鄧 磊,蔣 敏
1.西南大學(xué)科學(xué)教育研究中心,重慶 400700
2.西南大學(xué)附屬中學(xué),重慶 400700
自2003年教育部頒布 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》以來(lái),基于不同地區(qū)的社會(huì)、文化及學(xué)生的認(rèn)知差異,我國(guó)相繼出現(xiàn)了人教版、司南版(魯科版)、滬科教版、教科版和粵教版5個(gè)版本的高中物理實(shí)驗(yàn)版教材。隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深入,教育部于2018年頒布了修訂后的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》),2019年秋,經(jīng)國(guó)家教材委員會(huì)專家委員會(huì)審核通過(guò)的前述5版修訂后的高中物理新教材在浙江等6個(gè)省市開(kāi)始試用,并于2020年9月開(kāi)始全國(guó)使用。
作為當(dāng)前我國(guó)高中物理課程育人功能的載體,提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的直接課程資源,這5版以立德樹(shù)人為指導(dǎo)思想的“新”教材在編寫(xiě)原則、內(nèi)容選擇與呈現(xiàn)、輔助資源利用與開(kāi)發(fā)上集中體現(xiàn)著我國(guó)近20年來(lái)普通高中物理課程改革的成果[1]。
研究發(fā)現(xiàn),修訂后的新教材在物理學(xué)科核心素養(yǎng)表征、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置和編寫(xiě)體例等方面各有特色。為了能更精準(zhǔn)地領(lǐng)悟《課標(biāo)》的理念,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),更合理地使用與開(kāi)發(fā)修訂后的新教材,完善更高效、生動(dòng)的課堂教學(xué),本研究將對(duì)現(xiàn)行高中物理新教材進(jìn)行分析與解構(gòu)。
新人教版、新司南版、新滬科教版、新教科版和新粵教版高中物理新教材以《課標(biāo)》為依據(jù),在對(duì)高中物理課程傳承的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列以培養(yǎng)高中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的改革[1]。
在必修及選擇性必修模塊,新人教版共13章60節(jié)(章均4.62節(jié),最大章節(jié)數(shù)為6節(jié),標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.650),通過(guò)每節(jié)的情境創(chuàng)設(shè)和問(wèn)題驅(qū)動(dòng),引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動(dòng)[2]。新教科版共13章70節(jié)(含3節(jié)選學(xué),章均5.38節(jié),最大章節(jié)數(shù)為9節(jié),標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.710),以圖片、問(wèn)題、活動(dòng)、導(dǎo)言來(lái)創(chuàng)設(shè)情境,以教學(xué)內(nèi)容、習(xí)題選編與課外拓展來(lái)聚焦生活、生產(chǎn)及科研方面的實(shí)際[3]。新粵教版共15章70節(jié)(章均4.667節(jié),最大章節(jié)數(shù)為7節(jié),標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.234),在內(nèi)容上完整而系統(tǒng)地體現(xiàn)了物理學(xué)科的基礎(chǔ)性和時(shí)代性,在編寫(xiě)原則上體現(xiàn)著“以學(xué)生為本,全面發(fā)展”的指導(dǎo)思想[4]。新滬科教版共15章61節(jié)(章均4.067節(jié),最大章節(jié)數(shù)為7節(jié),標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.163),通過(guò)簡(jiǎn)潔、詼諧的欄目設(shè)置,強(qiáng)化著教材的可讀性[5]。新司南版共16章65節(jié)(章均4.06節(jié),最大章節(jié)數(shù)為6節(jié),標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.998),在教材的編制上“立意更高,寓意更深,更重實(shí)踐,更富邏輯,更重評(píng)價(jià),更加拓展”[6]。
由統(tǒng)計(jì)分析可知,新司南版章均節(jié)數(shù)最少,新教科版最多;新人教版的章節(jié)數(shù)最平均,新教科版的章節(jié)數(shù)差異最大。單因素方差檢驗(yàn)顯示,5版新教材在平均章節(jié)數(shù)目上存在顯著性差異(F=2.913,P 值=0.028<0.05),說(shuō)明 5 版新教材在每章知識(shí)點(diǎn)的劃分和容量上存在顯著差異,即在對(duì)學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷上存在顯著差異。
修訂后的高中物理新教材在很多方面都發(fā)生了變化,最顯著的是在編排體系、例題、實(shí)驗(yàn)和欄目設(shè)置等方面。
(1)5版高中物理新教材(必修)的編排體系
5版高中物理新教材(必修)的編排體系跟《課標(biāo)》必修課程主題的組成非常相似。在章內(nèi)容構(gòu)成上,新粵教版和新滬科教版都包括15章,分別是必修1的4章:“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”2章,“相互作用與運(yùn)動(dòng)定律”2章;必修2的5章:“機(jī)械能及其守恒定律”1章,“曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”3章,“牛頓力學(xué)的局限性與相對(duì)論初步”1章;必修3的6章:“靜電場(chǎng)”2章,“電路及其應(yīng)用”2章,“電磁場(chǎng)與電磁波初步”1章,“能源與可持續(xù)發(fā)展”1章。以這15章為基礎(chǔ),新司南版由于在必修1“相互作用與運(yùn)動(dòng)定律”主題增加了“力與平衡”1章,所以共16章;而新人教版由于在“牛頓力學(xué)的局限性與相對(duì)論初步”“能源與可持續(xù)發(fā)展”這兩個(gè)以科學(xué)態(tài)度與責(zé)任為主的主題上未設(shè)專章,所以只有13章;新教科版因?yàn)樵凇办o電場(chǎng)”“電路及其應(yīng)用”兩個(gè)主題分別僅設(shè)置了體量巨大的1章,所以也只有13章。
統(tǒng)計(jì)分析顯示,5版新教材版均14.4章,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.341,與必修課程的9個(gè)主題進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)顯示,5版新教材的章數(shù)目相較于《課標(biāo)》主題數(shù)存在非常顯著的差異,即新教材的章數(shù)目非常顯著多于《課標(biāo)》主題數(shù)(t=9.000,P值=0.001<0.01),說(shuō)明各版本新教材對(duì)《課標(biāo)》主題都進(jìn)行了深入的解構(gòu),才得到了相似的體系。
(2)5版高中物理新教材(必修)的編排順序
5版新教材的章節(jié)順序基本上都與《課標(biāo)》中必修課程主題出現(xiàn)的先后相同,只有些微差異:
①在必修1新教材中:只有新人教版將“牛頓第三定律”一節(jié)設(shè)置在“相互作用力”一章,其他4版都將其置于“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”一章中,這樣的設(shè)置對(duì)新人教版而言是強(qiáng)化了相互作用觀的邏輯性,對(duì)其他版本來(lái)說(shuō)是強(qiáng)調(diào)了牛頓定律形成的系統(tǒng)性。
②在必修2新教材中:只有新司南版和新滬科教版是按照《課標(biāo)》順序?qū)ⅰ皺C(jī)械能及其守恒定律”主題的內(nèi)容設(shè)在該冊(cè)首章,而其他3版則將其設(shè)在“曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”主題的3個(gè)章節(jié)后。這樣的設(shè)置反映出的是兩類知識(shí)編排的邏輯:新司南版和新滬科教版希望學(xué)生在學(xué)習(xí)“曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”時(shí)能用相互作用觀和能量觀來(lái)加強(qiáng)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)觀的認(rèn)識(shí);而另外3版則希望學(xué)生在學(xué)完“曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”后,循序漸進(jìn)地形成物體的運(yùn)動(dòng)觀、相互作用觀和能量觀。
③在必修3新教材中:新人教版、新粵教版將“電磁場(chǎng)與電磁波初步”主題內(nèi)容設(shè)置在冊(cè)末;新人教版將“能源與可持續(xù)發(fā)展”主題設(shè)置在“電能 能量守恒定律”一章的最后一節(jié),新粵教版將該主題單獨(dú)成章放在本冊(cè)倒數(shù)第二章;其他3版則用專章將該主題設(shè)置在冊(cè)末。新人教版和新粵教版的做法有利于幫助學(xué)生通過(guò)電路認(rèn)識(shí)電能,逐步形成能量觀;而其他版本則更有利于整合必修3冊(cè)的所有內(nèi)容,幫助學(xué)生達(dá)成能量觀。
單因素方差分析顯示,5版新教材在知識(shí)結(jié)構(gòu)及編排順序存在顯著性差異 (F=3.543,P值=0.011<0.05),這說(shuō)明不同版本新教材對(duì)物理知識(shí)的編排體系與邏輯順序的認(rèn)識(shí)存在顯著的差異,同時(shí)也反映了5版新教材對(duì)高中學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)也存在顯著差異[7]。
5版高中物理新教材非常關(guān)注對(duì) “物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的測(cè)評(píng),所以都很重視例題在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展、提升學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量水平以及啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)、歸納方法、培養(yǎng)能力和發(fā)展思維層面的育人功能。
舊版教材在例題部分最多只有“分析”和“解”兩個(gè)環(huán)節(jié)。5版新教材例題設(shè)置如表1所示。比較發(fā)現(xiàn),新教材例題所包括環(huán)節(jié)的平均數(shù)為3.20個(gè),增加了60%,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.30。配對(duì)樣本t檢驗(yàn)顯示5版新教材例題所含環(huán)節(jié)的平均數(shù)雖與舊版教材相比沒(méi)有顯著性增加 (t=1.871,P值=0.135>0.05),但新教材的例題環(huán)節(jié)卻強(qiáng)化了“通過(guò)問(wèn)題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成”的意識(shí)。
表1 5版高中物理新教材例題名稱及環(huán)節(jié)
美國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家戴明(Deming)提出的問(wèn)題解決4階段說(shuō)——“戴明輪”就體現(xiàn)了物理問(wèn)題解決的意識(shí)。 戴明輪是計(jì)劃(Plan)、執(zhí)行(Do)、檢查(Check)和處理(Act)四個(gè)階段的循環(huán)。通過(guò)對(duì)5版新教材例題環(huán)節(jié)的分析發(fā)現(xiàn),只有新司南版明確包括“分析”條件,明確問(wèn)題的計(jì)劃(Plan)階段,實(shí)施(Do)計(jì)劃的“解”階段,“討論”與評(píng)估結(jié)果的檢查(Check)階段,“遷移”推廣及進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化“策略提煉”的處理(Act)階段。新教科版缺少明確的檢查階段,新人教版、新粵教版和新滬科教版則僅含計(jì)劃和執(zhí)行兩個(gè)階段。
對(duì)5版新教材例題環(huán)節(jié)的比較顯示,新司南版“例題”的功能最全面,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中分析條件建立模型、運(yùn)用規(guī)律形成結(jié)論、評(píng)估數(shù)據(jù)解釋預(yù)測(cè)及提煉歸納與舉一反三的科學(xué)思維能力最明確;新滬科教版的“案例分析”由于不僅包括涉及數(shù)值計(jì)算的傳統(tǒng)例題,還包括對(duì)具體生活生產(chǎn)中有價(jià)值情境的文字推理、分析,所以對(duì)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維,增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí)也很有幫助。
《課標(biāo)》提出了21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的基本要求,5版新教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置的命名及環(huán)節(jié)如表2所示。
表2 5版高中物理新教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置的命名及環(huán)節(jié)
在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上,新教科版最多(8個(gè)),新粵教版最少(4個(gè)),5版新教材的平均數(shù)為6.40,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.517。與科學(xué)探究所包括的問(wèn)題、假設(shè)、計(jì)劃、證據(jù)、解釋、交流、評(píng)估反思7個(gè)環(huán)節(jié)相比,單總體t檢驗(yàn)顯示,新教材實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)數(shù)平均減少了約10%,但是兩者并沒(méi)有顯著性差異(t=-0.885,P 值=0.426>0.05),說(shuō)明新教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視。
對(duì)5版新教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置環(huán)節(jié)的聚類分析顯示,新司南版包括6個(gè)探究要素(問(wèn)題、計(jì)劃、證據(jù)、解釋、交流、評(píng)估),新滬科教版(問(wèn)題、計(jì)劃、證據(jù)、解釋、交流)和新教科版(問(wèn)題、計(jì)劃、證據(jù)、解釋、交流)各包含5個(gè)探究要素,新人教版(計(jì)劃、證據(jù)、解釋)和新粵教版(問(wèn)題、證據(jù)、交流)各包含3個(gè)探究要素。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯示,5版新教材所含的探究要素平均為4.4個(gè),標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.342,與科學(xué)探究所含7個(gè)要素所進(jìn)行的單總體t檢驗(yàn)顯示,新教材的探究要素均少于完整探究的要素,兩者之間存在顯著性差異 (t=-4.333,P值=0.012<0.05),說(shuō)明高中物理新教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)置上并未完全按照科學(xué)探究的要素來(lái)設(shè)計(jì),但保留了實(shí)驗(yàn)的深入與規(guī)范,以及對(duì)提出問(wèn)題、獲得證據(jù)、進(jìn)行科學(xué)論證與解釋及合作交流等能力的重視。
在整體設(shè)計(jì)上,新司南版、新人教版和新教科版分別以“科學(xué)測(cè)量”“科學(xué)探究”與“實(shí)驗(yàn)”為節(jié)名來(lái)突出學(xué)生必做實(shí)驗(yàn);新粵教版和新滬科教版則以“實(shí)驗(yàn)與探究”和“學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”欄目來(lái)加以凸顯。對(duì)5版教材的比較發(fā)現(xiàn),新司南版的實(shí)驗(yàn)皆以情境導(dǎo)入,突出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性;新人教版突出了對(duì)證據(jù)的重視;新粵教版突出了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯性;新滬科教版則突出了對(duì)探究方法的重視。
5版高中物理新教材在欄目設(shè)置上既有統(tǒng)一性,又有各自的鮮明特色。如表3所示,新人教版有11個(gè)欄目、新司南版有16個(gè)欄目、新粵教版有8個(gè)欄目、新滬科教版有13個(gè)欄目、新教科版有12個(gè)欄目。
表3 5版高中物理新教材欄目統(tǒng)計(jì)表
統(tǒng)計(jì)顯示,5版新教材平均欄目數(shù)為12,標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.915。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)顯示新教材之間存在顯著差異(t=3.068,P 值=0.037<0.05),新司南版的欄目數(shù)顯著多于新粵教版。各版新教材的欄目設(shè)置除了反映教材多方面的教育功能以外,還豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,增強(qiáng)了個(gè)體學(xué)習(xí)的體驗(yàn)。
總體來(lái)說(shuō),新人教版與新粵教版教材欄目偏向于教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì),能幫助師(生)有效地掌握教材結(jié)構(gòu),完成教(學(xué))任務(wù);新司南版和新滬科教版教材欄目的功能性和選擇性更強(qiáng)。
通過(guò)對(duì)5版高中物理新教材的比較,可以看到不同版本教材的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),如果能在同一主題教學(xué)時(shí)對(duì)各版教材加以整合,則能更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。
滲透物理觀念就是讓物理概念和規(guī)律在學(xué)生頭腦中進(jìn)行提煉與升華,使學(xué)生能從物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題。對(duì)物理觀念的滲透反映在教材的各章節(jié)中,如:新滬科教版用 “怎樣描述運(yùn)動(dòng)的快慢”“分析物體的受力情況”“怎樣求合力”“怎樣分解力”的節(jié)名來(lái)幫助學(xué)生升華對(duì)物理概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí);新教科版則通過(guò)在相關(guān)章節(jié)設(shè)置不同主題,在第三章相互作用中,設(shè)置主題一“常見(jiàn)的力”、主題二“力的合成和分解”和主題三“共點(diǎn)力的平衡”去幫助學(xué)生形成物理觀念(相互作用觀);新司南版通過(guò)單元、章和節(jié)的框架層次結(jié)構(gòu)幫助學(xué)生從大結(jié)構(gòu)、大概念的角度學(xué)習(xí)物理;新人教版以每節(jié)的“問(wèn)題”為核心,幫助學(xué)生用物理學(xué)的視角解釋自然現(xiàn)象和實(shí)際問(wèn)題;新粵教版在“本章小結(jié)”中用“知識(shí)結(jié)構(gòu)”幫助學(xué)生構(gòu)建物理觀念。
培養(yǎng)科學(xué)思維就是讓學(xué)生能用模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等思維方法對(duì)物質(zhì)世界的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系進(jìn)行認(rèn)識(shí)。對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)在教材的物理習(xí)題與例題中顯現(xiàn)得最為直接。如:新粵教版在“勻變速直線運(yùn)動(dòng)與汽車(chē)安全行駛”一節(jié)中用3道層層遞進(jìn)的“例題”幫助學(xué)生用嚴(yán)密的科學(xué)推理來(lái)論證為什么要嚴(yán)禁酒后開(kāi)車(chē);新人教版通過(guò)“例題”的詳細(xì)“分析”和“解”題的規(guī)范步驟,幫助學(xué)生建構(gòu)模型;新司南版用“策略提煉”“討論”“遷移”等欄目構(gòu)筑起幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界相互關(guān)系的網(wǎng)絡(luò);新教科版以“例題示范”為載體,在“解”的過(guò)程中強(qiáng)調(diào)多元解法,在“拓展”中設(shè)置更復(fù)雜的情境以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維;新滬科教版在“案例分析”中始終以“分析”為重,凸顯模型建構(gòu)的重要性。
實(shí)踐科學(xué)探究是指讓學(xué)生通過(guò)問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等方式實(shí)現(xiàn)物理問(wèn)題解決。學(xué)生科學(xué)探究的實(shí)踐在教材的實(shí)驗(yàn)中較為凸顯。如:新滬科教版 “學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”以“思考與討論”提出問(wèn)題,進(jìn)而“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”“收集證據(jù)”,這里的問(wèn)題、證據(jù)就是科學(xué)探究;新教科版在“實(shí)驗(yàn)”中通過(guò)“處理數(shù)據(jù)”“繪制圖像”來(lái)強(qiáng)調(diào)證據(jù)與解釋;新粵教版讓學(xué)生通過(guò)“實(shí)驗(yàn)探究”完成“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表”,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,突出證據(jù)與交流;新人教版 “實(shí)驗(yàn)”中的“數(shù)據(jù)處理”“數(shù)據(jù)分析”,充分體現(xiàn)證據(jù)的價(jià)值;新司南版以“科學(xué)測(cè)量”和“科學(xué)探究”實(shí)現(xiàn)對(duì)“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”的“討論”,凸顯解釋和交流的重要性。
探究不僅是一種教學(xué)方法,也是學(xué)生物理實(shí)踐的重要能力,對(duì)學(xué)生提出問(wèn)題、尋找證據(jù)、基于證據(jù)解釋和有效交流能力的培養(yǎng)可以從不同版本教材的實(shí)驗(yàn)中找到線索。若以培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題能力為目標(biāo),則可以借鑒新滬科教版的“學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”;若要培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí),可參考新人教版的“實(shí)驗(yàn)”;若想提升學(xué)生用證據(jù)解釋問(wèn)題的能力,則可以借鑒新教科版的“實(shí)驗(yàn)”;若以培養(yǎng)學(xué)生交流能力為目標(biāo),新司南版的“科學(xué)測(cè)量”“科學(xué)探究”以及新粵教版的“實(shí)驗(yàn)探究”有較好的參考價(jià)值。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的養(yǎng)成反映的是讓學(xué)生形成科學(xué)本質(zhì)觀和科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感在5版高中物理新教材中很多時(shí)候是以豐富多彩的欄目來(lái)呈現(xiàn)的。如:新司南版中的“安全警示”能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)安全規(guī)范;新人教版的“STSE”能讓學(xué)生形成科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境的意識(shí)和理念;新粵教版的“資料活頁(yè)”可以幫助學(xué)生形成正確的科學(xué)本質(zhì)觀;新教科版的“發(fā)展空間”可以幫助學(xué)生提升社會(huì)責(zé)任感;新滬科教版的“課題研究”能達(dá)成對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)等。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任不是一朝一夕就能養(yǎng)成的,也不是僅通過(guò)物理概念和規(guī)律的教學(xué)過(guò)程可以強(qiáng)化的,它需要從教學(xué)的各個(gè)方面滲透,所以我們可以借鑒不同版本教材的欄目,有意識(shí)地從科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的不同角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。