核心素养视角下中美高中物理教材的比较研究——以“运动和力的关系”为例

王宝成

(南京航空航天大学苏州附属中学,江苏 苏州 215000)

基金项目：苏州工业园区“十四五”教育科研课题“基于物理核心素养的中美高中主流物理教材的比较研究”(课题编号:SYK2021007)

随着我国新课改的不断深化,创新优化各个学科的教材设计已成为重中之重.同时,不少教育工作者开始了国内与国外教材的比较探究工作,通过分析中外教材存在的异同,找到优化本国教学方案的路径.本文选择了国内2019年修订的新人教版高中物理教材和美国教材《物理:原理与问题》第二版,基于核心素养视角,比较分析运动和力相关内容呈现的异同点,希望能给高中物理教师们提供教学参考,促进学生物理核心素养的发展.

1 情境创设的比较分析

物理概念的建立、规律的探究、定理的发现等都需要在真实的物理情境中完成.以《运动和力的关系》这一章节的教材为例,通过比较和提炼两版教材中关于物理情境的素材,我们可以发现,两者的章前部分、正文部分、章末部分都具有分析意义,具体对比见表1.

从情境创设的数量上看,新人教版物理教材在章节初始阶段就加强了情境的导入.通过章前引言、名人名言、问题导入等形式引导学生主动思考,以问题为驱动力,进行主题式探究.而美版教材中的起步实验、物理在你身边也可以显化教学目标,从而让学生明确本章的大致内容.

表1 中美两国教材“运动和力的关系”的情境创设数量对比

引入环节,让学生能够对本章的重要内容有初步的了解,同时激发学生的内在学习动机,这种设置使教材内容逐步递进,结构清晰,更易理解,是一个极佳的编排方式[1].但在情境上的类型来看,美版教材列举了全部的学习内容和知识点,注重在知识形成的过程中创设情境.而新人教版教材更着重问题驱动教学,能在实际情境中激发学生的学习兴趣,有效落实物理核心素养.

2 知识构建的比较分析

从知识构建方面对中美物理教材进行比对分析,有助于培养学生的科学思维,进一步提升学生的物理核心素养.通过比较中美物理教材中《运动和力的关系》这一章节的知识点编排情况,如图1、图2所示,我们可以发现两版教材在知识点的展开顺序具有一定的可比性:

图1 美版物理教材中“运动和力的关系”的知识点构建流程

图2 新人教版物理教材中“运动和力的关系”的知识点构建流程

对比发现,中美两国物理教材关于“运动和力的关系”板块都设置了多个章节内容,但是在展开顺序上有明显区别.从图中可以看出,美版教材在一维力章节中介绍了力和受力分析图、合力、加速度和力、牛顿第二定律、牛顿第一定律以及惯性和平衡状态6个小节,在二维力章节中又介绍了矢量、摩擦力、二维力.而新人教版教材中,在“运动和力的关系”这一章节内容开始之前,就先学习了上一章节相互作用——力的基本知识,进而开始下一章节牛顿第一定律、 牛顿第二定律、牛顿运动定律的应用和超重与失重的学习.

从总体上看,中美物理教材都采用了相同的知识编排结构,先简单介绍力学的相关知识,再详细分析牛顿运动定律的具体内容.而新人教版教材在上一章节以重力、弹力、摩擦力等常见力切入,再讲解力的示意图、力的分解与合成以及力的运算的相关知识点.

因此,我们可以发现新人教版物理教材更注重知识点的系统性,强调知识架构的逻辑完整[2];而美版教材在知识编排顺序方面,讲究循序渐进、由易到难,两者都符合学生的认知规律,在一定程度上均能提升学生的物理思维能力.

3 实验设置的比较分析

实验是物理教学的重要基础,它能够锻炼学生的动手操作能力,提高科学探究水平,真实的物理实验探究是培养学生物理核心素养的有效途径[3].比较并提炼两版教材中《运动和力的关系》章节的相关物理实验可以发现,两版本教材在实验内容和实验环节均有差异.

美版教材实验内容包括探究力、加速度和速度的关系、电梯里的力等,而新人教版教材涉及的实验包括探究加速度与力、质量的关系、用动力学方法测质量等多个物理实验.两者在这一章节的实验设计中,均选取了有关探究加速度与力、质量的关系的实验,但大部分实验内容还是有区别的.美版教材以探究定理和方法、研究经典物理知识为主;新人教版教材通过选择更贴近实际生活的实验内容,旨在让学生发现物理与生活之间的联系,锻炼学生在实际生活中应用各项物理知识的综合能力.

实验环节部分见表2.从表2中可以看出,除了实验必备的基础环节:实验思路、实验方案、实验数据和实验结论外,美国教材中的②③⑥⑦⑨等实验环节都是国内教材中缺乏的.其中,安全警示主要是为了提示学生在使用过程中应当注意的安全守则,保证实验过程中不会出现安全事故.实验器材是为了让学生对实验所需要的器材提前准备,保证实验顺利完成,进一步拓展课本上的基础知识点.生活中的物理学可以帮助学生将所学的物理学知识灵活应用,在生活中完成知识点的闭环.物理在你身边则是利用互联网拓展学生所学知识,提高学生兴趣的同时丰富学生眼界.这些环节都可以让学生在进行物理实验时更有安全意识和责任感,培养学生严谨的科学态度,帮助学生形成科学探究方面的学科核心素养.

表2 中美两版教材实验环节对比

4 习题编制的比较分析

习题是物理课本的重要内容,也是检验学生是否掌握知识点的核心关键[4].考虑到习题在物理教学中的重要指导意义,有必要从习题编制方面对中美教材进行比较分析.对比结果见表3.

表3 中美两版教材中习题对比

通过对比可以发现,相较于美版教材,新人教版教材中课中习题形式多样,且都是需要学生自主交流的开放性问题,可以有效开发学生的思维;而美版教材中的课中习题数量较多,且以传统习题为主,旨在培养学生正确的解题思维和严谨的科学态度.

在课后习题板块中,新人教版物理教材课后习题数量明显少于美版教材.美版教材的课后习题数量众多,形式多样,也有较详细的种类划分,包括分析题、解释题、概念题、选择题、填空题、图解题,可以有效锻炼学生的计算能力和知识点掌握情况.设置过多的习题会降低学生学习兴趣,新人教版教材与实际结合较为紧密,虽然划分了不同层次但仍具有一定难度,着重考查学生的综合能力和物理核心素养.同时,新人教版教材在习题素材的选择上更加生活化,有利于激发学生的学习兴趣,习题的种类也更加的多样化,其中包含了生活中常见现象的解释性问题、实验综合性问题等,有利于培养学生多样化的科学思维方式.

通过对比发现,中美高中物理教材在《运动和力的关系》这一章节的情境创设、知识构建、实验设置和习题编制四个方面差异明显,各有优缺.新人教版教材注重知识编排的系统性和逻辑思维的严谨性;美版教材实验环节相对丰富,注重实验的开放性.因此,核心素养视角下的中美高中物理教材的对比分析,有助于教师在实际教学过程中充分融合各版本教材的亮点,拓宽自己的教学思路,从而创造性开展物理教学.