中美初中物理課標中波動部分的比較研究

(西南大學物理科學與技術學院,重慶 400715)

課程標準是教材編寫、教學、評估和考試命題的依據,是國家管理和評價課程的基礎，它的制定對課程的實施有著重要作用。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，2012年我國教育部頒布了《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱中國《標準》)，而美國則于2013年正式頒布《新一代科學教育標準》(以下簡稱美國《標準》)。筆者以初中階段的波動內容為例,對中美兩國《標準》進行比較研究，并結合我國國情提出建議。

1 中美兩國《標準》簡介

美國《標準》將科學內容劃分為物質科學、生命科學、地球與空間科學、工程與技術這四個領域，物質科學則由物質及其相互作用、運動和穩定性、力和相互作用、能量和波及其在信息傳遞技術中的應用這四個主題構成。該標準以表現期望為核心,采用“表現期望+基礎盒子+連接盒子”的呈現方式,實現科學與工程實踐、學科核心概念和跨領域概念3個維度的整合，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。

中國《標準》旨在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,波動部分包含在運動和相互作用主題中，其內容標準主要從“內容要求”和“活動建議”兩個維度加以呈現。

2 初中波動內容的比較研究

美國《標準》中波動部分的內容分為以下三個方面：波的描述、波的特性、波的應用。中國《標準》則主要包括：聲和光、電磁波及其應用，以下以美國《標準》的3個劃分維度為依據進行比較。

2.1 中美課標中關于波的描述的比較

波以特定形式在空間傳播振動狀態,其傳播總伴隨著能量的傳輸,可用波長、波速、頻率和振幅等物理量來描述，按照性質可將波具體分為多種類別,如機械波、電磁波和引力波等，中美課標中有關波的描述的內容如表1。

表1

由表1可看出,中美課標在波的描述方面,都要求學生知道波可用波長、頻率等物理量來描述。美國《標準》側重運用數學工具來描述波,并對學生建構模型的能力提出了要求,對電磁波則不作要求，此外還強調需要從定性和定量兩個方面對波進行描述。

中國《標準》側重對波現象的了解和認識,從定性的角度來描述波,即只要求學生知道波可用波長、頻率等物理量來描述即可。此外還要求學生通過實驗認識聲波的產生條件,重視培養學生的實驗操作能力。要求學生知道電磁波,初步建立電磁波的概念，而美國《標準》對這些內容并未提及。

2.2 中美課標中關于波的特性的比較

波的特性包括波與物質相互作用的方式以及波的傳播方式和規律，不同種類的波的傳播方式不同,但它們在傳播時也會表現出共同的特性,如會發生反射、折射和散射等現象，中美課標中有關波的特性的內容比較如表2。

表2

由表2可看出：中美課標在波的特性方面都要求學生掌握聲波和光波的傳播特點,知道光波的反射、折射和色散等現象的特點及產生條件。美國《標準》要求學生能夠建構并使用模型來定性描述機械波和光波通過各種材料的反射、吸收或傳播的現象,側重模型的建構，學生需要綜合運用所學知識來建立波通過各種材料時傳播的模型，美國《標準》對學生的要求較高,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光波的反射、折射和色散等,偏重對波的特性的了解和認識,側重培養學生的科學探究能力。與美國《標準》相比,中國《標準》對知識點的要求更為具體。對于聲波,中國《標準》要求學生要了解樂音的特性。對于光波,中國《標準》還要求學生通過實驗了解平面鏡成像的特點和凸透鏡成像的規律,并知道電磁波在真空中的傳播速度，美國《標準》則未提及這些知識點。

2.3 中美課標中關于波的應用的比較

波可以傳遞信息和能量,因此波在生產和生活中的應用極為廣泛，中美課標中有關波的應用的內容比較如表3。

表3

由表3可看出,中美課標在波的應用方面都要求學生了解波在通信中的應用。美國《標準》對學生收集和整理信息的能力要求較高。學生不僅要理解波可以用于通信,還要能夠利用各種渠道收集和整合定性的科技信息,以說明數字信號傳輸比模擬信號傳輸更為可靠。

中國《標準》要求學生了解電磁波的應用,但沒有對學生收集和整理信息的能力提出要求，與美國《標準》相比,中國《標準》對波的應用這部分的內容的要求更為廣泛，要求學生了解聲波的應用以及平面鏡成像和凸透鏡成像規律的應用，美國《標準》則未對此提出要求。

3 結論與建議

中美初中課標在波動部分都要求學生能用波長、頻率等物理量來描述波,掌握聲波和光波的傳播方式以及與波有關的現象和規律。并且兩國課標都注重將波動知識與生活聯系起來,要求學生了解波在通信中的應用。

中美課標在波動方面也有很多不同之處，首先,美國《標準》強調模型的建構,要求學生運用所學知識建構波以及波通過各種材料傳播的模型,重視培養學生的科學思維。中國《標準》則側重實驗探究,要求學生通過實驗了解聲波和光波的相關特性,重視培養學生的科學探究能力。其次,總體而言美國《標準》對波動知識的要求更高,在表達上更為簡潔。中國《標準》對波動知識的要求相對而言低一些,但在知識點的范圍上更廣,在表達上更為具體。最后,在波的應用中,美國《標準》對學生收集和整理信息以提供論據的能力提出了要求,中國《標準》則只要求學生了解相關信息。

基于以上比較分析,對我國《標準》中波動部分內容的完善提出如下建議。

(1) 重視對學生科學思維的培養。科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。可以在對知識點的要求敘述中加入體現科學思維能力的語句，比如“能夠建構物理模型,并使用模型來描述物理現象”“能夠從定性和定量兩個方面對相關問題進行科學推理,得出結論”“能夠基于證據得出物理結論”等。以波動部分為例,可加上能夠建構光波通過各種材料時傳播的模型,能夠恰當運用證據說明數字信號傳輸的優勢等內容。通過細化要求,在掌握知識和方法的過程中培養科學思維,促進學生核心素養的提升。

(2) 適當加深對波動內容知識點的要求。與學生能力水平相接近或略高于學生能力水平的要求,有利于激發學生學習動機和探究熱情。例如,我國《標準》中可增加運用數學描述波的簡單模型這一條目,有助于加深學生對波的本質的理解。