中美高中物理教材对比与分析
——以“磁学”为例

吕舒欣 周 萍

(1. 广西民族大学理学院,广西 南宁 530006; 2. 广西民族大学量子信息与量子光学重点实验室,广西 南宁 530006)

·国外教育·

中美高中物理教材对比与分析
——以“磁学”为例

吕舒欣1周 萍2

(1. 广西民族大学理学院,广西 南宁 530006; 2. 广西民族大学量子信息与量子光学重点实验室,广西 南宁 530006)

教材的比较研究是实施有效教学的途径之一.教材的选择关系到物理教育的途径和方向,关系到教育能否适应学校的需要和社会的发展.本文以美国高中物理教材《物理:原理与问题》和人教版高中物理教材为例,从教材的章节安排、内容编排、STS(science、technology、society)栏目呈现方式及例题、习题部分着手进行分析.通过对两套教材各自优势及差异的对比分析,提出了我国物理教材内容的选取和编排的几点建议.

中美物理教材;磁学;分析;STS 栏目

中学物理教材是向学生传授知识、培养能力的载体,是提供教学活动所使用的资料,体现了中学物理课程的目标和要求.因此,教材的选择至关重要.这不仅直接关系到物理教育的方向和途径,也关系到教育能否适合学校的需要和社会的发展.[1]研究分析物理教材,对教材本身以及社会的发展有一定的促进作用.针对中美高中物理教材的分析,许多学者从不同角度展开了深入的研究、对比.陕西师范大学王较过和陈鲜艳在宏观和微观两种层面上对中美教材展开细致深入的分析,通过对比得出两版教科书各自的优势和不足,为中国教科书的编写和修订提供了经验.[2]云南师范大学李蕾等人以“加速度”一节的例题为切入点,将两版教材在例题呈现方式方面的不同罗列出来,为我国教科书例题的编写提供了新的思路.[3]此外,其他学者则以不同的角度对中美教材的差异进行了严密、系统的分析.然而针对“磁学”一节鲜有系统的分析,因此本文将以“磁学”为例,在不同角度展开分析,希望能为我国高中物理教科书的编写提供一些建议.

从广义上来讲,教材是指教师和学生在教学活动中所使用的一切教学资料.而狭义的教材指教学过程中所使用的教科书.本文所分析的教材是狭义概念下的教材.这里笔者选取美国高中物理主流理科教材《物理:原理与问题》(以下简称《美国教材》)与国内人教版高中《物理》(选修3-1)、(选修3-2)(以下简称《中国教材》)为研究对象,对其中的“磁学”部分进行对比分析.

1 中美教材章节安排分析

“电磁学”是高中物理的一个重难点内容.对比这两种教材都将“磁学”置于“电学”之后,既符合知识的逻辑发展,又有利于学生知识结构的构建,充分体现了教材编排的严谨性.然而,两种教材对于磁学部分章节的安排,又各有特色.从分章来看,虽然二者都分为3章,但是就每一章的内容来说,《中国教材》的分节明显多于《美国教材》,而每一节的内容量却少于《美国教材》,如表1 所示.

表1 《中国教材》和《美国教材》的章节编排分析

续表

由表1可知,首先《中国教材》将磁学部分的内容分成若干个小节,每一节的重点内容即标题名称.因此《中国教材》的知识点较为清晰明确,使读者一目了然.同时将内容分成了许多小节,知识由浅而深,降低了教材难度.再者由于知识点较少,所以更容易深入挖掘知识的本质,这对于学生知识的理解和掌握大有裨益.《美国教材》分节少而内容多,突出了知识之间的联系性,呈现出的是清晰的知识脉络,对于学生知识体系的构建十分有利.综上所述,中美教材在章节的安排上各有利弊.

2 中美教材内容编排分析

通过对两者的对比分析发现,虽然同样是编写磁场的内容,但是中美教材在内容的安排上有很大的差异.以“电磁感应”这一章为例,如表2 所示.

表2 《中国教材》和《美国教材》的内容编排分析

由表2可知,两者同样以“电磁感应”命名本章节,但是内容的编排差异明显.例如《美国教材》不仅将电磁感应的相关内容呈现出来,还将知识拓展到电动机、发电机等内容上．这些内容以实际问题为切入点,解释其物理原理,在学生头脑中形成清晰的表象.这种编排是一种从理论到实践逐步深化的过程,更有利于加深学生对知识的理解和掌握.而且结合表1可得,《美国教材》把这一章和变压器、交流电的内容放在一起,可见其知识网络的宽泛、严密.同时,教材中还充斥着大量的实验内容,在帮助学生掌握知识的同时,还调动了学生的学习兴趣、培养了学生的观察和动手的能力.相比较而言,《中国教材》的知识内容较为细致和专业．编者极尽可能地利用科学、理性的语言描述每一个物理现象、实验原理,并深入挖掘每一个知识点的物理意义、适用范围,按一定的逻辑顺序将复杂的知识层次分明地罗列出来.然而《中国教材》与实际生活的联系并不密切.因此对于物理原理的理解与应用全部建立在对物理过程的学习和大量的习题中.另外,虽然教材中也有大量的实验模块,但是实验大多以教师的演示为主,真正要求学生动手的实验并不多.最后,交变电流的相关知识被安排在第5章,内容涵盖交变电流、电感电容对交变电流的影响、变压器、电能输送等.这种结构安排使变压器部分形成较为系统的知识体系.

综上分析可得,我国物理教材的知识结构倾向于直线型而美国物理教材中的知识结构倾向于网络型.[4]虽然《中国教材》内容细致、结构严谨、层次分明,每章即为一个血肉丰满的知识体系,注重对学生逻辑思维能力的培养,但是教材中的举例极少与现实生活和当今科技发展相联系.《美国教材》内容综合、结构严密,紧扣现实生活和当今科技发展的主流.因此,我国教材在编订的时候,可以借鉴《美国教材》对内容处理的方式.

3 STS内容呈现模式对比分析

STS(science 、technology 、society)即科学、技术、社会,是20世纪70年代兴起的一种教育理念.作为国际科学教育改革的理念,旨在培养学生参与科学决策的意识与能力,使学生形成对科学、技术与社会关系的深层理解力.[5]目的是要改变现在教学活动中科学和技术分离,科学、技术和社会脱节的现象.STS 教育强调科学、技术和社会三者的相互联系及作用,注重理论与实践的结合,强调学以致用,要求在关注社会问题的过程中进行学习,帮助学生适应时代的发展和需要.[6]因此在中学物理教材中大量引入STS栏目可以激发学生学习物理的兴趣、丰富学生知识、真正做到所学所知和现代技术的发展不脱节,学校教育和社会需求相接轨.

虽然在中美两版教材中都涉及到大量的STS内容,但是其具体的呈现方式却有很大的不同.《中国教材》大多以STS、科学漫步、科学足迹等栏目呈现,其他则以了解性知识和实验探究的形式穿插在课本中.《美国教材》则以各种各样的形式渗透到教材中,或者说,其教材本身就是一个宽泛的STS 栏目.如表3、表4是对部分栏目的分析.

表3 《中国教材》的STS内容呈现模式

表4 《美国教材》的STS内容呈现形式

由上表可知,在内容上看,两版教材都以学生已有的知识和经验为切入点,将科学、技术、社会紧密联系起来.但是就内容的选择上来说,《美国教材》的内容选择较为灵活,更贴近生活.例如信用卡阅读器的工作原理、无线电广播信号的来源的探索实验,都以学生原有的经验和科学、技术、社会之间的关系为切入点,强调科学、技术社会与学生原有经验的联系，并最大限度地把掌握的知识和研究方法与实际生活和生产相联系,体现物理学在社会进步中的重要作用,使学生在活动中更深刻地理解科学与技术的关系.[7]不同于《美国教材》的亲民性,《中国教材》彰显的是浓郁的文化气息.《中国教材》文化底蕴厚重而时代感不足,其选取一系列的实验和物理学家的探索过程,将生涩的实验、物理学漫长的发展历程以故事的形式娓娓道来,或者针对某种现象做出相应的反思.这些内容虽然能体现STS的教学理念,但与学生的生活联系还稍有距离.总的来说,《中国教材》在STS内容的选择上没有《美国教材》那么灵活.

4 例题、习题的分析

例题、习题作为教材的重要组成部分之一,对学生学习起着引导、理解、巩固的作用.因此,例题和习题合理的呈现方式在一定程度上可以更好地帮助学生理解并运用知识.通过对比两版教材的磁学部分的例题、习题的呈现方式,笔者发现相对于《中国教材》而言,《美国教材》的例题更趋于细致化,习题更趋于多样化.下面,就分别针对这两个方面进行分析.

4.1 中美教材例题的对比分析

首先,就例题数量而言,《美国教材》多于《中国教材》.其次,就例题的格式而言，《中国教材》以精炼科学的语言叙述、物理公式及解题过程、结果及分析为主;《美国教材》例题主要包括分析概括问题、求解未知量、验证答案3个模块,且每一个模块都尽可能详尽，如表5所示.

表5 《中国教材》和《美国教材》的例题比较分析

由表5可以看出,中美两国教材在例题方面有明显的不同:一方面,虽然在例题的数量方面存在差异,但是关于教材中的重点知识,两本教材都给出了相应的例题,并呈现出完整的解题思路,对学生加以引导.这在一定程度上帮助学生完成了对知识的理解和运用,同时间接地为学生树立了学以致用的理念;另一方面,虽然都较为重视解题过程的分析,但呈现的格式却有很大的差异.相对而言,《美国教材》的例题呈现方式层次分明,以公式和符号为主,描述性语言为辅,并且对重要的线索加以提示和引导.在验证答案环节,又尽可能抓住细节,例如单位是否正确,数值是否合理.《美国教材》中带有目的性的提示语言,在一定程度上帮助学生减少在细节方面的失误,使学生养成了一种科学严谨的学习习惯.《中国教材》的例题呈现方式多以物理公式加上必要的文字叙述为主,不仅使学生练习了对物理公式的运用,更锻炼了学生对于物理知识的科学表达能力,体现了一种科学严谨的思维模式.因此,在例题的呈现方面,两版教材各有优势.只是在最后验证答案环节,《美国教材》略胜一筹.

4.2 中美教材习题的对比分析

《中美教材》在习题的呈现方面,差异更加明显.《中国教材》的习题是在每一节之后.《美国教材》不仅在每一节之后会有一定量的习题,在每一知识点、每一章后也有相应的习题.不仅如此,《美国教材》习题的设置呈现明显的难度梯度,题目类型也趋于多样化，如表6所示.

表6 《中国教材》和《美国教材》的习题对比分析

由表6可知,在习题的安排上,《中国教材》的习题栏目比《美国教材》的习题栏目少,习题形式也比较单一,习题难度没有明显的梯度.《中国教材》的习题仅被安排在每一节后,大部分是以计算题、问答题的形式呈现,并辅以少量的选择题.习题的内容则是以对具体的物理问题的简单描述并以图像的形式呈现出来,尽可能再现物理过程,但与生活实际联系较少.关于批判性思维的题目内容题目数量少而范围窄,一般是以知识点的形式出现,且都隐含在习题中.例如，“让一个蹄形磁铁靠近白炽灯,观察灯丝,可以看到什么现象?这是什么原因造成的?”这些问题只需要学生掌握知识点就能回答.相反,《美国教材》的习题栏目较多,题型丰富,内容与生活联系较为密切.无论是节习题还是章习题,《美国教材》大都以生活中某个现象和事物为切入点,深入分析其中的物理过程和原理.另外,《美国教材》还有两个显著的特点:首先,习题难度有一定的梯度,充分满足到不同层次的学生的需要,例如在习题的设置中会有概念性习题、挑战性问题、拓展题等;其次,章节习题既有系统性,又注意细节的培养.例如每章的复习指南都由关键性术语、绘制概念图、理解概念、应用概念、问题解决、复习提高、理性思维、科技写作等组成.形成系统的复习过程,符合知识建立的一般规律.在标准化测试中,除了选择题、拓展题外还有考试小贴士栏目.这些栏目旨在提醒学生在做题、考试时需要注意的事项.这些人性化的设计使教材更具亲和力.最后,《美国教材》中关于批判性思考题的部分都有明确的说明.例如“理性思维”栏目、“科技写作”栏目等.综上所述,在习题的编写方面,《美国教材》的编写模式更能适应学生的需求.

5 结束语

通过对中美教材的对比分析,发现两版教材在章节、内容、栏目、例题、习题的安排方面差异明显.综合来说,美版教材在内容呈现方面较好地做到了关注学生,从学生出发.整套教材是学生学习物理知识,进入物理殿堂的阶梯.[8]《中国教材》在内容的安排方面较为科学合理,但是对学生的关注度方面却不如《美国教材》设置合理.因此在以后的教材编写方面可以适当借鉴《美国教材》的编写模式,例如在内容的选择上少一些旧知识陈述,多一点体现时代感的内容;习题分为几个难度梯度,以适应不同层次学生;每一章后,适当添加引导学生总结复习的环节;内容的选择、习题的编写以生活中常见的现象为切入点等.相信通过适当的改进,《中国教材》将能更好地为师生服务.

1 阎金铎,郑军,余国祥.物理课程论[M].南宁:广西教育出版社.1996:169-170.

2 王较过,陈鲜艳.中美高中物理教科书内容呈现方式的比较[J/OL].物理教学探讨,2013，31(452).http://www.docin.com/p-1205231335.html

3 李蕾,杨卫平,徐晓梅.中美高中物理教材例题呈现方式的比较研究[J].物理教师，2016，37(5):66-69.

4 刘健智,卢宇梦,颜熠乔.中美高中物理教材内容呈现方式的比较[J].物理教师，2014，35(5):59-62.

5 黄晓,蔡朝静,周思甜.浙教版《科学》与美国《科学探索者》中的STS 教育比较[J/OL].物理教学探讨，2012，30(450). http://www.cqvip.com/QK/96554A/201212/44377283.html

6 高雅西.当前哈尔滨市高中化学STS 教育教学现状调查研究[D].哈尔滨:哈尔滨师范大学，2015.

7 吉恒,杨春艳.人教版高中物理教材“STS”专栏教学策略探讨[J].物理教师，2015，36(3):12-14.

8 李岩.中美高中物理教材栏目设置的比较及启示[D].吉林:东北师范大学，2012.

本文获广西省教育厅项目(201012MS078),广西省自然科学基金(2014GXNSFAA118008)资助.

2016-10-10)