中美高中物理教材“牛頓運動定律”知識呈現對比研究

葉麗婧

摘要：物理學是以概念、定律為核心構架的一座大廈，有極強的思維邏輯性和知識連貫性。在高中物理知識體系中，“牛頓運動定律”首次提出相關的力學概念，探究簡單機械運動規律，具有知識結構中的重要基礎性，更是學生建立物理思維和習慣的重要一環，其地位不言而喻。美國是當今世界教育、經濟的發達地區，美國教育必有精華待取之。因此，本研究選取了中國和美國的高中物理教材，對“牛頓運動定律”的知識呈現進行了研究并加以比較，來得到相關啟示。

關鍵詞：高中物理教材;牛頓運動定律

一、研究的教材

本研究選取的中、美兩國的高中物理教材，均為各國主流教材。

《普通高中課程標準實驗教科書：物理》是全國范圍內最盛行的教材，歷經多次修訂，由人民教育出版社、課程教材研究所和物理課程教材研究開發中心聯合編著。

《Physics：Principles and Problems》由Paul W.Zitzewitz編寫，經McGraw-Hill Publishing（2005）出版，后經多次改編、修訂，全美使用率高達50%，并為多數英語國家采用，堪稱世界范圍內最主流的高中物理教材之一。

二、“牛頓運動定律”知識呈現比較

（一）研究內容

1.教材力學部分章節

教學章節上，兩者均采用“運動描述——力的引入——牛頓運動定律——定律的運用”的順序，脈絡清晰，且均涉及牛頓力學適用的各個領域。但兩者呈現的章節數量，篇幅長度，應用廣度有所差異。普通高中物理教材章節適中，內容全面，廣度較淺，采用必修加選修的方式加以闡述，必修著眼于基礎知識，希望學生能對簡單、常見運動進行描述。選修涉及拓展知識，為進一步深入學習提供平臺和機會，希望學生能用力學的方法對較復雜的運動進行分析。Physics：Principles and Problems所用章節數最多，涉及內容最為全面，研究較深入。在普通高中物理基礎上，增設對二維力，二維運動，轉動等內容，使學生對力學部分知識的認識更加系統，理解更為深刻，能使學生達到對任何運動的描述。

2.內容表述

從內容表述中，可以發現以下特點：（1）在牛頓第一定律的表述中，兩套教材中均用了“勻速直線運動”“靜止”等詞語，而在對條件說明中，中國教材使用了“力”，美國教材使用了“凈力”。對條件的說明，中國教材使用泛化的“力”，卻暗指合外力。雖表述簡潔，易使學生與經驗和所學產生聯系，卻也會疑惑力和外力如何區分。美國的“凈力”著重于從事物的本質出發，對力和合外力作了區分。（2）在牛頓第二定律的表述中，中美兩國教材均是從對“加速度”的描述著手，包括對其大小和方向的說明。中美教材從對“加速度”描述著手，教材邏輯上，環環相扣，層層深入。教學內容上，學生易于與已知產生聯系，便于理解，也符合螺旋式上升的學習模式。在牛頓第三定律的表述中，中國教材注重文字表述，美國教材采用文字表述與公式相結合的方式。

中國教材用簡潔明了的文字表達了豐富的含義。從力的三要素出發，對作用力的大小、方向與作用線做了解釋說明。美國教材文字做解釋，公式作表達。從公式入手讓學生理解。

（二）三大運動定律呈現順序

中國教材編排順序從第一定律到第二定律到第三定律按照順序，從力的含義出發，指出力的作用效果，最后揭示力的本質。從對力的理解的角度，層層深入。美國教材編排順序從第二定律到第一定律再到第三定律，從力的作用效果開始，指出力的含義，最后揭示力的本質。從對力的認識的角度，由表及里。

三、結論及啟示

（一）結論

通過比較研究可得，兩本教材的相似與不同，具體如下：

1.在教學章節上，兩者均采用“運動描述——牛頓運動定律——定律的運用”的邏輯順序，脈絡清晰，層層深入，且均涉及若干知識點和相應概念，但兩者呈現的篇幅長度，應用廣度有所差異。

2.在內容表述上，采用對運動進行描述，對受力的分析的方式進行說明。其中，中國教材以文字表述為主，而美國教材則采用公式與文字表述相結合的方式。定理的表述方面，兩國教材在定律條件的說明，定律描述的方向上也不甚相同。

3.在呈現方式上，兩者均按照一定的邏輯順序，采取文字，圖片，實驗，例題和習題相結合的方式。圖片形象直觀，文字準確精練，實驗對比檢驗，例題典型精煉，習題鞏固訓練。中國教材難度適中，布局合理。美國教材注重多練。

（二）研究啟示

人教版的教材在牛頓運動定律的闡述上，大體上邏輯推理性強，脈絡清晰，結構布局合理，內容豐富，但也存在理論性強，脫離實際，習題單一等不足。

具體說來，知識結構上，人教版高中物理教材更注重前后知識間的聯系，給學生提供“線性結構”的學科知識。在學習某一概念時，把其他知識點通過各種方式反映出來以幫助學生更好的理解和應用這個概念。嚴謹的結構，利于培養學生的邏輯思維，但在某種程度上壓抑了學生的創新性。實用性方面，教材以物理知識為中心，以物理邏輯為序，注重物理學知識的完整性，沒有跳出物理學的框架，理論性強，實用性小。知識深度上，我國教材強度知識之間的聯系和邏輯，強調對概念，規律的外延，注重對定理，定律的應用。習題設置方面，每一章，每一節都有大量的習題，教材本意是通過大量的反復的練習鞏固知識，加深理解，但同一信號的反復刺激，使人追求知識的本能冷卻，且習題脫離實際，理論性強，使學生負擔加重，興趣下降。

參考文獻：

[1]毛春晶，車博.中美英高中物理教材中“牛頓運動定律”知識呈現比較研究[J].物理教學探討，2017，35（07）：29-32+35.

[2]杜一.中美高中物理教材實驗部分的對比分析——以“牛頓運動定律”為例[J].物理教學探討，2018，36（12）：19-23.