科学素养视野下的中日高中物理教科书分析

张雯雯　黄致新　王俊

摘 要：本文主要以我国《普通高中物理课程标准（实验）》和日本《新订高中理科课程标准》的基本内容为框架，根据“课程平衡”理念和Chiappetta等人开发出的科学素养类目表，结合高中物理学科的特点，以科学素养为视角，对中国和日本高中物理运动学部分进行了比较。结果表明：我国“人教版”新教科书更关注学生参加完整科学探究的过程和对学生进行科学史的教育，但日本教科书在多种科学方法灵活运用方面做得更好，两国教科书STS教育内容都很少。

关键词：中日物理教科书；科学素养；运动学部分

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0071-4

引 言

本文将主要从科学素养的视角出发，用定量分析的方法对新课标下我国高中物理教科书（以下简称“新教科书”）和日本具有代表性的高中物理教科书中“物体的运动”部分进行比较与分析，以了解科学素养理念在我国物理教科书中的课程内容层面的落实情况。本文首先对中日新课程教科书在科学素养主题的呈现方面进行比较研究，再结合科学素养主题及主题要求对具体知识点展开比较研究得出相应结论，最后就中日新课程教科书中科学素养各主题的呈现是否体现了平衡性进行论述。

本研究是依据我国《高中物理课程标准》编写的新教科书（“人教版”《物理》必修I、必修II“平抛运动”部分）和日本高中物理教科书（“实教出版株式会社”出版《物理Ⅰ》新订版）——“运动学”部分，参照Chiappetta等人对美国1970年代末至 1980 年代末五本不同科目的理科教科书（ 生命科学+地球科学+物理+生物+化学） 的分析方法，对中日两国物理教科书运动学部分进行分析。教科书中的分析单元包含段落、旁批、图表、注释、实验活动、课堂练习题等。而课后习题训练、教学目标等则不在分析之列。在对每个分析单元编码时，考虑到某个分析单元中的内容可能会涉及多个主题，因此编码时可以将这个分析单元归入多个主题中，这样可以将科学素养的四个主题在教科书中所占比例更准确地呈现出来。分析的样本信息如表1：

表1 物理教科书样本信息

■ 1 研究方法

本研究归纳了多个科学素养概念维度并进行了比较分析，概括出如表2中的科学素养主题。

笔者以我国《普通高中物理课程标准（实验）》和日本文部科学省《中学校学习指导要领》的基本内容为框架，参照表2所提出的科学素养主题，结合“课程平衡”理念和高中物理学科的特点，列出了如表3所示的关于科学素养的静态分析标准，以对高中物理“运动学”部分进行分析、比较。

2 研究内容

依据表3关于物理教科书中科学素养的静态分析标准，中日两本教科书关于“运动学”部分科学素养主题所占比重如表4所示。

2.1 主题A：科学知识

科学知识是培养学生科学素养的基础和载体，中日教科书“运动学”部分科学知识在4个科学素养主题中所占比重最大，都非常强调科学知识的重要性。我国物理教科书科学知识所占比重略高于日本教科书，在讲解某个具体知识点的过程中，我国教材更偏向对该知识点的定义、概念等做出详细的阐述，而日本教科书则常运用公式推导或者语言逻辑性论证引入知识点后，再深入讲解该知识点，言简意赅。例如，在讲解加速度这个知识点时，我国“人教版”新教材用了两个例题来讲解加速度的概念和公式；而日本教科书则通过对v-t图像的分析得出加速度的公式和概念，继而引出平均加速度、瞬时加速度（“人教版”新教科书仅在旁批中提到）、正加速度、负加速度。与此同时，日本教科书所涉及的内容比中国教科书更为广泛，难度也更大。比如在讲速度时，日本教科书将平均速度、瞬时速度讲完之后，再继续讲解合成速度、相对速度，由易到难，由浅入深；而在我国，这些知识点通常只会出现在辅助教材或教师的补充内容中。再如，日本教科书在自由落体运动之后紧随竖直上抛运动，并推出相应的公式，而这些内容在我国教科书中并未涉及。日本教科书将一类知识归纳到一起由浅入深讲解的做法虽然符合学生的认知特点，但无形中也会加重学生负担，甚至学生可能会对应掌握的基本知识“嚼不细”。

以下再从主题A的子主题视角，分析中日教科书中“运动学”部分。科学素养主题A中各子主题所占比重如图1所示。

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图1 科学素养主题A中各子主题所占比重

根据统计的数据，我国新教科书“运动学”部分主题A分析单元数为133，子主题A1（陈述事实、原理、定义、概念或规律）的单元数96，占72.2%；日本教科书主题A分析单元数为56，子主题A1的单元数为40，占71.4%，两者数据非常接近，说明相关概念、定义等仍是构成科学知识的主体。同时，我国新教科书子主题A3（陈述相关公式和相应的推理过程）的单元数为28，占21.1%；日本教科书子主题A3的单元数为14，占25%，说明日本更重视相关原理、公式的推导过程，其内在逻辑性更强。

2.2 主题B：科学探究过程及方法

主题B部分是当前最为提倡的教学方法，其在中日教科书中所占比例仅次于主题A，学生的探究过程和所用的科学方法生动地体现了科学的本质。它要求学生通过模仿科学家探索自然的过程，主动地去“发现”，培养学生手脑并用、运用科学方法解决问题的能力。在2001年颁布的《基础教育课程改革纲要》中提出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。而这一要求就具体反映在《高中物理课程标准》下的新教科书中。科学素养主题B中各子主题所占比重如表5所示。

表5 科学素养主题B中各子主题所占比重

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同中国教科书相比，日本教科书主题B比“人教版”新教科书高8.5%，充分体现了学生在学习中的主体地位。我国新教科书中主题B的分析单元数为81，日本为49，新教科书中子主题B2（通过实验获取实验数据）、B6（对实验数据进行计算处理，小组交流讨论）、B7（参与实验及探究过程）所占比重均高于日本教科书，说明我国教科书更重视学生亲身参与实验探究的过程，注重培养学生的动手能力及正确分析处理实验数据的能力。比如，我国新教材上用打点计时器测瞬时速度，要求学生完成实验并记录数据，让学生自己动手得出实验结果，理解瞬时速度的含义。而日本教材则是给出物体运动的x-t图像，通过严密的逻辑推理让学生理解并学会如何计算瞬时速度，同时引入极限的概念，最后列出一个与生活相关的练习题加深学生的理解，提升学生应用知识解决问题的能力。

在日本教材中，很多知识点后面都设置有简单易行的小实验，实验器材源于生活，学生在课堂上就可以自行操作，将生活与物理相联系，如在第一节《身边的运动》中关于空气阻力的小实验。中日教科书中子主题B3（根据提供的材料获取信息）所占比重大致相同，子主题B4（根据图表回答问题）在我国新教科书科学素养主题B中占11.1%，在日本教科书中占34.7%，远高于“人教版”新教材。例如在讲平均速度时，日本教科书配有小汽车运动时刻表和x-t图像，根据图像计算小汽车的平均速度；而“人教版”教科书仅给出平均速度的概念。与“人教版”新教材相比，日本教科书在书中配有很多插图，并在相应位置准确标出相关物理量，丰富了教材内容的同时也使抽象的知识具体化，学生根据图表解决问题也符合他们的认知特点，便于学生理解之后对知识的巩固应用。子主题B5（运用归纳法、假设法、反证法和演绎推理、类比推理等科学方法解决问题）在中日教科书科学素养主题B中所占比重均是最大的，这说明运用正确的科学方法分析问题不仅是获得知识的基本途径，也是连接生活、物理和社会之间的桥梁。

2.3 科学的情感、态度和价值观

归类于主题C的分析单元都能够体现出学生科学的情感、态度和价值观。分析中国、日本教科书，主题C分析单元数分别为50、23，所占比例分别为17.6%、17.3%，两者趋于一致。从这一视角出发，培养学生的使命感和责任感、形成正确的人生观，树立远大的理想和抱负，是情感、态度和价值观的终极目的。图2是中日高中物理教科书主题C中各子主题的比较。

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图2科学素养主题C中各子主题比较

从主题C子主题的角度分析新教科书和日本教科书，新教科书关于子主题C1（讲解物理学史及物理学家的生平事迹）分析单元数为11，占22%；日本新订版物理教科书“运动学”部分子主题C1的分析单元数为0。当前国际上物理教学改革的潮流之一就是更多地把物理学史的内容引入物理教学，以增强知识性、趣味性、思想性和启发性，并将其作为活跃学生思想，训练科学方法，发展科学思维，培养创造能力的有效手段之一。我国新教科书中这一部分内容主要体现在对自由落体运动这一知识点上，补充亚里士多德和伽利略的故事，以及伽利略的探究过程，丰富学生的情感体验。而日本教科书子主题C1则在这一部分中未有涉及。新教科书子主题C2（克服困难、解决物理问题）分析单元数16，占32%，日本教科书子主题C2分析单元数为10，占43.5%。中日教科书子主题C4（有良好的学习习惯和学好科学知识的自信）分别占主题C的10%、26.1%，表明日本教材在教授知识的同时也注重学生良好行为习惯及自信心的建立，尤其体现在每一个小知识板块后的例题、练习题及类似题的训练上。比较中日教科书子主题C5（激发学生学习兴趣）所占比重，两国差距不大，需要指出的是日本教材措辞更为生动活泼，语言通俗易懂，大量的插图和与生活相关的练习题富有生活气息，与学生的生活靠近，更容易激发学生的学习兴趣。

2.4 科学、社会和技术之间的关系（STS）

主题D所包含的分析单元主要是科学技术与社会的联系以及科学技术在社会中的广泛应用。STS教育是现代科技发展对科学教育提出的新要求，在物理教科书中渗透STS教育适应了现代科技的迅猛发展。将知识与社会、科技联系起来，激发了学生的学习兴趣和应用知识的能力，同时为培养创新性人才奠定了基础。新教科书中主题D占科学素养比重的7.1%，日本教科书是3.6%，我国新教科书主要是通过“STS”“科学漫步”等栏目呈现主题，日本教科书则多是列举一些与生活相关的例子来突出主题。

3 研究结果

日本教科书科学素养4个主题所占比重依次是42.1%、37%、17.3%、3.6%；“人教版”新教科书科学素养4个主题所占比重依次是46.8%、28.5%、17.6%、7.1%，通过以上对中日两国教科书的比较，我国“人教版”教科书科学素养主题均衡性相比日本教科书要好。

根据对新教科书和日本新订版物理I“运动学”部分的比较：在科学知识部分，除了对相关知识的精确定义，新教科书在语言上较学术，而日本教科书措辞更生动活泼，与学生拉近了距离。相比而言，我国新教科书更重视学生参与完整的科学探究过程，设置的实验通常需要学生主动地参与整个探究过程，得出结论。但是“人教版”教科书在科学方法的应用上远不及日本教材。中日教科书均对学生的情感、态度、价值观予以一定的关注，虽然在科学素养主题D上，新教科书所占比重高于日本，但是我国STS教育仍然比较局限，绝大多数都是在知识点之后的栏目里向学生展示科学技术与社会之间的联系，并没有渗透到具体的知识讲解中，同时，书中基本上都是科学技术的正面影响。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书 物理必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—49.

[2]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书 物理必修2[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—15.

（栏目编辑 邓 磊）