中美初中物理课标中波动部分的比较研究

(西南大学物理科学与技术学院,重庆 400715)

课程标准是教材编写、教学、评估和考试命题的依据,是国家管理和评价课程的基础，它的制定对课程的实施有着重要作用。自2001年实行基础教育改革以来,我国相继对各学科课程标准进行了编写和修订，2012年我国教育部颁布了《义务教育物理课程标准(2011年版)》(以下简称中国《标准》)，而美国则于2013年正式颁布《新一代科学教育标准》(以下简称美国《标准》)。笔者以初中阶段的波动内容为例,对中美两国《标准》进行比较研究，并结合我国国情提出建议。

1 中美两国《标准》简介

美国《标准》将科学内容划分为物质科学、生命科学、地球与空间科学、工程与技术这四个领域，物质科学则由物质及其相互作用、运动和稳定性、力和相互作用、能量和波及其在信息传递技术中的应用这四个主题构成。该标准以表现期望为核心,采用“表现期望+基础盒子+连接盒子”的呈现方式,实现科学与工程实践、学科核心概念和跨领域概念3个维度的整合，基于学习进阶的研究,提出了一套从幼儿园到12年级连贯的学习预期，以支持学生跨年级的学习。

中国《标准》旨在提高全体学生的科学素养，将物理学科划分为物质、运动和相互作用以及能量这三个主题,波动部分包含在运动和相互作用主题中，其内容标准主要从“内容要求”和“活动建议”两个维度加以呈现。

2 初中波动内容的比较研究

美国《标准》中波动部分的内容分为以下三个方面：波的描述、波的特性、波的应用。中国《标准》则主要包括：声和光、电磁波及其应用，以下以美国《标准》的3个划分维度为依据进行比较。

2.1 中美课标中关于波的描述的比较

波以特定形式在空间传播振动状态,其传播总伴随着能量的传输,可用波长、波速、频率和振幅等物理量来描述，按照性质可将波具体分为多种类别,如机械波、电磁波和引力波等，中美课标中有关波的描述的内容如表1。

表1

由表1可看出,中美课标在波的描述方面,都要求学生知道波可用波长、频率等物理量来描述。美国《标准》侧重运用数学工具来描述波,并对学生建构模型的能力提出了要求,对电磁波则不作要求，此外还强调需要从定性和定量两个方面对波进行描述。

中国《标准》侧重对波现象的了解和认识,从定性的角度来描述波,即只要求学生知道波可用波长、频率等物理量来描述即可。此外还要求学生通过实验认识声波的产生条件,重视培养学生的实验操作能力。要求学生知道电磁波,初步建立电磁波的概念，而美国《标准》对这些内容并未提及。

2.2 中美课标中关于波的特性的比较

波的特性包括波与物质相互作用的方式以及波的传播方式和规律，不同种类的波的传播方式不同,但它们在传播时也会表现出共同的特性,如会发生反射、折射和散射等现象，中美课标中有关波的特性的内容比较如表2。

表2

由表2可看出：中美课标在波的特性方面都要求学生掌握声波和光波的传播特点,知道光波的反射、折射和色散等现象的特点及产生条件。美国《标准》要求学生能够建构并使用模型来定性描述机械波和光波通过各种材料的反射、吸收或传播的现象,侧重模型的建构，学生需要综合运用所学知识来建立波通过各种材料时传播的模型，美国《标准》对学生的要求较高,强调培养学生的综合能力。

中国《标准》要求学生通过实验探究来了解光波的反射、折射和色散等,偏重对波的特性的了解和认识,侧重培养学生的科学探究能力。与美国《标准》相比,中国《标准》对知识点的要求更为具体。对于声波,中国《标准》要求学生要了解乐音的特性。对于光波,中国《标准》还要求学生通过实验了解平面镜成像的特点和凸透镜成像的规律,并知道电磁波在真空中的传播速度，美国《标准》则未提及这些知识点。

2.3 中美课标中关于波的应用的比较

波可以传递信息和能量,因此波在生产和生活中的应用极为广泛，中美课标中有关波的应用的内容比较如表3。

表3

由表3可看出,中美课标在波的应用方面都要求学生了解波在通信中的应用。美国《标准》对学生收集和整理信息的能力要求较高。学生不仅要理解波可以用于通信,还要能够利用各种渠道收集和整合定性的科技信息,以说明数字信号传输比模拟信号传输更为可靠。

中国《标准》要求学生了解电磁波的应用,但没有对学生收集和整理信息的能力提出要求，与美国《标准》相比,中国《标准》对波的应用这部分的内容的要求更为广泛，要求学生了解声波的应用以及平面镜成像和凸透镜成像规律的应用，美国《标准》则未对此提出要求。

3 结论与建议

中美初中课标在波动部分都要求学生能用波长、频率等物理量来描述波,掌握声波和光波的传播方式以及与波有关的现象和规律。并且两国课标都注重将波动知识与生活联系起来,要求学生了解波在通信中的应用。

中美课标在波动方面也有很多不同之处，首先,美国《标准》强调模型的建构,要求学生运用所学知识建构波以及波通过各种材料传播的模型,重视培养学生的科学思维。中国《标准》则侧重实验探究,要求学生通过实验了解声波和光波的相关特性,重视培养学生的科学探究能力。其次,总体而言美国《标准》对波动知识的要求更高,在表达上更为简洁。中国《标准》对波动知识的要求相对而言低一些,但在知识点的范围上更广,在表达上更为具体。最后,在波的应用中,美国《标准》对学生收集和整理信息以提供论据的能力提出了要求,中国《标准》则只要求学生了解相关信息。

基于以上比较分析,对我国《标准》中波动部分内容的完善提出如下建议。

(1) 重视对学生科学思维的培养。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。可以在对知识点的要求叙述中加入体现科学思维能力的语句，比如“能够建构物理模型,并使用模型来描述物理现象”“能够从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理,得出结论”“能够基于证据得出物理结论”等。以波动部分为例,可加上能够建构光波通过各种材料时传播的模型,能够恰当运用证据说明数字信号传输的优势等内容。通过细化要求,在掌握知识和方法的过程中培养科学思维,促进学生核心素养的提升。

(2) 适当加深对波动内容知识点的要求。与学生能力水平相接近或略高于学生能力水平的要求,有利于激发学生学习动机和探究热情。例如,我国《标准》中可增加运用数学描述波的简单模型这一条目,有助于加深学生对波的本质的理解。