从“核心素养”角度对中美物理教材的比较研究与启示

宋丽颖

摘 要：本文从核心素养的角度出发，采取教材分析法和教材对比法对美国主流教材《Physics：Principles and Problems》和上海沪科版物理教材在概念建构、习题编排、实验设置方面进行了比较，并给出了针对我国教材在内容编排方面的建议和启示。

关键词：核心素养；中美教材；高中物理；比较；建构主义

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）8-0020-6

1 教材介绍

教育的变革和进步是赢得21世纪人才竞争的关键，而当代教育变革的主题是促进学生核心素养的发展。

2014年3月，我国教育部发布的《关于全面深化课程改革是立德树人根本任务的意见》（以下简称《意见》）中首次明确提出“核心素养”概念，即“学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展与社会发展的人格品质和关键能力”。在“核心素养体系”的整体框架基础上，提出高中物理学科的核心素养，共有四个维度：物理观念和应用、科学思维和创新、科学探究和交流、科学态度和责任。

从知识导向到能力导向，再到素养导向，体现了教育对“立德树人”根本任务的回归，其变迁基本上体现了从“学科本位”到“以人为本”的转变。

在核心素养理念的引领下，许多发达国家的教育目标也发生着变革。在学科的知识技能之上，强调了批判性思维、决策能力、问题解决、自我调整等高阶认知能力，沟通、协调等社会技能，以及反省性思维、自律性、协作性、责任感等人格特征与态度，从其教材、课程标准中可见一斑。

基于以上考虑，本文选择中美两国高中物理学的一致开篇内容——“运动学”，从培育学生“核心素养”的角度，对中美两国高中主流物理教材，在内容编排、概念建构、习题与实验设置等几方面进行研究比较，以期针对“高考综合改革”背景下的物理教学提出一些个人的拙见。

美国教材种类繁多，为使研究更具代表性，笔者选取美国主流高中教材《Physics：Principles and Problems》（在美国使用率高达50%）以及上海科学技术出版社的高中物理教材（使用率基本覆盖全上海）作为研究范本。对这两种教材“运动学”部分内容进行了内容比较和分析。

具体内容编排见表1。

2 核心素养角度下对中美教材概念建构、习题编排、实验设置方面的比较

2.1 概念建构

从内容编排上看，美版教材与沪科版教材都采用“章—节”形式的结构，概念覆盖广度基本一致；编排都遵循对概念由浅入深、由表及里的认识原则；在章节前都有导学（内容提要）部分，目的是为了帮助学生了解本章节将要学习到的内容。

不同之处在于，美版《Physics：Principles and Problems》在每一节的开篇部分，都有本节学习目标和该节“关键术语”，我们可以将之理解为该节的“核心概念”，便于学生在课堂学习时把握重点；沪科版教材特意将“质点”“参考系”“坐标系”“时间”“时刻”这些物理概念作为一些准备知识，美版教材没有专门讲述这些概念，而是在遇到问题时再及时补充，强调“做中学”。

此外，两本教材编排中最大的不同點在于：美版教材还十分注重物理概念的心理建构过程，从学生认知出发，精心为学生制作了通向更高认知的“脚手架”。如在每一节引入新的概念前都有贴近生活的“起步实验”“迷你实验”，通过请学生完成一些有趣的家庭小实验，将学生作为章节重要问题的共同参与者，而非旁观者，帮助学生更好地理解即将学习的概念。

根据建构主义的理论：“建构过程有很多种，比如通过提供的知识信息与学生相关、对他们有意义；教材和教师可以给学生提供梯子，以通向更高层级的理解。但是学生必须自己爬梯子。”

我们看到，在美版教材《2.1运动的描绘》引入“机械运动”这一概念时，教材中出现这样一段话：“假设你正在家里读这本书，在开始读第二章时，你看了一眼你的仓鼠，发现他正坐在笼子的一角，过了一会儿，你又看时，它已坐在对角的饲料盘处了……可见，物体运动的描述，涉及位置、时间两个因素。换句话说，在描述物体的运动时，你需要回答何时、处于何地这样的问题。”这样的事例生动自然，活泼有趣，与学生的体验息息相关，自然能够激发学生的兴趣，产生学习愿望。这样的例子还有很多。

反观沪科版教材，相对于美版教材，教材学科逻辑性较强，注重知识的系统学习，知识点覆盖面较全，公式数量较多。但是，情景理论化过高，不够生动。例如，同样是引入描述运动物理量的概念，沪科版教材是这样叙述的：“我们把物体空间位置随时间变化的现象叫做机械运动。在自然界和社会生活中，物体做机械运动的形式是各式各样、千变万化的。”这样的叙述显然对于激发学生兴趣方面不够理想。

由此可见，在概念建构方面，美版教材在“努力创设能够激发学生好奇心，能够促使学生积极顺应的物理情境”较之于沪科版教材更胜一筹。建议沪科版教材中可以在章前适当增设本章的核心概念或思维导图，让学生学习时能够抓住重点和难点，高效学习；在情景引入和概念建构部分，更加贴近学生的生活体验，增强趣味性、合理性、现代性。

2.2 习题编排

笔者对比了对于“运动学”章节两本教材的题目数量与类型编排的相关数据，统计得到表2（不含例题）。

从题目数量来看，美版教材习题数量是沪科版教材的15倍之多！但课本上的习题数量并不代表着学生的实际练习量。

我们一直提倡“减负”，但作为一线老师都清楚，实际上课本上的习题量减小并不等同于“减负”。相反，正是由于课本习题少，学生不得不购买大量的课外辅导书，作为“第二教材”辅助理解概念和规律。而“第二教材”的编写水平参差不齐，让学生又陷入了更苦更深的“题海战术”之中。

因此，教材中设置大量习题，尤其是不少习题是紧接着设置在相关知识点学习之后，有利于学生理解概念规律。此外，在课后，学生也可以根据自身知识点的掌握情况，有针对性地进行训练，增强学习的自主性。而且，学生能够准确、高效地完成教材中布置的作业任务，也有助于提升其学习效能感。根据教育心理学相关理论：“学习效能感是学生对自我学习能力的认识和判断。它往往会受到外部反馈的影响。学生会根据一些外部指标对自己的学习能力进行评价和判断，从而使效能感发生变化。学习效能感强的学生更愿意付出努力去学习，因为他们相信自己有能力，也相信自己能成功。”

不难得出，课后习题的多样化、系统性呈现，有利于学生有效把握学习重点和难点，大量的丰富练习材料有助于学生有针对性地制定计划提升课业成绩，这些都有助于学生学习效能感的增强。此外，从习题本身内容分析，美版教材的大部分习题都是从学生生活的视角出发，涵盖了体育、文化、社会、信息等多个方面，非常关注物理习题与生活的紧密联系，并有相当数量的题目与其他学科相互融合。

例如，第二章“单元测评”中，在“设计实验”类型的题目中，有一道题是这样的：“每当一辆红色摩托车驶过你朋友家时，他父亲很恼怒，因为他认为，法定的车速最快为40 km/h，而该摩托车超速了。设计一个简单实验，在这辆摩托车下一次经过你朋友家门口时，判断它是否正在超速行驶。”

题目情境来源于生活，用物理知识解决问题，又回归于生活，这就能够拉近学生与生活的距离。尤其是对于很多沉浸于“手游”“网游”世界的青少年来讲，现实生活中的物理问题能够激发他们的好奇心，在学习物理的同时，其决策能力、问题解决等高阶认知能力和沟通协调等社会技能也得到提高，更加符合目前核心素养以人为本的教育理念。

2.3 实验设置

物理是以实验为基础的科学，物理实验是物理学习的一个重要组成部分，对于高中阶段的学生，好的实验可以提供丰富的感性认识，有效激发学生的学习兴趣，培养学生分析、综合、对比、抽象、概括、判断、推理等基本能力。通過研究中美教材的实验内容、实验类型、实验数量，统计表格如表3所示。

表3 中美两版本教材“运动学”部分实验类型、数量的比较

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从数量上看，中美教材在实验部分的比重基本一致。但在实验对学生基本能力的培养方面略有差异。两种教材针对同一物理问题的实验设计对比如表4所示。

通过以上对比，不难看出，从实验目的上看，沪科版通过本实验意在使学生通过测量、绘图，解决“自由落体运动是怎样一种类型的运动”以及“这一规律的数学公式表述是什么？”这样两个问题。注重原理与方法的运用。在实验器材（DIS——数字化信息系统）的处理数据环节则相对弱化，使用计算机代替学生处理复杂数据；美版教材本节实验的设计，更偏重于对中学生绘图、思辨、举一反三能力的培养，虽然对实验本身数据结果精确度要求不高，但是要能分析出误差产生的原因，和不同实验方法的方案优劣性，讨论交流实验结果，对生活中的自由落体现象的解释，进一步思考g与海拔、位置等的联系，这样一系列紧凑的环节设置，一则使得该实验与学生更亲近，二则在达成这些任务的过程中，也间接培养了学生的批判性、协作性、反省性思维。同样，从实验环节和示例来看，美版教材实验更强调“完整性”“安全性”“全员参与性”。这些都潜移默化地体现了核心素养所倡导的“树立物理观念”的维度。

3 比较后的启示

不管是《Physics：Principles and Problems》还是沪科版教材，都是基于因地制宜、因材施教的理念所编制的教材。

通过以上对于“运动学”概念建构的方式、习题的编制以及学生实验设计的对（下转第27页）（上接第24页）比分析，美版《Physics：Principles and Problems》对于我国沪科版物理教材有很大的借鉴意义。

如从教材结构上看，应该更加符合学生的认知规律。物理是从生活中来，更要回到生活中去。尽量从生活中提取实验场景和素材，将可见的生活场景变成实验室，每天的所见所闻都写进教材。学生感受到物理不仅是好玩的学科，更是一门有用的学科，也增加了实验的可操作性。从习题设置上看，应该加入一些与其他学科相互融合的题目。从实验上看，应该借鉴其“完整性”“安全性”“严谨性”“全员参与性”的特点。

建构主义告诉我们：学生并非脑袋空空地来到课堂，应该把学生作为“已经具备了一定知识和经验的且在发展中的个体”来对待。根据现在核心素养所倡导的：学科本身的逻辑性固然重要，若只着眼于现在课本上的物理题目，而不将科学、现代信息技术和社会相互联系起来，培养出一个健全的、广博的、适应社会的人才，将会是不现实的。物理知识很重要，但是学习解决问题的能力更重要。

参考文献：

[1]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[2]林明华.高中物理核心素养的内涵与培养途径[J].福州基础教育研究，2016（2）：4-6.

[3]戚静芳.中美高中物理教材中物理实验的比较研究[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2013.

（栏目编辑 刘 荣）