基于教材邏輯解讀高中物理人教版新教材的改變
——以“電磁感應”內容為例

楊佳婷 張軍朋

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

自國家教育部頒布《基礎教育課程改革綱要(試行)》調整和改革基礎教育以來，就要求教材應朝著利教樂學的方向進行改革和轉型，教材的內容選擇和組織要與學生和社會要求相適應，并提出從“以知識為中心”轉向“以學生發展為中心”的教材開發理念[1]．隨著《普通高中物理課程標準》(2017年版)(以下簡稱《課標》)的出臺[2]，高中物理新教材也應運而生并開始進行推廣，如何分析教材并利用新教材進行高質量的教學就成為教師們面臨的熱點問題．教材邏輯作為教材內容編排的主線，是教材改版的一個重要方面[3]；教師教學邏輯是否清晰合理，是課堂教學有效性的重要指標[4]．因此，對高中物理新教材進行邏輯研究，有利于教師理清教材的學科邏輯、認知邏輯和教學邏輯，幫助教師更好地結合教材在教學中落實課標的要求．基于此，本文以“電磁感應”內容為切入點，從教材邏輯解讀人教社2019年出版的高中物理教材(以下簡稱新教材)相較于2010年出版的教材(以下簡稱舊教材)作出的改變，以期啟示教師在使用新人教版教材時能合理把握三大邏輯，提高教學效率和質量．

1 物理教材三大邏輯的內涵

人通過概念、判斷、推理、論證對客觀世界進行理解與區分的抽象思維過程稱之為“邏輯”，表現為思維規律的邏輯也可以說是一種說明順序[5]．教材是否合理、是否能夠行之有效，關鍵在于教材的邏輯性．教材的邏輯包括學科邏輯、認知邏輯和教學邏輯，三者的內涵和關系可以反映出教材的組織關系[6]．

學科邏輯，就是按照一定的理論方法使學科中的各個知識點串聯起來而形成一定的線索結構[3]，也可以說是學科知識所反映的事物演化的邏輯，比如物理學的邏輯就是從宇宙大爆炸之初基本粒子的形成到使光線彎曲的天體引力演化的邏輯．在2001年的課標出臺之前，我國的物理教材就是根據物理學科邏輯編寫的，學科知識成為教材的中心，可以確保物理知識的系統性和完整性；教材尊重知識的內在邏輯，可以幫助學生系統地認識客觀事物．但是，以學科邏輯為主的教材編寫方式也存在較大的弊端，物理知識過于專業化和抽象化，容易造成學生學習難度大、知識面窄的困境，也不適應基礎教育通識課程的建設．

認知邏輯，是以認知語言學為基礎，關于認知過程及其規律的邏輯系統．學生學習知識與技能需要遵循一定的認知規律，這種認知順序應該是由熟悉到陌生、由簡單到復雜、由已知到未知、由具體到抽象、由感知到理解應用等．以認知邏輯為主的教材編寫方式，充分體現了學生學習的主體地位．教材內容可以適應學生心理發展的規律，激發學生的學習興趣，便于學生理解和掌握物理知識，但這樣也容易打破物理學科的結構體系，影響學生對知識的整體認知和感悟．

物理教學邏輯簡單來說就是物理教材的可教學性．就教材的呈現方式而言，教學邏輯包括了體系結構邏輯、文字邏輯、圖文邏輯、練習邏輯等；從教材與教學間關系角度而言，教學邏輯是教學系統中主客體關系的動態轉化過程，涉及了教的邏輯、學的邏輯、知識邏輯和認知邏輯．由此可以看到，物理教學邏輯是對學科邏輯和認知邏輯的概括和發展，它內涵并彰顯著學科邏輯與認知邏輯的優勢，同時還削減了二者因認知起點和發展順序不同而產生的矛盾．總而言之，教學邏輯是教師基于對學科教學與學生發展關系認知基礎上形成的關于教學內容與教學活動序列安排的構想．因此，用教學邏輯組織物理教材，可以將教材中的學科邏輯和認知邏輯統一，促進教師教學思維的優化，促進學科多元教學價值的達成，促進學生有意義學習的實現，促進“學科結構”向“學生認知結構”的有效轉變[7]．

2 “電磁感應”新舊教材邏輯對比

物理課程標準是物理教材的編寫指南和評價依據，物理教材則是物理課程標準最主要的載體．教材的編寫思路、邏輯框架、內容組織都遵循了課程標準的基本精神和要求．因此在物理課程標準的指導下，對“電磁感應”章節的整體分析，有助于從宏觀上把握教材的三大邏輯．

2.1 物理課程標準對“電磁感應”的要求

《課標》在課程內容部分中明確了“電磁感應”的學習內容，如表1所示，明確提出了對實驗的要求，強調了實驗在物理學科的作用及增強了將物理知識應用于實際的意識，例如將原“理解法拉第電磁感應定律”調整為“通過實驗，理解法拉第電磁感應定律”，將原“知道交變電流，能用函數表達式和圖像描述交變電流”調整為“通過實驗，認識交變電流，能用公式和圖像描述正弦交變電流”，增加了“了解發電機工作過程中的能量轉化”.

表1 《普通高中物理課程標準》(2017年版)中對“電磁感應”的內容標準

圖1是新教材關于“電磁感應”內容的章、節、目內容結構圖．從中可以看出，新教材的內容選擇和呈現方式都遵循課標的要求，通過實驗依次展開講解電磁感應現象、楞次定律、法拉第電磁感應定律和渦流、自感現象等，對《課標》的落實比較到位．

圖1 新教材“電磁感應”章、節、目內容結構

2.2 新舊教材“電磁感應”章節比較

舊教材“電磁感應”所有內容編排在選修3-2 第四章“電磁感應”中，新教材“電磁感應”編排在必修3第十三章“電磁感應與電磁波初步”的第3節“電磁感應現象及應用”和選擇性必修2第二章“電磁感應”中．表2是新舊教材“電磁感應”章節的編排比較，其中標“*”的是“電磁感應”的內容．

表2 新舊教材“電磁感應”章節呈現比較

2.3 基于教材邏輯解讀新教材的改變

2.3.1 章節結構的學科邏輯比較

“電磁感應”是高中物理的重要章節，它以感應電動勢為核心，圍繞法拉第電磁感應定律和楞次定律，揭示了電場和磁場相互聯系和轉化的統一性．它既是前面電學、磁學知識的邏輯發展，又是后面幾章“交變電流”“電磁振蕩和電磁波”的學習基礎[8]．本文依據趙凱華的《電磁學》[9]中電磁感應一章的編寫線索，將“電磁感應”內容分為6個板塊，依次為電磁感應現象的發現→法拉第電磁感應定律→楞次定律→渦電流、電磁阻尼和電磁驅動→動生電動勢和感生電動勢→自感與互感．從表2可以看出，新教材相對于舊教材的改變有兩點：一是將自感和渦流兩章的順序對調，二是舊教材中第5節的內容在新教材中不單獨成節．但是新舊教材整體上的編寫順序都是電磁感應現象的發現→楞次定律→法拉第電磁感應定律→自感和渦流，編寫思路與《電磁學》的總體思路不一致，并不完全順應學科邏輯．

2.3.2 章節結構的認知邏輯比較

新教材章內的節順序雖然仍然不完全符合電磁感應的學科邏輯，但是比起舊教材更能夠反映學生的認知邏輯．新教材作出最明顯的改變就是根據《課標》將“電磁感應”的內容分為兩部分，分布在必修3“電磁場與電磁波初步”和選擇性必修2“電磁感應及其應用”兩個主題中，這樣的改變首先突出了“電磁感應現象”在中學物理學習中的重要地位，強調其是學生全面發展所需掌握的必要內容，同時又可以在保證學生共同基礎的前提下，讓不同發展方向的學生自主選擇是否深入學習“電磁感應”的內容．對于選擇物理的學生而言，學生有一定的知識儲備，這樣的學習順序更加順理成章，符合學生從簡單到復雜、從已知到未知、從感知到理解應用的認識順序．

基于認知邏輯進一步分析“電磁感應”兩主題內容的編排，可以發現新教材相對于舊教材作出的改變優勢還體現在以下4個方面：

(1)將“電磁場與電磁波初步”的內容安排在第二章電流知識后面．由于“磁生電”“探究感應電流的產生條件”中都涉及到了電流知識，將其安排在學生學完電流知識后學習，更加符合學生的學習規律，可以提高學生的學習效率．

(2)將磁通量的概念放在“電磁場與電磁波初步”主題中，并位于“電磁感應現象及應用”一節前．磁通量是電磁感應中最核心的物理量，電磁感應現象是否發生、感應電流的方向、感應電動勢的大小都與磁通量有關，但是舊教材卻將其分布在磁場一章，等到學生學到電磁感應的內容時，往往已經忘記了磁通量概念，不利于學生學習電磁感應的知識．而新教材的位置編排，既可以幫助學生明確磁通量是電磁感應中的核心概念，學生又可以在感知磁通量概念的基礎上將其理解應用在“電磁感應現象”的學習中，更加符合學生的認知順序．

(3)在“電磁感應現象及應用”一節后面安排電磁波的初步內容．在舊教材中感生電場的內容安排在第5節，但是該內容是根據麥克斯韋電磁場理論引出的，這一理論卻在后面電磁波一章才學到，這樣的編排順序不符合學生的認識邏輯，學生不能充分理解感生電場的知識．新教材不僅解決了這個問題，而且也在學生深入學習電磁感應的內容之前讓學生建立了電磁場的概念，認識電磁場的物質性，掌握電磁場運動的基本規律，使學生在后面“電磁感應”一章中能用“場”的觀點去思考、分析一些簡單的電磁場基本問題，體現了由低到高的學習層次．

(4)將舊教材第五節“電磁感應現象的兩類情況”的內容依次編排在“法拉第電磁感應定律”和“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”中．舊教材該節內容由兩條主線構成，一是通過介紹電磁感應現象中的感生電場概念來解釋回路無論是否閉合，只要磁通量變化就有感應電動勢；二是通過微觀的洛倫茲力知識來解釋只要導體切割磁感線就一定產生電動勢；并引入了感生電動勢和動生電動勢兩個概念．舊教材本意要讓學生明白產生感應電動勢的原因，但由于獨立成節，弱化了感生電動勢和動生電動勢與其他知識的聯系，學生很難理解本節課的內容，從而無法認識電磁感應現象的本質．由圖1可以看到新教材則是將“動生電動勢”的內容安排在“法拉第電磁感應定律”一節的最后，加強了與法拉第電磁感應定律的聯系，學生可以從“導線切割磁感線時的感應電動勢”自然過渡到學習“導體切割磁感線產生感應電動勢的機理”，遵循了學生由易到難、由簡到繁、由現象到本質的認知規律．將“感生電動勢”的內容安排在“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”一節的開頭，加強了感生電場與渦流的聯系，學生學習完陌生的感生電場知識后，可以將其應用在渦流的理解學習中，明白渦流是導體在受到外加的變化電場時，導體內部產生感生電場從而產生的電流，幫助學生從本質上理解感生電場就是渦流電場．也是基于此編排，新教材將“自感與互感”安排在“電磁感應”的最后一節中．

2.3.3 章節結構的教學邏輯比較

教材編寫的教學邏輯既要有利于輔助教師的教，又要有利于促進學生的學．從教師的角度而言，新教材相較于舊教材“電磁感應”的內容更具有時代性和可參考性，在引領學生的發展上具有極大的參考價值，可供教師教學做參考[10]．從學生的角度來說，新教材“電磁感應”的內容更符合學生認知發展的年齡特征，而且根據不同的教學要求進行由易到難的知識編排，既能促進學生的一般化發展，還有助于促進學生的個性化發展．就教學本身而言，新教材“電磁感應”的內容更注重兼顧前后知識的相互關聯性，整體脈絡清晰，再加上和學生的認知邏輯緊密結合，與課標的要求契合度較高，便于教師教學設計，優化教學過程，提高教學效率[6]．因此，比起舊教材，新教材在學科邏輯和認知邏輯的基礎上表現出來的教學邏輯更強．

3 總結與啟示

基于教學邏輯，從宏觀的章節結構解讀新教材作出的改變，可以看出，比起舊教材，新教材認知邏輯和教學邏輯都呈現得更加清晰，學科邏輯則無太大差別，是利教樂學的教材．當然，教師們除了從宏觀上解讀教材邏輯外，還必須具體到節內容進行微觀分析，可從正文、表述、圖像和欄目設置等切入．在宏觀和微觀對新教材進行分析的基礎上，結合自己的理解合理地開展高質量的教學．

總而言之，教師們要用好教材進行高質量的教學，在課堂教學中首先需要捋順教材內容的編排順序、學生的認知發展順序、教學的順序，因此教師需要在宏觀上駕馭教材，在通讀教材的基礎上解讀教材邏輯，明晰教材總體結構框架，形成結構清晰、層次分明、具有一定內在關聯的知識整體[5]．同時，教師也需要在微觀上深入研讀教材，針對課時任務進行學情分析，把握教材知識邏輯，挖掘重構潛在的邏輯，增補斷層缺漏的邏輯內容[11]，注重學生認知發展，為學生搭建起認知的橋梁，提高教學質量．