從“核心素養(yǎng)”角度對中美物理教材的比較研究與啟示

宋麗穎

摘 要：本文從核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，采取教材分析法和教材對比法對美國主流教材《Physics：Principles and Problems》和上海滬科版物理教材在概念建構、習題編排、實驗設置方面進行了比較，并給出了針對我國教材在內容編排方面的建議和啟示。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；中美教材；高中物理；比較；建構主義

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）8-0020-6

1 教材介紹

教育的變革和進步是贏得21世紀人才競爭的關鍵，而當代教育變革的主題是促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2014年3月，我國教育部發(fā)布的《關于全面深化課程改革是立德樹人根本任務的意見》（以下簡稱《意見》）中首次明確提出“核心素養(yǎng)”概念，即“學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終身發(fā)展與社會發(fā)展的人格品質和關鍵能力”。在“核心素養(yǎng)體系”的整體框架基礎上，提出高中物理學科的核心素養(yǎng)，共有四個維度：物理觀念和應用、科學思維和創(chuàng)新、科學探究和交流、科學態(tài)度和責任。

從知識導向到能力導向，再到素養(yǎng)導向，體現(xiàn)了教育對“立德樹人”根本任務的回歸，其變遷基本上體現(xiàn)了從“學科本位”到“以人為本”的轉變。

在核心素養(yǎng)理念的引領下，許多發(fā)達國家的教育目標也發(fā)生著變革。在學科的知識技能之上，強調了批判性思維、決策能力、問題解決、自我調整等高階認知能力，溝通、協(xié)調等社會技能，以及反省性思維、自律性、協(xié)作性、責任感等人格特征與態(tài)度，從其教材、課程標準中可見一斑。

基于以上考慮，本文選擇中美兩國高中物理學的一致開篇內容——“運動學”，從培育學生“核心素養(yǎng)”的角度，對中美兩國高中主流物理教材，在內容編排、概念建構、習題與實驗設置等幾方面進行研究比較，以期針對“高考綜合改革”背景下的物理教學提出一些個人的拙見。

美國教材種類繁多，為使研究更具代表性，筆者選取美國主流高中教材《Physics：Principles and Problems》（在美國使用率高達50%）以及上?？茖W技術出版社的高中物理教材（使用率基本覆蓋全上海）作為研究范本。對這兩種教材“運動學”部分內容進行了內容比較和分析。

具體內容編排見表1。

2 核心素養(yǎng)角度下對中美教材概念建構、習題編排、實驗設置方面的比較

2.1 概念建構

從內容編排上看，美版教材與滬科版教材都采用“章—節(jié)”形式的結構，概念覆蓋廣度基本一致；編排都遵循對概念由淺入深、由表及里的認識原則；在章節(jié)前都有導學（內容提要）部分，目的是為了幫助學生了解本章節(jié)將要學習到的內容。

不同之處在于，美版《Physics：Principles and Problems》在每一節(jié)的開篇部分，都有本節(jié)學習目標和該節(jié)“關鍵術語”，我們可以將之理解為該節(jié)的“核心概念”，便于學生在課堂學習時把握重點；滬科版教材特意將“質點”“參考系”“坐標系”“時間”“時刻”這些物理概念作為一些準備知識，美版教材沒有專門講述這些概念，而是在遇到問題時再及時補充，強調“做中學”。

此外，兩本教材編排中最大的不同點在于：美版教材還十分注重物理概念的心理建構過程，從學生認知出發(fā)，精心為學生制作了通向更高認知的“腳手架”。如在每一節(jié)引入新的概念前都有貼近生活的“起步實驗”“迷你實驗”，通過請學生完成一些有趣的家庭小實驗，將學生作為章節(jié)重要問題的共同參與者，而非旁觀者，幫助學生更好地理解即將學習的概念。

根據建構主義的理論：“建構過程有很多種，比如通過提供的知識信息與學生相關、對他們有意義；教材和教師可以給學生提供梯子，以通向更高層級的理解。但是學生必須自己爬梯子。”

我們看到，在美版教材《2.1運動的描繪》引入“機械運動”這一概念時，教材中出現(xiàn)這樣一段話：“假設你正在家里讀這本書，在開始讀第二章時，你看了一眼你的倉鼠，發(fā)現(xiàn)他正坐在籠子的一角，過了一會兒，你又看時，它已坐在對角的飼料盤處了……可見，物體運動的描述，涉及位置、時間兩個因素。換句話說，在描述物體的運動時，你需要回答何時、處于何地這樣的問題?！边@樣的事例生動自然，活潑有趣，與學生的體驗息息相關，自然能夠激發(fā)學生的興趣，產生學習愿望。這樣的例子還有很多。

反觀滬科版教材，相對于美版教材，教材學科邏輯性較強，注重知識的系統(tǒng)學習，知識點覆蓋面較全，公式數(shù)量較多。但是，情景理論化過高，不夠生動。例如，同樣是引入描述運動物理量的概念，滬科版教材是這樣敘述的：“我們把物體空間位置隨時間變化的現(xiàn)象叫做機械運動。在自然界和社會生活中，物體做機械運動的形式是各式各樣、千變萬化的?！边@樣的敘述顯然對于激發(fā)學生興趣方面不夠理想。

由此可見，在概念建構方面，美版教材在“努力創(chuàng)設能夠激發(fā)學生好奇心，能夠促使學生積極順應的物理情境”較之于滬科版教材更勝一籌。建議滬科版教材中可以在章前適當增設本章的核心概念或思維導圖，讓學生學習時能夠抓住重點和難點，高效學習；在情景引入和概念建構部分，更加貼近學生的生活體驗，增強趣味性、合理性、現(xiàn)代性。

2.2 習題編排

筆者對比了對于“運動學”章節(jié)兩本教材的題目數(shù)量與類型編排的相關數(shù)據，統(tǒng)計得到表2（不含例題）。

從題目數(shù)量來看，美版教材習題數(shù)量是滬科版教材的15倍之多！但課本上的習題數(shù)量并不代表著學生的實際練習量。

我們一直提倡“減負”，但作為一線老師都清楚，實際上課本上的習題量減小并不等同于“減負”。相反，正是由于課本習題少，學生不得不購買大量的課外輔導書，作為“第二教材”輔助理解概念和規(guī)律。而“第二教材”的編寫水平參差不齊，讓學生又陷入了更苦更深的“題海戰(zhàn)術”之中。

因此，教材中設置大量習題，尤其是不少習題是緊接著設置在相關知識點學習之后，有利于學生理解概念規(guī)律。此外，在課后，學生也可以根據自身知識點的掌握情況，有針對性地進行訓練，增強學習的自主性。而且，學生能夠準確、高效地完成教材中布置的作業(yè)任務，也有助于提升其學習效能感。根據教育心理學相關理論：“學習效能感是學生對自我學習能力的認識和判斷。它往往會受到外部反饋的影響。學生會根據一些外部指標對自己的學習能力進行評價和判斷，從而使效能感發(fā)生變化。學習效能感強的學生更愿意付出努力去學習，因為他們相信自己有能力，也相信自己能成功。”

不難得出，課后習題的多樣化、系統(tǒng)性呈現(xiàn)，有利于學生有效把握學習重點和難點，大量的豐富練習材料有助于學生有針對性地制定計劃提升課業(yè)成績，這些都有助于學生學習效能感的增強。此外，從習題本身內容分析，美版教材的大部分習題都是從學生生活的視角出發(fā)，涵蓋了體育、文化、社會、信息等多個方面，非常關注物理習題與生活的緊密聯(lián)系，并有相當數(shù)量的題目與其他學科相互融合。

例如，第二章“單元測評”中，在“設計實驗”類型的題目中，有一道題是這樣的：“每當一輛紅色摩托車駛過你朋友家時，他父親很惱怒，因為他認為，法定的車速最快為40 km/h，而該摩托車超速了。設計一個簡單實驗，在這輛摩托車下一次經過你朋友家門口時，判斷它是否正在超速行駛?！?/p>

題目情境來源于生活，用物理知識解決問題，又回歸于生活，這就能夠拉近學生與生活的距離。尤其是對于很多沉浸于“手游”“網游”世界的青少年來講，現(xiàn)實生活中的物理問題能夠激發(fā)他們的好奇心，在學習物理的同時，其決策能力、問題解決等高階認知能力和溝通協(xié)調等社會技能也得到提高，更加符合目前核心素養(yǎng)以人為本的教育理念。

2.3 實驗設置

物理是以實驗為基礎的科學，物理實驗是物理學習的一個重要組成部分，對于高中階段的學生，好的實驗可以提供豐富的感性認識，有效激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生分析、綜合、對比、抽象、概括、判斷、推理等基本能力。通過研究中美教材的實驗內容、實驗類型、實驗數(shù)量，統(tǒng)計表格如表3所示。

表3 中美兩版本教材“運動學”部分實驗類型、數(shù)量的比較

■

從數(shù)量上看，中美教材在實驗部分的比重基本一致。但在實驗對學生基本能力的培養(yǎng)方面略有差異。兩種教材針對同一物理問題的實驗設計對比如表4所示。

通過以上對比，不難看出，從實驗目的上看，滬科版通過本實驗意在使學生通過測量、繪圖，解決“自由落體運動是怎樣一種類型的運動”以及“這一規(guī)律的數(shù)學公式表述是什么？”這樣兩個問題。注重原理與方法的運用。在實驗器材（DIS——數(shù)字化信息系統(tǒng)）的處理數(shù)據環(huán)節(jié)則相對弱化，使用計算機代替學生處理復雜數(shù)據；美版教材本節(jié)實驗的設計，更偏重于對中學生繪圖、思辨、舉一反三能力的培養(yǎng)，雖然對實驗本身數(shù)據結果精確度要求不高，但是要能分析出誤差產生的原因，和不同實驗方法的方案優(yōu)劣性，討論交流實驗結果，對生活中的自由落體現(xiàn)象的解釋，進一步思考g與海拔、位置等的聯(lián)系，這樣一系列緊湊的環(huán)節(jié)設置，一則使得該實驗與學生更親近，二則在達成這些任務的過程中，也間接培養(yǎng)了學生的批判性、協(xié)作性、反省性思維。同樣，從實驗環(huán)節(jié)和示例來看，美版教材實驗更強調“完整性”“安全性”“全員參與性”。這些都潛移默化地體現(xiàn)了核心素養(yǎng)所倡導的“樹立物理觀念”的維度。

3 比較后的啟示

不管是《Physics：Principles and Problems》還是滬科版教材，都是基于因地制宜、因材施教的理念所編制的教材。

通過以上對于“運動學”概念建構的方式、習題的編制以及學生實驗設計的對（下轉第27頁）（上接第24頁）比分析，美版《Physics：Principles and Problems》對于我國滬科版物理教材有很大的借鑒意義。

如從教材結構上看，應該更加符合學生的認知規(guī)律。物理是從生活中來，更要回到生活中去。盡量從生活中提取實驗場景和素材，將可見的生活場景變成實驗室，每天的所見所聞都寫進教材。學生感受到物理不僅是好玩的學科，更是一門有用的學科，也增加了實驗的可操作性。從習題設置上看，應該加入一些與其他學科相互融合的題目。從實驗上看，應該借鑒其“完整性”“安全性”“嚴謹性”“全員參與性”的特點。

建構主義告訴我們：學生并非腦袋空空地來到課堂，應該把學生作為“已經具備了一定知識和經驗的且在發(fā)展中的個體”來對待。根據現(xiàn)在核心素養(yǎng)所倡導的：學科本身的邏輯性固然重要，若只著眼于現(xiàn)在課本上的物理題目，而不將科學、現(xiàn)代信息技術和社會相互聯(lián)系起來，培養(yǎng)出一個健全的、廣博的、適應社會的人才，將會是不現(xiàn)實的。物理知識很重要，但是學習解決問題的能力更重要。

參考文獻：

[1]林崇德.21世紀學生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京：北京師范大學出版社，2016.

[2]林明華.高中物理核心素養(yǎng)的內涵與培養(yǎng)途徑[J].福州基礎教育研究，2016（2）：4-6.

[3]戚靜芳.中美高中物理教材中物理實驗的比較研究[D].武漢：華中師范大學碩士學位論文，2013.

（欄目編輯 劉 榮）