卞望來

(江蘇省南菁高級中學,江蘇 江陰 214437)

在新時代背景下,探討新時代教育內涵,叩問教育的本質,尊重教育的規(guī)律,彰顯教育的立德樹人價值．學生發(fā)展核心素養(yǎng)是立德樹人的基本要求,是構建物理學科核心的主要依據．物理學科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”、“科學態(tài)度與責任”4個方面的要素構成,而科學探究是物理核心素養(yǎng)的重要指標之一．

1 問題的提出

1.1 科學探究

科學探究是人類探索和了解自然、獲得科學知識的主要方法,也是學生學習科學的主要方式之一．科學探究是提出科學問題,形成猜想和假設,獲取和處理信息,基于證據得出結論并作出解釋,以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力．以證據為基礎,運用各種信息和邏輯推理得出結論,公開結果和接受質疑,這是科學探究的主要特點．據此,我們教師要讓學生真正理解科學探究,讓學生具有科學探究意識,要讓學生保持合理懷疑的精神,因為這是科學進步的動力．

1.2 中美高中主流物理教材

2003年《普通高中物理課程標準》頒布后,我國高中物理教材實現了一綱多本．目前,我國有人教版、滬科版、司南版、教科版和粵教版等5種高中物理教材．其中2004年由人民教育出版社、課程教材研究所和物理課程教材研究開發(fā)中心共同編著的《普通高中課程標準實驗教科書物理》(以下簡稱《物理》)使用范圍最廣,可稱我國高中主流物理教材．

美國高中物理教材以市場為導向,各個學?？梢宰杂蛇x擇,種類繁多．如《Physics:Principles and Problems》,即《物理原理與問題》,作者是美國密歇根-迪爾伯恩大學的物理教授保羅·齊策維茨;《PSSC物理學》,由美國物理科學研究委員會(PSSC)編定．其中《Physics:Principles and Problems》(以下簡稱《PPP》),在美國有超過50%的選用率,可稱美國高中主流物理教材．

1.3 科學探究視角下的中美高中主流物理教材比較研究

這里的比較研究,就是從中美高中主流物理教材中選取某一單元,分析教材的知識點,對兩套教材內容安排、欄目設置、實驗編排和插圖設計等方面進行比較,運用科學探究的方法,比較分析兩國教材在這些方面有什么不同,明確我國現有教材的優(yōu)勢與不足,吸取美國教材的亮點,從而更好地培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)．

2 教材比較研究

筆者以人教版《物理》(必修2)中的“萬有引力與航天”這一章的教學,及與此對應的《PPP》中的“萬有引力”一章進行比較．

2.1 《物理》(必修2)教材中“萬有引力與航天”

在《物理》(必修2)教材首頁中的內容比較豐富,該頁的右上角有一段法國數學家、天文學家拉普拉斯說的一段話;中間有一幅插圖:我國末來的空間實驗室; 頁末主要講牛頓的偉大發(fā)現萬有引力定律及取得的輝煌成就和學習本章的意義．

“萬有引力與航天”是《物理》(必修2)教材中的第6章內容,共6節(jié)．① 行星的運動,主要內容是開普勒三定律,并提出在中學階段可將行星的軌道近似為圓軌道,該節(jié)后面安排“科學足跡”:人類對行星運動規(guī)律的認識．② 太陽與行星間的引力,主要內容有太陽對行星的引力,行星對太陽的引力,最后為太陽與行星的引力,其后還有“說一說”:如果要驗證太陽與行星之間引力的規(guī)律是否適用于行星與它的衛(wèi)星,我們還需要觀測衛(wèi)星運動的哪些數據．③ 萬有引力定律,主要內容有月—地檢驗,萬有引力定律,引力常量．④ 萬有引力理論的成就,主要內容有“科學真是迷人”,計算天體的質量,發(fā)現未知天體．⑤ 宇宙航行,主要內容有宇宙速度,夢想成真,后面有“科學漫步”:黑洞;“STS”:航天事業(yè)改變人類的生活．⑥ 經典力學的局限性,主要內容有從低速到高速,從宏觀到微觀,弱引力到強引力,后面還有“科學漫步”:時間和空間是什么;“科學足跡”:牛頓的科學生涯．每節(jié)都有幾張插圖,書的右側還有小字輔助說明,每節(jié)后面的問題與練習一般有3-4題,但本章沒有一道例題分析．

2.2 《PPP》教材中的“萬有引力”

在《PPP》教材中該章首頁的內容也很豐富,有內容提要,學習本章的意義,一幅插圖,還有想一想(描述哈勒——波普慧星的軌道),物理在線等．

“萬有引力”是《PPP》教材中的第7章內容,共2節(jié)．① 行星運動與萬有引力,該節(jié)主要知識點為:開普勒定律,牛頓萬有引力定律,萬有引力和開普勒第三定律,測量萬有引力常量．② 萬有引力定律的應用,該節(jié)主要知識點為:行星和衛(wèi)星的軌道,重力加速度,引力場,兩類質量,愛因斯坦的引力理論．在教材中先講解知識點的內容,再配以幾張圖片,然后舉一道例題,后面跟幾道相應的習題練一練,知識的內容環(huán)環(huán)相扣．在本章后面還安排了一個“物理學前沿”:黑洞．緊接著本章的復習指南:列出了二節(jié)中要掌握的重要概念．第七單元測評:有繪制概念圖,理解概念,應用概念,問題解決,復習提高,理性思維,科技寫作和日積月累等8個方面,共有82道題．最后為標準化測試:5道選擇題和1道計算題．

在《PPP》教材中第7章還安排了3個實驗(每章都安排3個實驗)．第1個實驗為起步實驗:作圖描述水星的運動軌跡,即根據書中水星軌道的數據按一定比例作出水星的運動軌跡．第2個實驗為迷你實驗:失重的水,分預測、檢驗、描述和解釋．第3個實驗為物理實驗(相當于我國的學生實驗):建立行星和衛(wèi)星的軌道模型,具體有目標,安全警示,實驗器材,實驗步驟,分析,結論與應用,進一步探索,生活中的物理學．

2.3 教材編排對比

教材是學科的科學思想、科學知識、科學方法和科學品德的重要載體,是幫助教師和學生認識世界、獲得發(fā)展的一種媒介．在科學探究視角下,《物理》(必修2)與《PPP》教材在“萬有引力與航天”這一章就以下各方面進行比較．

(1) 章節(jié)內容比較．《物理》(必修2)與《PPP》均采用“章—節(jié)”方式的編排結構,兩套教材章節(jié)的設置從知識、能力和方法上,都遵循循序漸進的原則,讓學生逐步掌握知識、提高能力．

《物理》(必修2)在“萬有引力與航天”這一章中知識點覆蓋面較廣,知識體系完整,為學生提供了豐富的學習內容,使得學生在學習中更有系統(tǒng)化．人教版的教材注重科學探究,因此,我們在實際教學中,要整合與優(yōu)化教材的內容,降低教學難度,引導學生科學學習和正確思維．

《PPP》在“萬有引力”這一章中內容安排,知識點比人教版少,但也較為完整,增加了“建立行星和衛(wèi)星的軌道模型”的實驗．《PPP》體現了自然學科學習的一般途徑:對某一方面的基本概念、基本規(guī)律作系統(tǒng)的了解和認識,使學生達到一定知識積累,在此基礎上再進一步學習和領悟知識間的內在聯(lián)系,逐步將知識內化為能力．

(2) 欄目設置比較．《物理》(必修2)與《PPP》都設置了豐富多彩的欄目．從欄目設置的功能上兩者有明顯的區(qū)別,體現了不同的設計理念．① 從“活動性欄目”設置來說,《物理》(必修2)的欄目基本圍繞活動展開(有實驗、做一做、說一說、思考與討論),《PPP》的欄目以起步實驗開始,中間設有挑戰(zhàn)性問題,以物理實驗結束．② 從“方法性欄目”設置來說,《物理》(必修2)沒有設置顯性的方法性欄目,只是在教材中以隱性的、潛移默化的方式培養(yǎng)學生的學習方法;《PPP》每節(jié)有明確的學習目標、關鍵術語,有問題解決策略欄目,給學生以物理方法的指導．③ 從“閱讀性欄目”設置來說,兩套教材都非常注重物理與科技、生產、生活實際的聯(lián)系．《物理》(必修2)有科學漫步、科學足跡和STS 3個欄目．《PPP》有技術與社會、未來技術、工作原理和物理學前沿4個欄目．就欄目設置來說《PPP》要多一個．但就這一章來說,人教版有5項閱讀,而《PPP》只有一項,可見《物理》(必修2)在拓展學生的課外知識明顯多于《PPP》．

(3) 實驗編排比較．對比兩套教材在同一實驗的設置,我們發(fā)現《物理》(必修2)的實驗設計對實驗過程、實驗數據處理及誤差分析都有嚴格而又專業(yè)的要求,這樣的設計有利于培養(yǎng)學生科學探究能力,培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度．《PPP》的學生實驗往往給學生提供的是生活化的實驗器材,對于實驗方法和結論是開放性的．完成實驗后,學生還可通過“進一步探索”和“生活中的物理學”對實驗做更深入的思考與討論．《PPP》的設計始終圍繞動手與動腦．以“萬有引力與航天”這一章教學來說,《物理》(必修2)只安排了一個做一做小實驗,而《PPP》則安排了3個實驗:起步實驗、迷你實驗和物理實驗,明顯多于《物理》(必修2)．

(4) 插圖設計比較．《物理》(必修2)與《PPP》的插圖均圖文并茂,類型多樣,每一幅圖片都與實物有效對應,這體現了自然現象、科技進展、生產生活等方面的內容．《物理》(必修2)更偏重于人物、實物等方面的插圖,讓學生有更感性的認識．《PPP》則更注重實驗器材的插圖,讓學生從理性的角度去思考物理問題．而且《PPP》教材在培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)方面較為重視學科建模能力和學科間知識的融合．

(5) 章末設置比較．《物理》(必修2)將物理實驗和拓展性閱讀材料穿插在正文中,在章末沒有設置專門的欄目．《PPP》在章末安排了物理實驗、物理學前沿、復習指南、測評和標準化測試．《PPP》的章末設置給我們帶來的啟發(fā)是:這樣的設置有利于發(fā)揮提綱挈領的作用,能更好地鞏固學生的基礎知識,加深對物理概念的理解和應用．

3 研究的意義

通過對中美高中主流物理教材比較研究,采用科學探究方法,反思我國現有物理教材編排的優(yōu)勢和存在的不足,借鑒美國物理教材編排的好的方面,探索貼近現實教學需求,切實轉變目前教學的不足之處,以利于培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)．通過比較研究,我們認為在今后的教材編排與教學中要處理好以下3個關系．

3.1 知識與智慧

目前,我們的教材和教學重視的是知識傳授,而較少考慮學生學習方法,如何讓學生從知識層面上升到智慧層面．教材不僅是傳授知識的載體,而且是培養(yǎng)學生科學探究能力、提高學生的思維能力、增強學生持續(xù)學習能力和創(chuàng)新能力的載體．因此,我們在教學中要充分挖掘現有教材優(yōu)勢,吸取美國教材的好的方面,為教學服務．

3.2 實驗與實踐

物理是一門以實驗為基礎的學科,加強實驗教學只是物理教學的一部分,培養(yǎng)學生的實驗能力其實也不是教材編排的最終目的,而是要讓學生在今后學習和工作中要有實踐能力、探究能力．美國課程的中小學在科學領域的核心素養(yǎng)為“科學與工程的實踐”,這里的實踐既包括物質性的動手,也蘊含科學理性思維和創(chuàng)造性思維在內的動腦．教學的聚焦點要從實驗上升為實踐,其意義在于:避免學科知識過多地作為累積的既定事實,而應強調建構物理模型,增強物理學科討論與評價的實踐能力．

3.3 融合與綜合

我們目前的教材比較注重學科融合．融合是指將兩種或多種不同的事物合成一體．學科融合是指學科間的融合及科學與科技的融合,還是科學知識與科學態(tài)度、科學方法、學生的情感和價值觀等方面的融合．綜合是指將已有的關于研究對象各個部分和層次的認識聯(lián)結起來,形成對研究對象的整體認識．從培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)來說,對學生進行學科融合教學,提升到綜合教學,最終要促成學生綜合思維的發(fā)展,以此提高學生的核心素養(yǎng),培養(yǎng)學生成為全面發(fā)展的高素質人才．