基于知识网络的中美初中物理教科书比较

陈宇 韩定乐 李林美 崔雪梅

摘 要：为了对中美两国初中物理教科书的知识网络进行比较，以中美两国普遍使用的初中物理教科书的“声与光”部分为研究对象，分析“声与光”主题编排及其内在关系，并依据复杂网络理论构建中美两国初中物理教科书的知识网络。通过对两国知识网络的对比分析，发现中国教科书知识“窄而深”，美国教科书知识“联系紧密”。两国教科书知识网络的差异体现了两国教科书的特色，可以为我国教科书的编写提供借鉴。

关键词：知识网络；初中；物理；教科书

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）6-0025-3

教科书的设计和编制过程中，对知识的选择和设计组织都需要符合学生的认知发展水平。E·加涅认为知识分为陈述性知识和程序性知识，两类知识镶嵌在命题网络之中，共同组成知识网络[1]。复杂网络理论中的知识网络是指知识与知识间有联系的一种网络，以知识单元作为节点，以知识单元之间的联系作为连边[2]。鉴于知识网络能够反映知识间的联系，本研究基于复杂网络理论构建中美两国初中物理教科书的知识网络并进行比较分析，以揭示两国物理教科书在知识网络上存在的差异。

本研究的研究对象为人民教育出版社2012年出版的《义务教育教科书物理》八年级下册[3]和浙江教育出版社2010年出版的美國初中主流教材《科学探索者——声与光（第二版）》[4]的“声与光”部分。

1 “声与光”主题编排及其内在关系

“声与光”主题的知识同属于“波”的知识体系，与实际生活密切相关，既有理论又有生活中的实际应用。中美两国均按照章节对教科书内容进行划分，“声与光”主题编排中，中国教科书分为三章，美国教科书分为四章。中国教科书按照“声现象”“光现象”和“透镜及其应用”的顺序编排，美国教科书按照“波”“声音”“电磁波”和“光”的顺序编排。两国都是先介绍“声”，再介绍“光”。为了具体体现中美教科书“声与光”主题的内在关系，用图1进行具体描述。

通过对图1分析可知，中美教科书在同一主题下的编排以及内在关系上均存在差异。中国教科书依照《义务教育物理课程标准（2011年版）》[5]中科学内容的要求进行编排，“声与光”是“运动和相互作用”一级主题下的二级主题，有关“电磁波”的内容划归到“能量”一级主题中。美国教科书以“波”为中心，将“声音”“电磁波”和“光”紧密联系在一起。为了从微观层面上呈现中美物理教科书的特点，本文利用复杂网络理论构建中美物理知识网络对两国教科书进一步进行研究。

2 中美物理教科书知识网络的构建与比较

2.1 物理知识网络构建的方法

为构建中美教科书的知识网络，以物理用语作为节点，认为同一句子中同时出现的物理用语间有连线[6-9]。构建知识网络的具体方式如图2所示，教科书中物理用语的提取参照《牛津英汉双解物理学词典》[10]和《中学教师实用物理辞典》[11]中的物理用语。

2.2 物理知识网络的比较

借助于Pajek[12]软件并参照图1的主题编排对物理用语进行分类，分别构建出中国人教版初中《物理》教科书和美国《科学探索者》教科书的二元知识网络，图3形象地展示出构建的物理知识网络。图中出现的共通用语指的是在“声与光”各章均出现的物理用语。由于中美教科书关于“声与光”部分的内容容量不同且使用频率较少的物理用语较多，所以中国教科书选取频率在5次及以上的物理用语，共55个，美国教科书选取频率在10次及以上的物理用语，共62个。

通过中美物理知识网络的对比可以发现，在主题编排上，中美教科书按照各章的顺序依次呈现物理知识，表现出物理知识之间的递进关系。在内容间的紧密度上，中国教科书的物理知识网络的连边少于美国教科书的知识网络。中国教科书的物理知识网络的平均度=8.37，美国教科书的物理知识网络的平均度=14.55，说明了美国教科书知识网络中知识单元间的联系更紧密。

中国教科书中，“声”与“光”两者之间并未建立紧密联系，其中明显分为“声”和“光”两部分；美国教科书是用实质性的知识——“波”将“声”“电磁波”和“光”有机地组合在一起，这与图1所描述的主题内容内在关系保持一致。中国教科书从“光现象”出发，拓展延伸到“透镜及其应用”，说明中国教科书“窄而深”地加强特定内容；美国教科书是以“波”为主线展开的，从本质属性出发将各章之间建立起紧密的联系，说明美国教科书更注重知识间的内在联系。

3 结论与建议

通过物理知识网络的对比可知，在宏观层面上中美教科书在“声与光”主题的编排以及内在关系存在差异；在微观层面上通过构建中美教科书物理知识二元网络进行对比分析，发现中美教科书物理知识网络上存在的差异具体表现在各章内容间的联系和紧密度上。

通过挖掘教科书差异背后的原因，可以为我国教科书的编写提供几点建议：（1）从本质上建立起知识间的联系，体现科学的本质。美国教科书从“声”与“光”的本质出发，将各知识点及概念建立起内在联系。学生在学习相关知识时逐渐养成从事物的现象出发把握事物本质的习惯，有助于培养学生的理性思维；（2）加强知识间的紧密度，培养学生的理解能力。美国教科书用“可见的电磁波是光”这一事实将“电磁波”与“光”联系在一起，这样的设计有助于学生建立系统化的知识网络，有利于提升学生对知识的理解程度。

随着我国物理课程改革的深入，开始倡导物理核心素养导向的教学。教科书作为教师教和学生学的主要辅助材料，要反映课程改革的需求，物理教科书的编写者要进行理性思考。在前人教科书比较研究的基础上[13-16]，基于复杂网络理论构建中美两国初中物理教科书“声与光”部分的知识网络并进行比较，可以为我国教材研究者提供新的思路，并为我国物理教科书后续的完善提供有意义的借鉴。

参考文献：

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（栏目编辑 刘 荣）