,但都是隱性滲透,這不利于學生掌握科學方法,導致科學方法教育效果不理想．將科學方法顯化,科學方法就可以像科學知識．那樣,從《課標》到教材,從教師到學生,使學生接受;這樣,物理教育就不會事倍功半,不會存在科學方法教育的缺失．[5]

美國教材重視方法,且重視方法的顯化．比如驗證答案法、量綱分析法、假設法等不但介紹方法還通過例子詳細介紹了方法的操作過程;作圖法,則詳細介紹了作圖的9個步驟．這啟示在教學中要重視科學方法的教育,而且要像進行物理知識教學那樣進行科學方法的教育,明確給學生講解科學方法的名稱、步驟、條件,而不是停留在隱性滲透的層面．

4.4 重視學生學習興趣的激發(fā)

愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師”．美國心理學家布盧姆也說過:“學習最大的動力是對學習材料的興趣”．學生的學習興趣一旦養(yǎng)成,可以更積極主動地學習科學知識,也會有恒心和韌勁去攻破物理學習過程中的一個個難點,為學生科學素養(yǎng)的提高打好基礎．所以,物理教師一定要想方設法增強學生的學習興趣．

美國教材重視從實驗、聯(lián)系生活與科技、增加學生體驗等方面來激發(fā)學生的學習興趣．這啟示我們在教學中,要充分挖掘教材中的素材,必要時對其進行二次開發(fā),從物理實驗、物理與生活的聯(lián)系、增強學生的學習體驗等多維度激發(fā)學生的學習興趣,尤其是增加學生的學習體驗.這對學生而言非常重要.有了積極的體驗,學習興趣會得到激發(fā),學習熱情會得到保持,才會有充足的學習動力．

4.5 職業(yè)規(guī)劃教育的滲透

在高中階段,由于目光都聚焦高考,職業(yè)規(guī)劃教育得不到學校、教師、家長重視,嚴重缺失．這導致學生缺乏職業(yè)規(guī)劃方面的知識,職業(yè)意識淡薄,自我認知模糊．所以,大多數(shù)高中畢業(yè)生在填報高考志愿時,對想學什么、適合學什么和將來干什么無從了解,只有聽從教師、父母的意見,選擇所謂“熱門”或“好就業(yè)”的專業(yè)．一旦進大學或走上工作崗位,或無學習動能,或缺乏工作積極性,碌碌無為．[6]

美國教材介紹了學習物理學之后可以從事許多不同的職業(yè),比如大專院校、工礦企業(yè)或研究所的科學家,就職于與物理學相關的領域、利用所學的運用物理學解決問題的技能去從事商業(yè)、財經(jīng)等與物理學完全不相關的工作．這啟示我們:在高中開設職業(yè)規(guī)劃課程,或者滲透職業(yè)規(guī)劃教育,讓學生提前了解相關職業(yè)的特點和要求,規(guī)劃好人生,早做準備.這不僅是為了避免學生高考結束之后填志愿的盲從,也是為了在滲透職業(yè)規(guī)劃過程中培養(yǎng)學生走向社會謀生創(chuàng)業(yè)的意識和初步能力,幫學生學會動手、學會動腦、學會做事、學會生存、學會應變、學會共處、學會發(fā)展,更為了在滲透職業(yè)規(guī)劃的過程激發(fā)學生學習的源動力．

1 (美)P W Zitzewitzl.物理原理與問題(上冊)[M].錢振華,譯.杭州:浙江教育出版社,2008：17-36.

2 張大昌編.普通高中課程標準實驗教科書物理1[M].北京:人民教育出版社，2011：1-7.

3 徐衛(wèi)兵.高中物理教學中滲透數(shù)學思想方法的價值研究[J],物理教師，2014,36(11):6.

4 李蕾，楊衛(wèi)平，徐曉蕾.中美高中物理教材例題呈現(xiàn)方式的比較研究[J].物理教師，2015,37(5):68.

5 肖驍，邢紅軍，李正福.高中物理教學中的科學方法顯化研究[J].物理通報，2009 (12):23.6 肖安慶，肖舜富.高中職業(yè)規(guī)劃教育缺失的歸因與重建[J].學校管理，2014(1):47.

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2017-02-28)