王 进

(江苏省西亭高级中学，江苏 南通 226301)

·国外教育·

中美高中物理教材绪论的对比与启示

王 进

(江苏省西亭高级中学，江苏 南通 226301)

比较了美国使用广泛的高中物理教材“物理问题与原理”相当于中国教材绪论的第1章与中国使用最广泛的人教版高中物理绪论,分析了它们的异同,得出美国教材的编排对高中物理教材编写与教学的启示．

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美国使用最广泛的高中物理教材“物理问题与原理”分为上、中、下3册,共30章.第1章“物理学工具箱”是学生进行高中物理学习的起步章节,相当于我国人教版高中物理教材中必修1的绪论．人教版高中物理教材在我国使用最为广泛．本文比较美国高中物理教材第1章与人教版教材绪论,分析它们的异同,得出对教材编写和教学的启示．

1 美国高中物理教材“绪论”概述

“物理问题与原理”第1章包含“数学和物理学”、“测量”、“作数据图”等3节,以及章末的物理实验、未来技术、复习指南、测评、标准化测试题等栏目．[1]本章介绍了测量和数学工具,作图可以帮助分析数据,并作出预测．

第1节“数学和物理学”中的“什么是物理学部分”介绍了物理学的研究对象、学习物理之后可以从事什么工作;“物理学中的数学”介绍了物理学家研究问题的一般步骤(建立模型—作出预测—设计实验—检验预测);“是否合理”介绍了联系实际检验答案的方法;“SI单位制”介绍了基本单位及其词冠;“量纲分析”则介绍了运用单位计算——量纲分析法;“有效数字”分“所有的零都是有效数字吗”及“用有效数字进行运算”;“科学方法”则介绍了假设的思想方法及模型定律理论．

第2节“测量”分为比较结果、精确度与准确性、先进的测量技术等3部分内容．“比较结果”通过列举考古学家用放射性碳元素来测定洞穴壁画的年代和“迷你实验”探究弹簧作用力与伸长量的关系说明结果是否可重复,是否正确,告诉学生:结论需要能够被重复才会被认为是正确的．结论会存在一个不确定的范围,新的测量值如果处在这个范围之内就证明原来的测量结果是正确的．精确度与准确性介绍了什么是精确度、什么是准确性,以及检验仪器准确性的方法——二点校准法．先进的测量技术则介绍了使用仪器时的正确方法,并让学生体验读数时的视差实验,还介绍了月地距离的测量、GPS及使用GPS不同地面接收器精确度的差异等．

第3节“作数据图”分为识别变量、线性关系、非线性关系、预测等4个部分．主要介绍了作图法的9个步骤、作图常见的线性关系(一次函数)、斜率的计算方法、非线性关系(两变量的二次平方关系、反比关系)、预测则是对图线的运用——利用已知图线推测不在图线范围的情况．

章末实验是对运动中物体的探究,提出问题:采用什么类型的测量方式,可以求出机动车的速度?分目标、安全警告、实验器材、实验步骤、分析、结论与运用、进一步探索、生活中的物理学等步骤．未来技术介绍了计算机发展历程,在进一步探究中提出问题: (1) 观察以下后缀名: .jpj,.mp3,.mpeg,.midi,它们分别适用于你在计算机上所做的那些活动?(2) 当计算机的接线长为15m时,二进制电流要传输多久?每秒可以进行多少次这样的运算?

2 中国高中物理教材绪论概述

在我国使用最广泛的人教版高中物理教材绪论编排在必修1第1章之前,以“物理学与人类文明”为题,下设物理学、物理学与其他科学技术、物理学与社会进步、物理学与思维观念、物理学的未来等5个二级标题．[2]

物理学:简单介绍了物理学的起源,研究对象,学科特点;

物理学与其他科学技术:通过举例说明物理学的发展促进了技术的进步,引发了一次又一次产业革命．现代物理学更是成为高新科技的基础．列举了电视机显像管、放射治疗、半导体芯片、激光束、超导磁悬浮、量子围栏、DNA结构模型等例子．

物理学与社会进步:通过蒸汽机车、电气化时代、信息时代重大事件说明物理学的发展孕育了技术革新,促进了物质生产的繁荣,改变了人类的生产生活方式,推动了社会进步．

物理学与思维观念:通过人类认识宇宙的过程,揭示了物理学丰富了人类对物质世界的认识,改变和拓展着人类的思维方式．

物理学的未来:介绍了20世纪物理学重大发现,对21世纪物理学发展提出期望,并以科学家的重要发明发现都是在风华正茂的青年时期对学生给予鼓励．

3 中美两国高中物理教材绪论对比

对比中美两国高中物理教材的绪论发现它们的相同点和不同点如下.

相同点: (1) 都介绍了物理学的研究对象及学科特点; (2) 都介绍了物理与生活、前沿科技的紧密联系,例如人教版的超导磁悬浮、量子围栏,美国教材的GPS、电脑动画、火星探测、人造卫星等; (3) 都重视激励学生学好物理．

不同点: (1) 学习的目的不同．人教版通过介绍物理学的发展,研究内容、特点,与生活、科技、社会发展的联系,让学生感受到物理有用,以此激发学生学习兴趣．美国教材则希望学生为学习好物理做好准备,为后续学好物理奠定基础,扫清障碍,尤其是数学知识、方法的障碍．(2) 对方法的重视程度不同．人教版教材中对数学方法、物理方法的介绍、渗透几乎没有．而美国的教材则介绍了非常多的方法,比如:研究问题的一般方法、验证答案法、量纲分析法、假设法、作图法等．(3) 数理联系密切程度不同．人教版没有介绍数学与物理的联系,而美国教材则介绍了很多数学知识、数学方法,比如斜率、有效数字、一次函数、二次函数、反比例函数、最佳拟合曲线、作图法等．(4) 激励学生学好物理的侧重点不同．人教版通过与生活、社会等的紧密联系并对21世纪物理学发展提出展望,并给学生提出期望和鼓励,侧重于鼓励学生树立远大的理想和高尚的情操,而美国教材则侧重职业规划和实验．(5) 对学生的学习要求、任务不同．人教版只是要学生简单了解物理、物理与生活、物理与社会的紧密联系．美国教材则是要通过学习为后续的学习夯实实验和数学基础,美国教材给学生安排了1个例题和106个习题,实验拓展探究4个．

4 美国教材的启示

4.1 重视数学工具在物理学中应用

数学作为一门工具性语言在物理教学中具有重要作用．新课标要求,通过物理概念和规律的学习过程,了解数学工具在物理学发展过程中的作用．具体体现为数学知识、数学方法在学生习得物理知识与方法及解决物理问题过程中的运用．“数学思想方法促进了物理学的发展,它能提高人们的思维能力,对人们学习物理和解决物理问题起着至关重要的作用”．[3]美国教材在学生没有正式开始学习物理之前专门用了1章“物理学工具箱”介绍了学习物理需要做好哪些准备,其中第1节“数学和物理学”、第3节“作数据图”,介绍了数学和物理学的密切关系,以及学好物理需要储备的数学知识、方法、技能．作图、用图是学生的基本数学素养之一,更是学生学好物理的必备技能．美国教材重视学生作图,更重视教会学生作图．在“作数据图”一节中,详细介绍作图和用途的方法．在学习物理的起步阶段就教会学生作图、用图.这对学生后续学习物理有很大帮助,在物理学习过程中无论是处理实验数据还是分析解决问题学生都经常作图、用图．

这启示我们在物理教学中要重视数学的奠基性作用．教材的编写要重视学生的数学基础,要重视数学与物理跨学科衔接,避免出现跨学科知识的盲点．“中国教材偏重于实验法,某种意义上忽视了数学方法,但物理学研究中,数学方法和实验法是物理学得以发展的两个重要方法．”[4]物理教师在教学中,更要重视学生的数学基础、数学思维、数学方法、数学技能对物理学习影响,避免高估学生的数学综合素养,而造成学生的学习障碍．“让学生了解数学方法在物理研究中的重要性,显化数学知识和方法,有利于学生经历完整的探究过程．”[4]以人教版教材为例,学生在学习速度-时间图像、位移-时间图像时,需要通过计算直线的斜率得到加速度、速度,然而学生并不清楚斜率是什么,如何求斜率;再如学生学习力的合成与分解时,经常要用到三角函数,有时还需要用到正余弦定理.学生在初中虽然接触过三角函数,但并没有深入学习,正余弦定理学生闻所未闻,而学生在高中学习三角函数滞后于物理学习的需要．类似这样的情况,在高中物理教学中还有不少．为此,有必要在学生学习物理之前对学生进行数学知识与方法的针对性补课,扫除物理学习的障碍．

4.2 重视物理实验在教学中作用

实验是物理学的基石,物理学研究所依靠的两条途径一是数学,二是实验．实验对物理教学有重要作用．教学中实验可以帮助学生理解抽象的物理知识从而化解教学难点,一些难以教师通过语言讲解及推理得出的结论,信服度不如让学生亲自动手操作实验或观察实验而得出的结论,物理教学中要多做实验,尤其是讲解和推理困难时,实验能起到事半功倍的效果．实验还可以起到激发学生学习兴趣的重要作用．物理学习过程中,不少学生会觉得枯燥乏味,导致学习兴趣不高,课堂气氛沉闷,学习效率低下．如果在教学中设计好实验,适时穿插实验于教学中,不仅可以轻松突破教学重难点,更能激发学生的学习兴趣．

美国教材章首的起步实验安排了物体都以同样的速度下落吗?第2节“测量”介绍了实验中的测量的方法、精确度、准确性等,并安排了起步实验、探究弹簧作用力与伸长量关系的实验．章末实验安排了测视频中机动车速度的实验．实验对解决物理教学中的重点、难点有非常重要的帮助,对激发学生的学习兴趣也有很重要的作用．在教材的编写中要重视实验,教学中更应该把实验落到实处,确实发挥其作用．

4.3 重视科学方法的显化

古人说:“授人以鱼,只供一饭之需,教人以渔,则终身受用无穷．”可见方法于人于事都很重要．物理教学不仅是学生掌握知识的过程,更是方法的习得过程．科学方法教育是物理教学的重要内容,是新课程标准的要求．无论是三维目标,还是核心素养都要求物理教学重视方法教育．三维目标的落实,强调知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度协调统一,深度融合．核心素养中的科学思维提出“从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式,是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化”．中国教材的编写和物理教学中,虽然重视方法,但都是隐性渗透,这不利于学生掌握科学方法,导致科学方法教育效果不理想．将科学方法显化,科学方法就可以像科学知识．那样,从《课标》到教材,从教师到学生,使学生接受;这样,物理教育就不会事倍功半,不会存在科学方法教育的缺失．[5]

美国教材重视方法,且重视方法的显化．比如验证答案法、量纲分析法、假设法等不但介绍方法还通过例子详细介绍了方法的操作过程;作图法,则详细介绍了作图的9个步骤．这启示在教学中要重视科学方法的教育,而且要像进行物理知识教学那样进行科学方法的教育,明确给学生讲解科学方法的名称、步骤、条件,而不是停留在隐性渗透的层面．

4.4 重视学生学习兴趣的激发

爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师”．美国心理学家布卢姆也说过:“学习最大的动力是对学习材料的兴趣”．学生的学习兴趣一旦养成,可以更积极主动地学习科学知识,也会有恒心和韧劲去攻破物理学习过程中的一个个难点,为学生科学素养的提高打好基础．所以,物理教师一定要想方设法增强学生的学习兴趣．

美国教材重视从实验、联系生活与科技、增加学生体验等方面来激发学生的学习兴趣．这启示我们在教学中,要充分挖掘教材中的素材,必要时对其进行二次开发,从物理实验、物理与生活的联系、增强学生的学习体验等多维度激发学生的学习兴趣,尤其是增加学生的学习体验.这对学生而言非常重要.有了积极的体验,学习兴趣会得到激发,学习热情会得到保持,才会有充足的学习动力．

4.5 职业规划教育的渗透

在高中阶段,由于目光都聚焦高考,职业规划教育得不到学校、教师、家长重视,严重缺失．这导致学生缺乏职业规划方面的知识,职业意识淡薄,自我认知模糊．所以,大多数高中毕业生在填报高考志愿时,对想学什么、适合学什么和将来干什么无从了解,只有听从教师、父母的意见,选择所谓“热门”或“好就业”的专业．一旦进大学或走上工作岗位,或无学习动能,或缺乏工作积极性,碌碌无为．[6]

美国教材介绍了学习物理学之后可以从事许多不同的职业,比如大专院校、工矿企业或研究所的科学家,就职于与物理学相关的领域、利用所学的运用物理学解决问题的技能去从事商业、财经等与物理学完全不相关的工作．这启示我们:在高中开设职业规划课程,或者渗透职业规划教育,让学生提前了解相关职业的特点和要求,规划好人生,早做准备.这不仅是为了避免学生高考结束之后填志愿的盲从,也是为了在渗透职业规划过程中培养学生走向社会谋生创业的意识和初步能力,帮学生学会动手、学会动脑、学会做事、学会生存、学会应变、学会共处、学会发展,更为了在渗透职业规划的过程激发学生学习的源动力．

1 (美)P W Zitzewitzl.物理原理与问题(上册)[M].钱振华,译.杭州:浙江教育出版社,2008：17-36.

2 张大昌编.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].北京:人民教育出版社，2011：1-7.

3 徐卫兵.高中物理教学中渗透数学思想方法的价值研究[J],物理教师，2014,36(11):6.

4 李蕾，杨卫平，徐晓蕾.中美高中物理教材例题呈现方式的比较研究[J].物理教师，2015,37(5):68.

5 肖骁，邢红军，李正福.高中物理教学中的科学方法显化研究[J].物理通报，2009 (12):23.6 肖安庆，肖舜富.高中职业规划教育缺失的归因与重建[J].学校管理，2014(1):47.

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2017-02-28)