美、日兩國高中物理教材比較及其對我國高中物理課程的借鑒意義

摘要:美國高中階段物理課程注重科學探究、密切聯系生活實際，日本高中階段物理課程則重視基礎，強調發展個性。選取兩國物理學科課程教材作為比較研究對象，通過分析美、日兩國物理教材的內容和特點，反思和學習兩國教材中體現的教學理念，可為我國新一輪課改中物理課程的具體實施提供參考和借鑒。

關鍵詞:教材;比較;共性;差異性;借鑒

中圖分類號:G423.04文獻標志碼:A文章編號:1673-4289(2009)07-0019-04

教材是教與學的中介，是教師組織教學的主要依據，也是學生學習的主要資源。課程設計者在編制教材的時候會盡可能地將其教學理念通過教材文本傳遞給師生。一直以來，我國的課程發展希望能夠從各國經驗中汲取養分，但有能力對眾多國家紛繁復雜的教育現象進行概述的畢竟是少數，且龐雜的信息可能影響我們對所需求的信息的篩選。因此，選取教材作為研究對象以獲得對國外物理教育的一些切實的觀感業已成為一種必需。

一、美國、日本高中物理教材簡介

(一)美國高中物理教材介紹

美國高中物理課程注重科學探究、密切聯系實際。本文以《實用物理活動》(Hands-on Physics Activities)①一書為例介紹美國高中物理教材的特點。如表1所示，《實用物理活動》主要由8個單元，34節構成。

該教材包含了166個知識點，知識點與學生生活密切聯系的有趣探究活動相聯系，比如“鋼球賽跑”、“電梯里的力”、“對正在彈跳的籃球能量的分析”等，可以看出教材編寫者非常重視讓學生在科學探究的基礎上理解、掌握知識，培養能力。

(二)日本高中物理教材介紹

日本高中開設的13個理科科目中，學生至少要從帶Ⅰ的科目和綜合理科中選學兩科，物理Ⅱ是在原來的物理Ⅰ(B)中較難內容的基礎上擴大補充而成的，屬于學術性理科，其特點是對Ⅰ(B)科目的擴充和加深。物理Ⅱ階段共有7套教材可供選用。本文以《物理Ⅱ(修訂版)》②為例介紹日本高中物理教材的特點。

表2中呈現出日本教材注重學科體系的構建，希望能夠通過教材明確學習課題與學習階段的特點。盡量避免了百科全書式地羅列學習項目的做法，以基本概念為學習的主線，用精練的語言進行具體解說，幫助學生更好地理解。而以“科學專題課題”的方式穿插于教材之中的探究活動，編排生動豐富，能夠讓教師和學生根據實際情況靈活實施觀察與實驗。

二、美、日兩國物理教材之比較

(一)共性分析

1.注重科學探究活動

《實用物理活動》中每一個知識點均設計成一個實驗或調查研究活動，整個教材有166個學生活動。課程設計者期望通過活動為學生和他們的周圍世界提供富有意義的相互作用。每一個活動包括:“探究的概念”(concepts to investigate)、“材料”(materials)、“探究的原則”(principles to investigate)或“原理和程序”(principles and procedures)等項內容。低成本儀器能在科學實驗室中方便地找到。學生通過實驗活動，既能在輕松愉快的環境中學習、掌握物理概念、規律，又能深刻領會科學的“方法維度”(process-dimension)。

《物理Ⅱ》教材采用“專題研究”的方式，強調科學的系統性和方法、能力的培養[1]。每個專題包括:“案例提示——呈現野外進行探究活動或進行課題研究的案例，使學生把握探究過程和方法”，“研究目的——從事物現象中提示學生之間互相討論觀察、實驗的方法及猜測結果的情境”，“基本操作——使學生徹底把握觀察、實驗的基本技能，并充實記述實驗器具、坐標圖等的基本操作”，“總結——實施觀察、實驗、解釋結果、發現規律性、總結及發表等學習活動案例”，“資料來源——在地層、地震、標本、氣象等圖中明確記載日期、地點及比例尺等，并在卷尾記載提供插圖、相片、資料的單位”。

2.吸收了物理學科學習心理學的研究成果

物理學科學習心理學的研究成果認為，學習者在學習物理課程之前就已經具有某些先前經驗，只不過這些經驗可能是與物理概念不一致的錯誤概念或者不完整概念。物理學科學習一般具有四個認知過程:識別現有概念不足以解釋的現象，形成新的概念以更好地解釋所觀察到的現象，應用這些新概念來解決新的科學問題，形成科學推理的專長[2]。

《實用物理活動》的課程設置者擯棄了“傳統的物理學習就是在個人的記憶里填加越來越多的概念信息”的行為主義學習觀，采用了“學習是指個體的知識結構發生實質性的改變”的“認知—轉變”理論學習觀，強調學習物理的目的是解釋自然界，而不只是描述自然界。例如對于“功和功率”這個知識點，《實用物理活動》給出需探究的概念是“可操作性的功率”，需要預測的是“影響功率的各個因素”，需解釋內容是“力、距離、功、時間、功率等的數據”，活動器材包括“一段樓梯、米尺、磚塊、彈簧秤”，需學生討論的內容有“列舉三件你能做的、使你登樓時功率增大的事情”等。

由于日本的物理I階段以日常的事物和現象為中心，課程內容比較淺顯易懂。《物理Ⅱ》則以形成系統的物理學基本概念為中心，設置了“課題研究”的大項目。這種設計可以讓學生結合各個項目內容的學習，通過觀察和實驗，建立假設和模型、推論、控制條件、測定、數據處理和分析、解釋、發現規律等，學習物理學的研究方法，寫出有創作意義的研究報告，培養學生對自然科學的興趣和熱情，對自然的綜合見解、分析考察能力及合理、有效利用自然資源的態度。對要解決的課題，可以適當地利用計算機進行資料檢索、計算、測量、結果的綜合、處理等。

3.吸引更多的學生學習物理的同時對學生的學術水平抱有高期望

美國和日本教材都強調為學生提供與書本知識相關的大量的、豐富的資料和信息。《實用物理活動》中包括了SUV的穩定性、跑鞋的學問、地震保護、混合動力型汽車、自行車的齒輪變數器、信用卡讀卡器、熱核聚變、第五種物態、人工智能等知識的介紹。《物理Ⅱ》共收錄的13個研究專題涉及力矩、向心力和離心力、慣性矩、鐵錘的轉動、非線性電阻、電磁感應、電磁波的偏振、光電效應、氫原子軌道模型、中子的存在等。豐富而且貼近現實生活的知識材料儲備就是為了吸引那些好奇而且獨具個性的學生，希望教材能夠面向全體學生。

但是美國和日本都建立了多層次多類別的學術標準以保證本國學生的學術水平不低于世界上任何一個國家。美國在1991年《美國2000年:教育戰略》中，明確提出要在核心科目領域開發新的“世界級標準”并籌劃建立了全國教育標準和考試委員會(即NCEST)，建立了全國性標準、州一級標準和學區一級標準三級體系來保證學生學業水平[3]19。日本1993年3月公布的高中理科《學習指導要領》中指出，高中理科改革的基本方針是“更加重視科學探究學習，培養探究自然的能力和態度。同時針對每個學生的能力、適應性、興趣關心、進取希望等，培養豐富的科學素養”。通過統一的國家課程標準，分三個層次來保證學生學術水平逐步提高:理科綜合——通過觀察和實驗等來理解科學與人類生活的關系，理解和認識人類探究和闡明自然規律的過程和方法以及科學的發展過程，提高對科學的興趣和關心，培養科學的見解和方法;物理Ⅰ——通過對物理事物和現象進行觀察和實驗，提高對自然的關心和探究心，培養探究物理的能力和態度，同時理解物理學的基本概念、原理和規律，培養科學的自然觀;物理Ⅱ——通過對物理事物和現象進行觀察、實驗和課題研究，提高對自然的關心和探究心，培養探究物理的能力和態度，同時深入理解物理學的基本概念、原理和規律，培養科學的自然觀[4]。

(二)差異性分析

1.教材內容差異

美國和日本的物理教材編制都著力體現該國的科技專長，并應工業發展之需調適課程內容的比例。美國物理課程偏重培養學生的實驗操作能力、實驗設計能力、新實驗計劃的研制能力和新實驗器材的開發利用能力，這與美國在高科技領域保持的不斷變革精神一致。日本的物理課程偏重學生對理論知識的掌握，并強調電磁學和原子物理學部分知識的傳授，源于其電子工業高度發達，高能物理研究以及原子能應用在全球處于的領先地位。

2.教材編排結構上存在的不同

美國高中物理教材存在體系不夠清晰的問題。美國課程標準由全國性標準、州一級標準、學區一級標準構成，且其主要內容是關于認知結果的規定，靈活性大，但是減弱了教材的結構[3]23。日本物理教材的難度偏大，是因為日本只有國家課程標準(學校有開發學校課程的自主權，但是不存在學校課程標準)。文部省對某個階段學生學業水平的要求一致，把一直作為最高上限標準的新學習指導要領變成了必須達到的最低標準;要求教師對理解能力強的學生補充超出教科書內容和新學習指導要領規定范圍的學習;在教科書審定標準方面，允許教材超出新學習指導要領范圍編入發展性學習內容等。

3.學業評價體系的不同

美國物理課程評價圍繞學生在三個主要目標上的進步，即對科學概念的理解，進行科學探究的能力和對探究的理解。因此教材中設計了檔案袋評價、實驗表現評價、知識評價和技能評價四個方面。日本在學業評價方面比較看重知識和技能的評價，包括“動機和態度”、“利用資料的能力和方法”、“思考與判斷”、“知識與理解”四個方面，除去第一項在學習活動中考查外，其余都要求定期考查。

三、對我國物理課程的借鑒意義

1.教材應該為學生提供發展興趣的機會并鼓勵學生主動進取

美國和日本的教材都呈現出一種模塊化傾向，學生通過靈活選擇課程實現興趣的發展。我國現行物理教材也采用了物理1、物理2和選修物理1、2、3模塊的組合，其主要著眼點是消除學生在物理學科課程學業成就上的差異，但是沒有解決讓學生學好物理和減輕課業負擔的問題。

2.教材應能支持教育改革所提倡的理念

基本的四類教學方法——“信息加工類教學、個性發展類教學、社會交往類教學、行為系統類教學”③應與教材內容、教材結構相匹配。中國物理教師，特別是高中物理教師，常常面對教學評價和課程評價的雙重標準。要求教師以個性發展類教學模式實現信息加工類教學目標容易讓教師無所適從。

3.教材可以通過網絡獲得延續和支持

在美國物理教材中特別醒目的一個板塊就是“物理學在線”，例如physicspp. com/internet_lab這樣的網站，可以讓學生將自己測量的重力加速度貼到數字地圖上去，不同位置、區域和海拔對重力加速度的影響一目了然。數字圖書館和數字實驗室的推廣可以為教師的科研提供便捷的服務，教師通過自己的個人主頁也可以與學生實現資源共享[5]。我國現在的教學科研網站比較側重于教學理論和教學經驗的交流，若能在中學物理數字實驗室方面有所發展，將會為師生們提供一個廣闊的學習平臺。

總之，我國高中物理新教材的發展方向是不再追求物理學科本身的完備性和知識的覆蓋面，而是選擇最有價值和學生終身發展必須具備的知識作為教材的內容，把教材的中心價值轉移到學生怎樣使用教材上來，且賦予教材內容以更多的價值觀，強調關注學生的學習興趣和經驗，形成積極主動的學習態度。

參考文獻:

[1]徐杰.美日港典型高中物理教材評介[J].物理教師，2002，(5):7-10.

[2][美]邁耶.教育心理學的生機:學科學習與教學心理學[M].姚梅林，譯.南京:江蘇教育出版社，2005，(12):202.

[3]陳霞，趙中建.中英美三國的課程標準之比較[J].外國教育研究，2005，(7).

[4]徐杰.新世紀中日兩國高中物理課程比較[J].物理教學探討，2005，(4):31-34.

[5]趙忠賢.美國科學教育改革“萬花筒”項目(Project Kaleidoscope)簡介[EB/OL].(2003-01-15).http://hanbo.ci123.com/article_604.html.

(作者單位:西南大學教育科學研究所，重慶 400715)

注:

①James Cunningham， Norman Herr. Hands-On Physics Activities with Real-Life Applications: Easy-to-Use Labs and Demonstrations for Grades 8 - 12[M]. The Center for Applied Research in Education， West Nyack， New York， 1994.

②近角聰信，田沼靜一，長谷川博一.(新課程)教科書[物理II][M].東京:東京書籍株式會，2001.

③參見:施良方.課程理論——課程的基礎、原理與問題[M].北京:教育科學出版社，1996:142-144.