高中物理“静电场”内容教材逻辑的比较分析及启示

唐玉　钱长炎　陈子君

摘 要：高中物理“静电场”主题下的教学内容具有较高的抽象性，是高中物理知识的重难点.从学科发展逻辑、学生认知逻辑以及教学逻辑三个角度分析教材逻辑内涵，优化三种逻辑之间的结合方式，促进学生理解抽象知识，帮助教师提升教学水平.本文基于教材逻辑分别从横向和纵向两个角度解读高中物理“静电场”主题下教学内容的改变，以期为教学提供参考.

关键词：静电场;学科逻辑;认知逻辑;教学逻辑

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）23-0019-04

教材逻辑内涵丰富，主要由三个方面的逻辑体系构成：学科发展逻辑、学生认知发展逻辑以及教师的教学逻辑.教学逻辑概括与发展了学科逻辑和认知逻辑，内涵并彰显着学科逻辑与认知逻辑的优势，削减了两者之间因矛盾对立而暴露出来的缺点[1].要想发挥好教材在教学实践中的作用，首先就要处理好教材的逻辑内涵之间的关系.

本文以高中物理“静电场”内容为切入点，依次从纵向和横向两个维度分析比较该部分教学内容所蕴含的逻辑.其中，选择旧人教版（人民教育出版社，2010年版）和新人教版（人民教育出版社，2019年版）进行纵向对比;在新人教版的基础上再选择同时期的粤教版（广东教育出版社，2019年版）、沪科版（上海科技教育出版社，2019年版）及鲁科版（山东科学技术出版社，2019年版）进行横向比较.

1 高中物理“静电场”内容教材逻辑纵向对比

在课程标准出台之前，以学科发展逻辑为依据编写的教科书其最大的弊端就是过于成人化和专业化.课程标准出台后，教科书的编写都以此为依据，因此教材逻辑内涵也发生了变化.纵观新旧教材，分别从学科、学生以及教学三方面分析其逻辑内涵，处理好三者的关系，为改进教学提供参考.

1.1 学科发展逻辑纵向对比

将《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称“旧课标”）与《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）中对“静电场”内容的要求进行对比，见表1[2，3].新课标对“静电场”的内容要求更注重让学生体会其中的科学思想，培养学生的科学思维，强化学生对科学方法的掌握.

高中物理学科知识是培养学生物理学科核心素养的载体，只有融合物理学科逻辑思维，才能有效培养学生的核心素养[4].不同学科知识的产生过程各具特色，物理学科具有自己独特的发展逻辑.

由于静电学中“场”的概念极其抽象且发展历史悠久，我们结合电磁学发展史与“场”的来源对“静电场”主题下的教学内容进行划分[5，6].将“静电场”内容划分为七个版块，依次为静电感应的发现与讨论—导体和绝缘体—电荷间的作用—电荷守恒定律、电容器、电容—电力、库仑定律—电势—电场.

对比新旧人教版中“静电场”主题下教学内容的章节编排，其中基本内容设置变化不大，如图2所示.新人教版只是将“静电场”由原来的一章拆分为两章.单元总体编排顺序均为先介绍静电场自身的性质，再介绍静电场中的能量.从整体上看，“静电场”上接“力学”下联“电磁学”，具有承上启下的重要作用，新旧人教版内容编排顺序合理，基本遵循学科逻辑.

1.2 学生认知逻辑纵向对比

皮亚杰的认知图式理论和维果茨基的“最近发展区”理论都表明学生的认知发展是在已有的基础上，由低级到高级、由浅入深呈现出递进式的发展.学生认知发展逻辑决定了学生学习的逻辑，因此有必要分析教材逻辑中蕴含的学生认知发展逻辑.

1.2.1 宏观内容对比

学生的学习过程呈现出一个带有层级的思维路径，在学习不同概念时思维所處的认识水平也不尽相同.结合学生的概念学习进阶，对高中物理“静电场”这一主题下的物理概念的学习进阶分析归纳[7]见表2.

以表2为依据对比新旧人教版中静电场内容的结构编排，分析其蕴含的认知逻辑.新旧人教版中对“静电场”主题下主要的教学内容编排如图3所示，均为先有力再有场的顺序.

学生对事物的认知发展是由具体到抽象的，带电体之间力的大小可以通过实验直观地向学生展示，再到静电力产生的本质原因：场的作用.场的概念具有抽象性，由力到场的教学顺序符合学生的认知发展逻辑.

新旧人教版对于静电感应现象的应用编排顺序差异较大，旧人教版将这部分知识放在电势差与电场强度关系后，主要介绍静电现象应用;而新人教版则将该部分知识编排在电场的性质后介绍静电现象的利弊及应用.静电现象的普遍性导致学生对静电学有很多迷思概念，新人教版的编排有助于转变学生的迷思概念，注重体现“STSE”教育的内涵，更符合学生认知逻辑的发展.

1.2.2 微观栏目对比

栏目是教科书的组成部分，隐含着课程标准的教育理念，凝聚着教材编写者的设计思想.教科书作为向学生传递学科知识和素养的重要载体，知识呈现的逻辑顺序是否符合学生的认知发展顺序，对实际教学效果有很大影响[8].新旧教科书中栏目编排如图4，对比分析其中的学生认知发展逻辑.

新人教版栏目设置更全面，且注重图像的使用，在每小节教学内容正式开始前都增加了图文并茂的问题栏，图像是学生的形象思维过渡到抽象思维的桥梁，能够使学生在学习过程中更加直观、形象地理解物理知识.新人教版该栏目问题设置的题目将物理知识与技术、生活、社会及环境之间建立密切的联系，但该“STSE”栏目中环境保护意识体现得不够充分，没有充分结合学生的认知发展逻辑培养学生的核心素养[9].总体来说，新人教版的栏目设置有利于激发学生的学习兴趣，拓宽学生的知识视野，更符合学生的认知发展逻辑.

1.3 教学逻辑纵向对比

教学逻辑能够引起和维持教师情境性知识和学生的背景性知识互动，并将其由不规范性向规范性、随意性向高度自觉性发展[10].“静电场”主题下的教学内容整体按照主题式单元设计，场的性质与场的能量编排为两个单元前后衔接，使该部分教学内容按教学逻辑呈现给学生，既遵循学生的心理发展特征，又兼顾了知识的整体性和关联性.

从教科书的栏目设置可以看出教学情境的设置情况，新人教版新增的问题栏目有助于课前设置问题导入新课.并且正文与栏目配合合理，在教学过程中有助于教师开展学生活动来辅助教学[11].新人教版的内容编排较旧人教版而言，更易于教师在课堂上通过教学融合学生的认知逻辑和学科知识发展逻辑，表现出更完整的教学逻辑.

2 高中物理“静电场”内容教材逻辑横向比较

围绕着提升学生学科核心素养的教学目标，不同的编写者基于自己的设计理念对“静电场”主题下的教学内容进行编排，四版教科书中该部分教学内容章节目构成，如图5所示.

2.1 学科发展逻辑横向比较

结合前文对“静电场”内容的模块线索划分，分析比较四版教科书“静电场”主题下章、节、目内容编排的逻辑内涵.

从整体章节的划分上来看，人教版和鲁科版都分别从牛顿力学框架和法拉第对“场”的观点出发，将教学内容划分成静电场的性质和场中的能量两部分，这种编排方式有助于学生对科学思想转变的理解;粤教版从整体上对“静电场”主题下的教学知识进行分类，分别从静电场的性质和静电场的应用两方面编排，这种编排方式下知识的系统性更强;沪科版将该部分教学内容分为两章，分别从微观电荷之间的作用和宏观电场的性质两个角度来编排，知识结构较为完整.相比之下，人教版与鲁科版的编排较沪科版和粤科版更贴合学科发展逻辑.

2.2 学生认知逻辑横向比较

四版教科书编写者对学生认知发展逻辑的认识各有特色，分析比较知识递进顺序与学生认知发展逻辑有助于发挥教科书的桥梁作用.

2.2.1 宏观内容比较

结合学生对“静电场”主题下概念的学习进阶，对四版教科书分析比较发现该部分教学内容编排均为从力到场的顺序，总体符合学生的学习进阶.从各小节内容编排顺序来看，较其他三版从静电感应或物体起电开始编排，人教版先介绍基础的电荷知识再引入静电感应现象.学生在学习物理相关知识前并不能自主将生活中的静电现象与物理知识联系起来，人教版的编排方式能够引导学生从物理的角度分析静电感应现象，更符合学生认知逻辑由浅入深的发展顺序.

2.2.2 微观栏目比较

通过栏目总体比较图我们发现，各版教科书比起教学内容上的差距，在栏目编排上的差别更显著.根据栏目功能及其对学生认知发展的作用，教科书中“节”栏目类型被分为经验感知类、主动建构类、概括应用类和认知拓展类[12].将四版教科书栏目归类，再具体分析栏目编排，见表3.

从表3我们可以看出，人教版中主动建构类、概括应用类以及认知拓展类较经验感知类更多，有利于学生对基础知识点的理解强化，帮助学生头脑中形成组织更严密的知识体系，开拓视野和思维.

人教版和沪科版结合图片设置章标题，所呈现的图片附文字说明，有利于学生形成有效的感性认识.与人教版相比，粤教版在每章末都设置了“本章小结”，将本章内容进行整理回顾，使知识的整体性更强，能够帮助学生建构起较高层次的知识框架.鲁科版栏目编排上每章都设置了对本章的学业要求，并结合生活编排了新课导入部分的教学内容;其次每小节中例题在解答过程后紧接着设置了讨论和迁移环节，加深学生理解例题中蕴含的物理原理，拓宽学生对知识理解的广度.

2.3 教学逻辑横向比较

教师、学生以及教学内容是课堂教学必备的三个要素，教材编写的教学逻辑既要有利于辅助教师的教，又要有利于促进学生的学才能协调好课堂教学三要素之间的关系[13].

就教学情境的设置情况而言，人教版中每小节都图文结合通过设置问题来引入新课，有助于教师的教和学生的学，也能够帮助学生从物理的角度理解生活中遇到的难题;而沪科版、鲁科版及粤科版在新课引入上的编排概括性太强，节与节之间的衔接不够流畅，不能很好地体现知识的整体性.

就教学知识本身而言，教师教学的情境知识结合了教科书中的文本知识及教师个人独有的内在教学经验，从而通过教学促进学生加工知识、内化知识.人教版更符合学生的学习进阶，注重学生学习的主体地位，并且也留给教师充分的空间发挥教学创造性;鲁科版中的教学内容过于具体化，导致学生缺乏思考空间，不能发挥教科书的桥梁作用.编排教科书时要注重发挥教学逻辑的作用，才能够更好地服务教学，有效地促进教师的教和学生的学.

3 结束语

教学过程是学科发展逻辑向教学逻辑的序列转化活动，在教科书的编写过程中，要合理发挥教学逻辑在学科发展逻辑与学生认知发展逻辑之间的作用，协调好三种逻辑之间的关系.

对于“静电场”主题下的教学内容，在教学时要充分结合教科书中的栏目，利用教学将抽象的学科知识具体化，才能更符合学生认知的发展，提升学生的科学思维能力，发挥物理教育的育人作用.

参考文献：

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[10]朱德全，张家琼.论教学逻辑[J].教育研究，2007（11）：47-52.

[11]黄秋霞，揭毅.高中地理教材逻辑对比分析——以人教版和鲁教版“城市地理”为例[J].地理教学，2016（17）：4-7.

[12]杨小丽，吴晗清.知识建构视角下化学教材栏目初探——基于三个版本化学必修1教材的栏目比较[J].中学化学教学参考，2016（Z1）：47-50.

[13]历晶，郑长龙.课堂教学逻辑的构建[J].东北师大学报（哲学社会科学版），2013（06）：278-280.

（收稿日期：2021-09-14）

作者简介：唐玉（1998-），女，安徽六安人，硕士研究生，研究方向：中學物理教学;

钱长炎（1964-），男，安徽枞阳人，博士，教授，研究方向：物理学史和科学思想史研究;

陈子君（1997-），女，安徽宣城人，硕士研究生，研究方向：中学物理教学.