中美兩版高中物理教材對比研究

李佳妮 楊曉梅

摘 ? 要：分析和比較教材是優化教學過程的重要途徑。以“自由落體運動”一節為例，通過對比中美兩國高中典型物理教材在教學目標、知識結構、實驗設計以及習題編制4個方面的內容，分析中美教材各自的優勢，為實際教學提供新的思路。

關鍵詞：中美教材對比;高中物理;自由落體運動

教材是輔助教學過程的重要道具。通過對教材的對比和分析能夠幫助一線教師了解不同地區下的教育理念，促進教育思想的碰撞與融合，為實際教學提供新思考[ 1 ]。運用內容分析和對比研究等方法，對浙江教育出版社2018年出版的美國主流高中物理教材譯本《物理：原理與問題（第二版）》上冊[ 2 ]（以下簡稱“美版教材”）和人民教育出版社2019年出版的普通高中教科書物理必修第一冊[ 3 ]（以下簡稱“中版教材”）中“自由落體遠動”的內容進行對比，探討中美教材各自的優勢與不足，為教學的展開提供啟示。

1 ?教學目標的比較

針對“自由落體運動”一節，中版教材要求學生能夠通過實驗，認識自由落體運動規律。結合物理學史的相關內容，認識物理實驗與科學推理在物理學研究中的應用[ 4 ]。美版教材的教學主旨是使學生認識自由落體運動，理解自由落體加速度只與物體受到的重力有關，能夠運用坐標系等學過的知識分析自由落體運動規律。

2 ?知識結構的比較

在“自由落體運動”一節中美兩版教材的核心知識點都是自由落體運動和自由落體加速度的概念和特點，但是內容的編排差異明顯。中版教材在概念的引入中更具有循序漸進性，重視得出理論的探究過程和對理論的驗證。如圖1所示，中版教材將科學探究的方法滲透在概念教學之中，強調“提出問題——猜想與假設——證據、論證、結論——評估與應用”的科學探究過程，由淺入深地引出自由落體運動和自由落體加速度的概念，符合學生的認知心理，有助于學生深入理解物理概念。

美版教材在“自由落體運動”一課對概念的引入相對簡短，注重對概念的應用和深度解析，如圖2所示。首先，美版教材不僅注重對課程新知的應用，而且關注學生對已獲得的科學經驗的應用能力。美版教材增添了重力加速度的應用實例，即上拋球和自由下落的游樂車內容，將自由落體運動的模型融入到生活實踐中。在對自由落體運動的解析中，美版教材將第二章坐標系的知識融入到上拋球模型中，強調應用圖像和圖像理解物體的運動過程、解決物理問題，幫助學生應用已有的科學經驗去探索學習新知。其次，美版教材增添了對自由落體運動中變量的分析，有助于學生深化理解自由落體加速度只與物體受到的重力有關，實現教學目標。

圖1 ?中版教材內容框架

圖2 ?美版教材內容框架

3 ?實驗設計的比較

實驗是物理學的基礎，如表1所示，無論是中版教材還是美版教材都視實驗為教材的重要組成部分。中版教材強調實驗的多樣性和趣味性，引發學生對物理學習的熱情。在“自由落體運動”一課，中版教材的實驗在數量和種類上豐富，包括“演示”欄目、“實驗”欄目和“做一做”欄目，但是缺少詳細的實驗流程和注意事項。它將實驗穿插于整節課中，利用實驗探究、驗證本節課的新知，讓枯燥的理論變得生動有趣，潛移默化地培養了學生深入學習物理的興趣，但是實驗的完整性和專業性還有待提高。

美版教材強調實驗探究的完整過程，注重鍛煉學生的科學探究能力。美版教材同樣設置多組實驗，具體包括“起步實驗”“迷你實驗”和“物理實驗”，且每個實驗的實驗步驟具體，分析過程細致。其中物理實驗的內容最為詳盡，具體包括：實驗器材、安全警示、測量自由落體加速度的原理、問題、實驗目標、實驗步驟、數據表、分析、結論與應用、進一步探索和生活中的物理多個環節，是一份完整的實驗報告，強調學習科學是學生要親自動手做的事情，鍛煉學生的科學探究能力，為學生以后從事物理專業化的學習提供積極意義。

表1  中美教材實驗類型及內容統計

4 ?習題編制的比較

練習是知識運用的主要方式，也是物理教學的重要組成部分[ 5 ]。在習題內容上，中版教材科普性和趣味性強。例如：中版教材第4題和第5題滲透了照相機的曝光原理和頻閃法測重力加速度等科普知識，第6題采用同學之間測量人反應時間的方式增加了習題的趣味性。但中版教材僅考察了自由落體位移與時間的關系式h=gt2，忽略了對自由落體速度與時間關系式v=gt的考察，考察范圍不夠全面。在習題的數量和形式上，中版教材習題數量少、形式單一。如表2所示，中版教材的習題集中于“練習與應用”欄目，數量僅為美版教材的，考察題目多以計算題的形式呈現。在習題的難度上，中版教材的難度偏低，僅涉及對自由落體運動概念和規律的直接應用，學生只需要知道概念和公式就能作答，缺少難度梯度，不利于訓練學生的物理思維。

與中版教材相反，美版教材題量豐富，具體設置了課堂習題“練一練”和課后習題“第3節復習”兩個欄目，在“練一練”欄目結尾，美版教材設有挑戰性問題，層次分明，難度梯度明顯，有利于學生由淺到難逐漸深入地理解知識。美版教材的習題內容大多以生活中常見的事物和現象為切入點，貼近生活，且美版教材對正文中所涉及的知識點都有所考察，考察范圍全面。另外，美國教材還有三個顯著的優勢：首先，美版教材注重對學生符號語言表征能力的培養。例如“第3節復習”中第50題在題干中未提供具體的數值，學生需要運用符號語言描述問題的計算過程和結果。其次，美版教材注重鍛煉學生的科學思維能力，例如“第3節復習”中第52題對學生的實驗設計能力提出了明確要求。最后，美版教材在“第3節復習”的習題前面標注了該題目考察的知識點。標注知識點能夠對初學者起到提示作用，值得借鑒。

表2 ?中美教材習題統計

5 ?結束語

通過對比發現，中美兩版教材關于“自由落體運動”一節的教學目標、知識結構、實驗設計以及習題編制四個方面有差異明顯。綜合來說，中版教材對概念的引入和講解細致，實驗多樣，強調物理實驗與科學推理在物理學研究中的重要價值，科普性和趣味性強，關注學生的學習興趣。美版教材挖掘知識的深度，強調概念的應用性，實驗報告完整，習題的難度梯度明顯，注重滲透物理學的專業性知識和技能。結合中美兩版的教材優勢進行實際教學，提高學生學習興趣的同時，也培養學生應用知識的能力，突出完整的實驗過程，布置難度梯度明顯的習題，一定能幫助學生更好地理解自由落體運動。

參考文獻：

[1]華東地區初中物理教材編寫組.義務教育物理課程標準實驗教科書八年級下冊[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?012：5.

[2]保羅·齊澤維茨.物理原理與問題（上冊）[M].錢振華，徐在新，黃燕萍，等譯.杭州：浙江教育出版社，2018：83-92.

[3]彭前程.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：45-51.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：11-13.

[5]閆金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].三版，北京：高等教育出版社，2009：41.