不同知識呈現方式下的物理學科核心素養培養

林冰冰+柯曉露+陳成波

摘 要：本文通過對閩臺兩地高中物理教材力學部分的比較研究，分別從教材“表層結構”和“深層結構”兩個方面展開，比較兩地教材對力學部分知識的選取、鋪陳以及內容組織等方面，并對其所折射出的相關學生核心素養的培養進行進一步探討，為兩地的物理教學提供一個參考。

關鍵詞：教材比較；閩臺；力學；核心素養

引言

中學物理教材改革從1978年發行的十年制物理教材試用本開始，到后來根據兩種教學要求修訂的甲、乙種本，到如今一綱多本 [1 ]。大陸中學物理教材從“打好基礎，培養能力”到現在的“促進學生物理核心素養的形成和發展”，越來越重視對學生的終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力的培養。

臺灣從八十年代末課程改革中提出的“課程統整”，到2001年《“國民”教育九年一貫制課程暫行綱要》實施，其物理教材也從原來的“一綱一本”到如今的“一綱多本”，從以選拔、高分為主變為側重普及能力培養。

高中物理教材中，無論哪個版本，力學部分都是內容最多、篇幅最長的，對學生的定量分析要求也是最高的，其重要地位不言而喻 [2 ]。

本文選用在臺灣使用較為廣泛的南一版教材（傅昭銘、陳義裕主編，南一書局出版） [3 ]。由于臺灣高中物理奉行的是“高一統識，高二分流，高三選修”教育模式，所以臺灣高中一年級教材《基礎物理一[全]》涉及的知識體系是高中階段的完整體系，但對知識點的要求就只是停留在定性的認識上，相當于是對其初中物理知識的一個初步深化和延續。高二的物理教材分為“社會組”（文科）和“自然組”（理科）兩套，分別是《基礎物理二A》和《基礎物理二B（上/下）》。本文選擇要求較高的“自然組”《基礎物理二B》（上/下）教材力學部分。

1 兩地教材 “表層結構”整體比較研究

所謂“表層結構”是指從教材的外在表現形式，也就是教材在內容上的呈現方式和框架安排。

1.1 兩地教材體例比較

在呈現方式和框架安排上，很大程度取決于教材的組織形式，也就是本文所說的教材體例。魯科版和南一版的教材體例如圖1所示。

從教材體例上看，魯科版中的后記與南一版中的編者大意作用相當，都是為讀者介紹該套教材編寫所參考的標準，以及教材的特色。此外，南一版還多出了中英索引、圖片來源以及習題解答。在南一版教材中，較為突出的特色是，該套教材在每一個章節末尾都編排有本章學習重點、習題以及在教材最后還給出習題解答。這樣安排不僅能夠讓學生清楚明了章節重點知識，在課后還可以及時得到習題訓練和解答，如此出發可以一定程度上減輕學生對于課外輔導書籍的需求。相對于南一版，魯科版在欄目設置中種類更加豐富多樣，這樣大大豐富了學生物理學習，例如在“迷你實驗”中，引導學生利用生活中常見易得的物品，通過簡單易行的實驗步驟讓學生切身感受物理學的惟妙。

1.2 內容組織方式

兩地教材在內容組織上都各具特色，都在遵循當地課標的基礎上，通過一定的欄目設置來擴展和豐富學生對物理知識的學習。

在魯科版教材中，每一個章節前都用生活實例“導入”，引出本章將要學習的相關內容。并通過“本章要求”將《普通高中物理課程標準（實驗）》里對相關知識點的掌握要求詳細列出。如此，學生對于自己所要掌握的知識點以及掌握程度有所了解，也能更好自主學習。在每一個章節引入新知識之前，編者大多以生活實例創設情境，注重學習體驗。在編排中穿插各種欄目設置來豐富學生物理學的學習。以物理必修1中的第四章“相互作用”為例，在“重力與重心”一節中，編者先是以踢球為例子，點出運動員在踢球時腳對球施加力可以改變球的形狀和運動方向，進而引出對力的描述。在此之中，編者又用了四個信息窗向學生展示“我國古代人對‘力的認識”以及“四種基本的相互作用”等，在向學生介紹如何描述力的基礎上，又進一步介紹了自然界中四種基本的相互作用，重視物理觀念的培養，大大豐富了學生學習的內容。在“迷你實驗室”中，編者用白紙和小鐵管指導學生進行傾角儀的自制，引導學生用身邊簡易的材料做有趣的小實驗，這生活化的物理實驗增強了學生做實驗的樂趣，還培養了學生的實驗技能。“實驗與探究”則是教材中實驗，引導學生通過嚴謹的科學探究，來完成對重心的測量。在“討論與交流”中，編者創設相關情境并提出問題，引導學生暢所欲言，深入思考。另外還有“方法點撥”給以學生科學方法和物理思想上的點撥，“拓展一步”提供給學生更多可選擇的內容去了解等欄目。可以說在章節的知識編排上，魯科版教材切實體現了核心素養培養中的在實驗探究中培養物理科學思維。

南一版中，在章節首頁安排一幅A4大小的圖，內容以生活中常見的物體、運動等為主，在圖的右下方以類似“投手將棒球投出，打擊者要將球擊出，兩人對球施力的量值相同嗎？如何進行估算？”這樣的句子來引導學生進行思考進入新知識的學習。另外圖例右下側安排有“名人語錄”以啟發學生的閱讀興趣與思維。在章節中，常以物理學史或是生活中常見現象引入新課，在物理概念和規律的學習過程中讓學生掌握科學方法。在延伸和豐富學生物理學的學習方面，編者同樣用欄目設置方式展開。部分章節中穿插了“小知識”、“延伸閱讀”、“想一想”、“做一做”等欄目。以第四章“牛頓運動定律”為例，“小知識”散落在章節編排中，涉及的內容從“墨子與自然科學”、“原始的牛頓運動定律并非目前課本的敘述”到“巨觀與微觀”、“冷焊”等，通常是對教材中的物理概念做進一步的闡述。在“延伸閱讀”中，則是較為全面的教材引申知識的闡述，分別從“自由體力圖的作法”講起，進而安排“力圖繪圖要領的建議”以及“非慣性坐標系與假象力”的講解，擴展了學生的知識面?！跋胍幌搿?、“做一做”等欄目是讓學生在學習教材物理知識的基礎上，借助網絡書籍等資料進行探索活動，觸發學生思維，提高學生用科學方法解決實際問題的能力。在編排中編者始終堅持以“物理學的基本原理為‘經，物理知識在生活中應用為‘緯”交互編寫 [4 ]。由此看出，“南一版”更加注重的是物理觀念的培養。

2 兩地教材力學部分“深層結構”比較研究

教材的“深層結構”則是在“表層結構”的基礎上所體現的知識內容特征，反映的是以知識為載體，對學生物理學科核心素養的培養。

2.1 力學部分知識內容結構比較

在兩地高中物理教材中，力學部分知識的選取大致相同，主要包括機械運動和萬有引力。但是南一版中增加了角動量以及質心運動等內容，所涉及的知識點更加全面，在對學生的定量分析上要求更高一些。魯科版則是將動量部分的內容作為學生的選修部分安排到選修3-5。魯科版和南一版教材在力學部分章節目錄如表1所示。

在運動中，兩地教材都是從位移、質點以及速度等基本概念入手，引出勻變速直線運動。南一版中，編者在勻變速直線運動之后進一步將直線運動通過平面向量拓展到平面運動，而后將拋體運動全盤托出。而魯科版則是將拋體運動與直線運動分開，納入曲線運動，安排在圓周運動之前。在周期運動中，魯科版增加了離心運動，而南一版則選擇簡諧運動。

在運動和力上，魯科版先是介紹了重力、彈力和摩擦力，而后再進行力的合成分解，進而講述牛頓三大定律。南一版在知識點上則增加了力矩、質心運動，（角）動量等內容，知識點編排更加全面，難度與深度也因此更勝一籌。

2.2 知識點呈現方式比較研究（以牛頓第二定律為例）

在知識點闡述方面，編者都力求用淺顯易讀的語言文字對物理概念與規律進行解釋與闡述 [7 ]。下面以“牛頓第二定律”為例展開。

魯科版的“牛頓第二定律”安排在“牛頓第一定律”之后進行，從實驗探究入手，對“加速度與力、質量的關系”進行探究。首先告訴學生外力作用的結果是物體的運動速度產生變化，即產生加速度，從而引出加速度可能與物體所受外力有關，進而設計實驗進行“加速度與物體受力的關系”實驗探究，實驗中利用打點計時器，通過紙帶上打出的點來求算小車加速度。在探究“加速度與質量的關系”中同樣是通過生活經驗引導學生對加速度和質量的關系進行設想，然后進行實驗設計與驗證。將這兩個實驗的結論總結起來就是牛頓第二定律的內容，這樣接下來對牛頓第二定律的學習也就順理成章。在牛頓第二定律的學習之后，是對力學單位制的籠統學習，引出國際單位制。魯科版以知識為載體，注重培養學生在“實驗探究”以及“科學思維”方面的素養培養，而且要求的水平層次是較高的。

南一版中的“牛頓第二定律”同樣是安排在“牛頓第一定律”之后進行的。但是在闡述上卻又不同于魯科版。南一版主要是通過對前人對牛頓第二定律發現的發展脈絡展開。從亞里斯多德的理論描述開始，到伽利略的定量實驗探究，到最后牛頓在《自然哲學的數學原理》對運動現象的原因做徹底探討。最后才給出對牛頓第二定律的論述。在這之后，教材加入了該知識點在向量上的拓展，引出將問題分為相互垂直的x、y、z三個分量進行解題，并通過討論加速度方向和大小引出失重現象。另外在本節“拓展延伸”中還加入了“自由體受力圖的作法”等內容。南一版教材則是更加側重從經典物理視角出發，對學生的物理觀念進行培養。

在知識的鋪陳呈現上，兩地教材有很大的不同，但各具優勢。魯科版用實驗探究的方式讓學生自己對牛頓第二定律嘗試進行闡述，這樣更能讓學生在深刻理解該定律的基礎上，也教會學生如何用科學的方法進行實驗探究，對其物理思維訓練和實驗能力是很好的鍛煉。南一版從物理學史角度出發，充滿故事性的教材閱讀美感更強，而且在內容上要比魯科版更加豐富。

3 總結

從教材評價的“知識內容”與“內容組織”這兩個維度來總結閩臺兩地高中物理教材的差異如下：

從知識內容的編排上看兩地教材在力學部分所囊括的知識點大致相同，主要包括機械運動與萬有引力這部分。但南一版在這個基礎上還增加了力矩、質心運動，（角）動量等內容，知識點編排更加全面，難度與深度也因此更勝一籌。

從內容組織上看，魯科版的體例更加豐富多彩，注重實驗探究過程，提供給學生更多實驗探究上的引導。在物理學科核心素養培養上更加注重學生在科學思維和實驗探究方面的培養。而南一版則更多的是從物理學史出發，注重對學生物理思維深度啟發，側重對學生進行物理觀念的培養。

參考文獻：

[1]謝利民，戰永杰.中學物理教材改革回顧與思考[J] .中學教師培訓，1990（10）.

[2]王較過.中學物理教材研究與教學設計[M].西安：陜西師范大學出版總社有限公司，2014：27-111.

[3]傅昭銘，陳義裕.基礎物理[一]（第三版）[M].臺北：南一書局，2014：1-21.

[4]黃占林.海峽兩岸高中物理課程及教材比較分析[J] .教育科學論壇，2011（1）.

[5]中學物理教材編寫組.普通高中課程標準實驗教科書物理1（必修）（第4版）[M].濟南：山東科學技術出版社，2011.

[6]中學物理教材編寫組.普通高中課程標準實驗教科書物理2（必修）（第4版）[M].濟南：山東科學技術出版社，2011.

[7]王璐，王較過.讓教材散發智慧的味道：臺灣高中物理教科書中物理知識呈現方式淺析[J].中學物理教學參考，2011（4）.