王震 趙雨曦 修前前 侯應(yīng)琢 田雪葳 王晶瑩

摘? ?要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界多國啟動科學(xué)課程改革，科學(xué)探究作為核心內(nèi)容被寫入多國課程標(biāo)準(zhǔn)。文章選擇中法兩國具有一定代表性的中國人教版和法國校園課本出版社版高中物理教材作為研究對象，比較科學(xué)探究活動的設(shè)計(jì)，探討教材中科學(xué)探究的主題設(shè)置、呈現(xiàn)形式、預(yù)設(shè)活動等?；谝延醒芯坎⒔Y(jié)合對象特點(diǎn)，確定比較維度和指標(biāo)體系，深度剖析兩套教材中的科學(xué)探究活動，并從教材對探究活動的內(nèi)容定位、呈現(xiàn)方式、開展活動的預(yù)設(shè)三個維度進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)，在探究活動內(nèi)容上，人教版教材更注重基礎(chǔ)知識；在活動呈現(xiàn)上，兩套教材均能引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)探究能力；在開展活動的預(yù)設(shè)上，兩套教材均以實(shí)驗(yàn)探究為主，但在其他活動分配上各有側(cè)重。希望研究結(jié)果能夠?yàn)榻滩木帉懞蛯茖W(xué)探究的深入討論和實(shí)踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高中物理教材；科學(xué)探究；教材比較；探究活動

中圖分類號：G423.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2023.10.05

物理學(xué)研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動規(guī)律，其研究方法和理論體系基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)工具，通過科學(xué)推理和論證形成?？茖W(xué)探究是一項(xiàng)復(fù)雜活動，涉及觀察現(xiàn)象，提出問題，查閱已有資源，設(shè)計(jì)調(diào)查和研究方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)核查己有結(jié)論，運(yùn)用各種手段搜集、分析和解釋數(shù)據(jù)，得出答案，進(jìn)行解釋并作出預(yù)測，把結(jié)果公之于眾等。[1]20世紀(jì)80年代以來，世界多國順應(yīng)教育發(fā)展趨勢，將科學(xué)探究作為包括物理在內(nèi)的基礎(chǔ)科學(xué)課程改革的核心，在官方文件、課程標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行多方面闡述。學(xué)者多將科學(xué)探究分為兩類：一是科學(xué)家進(jìn)行的工作，二是作為教與學(xué)的過程。[2]在教育教學(xué)中，教材是重要的課程資源，具體體現(xiàn)了課程概念、課程目標(biāo)等內(nèi)容，教材既是教師的授課依據(jù)，也是學(xué)生的基本學(xué)習(xí)材料，以教材為對象進(jìn)行研究對物理教學(xué)和課程改革具有指導(dǎo)意義。狹義上的物理教科書指根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，將具體的物理觀念、科學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)說明、物理問題等教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)地組織起來，在教學(xué)中供教師使用和學(xué)生閱讀的書面材料。[3]物理教科書是師生開展教學(xué)活動的媒介，是科學(xué)探究活動的載體，在課程改革的實(shí)施中具有重要作用。

世界多國教育部門都十分重視教學(xué)中的科學(xué)探究，美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出科學(xué)探究在教學(xué)中的三角色（內(nèi)容、方式、教學(xué)指導(dǎo)思想）和探究式教學(xué)的五個特征（問題、證據(jù)、解釋、評價(jià)、表達(dá)）。[4]經(jīng)合組織（OECD）開展的國際學(xué)生評估項(xiàng)目（PISA）將科學(xué)探究定義為：個人在面對不可預(yù)測的復(fù)雜情景時，靈活分析、推斷和溝通的能力，特別是基于獨(dú)立人格、自由思考而做出自主判斷與選擇的發(fā)展性探究能力。[5]新加坡的《初中科學(xué)教學(xué)大綱》從科學(xué)探究的定義和要素、科學(xué)探究課堂的特征和教學(xué)策略等方面進(jìn)行了闡述，并立足于科學(xué)的本質(zhì)，規(guī)定課程以培養(yǎng)科學(xué)探究者為目的，指向?qū)W生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。[6]

綜上，科學(xué)探究是物理教學(xué)的有效途徑，教科書中科學(xué)探究活動的編制直接影響其在課堂中的開展，研究不同國家物理教科書中的科學(xué)探究活動，對于中國高中物理教科書科學(xué)探究活動編制和物理課堂中探究活動的開展具有參考意義。

一、研究方法

（一）概念框架

在教材比較研究中，需要依據(jù)具體的研究目的建立對研究內(nèi)容進(jìn)行分類的分析維度，并由這些維度形成比較模型，作為內(nèi)容分析的基礎(chǔ)。周仕東和鄭長龍認(rèn)為教學(xué)中的科學(xué)探究是為了讓學(xué)生像科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究工作一樣開展學(xué)習(xí)，由此對不同類型的科學(xué)研究進(jìn)行對比，提出了教學(xué)中的四類科學(xué)探究：對科學(xué)核心知識的探究，對科學(xué)知識應(yīng)用的探究，對科學(xué)與技術(shù)的整合探究，對科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系的探究。[7]沈國強(qiáng)在比較中美高中物理教材時將這一框架遷移至物理學(xué)科，將物理教材中的科學(xué)探究活動分為：對物理知識的探究活動，對應(yīng)用物理知識的探究活動，對科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系的探究活動。[8]基于以上成果，結(jié)合所選用的兩套教材特點(diǎn)，本文將物理教材中的探究活動從內(nèi)容上分為四類：一是旨在豐富學(xué)生物理知識的探究活動；二是在學(xué)生已經(jīng)具備的知識的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生應(yīng)用知識解決實(shí)際生活問題的能力的探究活動；三是針對科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系方面的探究活動；四是圍繞物理學(xué)科歷史開展的活動。

組成教材的要素包括信息、符號和媒體，在設(shè)計(jì)教材的過程中必須考慮如何用恰當(dāng)?shù)姆杹碛涗浐统尸F(xiàn)教學(xué)信息，進(jìn)行有效的傳播并優(yōu)化教學(xué)效果。探究活動的可讀性取決于：一是內(nèi)容的表述是否通俗易懂，是否以人性化的稱謂進(jìn)行表述；二是是否恰當(dāng)?shù)厥褂貌噬珗D解、照片并與文字描述相結(jié)合；三是所展示的材料和圖片能否突出活動內(nèi)容的關(guān)鍵特征。[9]因此，本文將教材呈現(xiàn)信息的符號劃分為文本、插圖和數(shù)據(jù)圖表，其表現(xiàn)形式為文字和圖表；從研究欄目設(shè)計(jì)的角度將欄目劃分為欄目類別、欄目數(shù)量和欄目分布三個維度。

不少學(xué)者對探究活動的方式分類進(jìn)行了探討。2005年的一項(xiàng)研究提出探究活動的方式基本上可以分為實(shí)驗(yàn)類、調(diào)查類和交流類。[10]基于這個框架，有學(xué)者依據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)將物理教材科學(xué)探究活動也分為實(shí)驗(yàn)類、調(diào)查類和交流類。[11]趙逸庶對中國人教版和司南版教材進(jìn)行對比時，將探究活動分為調(diào)查類、制作類和實(shí)驗(yàn)探究。[12]本文所選用的兩套教材，均采用了多種方式開展科學(xué)探究活動，根據(jù)教材情況和已有研究經(jīng)驗(yàn)，本研究將探究活動分為實(shí)驗(yàn)類、交流類、調(diào)查類、制作類和數(shù)學(xué)方法五種。有些科學(xué)探究包含了不止一種探究活動方式，本研究按照貫穿活動的、最主要的一種活動方式進(jìn)行歸類。

綜上，本文創(chuàng)建了科學(xué)探究活動文本分析框架（見表1）。

（二）教材選擇和分析維度

根據(jù)近年來中國各省市高中物理教材的選用情況，選擇人民教育出版社2019年6月出版的《普通高中教科書物理》和法國校園課本出版社（Lelivrescolaire.fr，LLS）2019年推出的《物理—化學(xué)》教材中的物理部分作為研究對象。這兩套教材均是各自國家近年修訂出版的、被廣泛使用的教材，能夠反映時代和地區(qū)特色，具有一定的代表性。

本文首先梳理已有研究建立的比較模型中的分析維度，然后基于兩套教材的知識結(jié)構(gòu)和科學(xué)探究活動設(shè)置情況進(jìn)行初步分析，在綜合考慮兩者的基礎(chǔ)上修訂適合研究對象的分析維度指標(biāo)。本文遵循“活動的內(nèi)容—活動的呈現(xiàn)—活動的開展”的脈絡(luò)從內(nèi)容定位、呈現(xiàn)方式和開展預(yù)設(shè)三方面出發(fā)，制定更為細(xì)致的比較分析維度來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與對比，并對各維度進(jìn)行操作性定義，將各三級維度總結(jié)為可觀察、可量化的教材內(nèi)容，具體維度如表2所示。

（三）探究活動水平劃分

探究水平的差異會影響學(xué)生對創(chuàng)造性、主觀性以及科學(xué)方法多樣性的體會，從而影響科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。探究活動具有過程性，但這并不意味著探究活動必須要按照機(jī)械化流程進(jìn)行，因此不能簡單地以各環(huán)節(jié)的有無來劃分探究水平，應(yīng)綜合考慮各個環(huán)節(jié)的探究水平。通過教材提供確定性信息的多少可以判斷學(xué)生參與活動的自主程度、活動探究水平的高低：教材中所給予的確定性信息越少，自主探究難度越大、探究水平越高，反之確定性信息越多，自主探究難度越小、探究水平越低。據(jù)此分出四級探究水平：水平0，對教材信息特征不作要求，不開展探究活動；水平1，教材提供詳實(shí)活動細(xì)節(jié)，學(xué)生在探究活動中處于被動地位；水平2，教材提供一定活動指導(dǎo)，學(xué)生在探究活動中有一定自主性；水平3，教材僅提出簡略要求或必要的背景資料，學(xué)生完全自主展開活動。

二、研究結(jié)果

（一）科學(xué)探究活動內(nèi)容定位

教材知識內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)能夠體現(xiàn)教材編制的思想，是科學(xué)探究活動設(shè)計(jì)與開展所圍繞的核心。在科學(xué)探究活動的模塊分布方面，兩套教材中科學(xué)探究活動的編排在不同模塊的數(shù)量分布差異較大。按照科學(xué)探究活動數(shù)量由多到少，人教版教材各模塊依次為：電磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、近代物理學(xué)；LLS版教材各模塊依次為：力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、近代物理學(xué)、聲學(xué)。兩套教材各模塊下的科學(xué)探究活動數(shù)量占活動總數(shù)的百分比亦有較大差異，具體如圖1所示。

在探究活動數(shù)量方面，其一，兩套教材占比最大的都是對物理知識與概念的探究活動，說明兩套教材均重視基礎(chǔ)物理知識。人教版教材79%的探究活動都是圍繞物理知識與概念開展的，說明夯實(shí)基礎(chǔ)知識仍是我國高中物理教學(xué)的重要目標(biāo)。相較之下，雖然LLS教材探究活動圍繞最多的內(nèi)容也是物理知識與概念，但仍有近半數(shù)探究活動圍繞其他內(nèi)容開展。其二，兩套教材圍繞物理與生活開展的探究活動數(shù)量相當(dāng)，占比相差不大，說明培養(yǎng)應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力是兩國物理教學(xué)的共同目標(biāo)。其三，人教版教材沒有以物理學(xué)史為中心內(nèi)容的探究活動，多通過正文或科學(xué)漫步欄目以編年史的形式專門介紹人類對某一問題的認(rèn)識的發(fā)展歷程以及科學(xué)家的生平與貢獻(xiàn)，過程不涉及探究活動。而LLS版教材有6%的活動圍繞物理學(xué)史開展。學(xué)習(xí)學(xué)科歷史有助于讓學(xué)生了解學(xué)科的發(fā)展，理解科學(xué)是有一定局限性的科學(xué)本質(zhì)。其四，人教版教材圍繞科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系開展的探究活動只有3%，少于LLS版教材的19%，原因是人教版教材圍繞科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系開展的教學(xué)不限于探究活動，還會讓學(xué)生通過閱讀來了解科技進(jìn)步和社會發(fā)展。LLS版教材注重通過探究活動加強(qiáng)學(xué)生將知識與科技、社會相聯(lián)系的意識。其五，探究活動的組織方面，LLS版教材呈現(xiàn)出明顯的、基于內(nèi)容的、漸進(jìn)式的結(jié)構(gòu)，人教版教材的線性結(jié)構(gòu)不具有這樣的特點(diǎn)。具體如圖2所示。

（二）科學(xué)探究活動呈現(xiàn)方式

教材設(shè)置了不同類型的欄目來指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行活動，欄目是教材呈現(xiàn)活動的重要組織形式，是教材結(jié)構(gòu)的重要支點(diǎn)。兩套教材科學(xué)探究活動的欄目分布數(shù)量、占比如表3所示。在欄目安排上，人教版教材與探究活動相關(guān)的欄目有實(shí)驗(yàn)、演示、做一做、拓展學(xué)習(xí)、思考與討論、課題探究和專題實(shí)驗(yàn)。LLS版教材與探究活動相關(guān)的欄目有實(shí)驗(yàn)型活動、探索型活動、其他工作和高考指導(dǎo)。人教版教材設(shè)置的欄目不僅功能指向清晰，而且拓展學(xué)習(xí)等選做活動有一定的彈性與機(jī)動性，較為靈活。LLS版教材根據(jù)不同主題知識內(nèi)容設(shè)置的探索活動和實(shí)驗(yàn)型活動大多屬于探究活動，在編寫這兩個欄目的活動時遵循“問題—設(shè)計(jì)方案—開展活動—總結(jié)”的流程，各環(huán)節(jié)清晰明了，學(xué)生可以根據(jù)提供的線索自主完成探究任務(wù)。

在信息符號方面，人教版教材在表述時，重視語言準(zhǔn)確性和邏輯的緊密性，在句法上以祈使句為主。LLS版教材在表述時語言簡明扼要，篇幅小，指導(dǎo)性強(qiáng)，便于學(xué)生感知重要信息，句式上偏重于使用疑問句。組織探究活動內(nèi)容時，LLS版教材更偏重先探究后總結(jié)的歸納式，人教版教材更多地將探究活動置于概念或規(guī)律教學(xué)之后。

從圖表數(shù)量上看，人教版教材有36個數(shù)據(jù)圖表，平均每個探究活動有0.26個數(shù)據(jù)圖表，少于LLS版教材的0.58個；人教版教材共有171張插圖，略低于LLS版教材的184張，人教版教材平均每個探究活動有1.31張插圖，少于LLS版教材的1.63張。兩套教材均是示意圖多于實(shí)物圖，插圖的功能側(cè)重不同。人教版教材中裝置功能的插圖占比最大（32%），其余功能插圖由多到少分別為：原理（22%）、過程（20%）、結(jié)果（18%）、器材（6%）、情境（2%）；LLS版教材中原理功能的插圖最多（32%），其余功能插圖由多到少分別為：情境（26%）、過程（17%）、器材（10%）、結(jié)果（8%）、裝置（5%）、人物肖像（2%）。最大的差異在情境圖和裝置圖上，人教版教材用于鋪設(shè)情境的插圖共4張，與LLS版教材的47張形成了鮮明對比；同樣人教版有54張插圖用于展示活動裝置，遠(yuǎn)多于LLS版的10張。這說明人教版教材重視通過插圖幫助學(xué)生認(rèn)識并初步了解實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生對活動器材的組裝有更明確的認(rèn)識，便于活動的開展；LLS版教材側(cè)重對于探究情境的鋪設(shè)，為學(xué)生提供感性認(rèn)知材料，且其中85%的情境圖是通過實(shí)際情境或?qū)嵨镎掌尸F(xiàn)的，注重引導(dǎo)學(xué)生置身于貼近現(xiàn)實(shí)的探究情境。另外，人教版過程插圖、結(jié)果插圖多于LLS版教材，原理插圖、器材插圖少于LLS版教材。兩套教材都較為注重通過插圖幫助學(xué)生理解活動原理，較少通過插圖直接展示探究結(jié)果，鼓勵學(xué)生自主探究（見圖3）。

（三）科學(xué)探究活動開展預(yù)設(shè)

基于不同的教學(xué)目標(biāo)，科學(xué)探究活動有多種方式，包括實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、制作、交流、數(shù)學(xué)方法等。人教版教材以實(shí)驗(yàn)探究為主，共107個（占比77%），對于一些需要通過較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)來探究學(xué)習(xí)的內(nèi)容，還安排了專題實(shí)驗(yàn)探究；交流探究占比17%，位居其次，這與思考與討論欄目有關(guān)；通過調(diào)查、制作和數(shù)學(xué)方法開展的活動較少。LLS版教材的探究活動也是以實(shí)驗(yàn)為主，共64個（占比57%）。占比由大到小的探究方法分別是：實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)學(xué)方法、交流探究、調(diào)查探究和制作探究。力學(xué)模塊的探究方式最為多樣，有5種，熱學(xué)和聲學(xué)模塊的各有3種，其余模塊各有4種。 除此之外，LLS版教材的部分實(shí)驗(yàn)探究活動是以游戲或競賽的方式開展的，這是人教版教材未采用的方式。具體如見圖4所示。

為研究兩套教材在探究水平上的差異，用LLS版教材各環(huán)節(jié)水平占比減去人教版教材對應(yīng)環(huán)節(jié)水平的占比，可以得到兩套教材在各環(huán)節(jié)探究水平比例分布的差異。為便于比較，用淺色表示LLS版教材該環(huán)節(jié)該水平比例更高，用深色表示人教版教材該環(huán)節(jié)該水平比例更高。在探究水平方面，人教版教材從提出問題到交流評價(jià)各環(huán)節(jié)在水平0和水平3上都比LLS版教材多，而在水平1和水平2上則平分秋色，因此總體而言兩套教材沒有明顯的探究水平高低之差。以人教版教材及LLS版教材探究水平的頻次數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對兩套教材內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間的探究水平差異進(jìn)行卡方檢驗(yàn)，分析可知，兩套教材內(nèi)部各部分之間的探究水平存在顯著差異（p<0.001），由此可知教材編寫關(guān)注內(nèi)容的探究性差異（見表4）。

綜上所述，從探究活動內(nèi)容來看，兩套教材都主要基于物理知識與概念，同時注重物理與生活的緊密聯(lián)系，與法國LLS版教材相比，我國人教版教材更注重物理基礎(chǔ)知識教學(xué)。從探究活動的呈現(xiàn)來看，兩套教材都在章節(jié)段首創(chuàng)設(shè)問題情境相關(guān)欄目，引發(fā)學(xué)生對接下來要學(xué)習(xí)的內(nèi)容的思考，這樣既可以培養(yǎng)科學(xué)探究中所要求的問題意識和提出問題的能力以及思維習(xí)慣，又可以使學(xué)生帶著問題進(jìn)行概念的建構(gòu)和規(guī)律的探究。從開展活動的預(yù)設(shè)來看，人教版教材以實(shí)驗(yàn)探究為主，以交流探究為輔。與人教版教材相比，LLS版教材同樣注重通過實(shí)驗(yàn)開展探究活動，但會更側(cè)重?cái)?shù)理方法探究活動。從探究活動的水平對比來看，兩套教材的探究水平?jīng)]有明顯高低之分。

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Comparative Study of Scientific Inquiry Activities in Chinese

and French High School Physics Textbooks

WANG Zhen1? ?ZHAO Yuxi2? ?XIU Qianqian1? ?HOU Yingzhuo1? ?TIAN Xuewei3? ?WANG Jingying4

（1. School of Physics and Electronic Technology， Liaoning Normal University， Dalian 116029， China;

2. Dalian Nanjin Experimental School， Dalian 116100， China;

3. Normal College， Qingdao University， Qingdao 266071， China;

4. Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract： Since the beginning of the 21st century， many countries around the world have initiated science curriculum reforms， and scientific inquiry as a core content has been written into the curriculum standards of many countries. The article selected the representative Chinese Peoples Education Edition and the French LLS edition high school physics textbooks as the objects of the study， comparing the design of scientific inquiry activities， and discussing the theme setting， presentation form， and pre-designed activities of scientific inquiry in the textbooks. Based on the existing research and taking into account the characteristics of the object， we determined the comparative dimensions and index system to deeply analyze the scientific inquiry activities in the two sets of textbooks and compared the textbooks in terms of the three dimensions of the positioning of the content of the inquiry activities， the way of presenting them， and the preconceived notions of carrying out the activities. The study found that in terms of the content of inquiry activities， the Chinese Peoples Education Edition textbook emphasizes more on basic knowledge; in terms of the presentation of activities， both sets of textbooks are able to guide students thinking and cultivate the ability of inquiry; in terms of the presetting of activities， both sets of textbooks focus on experimental inquiry， but each has its own emphasis on the allocation of other activities. The results of this study are expected to provide references for the compilation of textbooks， in-depth discussion， and practice of scientific inquiry.

Keywords： High school physics textbooks; Scientific inquiry; Comparison of textbooks; Inquiry activities

編輯 朱婷婷? ?校對 呂伊雯