人教版教材與美國(guó)《物理原理與問(wèn)題》教材的比較研究
——以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例

李雪瑩 高 嵩

(山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250014)

教材與書(shū)評(píng)

人教版教材與美國(guó)《物理原理與問(wèn)題》教材的比較研究
——以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例

李雪瑩 高 嵩

(山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250014)

教材是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的有效依據(jù)，充分解讀比較不同版本教材，有助于提高教材編寫(xiě)的質(zhì)量，從而優(yōu)化教與學(xué)．以中美物理教材(中：人教版必修1；美：物理：原理與問(wèn)題上冊(cè))中“自由落體”一節(jié)內(nèi)容為例，深入比較兩版教材的編排設(shè)置，為我國(guó)新課標(biāo)物理教材的進(jìn)一步完善提供建議．

人教版教材 美版教材 差異

各種版本教材在課程編排結(jié)構(gòu)，內(nèi)容選擇，組織方式和顯現(xiàn)形式等方面都存在著差異性，正確的理解和比較這些差異性，既有助于提升教師對(duì)知識(shí)的理解，強(qiáng)化自身能力，又能幫助教師更好的處理知識(shí)點(diǎn)以教授學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解學(xué)習(xí)能力[1]．所以，研究各種版本教材的差異性，有重要的現(xiàn)實(shí)意義．筆者以人教版、美版中學(xué)物理教材中“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的比較為例，來(lái)比較中、美不同版本高中物理教材的差異．對(duì)人教版教材與美國(guó)《物理原理與問(wèn)題》教材中“自由落體運(yùn)動(dòng)”這節(jié)內(nèi)容的差異比較，可以從以下3個(gè)方面進(jìn)行分析．

1 章節(jié)中課程編排的差異

人教版教材在第一章和第二章中學(xué)習(xí)了加速度及勻加速直線運(yùn)動(dòng)后，將自由落體運(yùn)動(dòng)作為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例編排在最后，緊接著用了一節(jié)的內(nèi)容講解伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，敘述了其研究的來(lái)龍去脈，突出描述物理概念和研究方法的脈絡(luò)，揭示物理學(xué)觀念、方法和內(nèi)容發(fā)生、發(fā)展的原因和規(guī)律性，達(dá)到了能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，滲透給學(xué)生創(chuàng)新方法的效果．

保羅·朗之萬(wàn)說(shuō)：“在科學(xué)教學(xué)中加入歷史的觀點(diǎn)是有百利而無(wú)一弊的．”在物理教學(xué)中，物理學(xué)史理應(yīng)成為一種珍貴的教學(xué)資源．但近年來(lái)我國(guó)的教育由于受應(yīng)試教育觀念的影響及物理教材本身的因素，物理教師很難把物理學(xué)中豐富多彩的物理學(xué)史內(nèi)容傳達(dá)給學(xué)生，使得學(xué)生對(duì)物理基本概念、規(guī)律的由來(lái)知之甚少．在學(xué)生看來(lái)物理知識(shí)是深?yuàn)W難懂的，因而學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)物理越來(lái)越覺(jué)得乏味難學(xué)，甚至越來(lái)越缺乏學(xué)習(xí)的熱情．這與物理學(xué)在科技與社會(huì)發(fā)展中越來(lái)越重要的地位是不相適應(yīng)的．科學(xué)知識(shí)不是靜態(tài)知識(shí)點(diǎn)的集合，而是充滿探索的歷史畫(huà)卷．物理學(xué)史在教學(xué)中必將為物理教學(xué)注入新的活力，還“歷史”真相于學(xué)生，讓學(xué)生與科學(xué)家一同探索自然的歷史，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理、攀登科學(xué)高峰的熱情，使學(xué)生更好地領(lǐng)悟物理知識(shí)，體會(huì)到歷史發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)步的關(guān)系，以及科學(xué)技術(shù)是如何推動(dòng)了人類(lèi)的發(fā)展．

美版教材同樣將自由落體運(yùn)動(dòng)作為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例而編排在最后，但不同的是緊接著又以一個(gè)重力加速度實(shí)驗(yàn)作為一節(jié)內(nèi)容來(lái)編排．可以看出美版教材對(duì)此實(shí)驗(yàn)的重視程度．這種安排，不但鞏固了前面關(guān)于勻加速實(shí)驗(yàn)的研究方法和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，而且對(duì)于重力加速度和測(cè)量不同地理位置的重力加速度的問(wèn)題進(jìn)行更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究．這樣既對(duì)剛學(xué)過(guò)的知識(shí)加以鞏固提高，又很好地將學(xué)到到的物理知識(shí)恰到好處的與生活實(shí)際相聯(lián)系．

實(shí)驗(yàn)探究對(duì)物理研究而言至關(guān)重要．雖然人教版教材與美版教材都很重視實(shí)驗(yàn)探究，但是，兩種版本的教材在實(shí)驗(yàn)探究方面還是有明顯的不同的．我國(guó)教材中的實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程的同時(shí)，更注重通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)新的知識(shí)，而美國(guó)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí)更注重通過(guò)實(shí)驗(yàn)引出相關(guān)的一系列問(wèn)題以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)利用已學(xué)到的物理知識(shí)解決問(wèn)題，認(rèn)識(shí)生活的研究過(guò)程．《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，“高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂(lè)于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考．通過(guò)多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神．”[2]對(duì)照《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，我國(guó)教材在達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)的期望上，仍有很長(zhǎng)的路要走．

美版教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的引入是值得借鑒的，我國(guó)教材在今后的改編中應(yīng)盡力避免直接說(shuō)明一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些知識(shí)，而是提出應(yīng)該解決哪些問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中讓學(xué)生潛移默化地了解與物理現(xiàn)象相關(guān)的知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的主體性．所以，我們不僅要增加實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量也是不容忽視的．

2 相同節(jié)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)講述方式的差異

2.1 引出“自由落體”概念的方式不同

在引出“自由落體”概念時(shí)，人教版教材通過(guò)同時(shí)釋放石塊和剪斷掛在線上的重物的實(shí)驗(yàn)，來(lái)說(shuō)明不同重量的物體自由下落的特性，進(jìn)而演示牛頓管實(shí)驗(yàn)引出“自由落體運(yùn)動(dòng)”的定義[3]．牛頓管演示實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象，且與自由落體運(yùn)動(dòng)不受空氣阻力的特點(diǎn)相吻合，還原了自由落體運(yùn)動(dòng)的真實(shí)發(fā)生情景．而且金屬片、小羽毛等這物體的選擇對(duì)比鮮明，有說(shuō)服力，能夠更加準(zhǔn)確闡釋即將要講出的自由落體的概念，使學(xué)生對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)理解的更加透徹清晰，解決了大部分學(xué)生之前固有的前概念問(wèn)題——同時(shí)釋放的幾個(gè)物體，重的物體總是下落得最快．

但把牛頓管實(shí)驗(yàn)編排在教材里有一定的不足與缺陷：該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有考慮到實(shí)際情況，其可操作性不強(qiáng)．因?yàn)榇蠖鄶?shù)學(xué)校沒(méi)有像牛頓管這樣的實(shí)驗(yàn)儀器，即使有這個(gè)儀器教師也可能因?yàn)椴僮鞑槐愣艞壯菔敬藢?shí)驗(yàn)．所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)大多是演示不了的，教師只能通過(guò)播放視頻或者口頭敘述向?qū)W生解釋?zhuān)敲矗阉旁诮炭茣?shū)里就會(huì)顯得突兀，設(shè)立該實(shí)驗(yàn)僅僅豐富教科書(shū)，而不是真正為了學(xué)生能更好地理解知識(shí)．編者的出發(fā)點(diǎn)是好的，但現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用效果不能盡如其意．這就為編寫(xiě)教材提出了一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)意義的建議，實(shí)驗(yàn)應(yīng)在合理的基礎(chǔ)上，應(yīng)具有操作性，應(yīng)貼近學(xué)生生活．

美版教材則是由一系列可操作的小實(shí)驗(yàn)來(lái)引入，實(shí)驗(yàn)中把平鋪紙和用其揉成的紙團(tuán)一起豎直下落，引出“重的物體是否下落的快”的疑問(wèn)，層層遞進(jìn)，引發(fā)學(xué)生思考，追問(wèn)出本節(jié)關(guān)鍵問(wèn)題：光滑的紙片與緊密的物體如鵝卵石相比，下落狀態(tài)是否相同？為什么？美版教材為了研究便利忽略了空氣阻力，研究最簡(jiǎn)單的情況，從而引出“自由落體運(yùn)動(dòng)”的定義[4]．演示實(shí)驗(yàn)突出了主要的研究問(wèn)題，忽略次要問(wèn)題，幫助學(xué)生理解自由落體運(yùn)動(dòng)，且便于操作，感興趣的學(xué)生可以自己操作，加深對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)的理解．美版教材不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)的教科書(shū)，也是教師備課的參考書(shū)，一些名師上課進(jìn)行新課引入時(shí)，會(huì)演示此實(shí)驗(yàn)來(lái)增強(qiáng)學(xué)習(xí)本節(jié)的趣味性．

但是，此實(shí)驗(yàn)還是有不盡完美的地方．空氣阻力是無(wú)法忽略的，演示該實(shí)驗(yàn)只能人為地要求學(xué)生考慮最簡(jiǎn)單的情況，讓學(xué)生想象沒(méi)有空氣阻力時(shí)物體的下落狀態(tài)即是自由落體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的透徹理解，會(huì)造成一部分學(xué)生的困惑，從而對(duì)后面進(jìn)一步學(xué)習(xí)知識(shí)產(chǎn)生障礙．

人教版與美版教材兩種引入方式各有利弊．作為教師，不能僅研究一本固定教材，而應(yīng)該對(duì)各種版本的教材都有所了解和研究，這樣才能在講授知識(shí)時(shí)取長(zhǎng)補(bǔ)短、吸收精華，力求以最好的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)給學(xué)生，同時(shí)也能在不斷借鑒學(xué)習(xí)中提升自身能力，完善自我知識(shí)水平．

2.2 引出“重力加速度g”的方式不同

人教版教材進(jìn)行了一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)的小實(shí)驗(yàn)，讓重物豎直下落，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶的點(diǎn)跡，從而求出自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度，得出重力加速度的概念．在此之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了加速度的概念，教材這樣設(shè)計(jì)便于學(xué)生理解g，知道它就是自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度，并且方向豎直向下．隨后列出表格，進(jìn)一步揭示各個(gè)地理位置g是不同的，隨地理位置的變化而變化．

美版教材則簡(jiǎn)單介紹了伽利略的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論，總結(jié)出重力加速度的概念．從而進(jìn)一步得出忽略空氣阻力，同一地點(diǎn)g是相同的．并從數(shù)學(xué)的角度對(duì)重力加速度的正負(fù)方向選取做了解釋說(shuō)明：雖然g的方向豎直向下，但是在分析自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)要由參考系方向的選取來(lái)確定g的正負(fù)．此外，還深度擴(kuò)展了對(duì)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的理解，擴(kuò)充了這一問(wèn)題的廣度與深度，且在數(shù)學(xué)問(wèn)題的處理上也更加細(xì)致，符合中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，與學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力更好地契合．

就這個(gè)部分而言，如果學(xué)生學(xué)習(xí)人教版教材，做練習(xí)題時(shí)仍會(huì)遇到豎直上拋的相關(guān)問(wèn)題和重力加速度正負(fù)變化的問(wèn)題，但教材里卻沒(méi)有歸納闡述，所以給教師的發(fā)揮空間很大．教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師能很好地靈活安排是否在做題前就加以講解，但是新手教師就不一定能很好地把握了．可見(jiàn)，教材簡(jiǎn)化并不意味著教材和教學(xué)的簡(jiǎn)單化．

2.3 對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步理解

人教版教材直接總結(jié)勻加速直線運(yùn)動(dòng)的公式對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)同樣適用，沒(méi)有加以舉例應(yīng)用，這樣不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深入理解，并且不能很好地知道學(xué)生對(duì)本節(jié)知識(shí)的掌握程度，得不到應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)及公式的反饋．

美版教材則是通過(guò)生活中常見(jiàn)的自由下落游樂(lè)車(chē)的情境，給出具體數(shù)據(jù)，讓學(xué)生解決問(wèn)題來(lái)加深勻加速運(yùn)動(dòng)公式對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)同樣適用的理解，力圖為學(xué)生提供系統(tǒng)的幫助，以及大量解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)，并通過(guò)將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的策略促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)．教材恰到好處地將概念的敘述與問(wèn)題的解決緊密的聯(lián)系在一起．

落實(shí)到具體問(wèn)題更能加深對(duì)公式適用的理解．所以，為了能更好地適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知，我們的教材還應(yīng)該不斷完善，保持已有的優(yōu)勢(shì)，吸收國(guó)外的可取之處，不斷完善教材編寫(xiě)思想，調(diào)整編寫(xiě)結(jié)構(gòu)，使教材更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)要求．

3 課后練習(xí)及學(xué)習(xí)感受

人教版教材的課后練習(xí)中有關(guān)于空氣阻力問(wèn)題的進(jìn)一步闡釋和理解，設(shè)置情境豐富，題干長(zhǎng)，對(duì)情境描述的文字多，同時(shí)練習(xí)題有對(duì)知識(shí)點(diǎn)的遷移，如聲的傳播等．題量小，體現(xiàn)了為學(xué)生減負(fù)的思想．但是在現(xiàn)實(shí)的授課中，教師會(huì)給學(xué)生大量訂購(gòu)各種練習(xí)冊(cè)．所以學(xué)生真的減負(fù)了嗎？值得我們思考．

美版教材的課后練習(xí)情境簡(jiǎn)單明了、敘述清晰，大多是對(duì)公式的加深理解與應(yīng)用，涉及公式的變形和豎直上拋運(yùn)動(dòng)的練習(xí)．題后強(qiáng)調(diào)建立坐標(biāo)系的正負(fù)，以免解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)有疏漏，編寫(xiě)細(xì)致入微．不僅重視物理知識(shí)的理解，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用．

就教材的習(xí)題量上而言，美版比人教版的題量大，但是從實(shí)際情況看，還是中國(guó)學(xué)生的習(xí)題任務(wù)更重一些．因?yàn)槲覀兘滩纳系牧?xí)題少，所以五花八門(mén)的對(duì)應(yīng)練習(xí)冊(cè)順勢(shì)而生．所以，我國(guó)教材上的習(xí)題設(shè)置應(yīng)該引起足夠的重視，真正達(dá)到為學(xué)生減負(fù)的目的，而不僅僅停留在表面上．

4 總結(jié)

比較之下我國(guó)教材注重物理知識(shí)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，而美國(guó)教材則側(cè)重于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律．兩版教材都是在力圖適應(yīng)本國(guó)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和認(rèn)知習(xí)慣，以及編者對(duì)于學(xué)習(xí)者的期望下編著的，兩版教材各有千秋．當(dāng)今社會(huì)，教育家都在強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育，“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)概念，用恰當(dāng)、生動(dòng)的方法，幫助孩子們建立一個(gè)完整的對(duì)世界的理解．”[5]我國(guó)教材還有很大的進(jìn)步空間，有待于繼續(xù)完善加強(qiáng)，以更加適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展和認(rèn)知規(guī)律．

1 周長(zhǎng)春.比較各種版本教材差異有效凸顯物理問(wèn)題本質(zhì).課程教學(xué)研究， 2012(10)：75～79

2 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)).北京：人民教育出版社，2003

3 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究中心.人教版高中物理必修1.北京：人民教育出版社，2010.31～46

4 齊澤維茨.美國(guó)物理原理與問(wèn)題.錢(qián)振華,譯.杭州：浙江教育出版社，2008.70～90

5 溫·哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念.韋鈺，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2011

馬璐(1993- )，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閷W(xué)科教學(xué)(物理).

指導(dǎo)教師：洪正平(1958- )，女，教授，主要研究方向?yàn)閷W(xué)科教學(xué)(物理).

2016-12-02)