中美初中物理課標中能量部分的比較研究

吳斯莉

（西南大學教師教育學院 重慶 400715）

自2001年實行基礎教育改革以來，我國相繼對各學科課程標準進行了編寫和修訂，教育部在2011年頒布了《義務教育物理課程標準（2011年版）》（以下簡稱中國《標準》）。美國頒布的《新一代科學教育標準》（以下簡稱美國《標準》）明確了科學教育的指導思想，確立了具體規范的科學教育體系和教育環節，對實施科學教育活動提供了重要的指導作用。筆者以初中階段的能量內容為例，對中美兩國《標準》進行比較研究。

1 中美兩國《標準》簡介

美國《標準》整合了科學與工程實踐、核心概念和跨學科概念3個維度，基于學習進階的研究，提出了一套從幼兒園到12年級連貫的學習預期，以支持學生跨年級的學習。美國《標準》包括生命科學、物質科學、地球與空間科學、工程與技術四個學科領域，共十六個主題。物質科學由物質及其相互作用、運動和穩定性——力和相互作用、能量、波及其在信息傳遞技術中的應用這四個主題構成。中國《標準》注重學生的全面發展，關注學生應對未來社會挑戰的需求，強調提高全體學生的科學素養，將物理學科劃分為物質、運動和相互作用以及能量這三個主題。

2 初中階段能量內容的比較研究

在美國標準中，對初中能量的相關內容進行了劃分，包含了：能量定義；能量轉化與守恒；能量與力之間的關系；日常生活中的能量四個版塊。我國《標準》中初中階段的能量內容則包括六個板塊：能量、能量的轉化和轉移；機械能；內能；電磁能；能量守恒；能源與可持續發展。下面以美國《標準》的四個板塊劃分維度為依據進行比較。

2.1 中美課標關于能量的定義的比較

能量觀念是分析和解決物理問題的重要基礎，在解決物理現實問題中應用較多，掌握了能量定義，能幫助學生形成具體的能量觀念。

表1：中美課標關于能量定義的比較

由表1分析比較可知，中美課標對能量的定義描述方面，都要求學生了解能量及其存在的不同形式，知道動能、勢能和內能。美國《標準》側重對相關概念的理解以及相關模型的建立，強調學生能運用數學工具來描述動能和其質量及速度的關系、勢能與物體的位置關系，并對學生建構模型的能力提出了要求。另外，在相關知識點的深度方面，美國《標準》要求學生了解“動能與物體的質量成正比，與速度的平方成正比”“一個系統中物體的勢能取決于它們的相對位置”等，中國《標準》對這些內容未提及。

中國《標準》中并未強調通過建立模型理解能量的定義，而是從“功”的角度來引入能量的概念，要求理解功、功率、機械效率。其重點在于對功、功率、機械效率的計算，而美國《標準》對這些內容并未提及。

2.2 中美課標關于能量的轉化和守恒的比較

能量轉化和守恒定律是物理學中最重要的基本定律之一。與數學、化學、生物等其他學科聯系緊密，與社會生產、居民生活結合度很高。

表2：中美課標關于能量的轉化和守恒的比較

由表2可看出，中美課標在能量的轉化和守恒方面，都要求學生了解能量可以從一個物體轉移到另一個物體，認識不同形式的能量可以互相轉化，知道能量守恒定律。美國《標準》重點傾向于物理原理的理解，要求學生能設計、構造和測試一個轉化熱能的設備，側重模型的建構，強調培養學生的綜合能力。

中國《標準》要求學生通過實驗探究來了解能量的轉移和轉化、了解動能和勢能的相互轉化等，其重點在于學生科學思維的培養以及實驗探究方法的學習。與美國《標準》相比，中國《標準》對知識點的要求更為具體。

2.3 中美課標關于能量和力之間的關系的比較

能量貫穿于各物體間相互作用。能量相關定律是分析、解決物理問題的重要原理。

表3：中美課標關于能量和力之間的關系的比較

由表3可看出，中美課標都要求學生知道兩個物體相互作用時，能量會轉移或者轉化。美國《標準》除了讓學生掌握物理原理外，還要求學生通過構建一個模型來描述當相隔一定距離相互作用的物體的位置改變時，儲存在系統中的勢能的變化，對于模型構建的對象也做了相應的要求。

中國《標準》要求學生從力做功的角度理解能量的轉化和轉移，學生通過理解電功、電功率來掌握電路中能量守恒與轉換，通過實驗探究來了解焦耳定律。美國《標準》對這些內容并未提及。中國《標準》要求重點在于培養學生結合實例理解原理，并利用原理解釋現象的能力。

2.4 中美課標關于日常生活中的能量的比較

能量相關知識在日常生活中具有廣泛的應用，中美課標均指出這部分內容具有較強的綜合性，強調和其他學科的交叉等。

表4：中美課標關于日常生活中的能量的比較

由表4可知，美國《標準》中要求學能夠熟練地開發和使用模型，規劃調查，分析和解釋數據，設計解決方案，參與證據論證，對模型的類型也提出了具體說明。美國《標準》重視逐步培養學生的建模能力、科學探究能力、數據分析能力、解決實際問題的能力。

中國《標準》側重于要求學生從人類歷史發展、自然現象、日常生活中了解各種形式的能量，認識能量對社會發展的意義、培養安全用電和節約用電的意識。結合實例，與現階段我國物理能源科技發展相結合，讓學生知道核能等新能源。同時側重于要求學生了解我國和世界的能源狀況，強調學會區分日常生活中可再生能源和不可再生能源，強調對于能源的開發利用有可持續發展的意識。

3 結論與建議

根據中美初中物理課程標準的比較分析，對我國《標準》中能量部分內容的完善提出如下建議：

（1）能量概念是物理學科中的核心概念之一，但能量概念相對于其他的物理概念來說有其特殊性,例如,能量概念本質的抽象性、內涵的豐富性等。因此，適當加深對能量觀念知識點的要求，有助于學生建立更扎實、更科學的能量觀念，也能為后續學習階段更好地發展能量概念做好鋪墊。

（2）對于科學實踐，不僅注重學生思維方法的訓練，也應強調實踐操作能力的培養。以能量部分為例，在對知識點的要求敘述中增加“構建一個模型來描述當相隔一定距離相互作用的物體的位置改變時，儲存在系統中的勢能的變化”“構建和解釋能展示數據的圖表，來描述物體的動能和其質量及速度的關系”等要求，培養學生運用所學知識進行實驗設計，并學會分析和解釋數據，改進實驗的能力。在實驗過程中逐步培養學生的科學探究能力。

（3）重視知識與生活實踐的聯系。讓學生意識到科學知識和人類歷史發展、自然環境、日常生活的相互聯系，做到從“做”中學，學會學以致用，讓學生深刻認識到所學知識的現實意義，做好對學生的情感、態度、價值觀等人文素質的教育。