向楊

摘 ? 要：本文主要對比了《人教版普通高中課程實驗教科書》（《人教版物理》）力學(xué)部分與德國卡爾斯魯厄《KPK物理（高中精編版）》力學(xué)部分在結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容設(shè)計思想方面的不同，發(fā)現(xiàn)KPK教材的“動量模型”較人教版教材的“力的模型”使物理學(xué)各不同領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)和邏輯上更加系統(tǒng)和統(tǒng)一，并和現(xiàn)代物理學(xué)相契合。內(nèi)容選取方面，兩套教材的側(cè)重點也有不同，從而引出本文的研究結(jié)論，如何將KPK教材的設(shè)計思想與我國教材進行兼容，從而更好地達(dá)到教材改革的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：KPK物理教材;比較研究;兼容

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2015）9-0021-4

教材向?qū)W生傳授知識、技能、方法、價值觀等，是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的來源，也是教師教學(xué)的依據(jù)。各個國家教材的編寫體系將反映其教育思想觀念及教學(xué)方式。

物理教材作為教學(xué)的信息資源，是根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)而編寫的以反映物理學(xué)科內(nèi)容的教科書，其內(nèi)容的選取和程度要求是各版本教材編寫意圖的具體體現(xiàn)，反映著不同的指導(dǎo)思想和教學(xué)要求。將國內(nèi)外物理教材好的思想理念進行兼容，是國內(nèi)物理課程改革的一項重要內(nèi)容。

本文通過比較KPK教材和人教版教材，發(fā)現(xiàn)兩套教材在一些教材編排上各有新穎之處。新課改進行教材改革，一般可以在教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)、呈現(xiàn)順序、教材的潛在作用、版面呈現(xiàn)方式等幾個方面進行改革。改變教材過于強調(diào)學(xué)科本位、門類過多和缺乏整合的現(xiàn)狀，使其具有均衡性、綜合性和選擇性。改變教材內(nèi)容繁、難、偏、舊和偏重書本知識的現(xiàn)狀，使學(xué)生在樂中學(xué)。加強教材與學(xué)生生活及現(xiàn)代社會科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，精選終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識和技能。倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識。

1 ? ?教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)的兼容

我國人教版教材和KPK教材力學(xué)結(jié)構(gòu)上也有很大不同，本文此部分將對兩套教材力學(xué)部分各大章節(jié)結(jié)構(gòu)進行比較研究，并討論如何進行兼容。

通過以上對結(jié)構(gòu)體系的比較，發(fā)現(xiàn)兩套教材的結(jié)構(gòu)內(nèi)容和依據(jù)的基礎(chǔ)都有很大不同。人教版教材是注重概念規(guī)律逐步建立的過程，更加注重經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)知識，側(cè)重于強調(diào)物理學(xué)概念規(guī)律的建立過程。比如，特別詳細(xì)地闡述了運動和相互作用，對于直線運動、力的合成分解、共點力平衡、平拋運動、圓周運動、天體運行等。再比如，強調(diào)運動學(xué)速度與時間的關(guān)系、牛頓運動定律、能量守恒定律、動量守恒定律等重要規(guī)律，并注重追溯概念原理的歷史，如在講機械能守恒定律時，首先追尋守恒量，再逐步建立勢能、動能、功等的概念。教材力學(xué)部分基本是圍繞著牛頓運動定律為核心建立起來的直線運動、曲線運動、相互作用，和以“守恒律”為依據(jù)建立起來的動量守恒定律和能量守恒定律而展開的。教材對物理知識的應(yīng)用要求較高，這樣學(xué)生對知識點的理解程度更為詳細(xì)，但內(nèi)容略為繁雜。

而《KPK物理》教材秉承統(tǒng)一普通物理各個不同領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，簡化物理知識的歷史使命，更加注重生活對物理的表述，教材首先通過講述“水”“水流”，從而建立了廣延量和強度的概念，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)了整個力學(xué)體系。KPK用了較大的篇幅介紹了角動量、質(zhì)量與能量、時空變換、宇宙膨脹等人教版教材并不注重的知識點，低起點，高落點，學(xué)生能夠較為輕松地了解物理學(xué)的整體脈絡(luò)。內(nèi)容較人教版教材較為系統(tǒng)、精簡。

將兩套教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)進行很好的兼容，就是要將在人教版教材注重強調(diào)物理基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，將KPK教材簡化物理知識，注重建立物理學(xué)結(jié)構(gòu)體系的思想融入國內(nèi)教材改革。為此，國內(nèi)教材可以在以下方面進行改革：

將物理學(xué)知識點進行歸類編排，如KPK教材將物理學(xué)歸為四大類：

1）廣延量：能量、動量等;

2）實物型量的流：能量流、動量流、電流等;

3）內(nèi)涵量：電勢、溫度、壓強、化學(xué)勢等;

4）其他的量：位置、時間的量、表征技術(shù)設(shè)備的量（如電阻、電容等）。

這樣就便于學(xué)生進行類比學(xué)習(xí)，從而達(dá)到簡化物理學(xué)繁雜知識點的目的。

2 ? ?教材內(nèi)容設(shè)計的兼容

在整個高中物理中，力學(xué)部分占有相當(dāng)重要的地位和篇幅，兩套教材都有相當(dāng)程度的重視。本文該部分將主要對人教版教材和KPK對力學(xué)部分知識點的側(cè)重點和關(guān)注角度做一定的對比研究。

除了在知識點上兩套教材各有側(cè)重之外，兩套教材對知識點的呈現(xiàn)方式也有不同。人教版教材依然表現(xiàn)出對基本概念和規(guī)律的掌握，KPK此處在課程思想和結(jié)構(gòu)上有一個新穎之處：以“守恒律”和“流”為指導(dǎo)思想，建立起了以“動量”為核心概念的力學(xué)物理。如表2所示：

人教版教材將“力”作為研究動力學(xué)的一個重要基礎(chǔ)部分進行了闡述，指出力是物體與物體之間的相互作用，這是物體與物體之間最基本的作用形式。并且指出物體運動狀態(tài)改變和物體形狀改變的原因是物體與物體之間的相互作用力。

而KPK教材沒有直接給出“力”的概念，而是介紹為動量流強度。KPK運用“動量守恒”原理，將物體運動的第一基本概念定義為動量（P=mv）。動量作為一個整體量不可再分，是運動物體所具有的一種量，在自然界中是守恒的，可以在物體與物體之間流動。動量的流動量與發(fā)生這一流動所需要時間的比值稱為動量流強度。這樣，“力”只是動量的變化率，這種知識點的梳理角度使物理學(xué)的各知識點都能建立在相同的體系上。

人教版教材可以借鑒KPK教材，建構(gòu)一套科學(xué)的物理學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。提升教材的科學(xué)性、邏輯性、合理性、包容性和實用性。即教材要源于生活，但要高于生活。

再如，兩套教材對牛頓運動定律的建立也存在差異，人教版教材對牛頓運動定律的建立是聯(lián)系運動和力建立的。而KPK教材將牛頓三定律用動量流的形式表述了出來，具體內(nèi)容如表3所示：

通過上表之表述，我們看到KPK在講解牛頓運動定律時體系更加流暢，讓學(xué)生知道牛頓三大定律其實是動量守恒的不同表達(dá)形式，脈絡(luò)更加清晰。

將兩套教材內(nèi)容設(shè)計方式進行很好的兼容，就是要調(diào)整人教版教材零散的知識點教學(xué)，把各知識點進行整合，構(gòu)建物理學(xué)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體系。如可以借鑒KPK以實物型量為中心的概念，用實物型量的“流”構(gòu)建整個物理課程結(jié)構(gòu)，然后再將其他部分綜合在這個統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)里。這樣也體現(xiàn)了泰勒“一條學(xué)習(xí)經(jīng)驗可以達(dá)到多個目標(biāo)”的思想，提高了學(xué)習(xí)效率，也構(gòu)建起了整個物理體系，不至于使知識點過于散亂。

3 ? ?內(nèi)容呈現(xiàn)順序的兼容

通過上文表1的比較我們還發(fā)現(xiàn)，兩套教材在分別陳述到共同知識點時，比如參考系、速度、加速度、牛頓運動定律、動量守恒等問題時，出現(xiàn)的位置也有區(qū)別。

比如，在講解到參考系時，人教版教材考慮到“參考系”是描述運動的前提，將參考系的教學(xué)與質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系放在了高中物理教學(xué)的開篇。這樣的安排很明顯是為了讓學(xué)生從一開始就理清最基本的概念，為打好基石做了不少功課。這樣的安排確實讓學(xué)生知道了判定物體運動與否需要先選擇參考系，但這樣就無法學(xué)習(xí)更深層次的慣性參考系等內(nèi)容。而且，這樣的安排讓科學(xué)認(rèn)知的方式與日常生活有了距離感，但同時也培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)方法運用于生活的意識。而KPK則不然，KPK是在學(xué)習(xí)了動量、角動量、引力場、能量、質(zhì)量與能量等重點問題之后，再安排參考系的學(xué)習(xí)。在沒有參考系的情況下就學(xué)習(xí)了和參考系選取有關(guān)的動量、能量等相關(guān)知識。這樣的安排看起來好像不太合理，但是實際上是否選取了參考系對于物理知識以及物理定律、概念的學(xué)習(xí)是沒有影響的。而相反，在學(xué)習(xí)了動量、能量之后再學(xué)習(xí)參考系的知識更能讓學(xué)生對參考系的理解加深一步，理解在不同的參考系下動量和能量都會有所變化。而這種變化僅僅是由于參考系的選取有所變化，和物理知識本身無關(guān)，變化的只是我們的描述。這也為學(xué)習(xí)相對論等物理知識奠定了基礎(chǔ)。

再比如，對于牛頓運動定律的講述，人教版教材是在講述完相互作用力后將牛頓運動定律單獨作為一章，聯(lián)系著運動和力的根本法則進行編排的。而KPK教材則是將牛頓運動定律放在動量和動量流里面，只是作為一個小小的推論出現(xiàn)，這樣的編排使得整個教材在整體上有了統(tǒng)一的框架，便于用已經(jīng)有的概念形成統(tǒng)一的模式，做到融會貫通，而非零散的每一個小知識點。

人教版教材可以借鑒KPK教材先整體后零散的思想，對于一些較難理解的概念可以先鋪陳講述基本概念，而對于一些簡單易懂的概念就可以不需要再進行概念或定義的編排，而是編排較高層次的知識內(nèi)容。這樣不但提升了整個教材的知識結(jié)構(gòu)體系，而且鼓勵學(xué)生自己翻閱資料，查閱沒有出現(xiàn)在課本上的自己不理解的概念、定義，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

4 ? ?提升學(xué)生的學(xué)術(shù)科研潛力和能力

人教版教材重視基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，所以免不了在一些基本概念上的重復(fù)，同樣學(xué)習(xí)的難度和深度就不如KPK教材，對學(xué)生思維的啟發(fā)性也不如KPK教材。人教版教材可以借鑒KPK教材，增加一些在大學(xué)本科里的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使教材內(nèi)容更為豐富，知識面更為廣博，知識點更加綜合，從而為今后在大學(xué)里的學(xué)習(xí)和科研做好銜接與準(zhǔn)備。比如，教材中可以增加一下關(guān)于相對論、引力場論和宇宙學(xué)等方面的知識，人教版教材可以適當(dāng)增加知識點的深度，KPK在力學(xué)中用動量流代替力來描述各種力學(xué)現(xiàn)象時使用動量流回路、動量泵、動量流密度、場以及能量載體和能量轉(zhuǎn)載體等具有深度的概念。將這些內(nèi)容進行了整合，使教材結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、概念新穎、布局合理、內(nèi)容豐富、深入淺出、自成體系，其整體的科學(xué)性、邏輯性和嚴(yán)密性都有所提高，同時也提升了學(xué)生的學(xué)術(shù)水平，為將來更好的深造打好基礎(chǔ)。

5 ? ?小 ?結(jié)

綜上所述，人教版教材可以借鑒KPK教材的動量模型，使物理學(xué)各不同領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)和邏輯上更為和諧統(tǒng)一，并和現(xiàn)代物理學(xué)相契合。在內(nèi)容上KPK較人教版教材少了運動學(xué)的相關(guān)知識，而是多出了角動量的部分內(nèi)容，就使學(xué)生的經(jīng)典物理知識體系更加完善。KPK是站在現(xiàn)代物理學(xué)的觀點上，統(tǒng)一了物理學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過改變物理的概念結(jié)構(gòu)來簡化物理課程，這樣邏輯性、科學(xué)性、合理性、實用性更高。KPK蘊含了豐富的物理思想，拓寬了人們對物理課程的認(rèn)識。

我們可以吸收KPK教材在知識結(jié)構(gòu)及內(nèi)容設(shè)計方面突出的優(yōu)點，將KPK教材的一些理念融合與我國教材，總體來說有以下幾點啟示：

1）提高教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，使物理教程各知識點整體趨于統(tǒng)一。人教版教材也可以考慮KPK教材中將“力模型”改編為“動量模型”，重新整合教材，剔除陳舊的力學(xué)概念，引進動量流理論，這樣就會使各知識點更加系統(tǒng)化，也為后面學(xué)生在學(xué)習(xí)“量子力學(xué)”等現(xiàn)代物理做好準(zhǔn)備，利于學(xué)生系統(tǒng)化地掌握知識，同時也減少了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的內(nèi)容。

2）適當(dāng)增加現(xiàn)代物理知識，減少對相似基礎(chǔ)知識的重復(fù)率，增加一點與大學(xué)知識有關(guān)的內(nèi)容，適當(dāng)提升學(xué)生的科研學(xué)術(shù)能力，為進一步深造做準(zhǔn)備。

3）我國教材應(yīng)該增加學(xué)科之間的聯(lián)系，淡化學(xué)科之間的界限，讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中掌握學(xué)習(xí)的技能，增強知識的遷移能力。

KPK教材通過物理概念和物理思想的結(jié)構(gòu)化實現(xiàn)了物理課程的精簡化;通過物理課程的精簡化加快實現(xiàn)物理課程的現(xiàn)代化;在內(nèi)容的現(xiàn)代化中進一步實現(xiàn)課程的綜合化。這些思想將對我國物理教材的編寫有一定的啟發(fā)和參考價值。

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（欄目編輯 ? ?劉 ?榮）