余克梅 蘇玉成

(中央民族大學(xué)理學(xué)院 北京 100081)

課程標(biāo)準(zhǔn)是依照課程計(jì)劃的要求，每門學(xué)科以綱要的形式編寫的、有關(guān)各學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的指導(dǎo)性文件.美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(《The Next Generation Science Standards》以下簡(jiǎn)稱美國(guó)《課標(biāo)》)于2013年頒布[1]，以少數(shù)大概念統(tǒng)整科學(xué)知識(shí)，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)評(píng)價(jià)相互滲透，使教育多元、學(xué)習(xí)方式多元[2].中國(guó)《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)《課標(biāo)》)以“立德樹人”為根本任務(wù)，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)性更加突出[3].

電磁學(xué)內(nèi)容是高中物理除力學(xué)之外的一個(gè)重要部分.庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的相似性、電與磁之間的對(duì)稱性等知識(shí)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然規(guī)律，體會(huì)物理學(xué)之美具有重要意義.同時(shí)，高中階段學(xué)習(xí)有關(guān)電磁學(xué)的內(nèi)容，在生活中具有廣泛的應(yīng)用.本文以高中階段的電磁學(xué)內(nèi)容為例，將美國(guó)《課標(biāo)》與中國(guó)《課標(biāo)》進(jìn)行比較研究.

本文第一部分介紹兩國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》的背景資料；第二部分比較兩國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)中高中階段電磁學(xué)內(nèi)容的差異；第三部分總結(jié)兩國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)的差異并提出具體建議.

1 背景介紹

美國(guó)《課標(biāo)》以“提高基礎(chǔ)教育階段學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并為美國(guó)未來的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)具有批判性思維、探究并解決問題能力的勞動(dòng)力”為目標(biāo)[1].課程內(nèi)容由學(xué)科核心概念(Disciplinary Core Ideas)、科學(xué)與實(shí)踐工程(Science and Engineering Practices)和共通概念(Crosscutting Concepts)組成，又滲透了科學(xué)本質(zhì)及其STSE教育的內(nèi)容[2].中國(guó)《課標(biāo)》以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)展開，物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適合個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格.課程內(nèi)容包括物理學(xué)概念和規(guī)律、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)思維態(tài)度、科學(xué)與社會(huì)發(fā)展等部分[3].

2 高中階段電磁學(xué)內(nèi)容的比較研究

中國(guó)的高中物理課程結(jié)構(gòu)總體分為必修課程、選修性必修課程和選修課程，每部分課程由3個(gè)模塊組成.本文研究的是電磁學(xué)內(nèi)容，所以僅選擇與電磁學(xué)相關(guān)的必修3和選擇性必修2兩部分進(jìn)行研究.在進(jìn)行內(nèi)容對(duì)比時(shí)，按中國(guó)《課標(biāo)》物理核心素養(yǎng)的4個(gè)維度展開：

(1)物理觀念；

(2)科學(xué)思維；

(3)科學(xué)探究；

(4)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

2.1 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中物理觀念的比較

物理觀念是建立在物理學(xué)科核心概念基礎(chǔ)上的，是概念、規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華.電磁學(xué)部分的核心概念主要圍繞電場(chǎng)與磁場(chǎng)中力與能的性質(zhì)展開，包括電場(chǎng)、庫(kù)侖定律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、楞次定律等.中美課標(biāo)中對(duì)于電磁學(xué)的物理觀念這部分內(nèi)容都進(jìn)行了相關(guān)要求，具體內(nèi)容見表1.

(注：本文表中所列出的內(nèi)容均來自美國(guó)《課標(biāo)》和中國(guó)《課標(biāo)》)

表1 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中物理觀念的比較

由表1分析比較可知，在有關(guān)電磁學(xué)的物質(zhì)觀中，中國(guó)《課標(biāo)》在必修3中提到“形成初步的物質(zhì)觀”，在選擇性必修2中提出要“進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念……，引導(dǎo)學(xué)生通過安培力與洛倫茲力的學(xué)習(xí)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)場(chǎng)的概念”.通過引入電場(chǎng)線、磁感線來描述場(chǎng)，“看到”場(chǎng)的存在，并通過場(chǎng)表現(xiàn)出來的力來加深對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí).美國(guó)《課標(biāo)》從微觀層面上，將物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與組成物質(zhì)的微粒之間的相互作用(包括引力和電力)聯(lián)系起來，強(qiáng)調(diào)僅限于兩個(gè)物體的系統(tǒng)中，對(duì)引力場(chǎng)和電場(chǎng)的定量描述和概念描述.對(duì)場(chǎng)產(chǎn)生的認(rèn)識(shí)，建立在相互作用的基礎(chǔ)上，與中國(guó)《課標(biāo)》中“通過電場(chǎng)力的性質(zhì)來加深對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)”是一致的.

在有關(guān)電磁學(xué)中的相互作用觀中，美國(guó)《課標(biāo)》強(qiáng)調(diào)物體在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的受力和能量、場(chǎng)的能量之間的關(guān)系.能量包括物體的能量和場(chǎng)的能量，對(duì)于學(xué)生理解勢(shì)能的相對(duì)性、與場(chǎng)有關(guān)的能量定義、守恒、轉(zhuǎn)換等十分重要.中國(guó)《課標(biāo)》在分析物體在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，過于注重研究對(duì)象的能量變化，而忽視了場(chǎng)也是一種物質(zhì)，能量是場(chǎng)與物體共同擁有的這一關(guān)系.所以，這樣的安排不利于學(xué)生把握知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)容.中國(guó)《課標(biāo)》從兩點(diǎn)電荷間的受力，導(dǎo)出點(diǎn)電荷會(huì)激發(fā)電場(chǎng)，電荷在電場(chǎng)中受力是場(chǎng)之間的相互作用.此外，中國(guó)課標(biāo)還提出電路中各電學(xué)量之間的關(guān)系、磁場(chǎng)變化與電流之間的相互作用等內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)更為廣泛.

在有關(guān)電磁學(xué)的能量觀中，中國(guó)《課標(biāo)》提出了電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差等物理概念、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能之間的關(guān)系、焦耳定律的運(yùn)用、生活中常用機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換等，知識(shí)面更廣.美國(guó)《課標(biāo)》知識(shí)點(diǎn)相對(duì)集中，重點(diǎn)分析當(dāng)物體位置發(fā)生變化時(shí)，場(chǎng)及物體能量改變的原因.這對(duì)學(xué)生理解場(chǎng)的力的性質(zhì)、能的性質(zhì)是一個(gè)較高的要求.此外，在電路的學(xué)習(xí)中，美國(guó)《課標(biāo)》提出認(rèn)識(shí)電能在電路中的表現(xiàn)和儲(chǔ)存，但沒有過多分析電路中各電學(xué)量之間的關(guān)系.可見，美國(guó)《課標(biāo)》更注重學(xué)生對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)理解的深度，而非廣度.

2.2 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)思維的比較

科學(xué)思維揭示了事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.物理學(xué)不同分支間的概念和方法的移植、類比的思想、提出新概念、發(fā)現(xiàn)新規(guī)律、建立新的理論模型都屬于科學(xué)思維[4].中美課標(biāo)都對(duì)學(xué)生在電磁學(xué)學(xué)習(xí)中涉及到的科學(xué)思維做了相關(guān)要求，具體內(nèi)容如表2所示.

表2 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)思維的比較

由表2 分析比較可知，中美課標(biāo)在科學(xué)思維的要求中都提到了模型建構(gòu)與使用，推理與論證知識(shí)點(diǎn).美國(guó)《課標(biāo)》傾向于學(xué)生在分析問題的基礎(chǔ)上，去建構(gòu)物理模型來解釋物理現(xiàn)象，并規(guī)定了物理模型可以是數(shù)學(xué)模型、概念模型、圖表、文本、程序模擬、附圖等.原始的模型建構(gòu)，難度較大，同時(shí)也更具開放性和創(chuàng)造性，學(xué)生只有在理解知識(shí)的前提下，才能正確建構(gòu)出模型[表中的第(4)、(5)、(6)條都提到了模型的建構(gòu)，(1)、(2)條體現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型的理解和建構(gòu)].而中國(guó)《課標(biāo)》的建模難度小、范圍大，研究問題較具體，且?guī)缀醵紘@課堂中的教學(xué)重難點(diǎn)展開.教師在課上的引導(dǎo)、啟發(fā)幾乎已經(jīng)幫助學(xué)生完成建模，學(xué)生只需要理解并應(yīng)用[表中的第(1)、(4)、(5)、(6)、(7)條體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)模型的理解運(yùn)用，第(2)、(3)、(8)、(9)、(10)、(11)條就要求學(xué)生掌握物理方法和思維，學(xué)會(huì)分析和推理].當(dāng)然，無論是在模型的建構(gòu)及運(yùn)用、改進(jìn)等，都需要學(xué)生具有收集論據(jù)、進(jìn)行分析推理、類比原有方法，并針對(duì)問題加以創(chuàng)新修改等.所以，兩國(guó)課標(biāo)都注意到了對(duì)學(xué)生科學(xué)分析推理的要求.

2.3 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)探究的比較

首先，澄清科學(xué)思維中的“科學(xué)推理、科學(xué)論證”與實(shí)驗(yàn)探究中的“解釋”意義，科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)具備物理思維，掌握典型的物理方法；科學(xué)探究強(qiáng)調(diào)運(yùn)用物理知識(shí)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行研究[5].即科學(xué)探究是從發(fā)現(xiàn)問題開始到解決問題的整個(gè)過程，而科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)學(xué)生具有的一種能力與品格.科學(xué)探究主要包括：?jiǎn)栴}、證據(jù)、解釋、交流等要素.中美課標(biāo)在電磁學(xué)這部分對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力也都做了要求，具體內(nèi)容如表3所示.

表3 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)探究的比較

由表3分析比較可知，兩國(guó)課標(biāo)都提到了有關(guān)磁場(chǎng)的探究實(shí)驗(yàn).美國(guó)《課標(biāo)》讓學(xué)生收集論據(jù)并自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究“電生磁，磁生電”，電磁之間具有對(duì)稱性.同時(shí)，注重學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)的興趣，學(xué)生更容易理解并運(yùn)用自己“探究”得來的知識(shí).中國(guó)《課標(biāo)》探究“磁生電”，且重點(diǎn)為楞次定律的理解.實(shí)驗(yàn)探究更注重知識(shí)本身，是學(xué)生在必修課程中學(xué)習(xí)了相關(guān)概念和定律的前提下，在選擇性必修課程中進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)探究對(duì)學(xué)生的要求在課標(biāo)中明確且具體地給出，對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作過程也更注重規(guī)范性.

2.4 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的比較

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、認(rèn)識(shí)科學(xué)·技術(shù)· 社會(huì)·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，嚴(yán)謹(jǐn)求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感.主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等要素.中美課標(biāo)對(duì)于科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)責(zé)任的具體內(nèi)容要求見表4.

表4 中美課標(biāo)關(guān)于電磁學(xué)中科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任的比較

由表4分析比較可知，美國(guó)《課標(biāo)》對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的要求體現(xiàn)在第(1)～(3)條的內(nèi)容中，科學(xué)知識(shí)是基于自然現(xiàn)象，建構(gòu)的科學(xué)模型、理論、定律，并用來解釋自然現(xiàn)象.中國(guó)《課標(biāo)》對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的要求體現(xiàn)在第(1)～(4)條的內(nèi)容中，要求學(xué)生體會(huì)知識(shí)中所蘊(yùn)含的物理思維.同時(shí)，兩國(guó)課標(biāo)在電磁學(xué)這部分內(nèi)容的教學(xué)中都重視引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)科學(xué)規(guī)律一致性與統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí).對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)，除了讓學(xué)生去感受科學(xué)思想、方法、規(guī)律的共通性，還將所學(xué)的知識(shí)與自然界的現(xiàn)象聯(lián)系起來，將科學(xué)知識(shí)作為一種生活素養(yǎng).對(duì)于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任部分，美國(guó)《課標(biāo)》的要求體現(xiàn)在第(4)、(5)條的內(nèi)容中，中國(guó)《課標(biāo)》則體現(xiàn)在第(5)、(6)、(7)條的內(nèi)容中.中美課標(biāo)都提到了科學(xué)知識(shí)與人類社會(huì)之間的相互影響，美國(guó)《課標(biāo)》提出科學(xué)知識(shí)是可以被修正的，重視學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新精神.中國(guó)《課標(biāo)》則強(qiáng)調(diào)對(duì)于自然環(huán)境的保護(hù)，更重視對(duì)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展觀念的培養(yǎng).

3 總結(jié)和建議

綜上所述，在物理觀念這一層面上，美國(guó)《課標(biāo)》重視物理概念和原理，課程內(nèi)容的難度和深度較大.中國(guó)《課標(biāo)》涉及的知識(shí)要點(diǎn)較為零散，課程內(nèi)容顯得廣而不深，不利于學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)科學(xué).在科學(xué)思維這一層面上，美國(guó)《課標(biāo)》重視物理模型的建構(gòu)、理解與運(yùn)用，而中國(guó)《課標(biāo)》則較為注重科學(xué)事實(shí)、自然現(xiàn)象與過程的認(rèn)識(shí)、理解和分析.在科學(xué)探究這一層面上，美國(guó)《課標(biāo)》重視學(xué)生的興趣需求，主張學(xué)生在收集論據(jù)的基礎(chǔ)上，展開探究.中國(guó)《課標(biāo)》則強(qiáng)調(diào)學(xué)生在探究過程中，操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)收集與整理等細(xì)節(jié)方面，而對(duì)更能體現(xiàn)學(xué)生理解運(yùn)用知識(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)反而要求不高.在科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這一層面上，美國(guó)《課標(biāo)》與中國(guó)《課標(biāo)》都對(duì)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任、科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)與社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系做出了要求.

因而，為了更好地提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，我國(guó)高中物理教師應(yīng)加強(qiáng)自身專業(yè)知識(shí)功底，注意知識(shí)前后的連貫性，挖掘知識(shí)之間最本質(zhì)的聯(lián)系. 在教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生在理解知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)建立模型.在探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)更多地調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生主動(dòng)地理解知識(shí)并進(jìn)行探究，而不是“依葫蘆畫瓢”.此外，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到不僅社會(huì)在發(fā)展，科學(xué)知識(shí)也是在不斷發(fā)展的.要鼓勵(lì)學(xué)生在將知識(shí)運(yùn)用于生活的過程中，留心生活，從生活中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，并敢于質(zhì)疑.