中美两版高中物理教材对比研究

李佳妮 杨晓梅

摘   要：分析和比较教材是优化教学过程的重要途径。以“自由落体运动”一节为例，通过对比中美两国高中典型物理教材在教学目标、知识结构、实验设计以及习题编制4个方面的内容，分析中美教材各自的优势，为实际教学提供新的思路。

关键词：中美教材对比;高中物理;自由落体运动

教材是辅助教学过程的重要道具。通过对教材的对比和分析能够帮助一线教师了解不同地区下的教育理念，促进教育思想的碰撞与融合，为实际教学提供新思考[ 1 ]。运用内容分析和对比研究等方法，对浙江教育出版社2018年出版的美国主流高中物理教材译本《物理：原理与问题（第二版）》上册[ 2 ]（以下简称“美版教材”）和人民教育出版社2019年出版的普通高中教科书物理必修第一册[ 3 ]（以下简称“中版教材”）中“自由落体远动”的内容进行对比，探讨中美教材各自的优势与不足，为教学的展开提供启示。

1  教学目标的比较

针对“自由落体运动”一节，中版教材要求学生能够通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的应用[ 4 ]。美版教材的教学主旨是使学生认识自由落体运动，理解自由落体加速度只与物体受到的重力有关，能够运用坐标系等学过的知识分析自由落体运动规律。

2  知识结构的比较

在“自由落体运动”一节中美两版教材的核心知识点都是自由落体运动和自由落体加速度的概念和特点，但是内容的编排差异明显。中版教材在概念的引入中更具有循序渐进性，重视得出理论的探究过程和对理论的验证。如图1所示，中版教材将科学探究的方法渗透在概念教学之中，强调“提出问题——猜想与假设——证据、论证、结论——评估与应用”的科学探究过程，由浅入深地引出自由落体运动和自由落体加速度的概念，符合学生的认知心理，有助于学生深入理解物理概念。

美版教材在“自由落体运动”一课对概念的引入相对简短，注重对概念的应用和深度解析，如图2所示。首先，美版教材不仅注重对课程新知的应用，而且关注学生对已获得的科学经验的应用能力。美版教材增添了重力加速度的应用实例，即上抛球和自由下落的游乐车内容，将自由落体运动的模型融入到生活实践中。在对自由落体运动的解析中，美版教材将第二章坐标系的知识融入到上抛球模型中，强调应用图像和图像理解物体的运动过程、解决物理问题，帮助学生应用已有的科学经验去探索学习新知。其次，美版教材增添了对自由落体运动中变量的分析，有助于学生深化理解自由落体加速度只与物体受到的重力有关，实现教学目标。

图1  中版教材内容框架

图2  美版教材内容框架

3  实验设计的比较

实验是物理学的基础，如表1所示，无论是中版教材还是美版教材都视实验为教材的重要组成部分。中版教材强调实验的多样性和趣味性，引发学生对物理学习的热情。在“自由落体运动”一课，中版教材的实验在数量和种类上丰富，包括“演示”栏目、“实验”栏目和“做一做”栏目，但是缺少详细的实验流程和注意事项。它将实验穿插于整节课中，利用实验探究、验证本节课的新知，让枯燥的理论变得生动有趣，潜移默化地培养了学生深入学习物理的兴趣，但是实验的完整性和专业性还有待提高。

美版教材强调实验探究的完整过程，注重锻炼学生的科学探究能力。美版教材同样设置多组实验，具体包括“起步实验”“迷你实验”和“物理实验”，且每个实验的实验步骤具体，分析过程细致。其中物理实验的内容最为详尽，具体包括：实验器材、安全警示、测量自由落体加速度的原理、问题、实验目标、实验步骤、数据表、分析、结论与应用、进一步探索和生活中的物理多个环节，是一份完整的实验报告，强调学习科学是学生要亲自动手做的事情，锻炼学生的科学探究能力，为学生以后从事物理专业化的学习提供积极意义。

表1  中美教材实验类型及内容统计

4  习题编制的比较

练习是知识运用的主要方式，也是物理教学的重要组成部分[ 5 ]。在习题内容上，中版教材科普性和趣味性强。例如：中版教材第4题和第5题渗透了照相机的曝光原理和频闪法测重力加速度等科普知識，第6题采用同学之间测量人反应时间的方式增加了习题的趣味性。但中版教材仅考察了自由落体位移与时间的关系式h=gt2，忽略了对自由落体速度与时间关系式v=gt的考察，考察范围不够全面。在习题的数量和形式上，中版教材习题数量少、形式单一。如表2所示，中版教材的习题集中于“练习与应用”栏目，数量仅为美版教材的，考察题目多以计算题的形式呈现。在习题的难度上，中版教材的难度偏低，仅涉及对自由落体运动概念和规律的直接应用，学生只需要知道概念和公式就能作答，缺少难度梯度，不利于训练学生的物理思维。

与中版教材相反，美版教材题量丰富，具体设置了课堂习题“练一练”和课后习题“第3节复习”两个栏目，在“练一练”栏目结尾，美版教材设有挑战性问题，层次分明，难度梯度明显，有利于学生由浅到难逐渐深入地理解知识。美版教材的习题内容大多以生活中常见的事物和现象为切入点，贴近生活，且美版教材对正文中所涉及的知识点都有所考察，考察范围全面。另外，美国教材还有三个显著的优势：首先，美版教材注重对学生符号语言表征能力的培养。例如“第3节复习”中第50题在题干中未提供具体的数值，学生需要运用符号语言描述问题的计算过程和结果。其次，美版教材注重锻炼学生的科学思维能力，例如“第3节复习”中第52题对学生的实验设计能力提出了明确要求。最后，美版教材在“第3节复习”的习题前面标注了该题目考察的知识点。标注知识点能够对初学者起到提示作用，值得借鉴。

表2  中美教材习题统计

5  结束语

通过对比发现，中美两版教材关于“自由落体运动”一节的教学目标、知识结构、实验设计以及习题编制四个方面有差异明显。综合来说，中版教材对概念的引入和讲解细致，实验多样，强调物理实验与科学推理在物理学研究中的重要价值，科普性和趣味性强，关注学生的学习兴趣。美版教材挖掘知识的深度，强调概念的应用性，实验报告完整，习题的难度梯度明显，注重渗透物理学的专业性知识和技能。结合中美两版的教材优势进行实际教学，提高学生学习兴趣的同时，也培养学生应用知识的能力，突出完整的实验过程，布置难度梯度明显的习题，一定能帮助学生更好地理解自由落体运动。

参考文献：

[1]华东地区初中物理教材编写组.义务教育物理课程标准实验教科书八年级下册[M].上海：上海科技教育出版社，2012：5.

[2]保罗·齐泽维茨.物理原理与问题（上册）[M].钱振华，徐在新，黄燕萍，等译.杭州：浙江教育出版社，2018：83-92.

[3]彭前程.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：45-51.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：11-13.

[5]闫金铎，郭玉英.中学物理教学概论[M].三版，北京：高等教育出版社，2009：41.