劉媛媛 劉高福 龐禮軍

摘? ?要：隨著課程改革的不斷深入，高中物理教學越來越重視對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。文章基于核心素養(yǎng)，對中美高中物理教材從內(nèi)容編排順序、新課導入方式、欄目設(shè)置、習題安排等方面進行了舉例比較分析，同時闡述了中美高中物理教材對培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的不同策略及各自教材的優(yōu)缺點。通過研究發(fā)現(xiàn)，人教版高中物理教材循序漸進、由淺入深，較重視培養(yǎng)學生的自學能力、嚴謹性思維和邏輯推理能力;美國版高中物理教材內(nèi)容集中、靈活性強，更多地注重培養(yǎng)學生的綜合能力、開放性思維和實踐能力。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);中美教材;高中物理;教材比較

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對綜合人才的需求逐漸上升。在不斷推進教學改革的趨勢下，學習不再是單一提升知識技能的活動，當代教育也已逐漸轉(zhuǎn)化為追求學生科學素質(zhì)的教育。對于學生的培養(yǎng)已不拘泥于對課本知識的熟練程度，更多的是培養(yǎng)學生形成完善的人格。教育層面來說，學校對于培養(yǎng)學生的核心價值觀有著重要的影響。既要培養(yǎng)符合當代社會需要的復合型人才，又要促進學生的終身發(fā)展，這是目前教育培養(yǎng)的重要方向。《普通高中物理課程標準（2017年版）》中明確指出“注重體現(xiàn)物理學科本質(zhì)，培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)”這一課程理念，高中物理課程的培養(yǎng)目標是促進學生物理學科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展[1]。基于核心素養(yǎng)的高中物理課程如何發(fā)展與形成，與教師對課堂的把握息息相關(guān)，而作為教師授課的主要依據(jù)——物理教材，是否符合《普通高中物理課程標準（2017年版）》所提出的科學素養(yǎng)的相關(guān)要求，以及是否能達到使學生終身學習的發(fā)展目標起著關(guān)鍵性的作用[2-4]。

物理學科核心素養(yǎng)是學生在學習物理學的過程中，形成帶有物理學科本質(zhì)特點的核心素養(yǎng)。物理學科核心素養(yǎng)主要包括四個方面：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任[1]。文章將基于核心素養(yǎng)的四個方面對中美高中物理教材作以下幾點比較探究。

1? ? 中美高中物理教材的比較

1.1? ? 教材編排順序的比較探究

對我國人教版高中物理教材[5]與美國版高中物理教材《Physics： Principles and Problems》[6]進行對比分析。人教版高中物理課程共有兩個模塊，分別為必修模塊（共七章）和選修模塊（共十九章），循序漸進地引入力、熱、光、電和近代物理等內(nèi)容。美國版高中物理教材分為三十章，由物理工具、力、熱、光、電和近代物理等內(nèi)容組成。

從表1可以看出，人教版高中物理教材偏向于內(nèi)容細節(jié)化，從最基礎(chǔ)的位移、時間、速度、加速度的概念到運動學的規(guī)律，從一般的直線運動到曲線運動，再由單一的力學研究拓展到熱、光、電等一些較綜合的物理知識。這樣的編排讓學生的學習由淺入深、逐層展開，有利于學生對抽象知識的理解，注重培養(yǎng)學生的自學能力和邏輯推理能力。同時，在教材編寫中將物理概念進行分類，便于學生掌握同一類知識，形成正確的物理學習觀念。每一節(jié)內(nèi)容有明確的教學重點和教學目標，附注的“說一說”與“思考與討論”在學生學習過程中提出了恰當?shù)乃伎?，有利于學生課前自主預習。美國版高中物理教材則是把全部內(nèi)容涵蓋在三十章中，主要包括了運動和力（Motion and dimensions）、經(jīng)典物理（Classical physics）、聲（Sound）、光（Light）、電（Electricity）和現(xiàn)代物理（Modern physics）等內(nèi)容。章節(jié)的劃分順序是將力、熱、光、電等不同的知識進行分類梳理，例如，第二章到第八章是力學內(nèi)容的大集合，從一維力到二維力，再由二維運動到萬有引力。這樣的編排內(nèi)容集中、覆蓋面廣、靈活性強，更加注重培養(yǎng)學生的綜合能力和開放性思維。

1.2? ? 教材新課導入方式的比較探究

以運動學與力學中的“加速度”這一內(nèi)容為例，兩個版本教材的導入方式是不同的。人教版高中物理教材在新課程開始之前，先引入一段“思考與討論”，通過對比普通小轎車和旅客列車起步后達到同樣速度的時間長短，引發(fā)學生對加速度的初步思考。教材中給出了兩組數(shù)據(jù)，“小汽車起步時在20 s內(nèi)速度達到100 km/h，火車達到這個速度需要用500 s”，提出問題，“誰的速度增加的快？”“它們的速度平均1 s各增加多少？”。這樣的提問方式是根據(jù)經(jīng)驗事實構(gòu)建出一個簡單的物理模型，通過綜合分析、推理論證，進而得出結(jié)論。通過引入貼近生活的問題，將加速度概念引入到本節(jié)課程中。學生探究的過程中先形成一個初步的認知，一步步探索，得出概念。再通過生活經(jīng)驗，將所學知識應用到生活中。這樣的導入方式是從生活中來，又回到生活中去，可以幫助學生形成解決生活中實際問題的能力。

美國版高中物理教材第三章為“加速度”，章節(jié)導入利用一個迷你實驗引發(fā)問題：兩個鋼球在斜面不同位置釋放，請同學們分析在運動過程中，它們之間的距離是增大還是減小？在物理課堂教學中創(chuàng)設(shè)一個簡單實驗的物理情境，能夠激發(fā)學生參與的熱情，提高學生的學習興趣，引導學生通過觀察來思考，進入到物理學習的情境中去。緊接著教材正文創(chuàng)設(shè)了一組小人跑步的實驗，如圖1所示，圖1（a）小人處于靜止狀態(tài);圖1（b）小人處于勻速直線運動狀態(tài);圖1（c）小人處于加速直線運動狀態(tài);圖1（d）小人處于減速直線運動狀態(tài)。根據(jù)跑步來比較勻速直線運動和變速運動的不同。以上兩個實驗均屬于探究性的實驗，且來源于生活實際，便于學生對知識的理解和應用。通過實驗的觀察和分析，有利于培養(yǎng)學生的實驗探究興趣與科學探究能力。同時，物理實驗與生活銜接得越緊密，越能培養(yǎng)學生的社會責任感。

1.3? ? 教材欄目設(shè)置的比較探究

人教版高中物理教材在欄目設(shè)置中有“思考與討論”“正文”“說一說”“科學漫步”等，以這樣的標注與學生進行對話，可以引發(fā)學生在學習過程中的思考，將學生引入到一個學習物理的情境中去，避免學生使用過于死記硬背的學習方法，同時也提高學生思考與探索的能力。

美國版高中物理教材的主要欄目有“啟發(fā)實驗（Launch lab）”“迷你實驗（Mini lab）”“典型問題（Example problems）”“實踐問題（Practice problems）”等。實驗或問題的選取多數(shù)來源于生活，有利于提升學生樂于參與、積極學習、努力獲取新知識以及主動解決問題的能力。學生學習不拘泥于書本內(nèi)容，更多地能將物理知識回歸到生活中。美國版高中物理教材在“典型問題”這一欄目較有新意，在提出問題之后，給予正確的解題步驟和分析，給學生正確的引導方向和思路，鞏固所學新知識。

1.4? ? 教材習題安排的比較探究

人教版高中物理教材中設(shè)置了“說一說”“思考與討論”“問題與練習”這樣的欄目進行學習內(nèi)容的檢查，及時對學生進行提問，有助于學生對新知識的鞏固。物理知識較為抽象，學生在學習過程中對有些難以理解的概念，通過“說一說”恰到好處地解決了這些疑問。例如，“加速度”這一節(jié)中，學生在學習過程中會產(chǎn)生這樣的疑問：“加速度”的意義是什么？它與速度的區(qū)別在哪里？通過“說一說”這一欄目，讓學生自己探索“速度”與“加速度”的區(qū)別，順其自然地提出驗證性的問題。課后“問題與練習”是圍繞這一節(jié)內(nèi)容設(shè)置的，一般都是概念性的題目，較為簡單，用來判斷學生對此內(nèi)容的掌握程度。習題設(shè)置的不足之處是結(jié)構(gòu)和形式過于單一，與生活銜接少，題目的重點放在學生對已學知識的掌握程度，而忽略了對學生物理科學探究能力的培養(yǎng)?？菰锏念}目讓學生形成為了解題或為了成績而學習的心態(tài)，在一定程度上會引起學生對學習的惰性心理。這樣的習題設(shè)置，不利于對學生科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)。

美國版高中物理教材在第三章“加速度”部分的習題設(shè)置中，根據(jù)不同小節(jié)的知識點，給出針對性的題目。首先是“典型問題”給出清晰的解題思路示例，接著利用“實踐問題”進行針對性的訓練。這樣巧妙的設(shè)置對學生在學習過程保持清晰、穩(wěn)定的思路大有益處。在題目內(nèi)容的設(shè)置方面，不僅有利于培養(yǎng)學生的科學思維能力，而且能讓學生養(yǎng)成實事求是、嚴謹認真的科學精神和態(tài)度，促進學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。美國版高中物理教材在習題的設(shè)置上題型較多，有案例分析、典型問題、實踐問題等，題型從簡單到復雜，能在學生復習的過程中起到較好的鞏固作用，符合學生的認知發(fā)展規(guī)律。

2? ? 核心素養(yǎng)下教材比較探究

2.1? ? 物理觀念的培養(yǎng)側(cè)重點不同

我國《普通高中物理課程標準（2017年版）》中關(guān)于培養(yǎng)學生物理觀念的內(nèi)容：學習物理學的基礎(chǔ)知識，了解有關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和運動的一些基本概念和規(guī)律，了解物理學的基本觀點和思想[7]。物理觀念的形成不是一蹴而就的，學生物理觀念的形成，不僅需要教師的不斷引導，也需要物理教材的支撐。正確物理觀念的形成對于學生的成長是非常重要的，它能夠培養(yǎng)學生正確的邏輯思維方式，能運用到今后的學習和解釋自然現(xiàn)象中，還能夠應用到生活中去處理問題。物理觀念是物理概念和物理規(guī)律在自我意識中的自我轉(zhuǎn)化。人教版高中物理教材對于物理觀念的形成遵循著嚴謹、認真的態(tài)度，將每一條概念完整而清晰地概括。例如，人教版必修一第一章第5節(jié)“加速度”的概念是這樣描述的：“為了描述物體運動速度變化快慢這一特征，我們引入加速度的概念：加速度是速度的變化量與發(fā)生這一變化所用時間的比值?！比私贪嬖诟拍钪巴ㄟ^題目的方式導入、歸納、總結(jié)出加速度的定義，再用準確、嚴謹?shù)奈淖指攀龀鰜?，可促進學生對運動與相互作用觀念的理解。

美國《國家科學教育標準》要求注重培養(yǎng)學生的探究能力，注重引導學生關(guān)心社會，關(guān)心新技術(shù)發(fā)展成果。利用更“原始化”的物理問題，相當于人教版高中物理教材中“理想化”的斜面、小物塊等。教材在章節(jié)的開篇運用啟發(fā)實驗切入主題，圍繞“加速與勻速有何不同？”展開一系列趣味性較強的實驗，引導學生了解物理相關(guān)知識在生活中的應用，注重培養(yǎng)學生通過物理現(xiàn)象思考物理問題的能力。美國版高中物理教材第三章“加速度”中的汽車起步實驗，教材是這樣描述的：“在4 s時，汽車的速度是20 m/s，在5 s時，汽車的速度是25 m/s，因此，在1 s內(nèi)，汽車的速度增加了5 m/s，物體速度變化的速率叫做物體的加速度?！苯處熗ㄟ^演示實驗讓學生觀察實驗現(xiàn)象，學生根據(jù)觀察的結(jié)果進行總結(jié)，闡述自己的觀點，這樣形成的物理觀念具有開放性和多元性特點。相較于人教版高中物理教材，美國版高中物理教材以一種更加具體、生動的方式界定了什么是加速度，這對學生物理觀念的形成更加直觀、有效。

2.2? ? 科學思維的培養(yǎng)側(cè)重點不同

“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，主要包括模型構(gòu)建、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[1]。人教版高中物理教材在培養(yǎng)學生的科學思維中，常常引導學生建構(gòu)物理模型去解決問題，創(chuàng)設(shè)物理情境去鍛煉學生的科學思維能力。例如，在“萬有引力”教學中，應創(chuàng)設(shè)不同物體在不同位置的情形，讓學生研究萬有引力的大小和物體的距離與質(zhì)量的關(guān)系，概括萬有引力與距離的平方成反比，與物體的質(zhì)量成正比，由此加深學生對萬有引力概念的理解，學生經(jīng)歷了“比較—概括—抽象”的過程，發(fā)展了科學思維。此外，教材中還引入理想化物理模型，如“質(zhì)點”“天體運動”“點電荷”“勻強電場”等，理想化物理模型的創(chuàng)設(shè)有助于培養(yǎng)學生的科學思維。例如，“加速度”這一概念，教師通過主觀的講解來描述是比較困難的，由于學生在生活中對“加速度”的概念比較陌生，頭腦中不會自發(fā)形成“加速度”概念，并且它與“速度”“路程”“時間”等概念不同，“加速度”與生活銜接性不強。所以，教材中關(guān)于“加速度”這一概念的學習利用“飛機由靜止到加速過程”和“迫擊炮射擊過程”，通過物理圖像推導出加速度的值，詳細描述這一特征，并進行概念總結(jié)，通過科學推理得出結(jié)論。

美國版高中物理教材突出學生科學思維的培養(yǎng)，無論是新課引入，還是教材編寫、習題探究等，多以物理模型法抽象生活中的問題，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。例如，第三章的“迷你實驗”：兩個鋼球在斜面上不同位置釋放，在運動過程中，它們之間的距離是增大還是減?。渴紫?，在課題引入之前就創(chuàng)設(shè)一個簡單的物理情境，與學生憑借生活經(jīng)驗得到的結(jié)論形成認知沖突，激發(fā)學生的邏輯思維。利用小球與斜面，抽象出一個常見的物理模型，把幾個要素歸納成一個整體進行綜合推論，以此提高學生的綜合分析能力，形成科學思維。

從“加速度”這一內(nèi)容來看，人教版高中物理教材側(cè)重于利用物理圖像培養(yǎng)學生的科學思維與能力，美國版高中物理教材更傾向于實驗引導學生的發(fā)散思維，培養(yǎng)學生的科學思維。

2.3? ? 科學探究的培養(yǎng)側(cè)重點不同

“科學探究”是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗等[1]，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素。關(guān)于科學探究部分，從目的上看，人教版高中物理教材的設(shè)置是要求學生學會合理地使用實驗儀器，利用正確的方法進行實驗，對于實驗結(jié)果要求較高，同時要分析誤差產(chǎn)生的原因，如何減小或避免誤差等。目的是讓學生學會解決實驗過程中遇到的困難，探索出符合科學邏輯的結(jié)論。人教版高中物理教材對于一個實驗需要掌握的內(nèi)容要求具體且詳細。例如，人教版高中物理教材必修一第二章，在探究小車速度隨時間變化規(guī)律的實驗中，老師在實驗前會將打點計時器的使用要求以及實驗數(shù)據(jù)處理的注意事項等進行簡單介紹。這種基于實驗和邏輯對問題的合理解釋，側(cè)重于培養(yǎng)學生在實踐當中的邏輯思維能力，鍛煉學生運用科學方法解決實際問題的能力。

美國版高中物理教材對于科學探究的要求主要在于動手能力的培養(yǎng)，對科學探究結(jié)果的精確程度和準確程度要求不高，但需要通過科學分析找出誤差產(chǎn)生的原因，以及實驗方法是否得當，對于實驗要有自己的見解和創(chuàng)新點。美國版高中物理教材中的實驗開放性強，對實驗探究的方法要求多樣化，能從書本內(nèi)容走向生活，如教材中的“射中目標”“比較不同物體滾動距離”等實驗，學生通過自己找材料，自己組裝實驗，經(jīng)歷一個比較活躍的思維方式進行探究，靈活運用知識。這有助于學生對科學產(chǎn)生濃厚的興趣，有利于培養(yǎng)學生不同的能力，側(cè)重于為國家培養(yǎng)更有創(chuàng)新精神的新型人才。

2.4? ? 科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)側(cè)重點不同

“科學態(tài)度與責任”是指在認識科學、技術(shù)、社會、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，主要包括科學本質(zhì)、科學態(tài)度、社會責任等要素[1]。人教版高中物理教材“各章前沿”“科學漫步”等欄目在設(shè)置上注重物理學科與生活、物理學與近代科技發(fā)展的緊密聯(lián)系，主要目的在于讓學生了解物理學不僅僅是枯燥的公式和繁瑣的計算，它更多的是為了解決實際生活中遇到的困難，化繁為簡，改善科技，提高效率，提高人們的生活水平。對于物理的學習不僅僅是為了掌握科學文化知識，更是要掌握科學方法，才能促進社會科學技術(shù)的進步。

相比較而言，美國版高中物理教材在實驗、習題的設(shè)置上都在展現(xiàn)科學教育對于學生“科學態(tài)度與責任”和正確的科學觀的培養(yǎng)。教材中利用更多的現(xiàn)代科技成果，培養(yǎng)學生的社會責任感。物理教學呈現(xiàn)的是未來式，是現(xiàn)代與科技進步的代名詞，是未來物理學繼續(xù)發(fā)展的中堅力量。美國版高中物理教材對于物理學史的介紹較少，不利于學生對物理文化的傳承。了解物理學的發(fā)展歷史，也是科學態(tài)度與責任的體現(xiàn)。只有了解過去，才能明白沒有絕對的真理，只有保持著終身學習的習慣，物理學才能夠逐步發(fā)展;只有保持科學探究的精神，科學才能進步。

3? ? 兩種教材優(yōu)缺點的比較探究

3.1? ? 人教版高中物理教材的優(yōu)缺點

人教版高中物理教材在板塊的布局、知識點的銜接設(shè)計以及物理實驗的精細化要求上，均體現(xiàn)了我國教育對科學文化知識掌握的準確性與嚴密性。教材是學生學習物理知識的依據(jù)，具有完善的整體框架結(jié)構(gòu)和簡潔、準確的知識點總結(jié)，才能讓學生的預習和復習具有很好的還原性。

人教版高中物理教材中，對于物理學的介紹以及物理學與現(xiàn)代技術(shù)應用方面相關(guān)的材料較為豐富，非常重視培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。教材中的插圖多是簡單圖畫，簡潔易懂，但是對于一部分基礎(chǔ)較差的學生來說，不夠具體、形象。對于實驗方面，我國課標與教材的側(cè)重點在于從知識點引入和對實驗過程的精確掌握。教材強調(diào)邏輯思維能力的培養(yǎng)，也是學生能力的重要表現(xiàn)。這樣的要求對于學生來說，會形成縝密的邏輯思維。但固定模式的實驗方法，容易將學生的思維模式固定化，影響學生創(chuàng)新思維能力的發(fā)展。

3.2? ? 美國版高中物理教材的優(yōu)缺點

美國版高中物理教材側(cè)重于如何引導學生進行自主探究，偏向于激發(fā)學生對物理學的探究興趣。課堂教學中常以學生的生活經(jīng)驗作為引入實驗，充分體現(xiàn)了美國教育對理論聯(lián)系生活的重視程度，以培養(yǎng)學生如何利用理論知識解決實際問題的能力。教材更多注重內(nèi)容的綜合性、思維的開放性與靈活性;重視邏輯推理，也注重非邏輯思維能力的培養(yǎng)，因為許多重大發(fā)現(xiàn)都不是邏輯推理的結(jié)果。因此，通過教材的設(shè)計安排看，美國學生的動手能力、操作能力會比較強，但理論知識會相對較弱。

總之，兩個版本的教材各有優(yōu)勢，根據(jù)不同的課程標準制定出不同的教材，不同的教材培養(yǎng)出不同的學生。教師依據(jù)課標和教材授課時，在注重物理知識準確性的前提下，要逐漸引導學生以終身學習為發(fā)展目標，培養(yǎng)學生的求知欲和對新知識的探索能力。

4? ? 結(jié)論與討論

隨著人們對教育教學研究的不斷重視，課程改革的不斷推進，課程標準的推陳出新，對于培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的教育已成為現(xiàn)代教育與課程改革的重點。物理學作為高中階段的重要學科之一，在培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)上起到很大的推進作用。物理教材是物理課程的載體，是教師授課的重要依據(jù)，也是學生學習的重要媒介，因此物理教材在教育教學過程中，起到一個支撐的作用。教材的設(shè)置很大程度上決定了課程標準的實現(xiàn)程度，以及對學生能力和思維培養(yǎng)的方向。物理教材中蘊含的內(nèi)容與思想對學生今后的學習和對科學的態(tài)度都會產(chǎn)生潛移默化的影響。

對中美兩國具有代表性的高中物理教材從目錄與整體框架進行了比較分析，對培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的四個維度進行了比較探討，梳理了兩種教材各自的優(yōu)勢、特點以及對培養(yǎng)學生產(chǎn)生的不同效果。當然，不能一味地去追求某種教材的優(yōu)點，教材的編寫要根據(jù)各國的實際情況，以課程標準為導向，編寫要符合各自的國情、科學技術(shù)和生產(chǎn)生活的發(fā)展，才能更好地服務于教育。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]盧臻.核心素養(yǎng)視域下，高中教育發(fā)展道路求索[J].基礎(chǔ)教育課程，2018（14）：24-29.

[3]辛濤，姜宇.全球視域下學生核心素養(yǎng)模型的構(gòu)建[J].人民教育，2015（9）：54-58.

[4]李華君. 核心素養(yǎng)背景下價值觀引導的物理試卷命題探討——以2018年中考試題為例[J].物理教學，2019，41（4）：48-51，17.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中物理課程標準實驗教科書 物理（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]Paul W.Zitzewitz，Todd George Elliott，David G.Haasel.Physics： principles and problems[M].Glencoe/McGraw-Hill，2005.

[7]溫博.人教版高中物理教科書和英國 A Level 版教科書的比較研究[D].福州：福建師范大學碩士學位論文，2013.

[8]農(nóng)艷鴛.中美高中物理教材中科學方法呈現(xiàn)方式比較研究——以人教版和美國《Physics_Principles and Problems》中的力學部分為例[D].西安：陜西師范大學碩士學位論文，2017.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）