中美两套高中物理教材引导探究学习的特点比较

郑朝阳 郭玉英

(北京师范大学物理系,北京 100875)

新课程实施以来,我国的高中物理教材呈现出崭新的面貌,在体现和引导探究学习方面有了很大进展,不同教材也各有特色.人教版新课标高中《物理》是我国目前选用人数最多的教材.美国高中物理教材《PHYSICS:Principles and Problems》也是该国相关的物理课程选用最多的教材,目前已有中译本.本文采用定量分析方法,对两套教材中的探究学习内容进行了比较研究,供教材编写者、相关研究人员和一线教师参考.

根据探究学习和物理教材的特点,本文将物理教材中体现探究学习的内容分为10个指标:引入问题方式,利用物理学史程度,引入问题情境和过程展开情境,提出思考问题数量,探究方法,动手探究活动数量,动脑探究活动数量,适用条件和范围的讨论,反思问题数量,知识扩展数量.

人教版新课标高中《物理》(必修和选修3序列)和《PHYSICS:Principles and Problems》的内容范围和学习时间不同,考虑到可比性问题,本文在对以上10个指标进行统计时采用了比例方式.研究结果如下.

1 引入问题的方式

科学探究始于问题,教材对不同问题的引入可以采用不同方式.两套教材共采用了8种方式,见表1.

表1

由表1可知,我国人教版教材以“生活现象”和“知识演绎”两种方式引入问题为主,美国教材以“生活现象”和“自然现象”这类真实情境引入问题为主.人教版教材以“知识演绎”方式引入问题所占比例最大,美国教材还利用了“认知冲突”引入问题,人教版教材则利用了“实用技术”引入问题.

例如,在引入圆周运动的向心加速度概念时,美国教材利用了“认知冲突”,其表述为:“如果一个物体做速率不变的圆周运动,例如系在一根绳末端的石头围绕绳的另一端做匀速圆周运动,这个石头有加速度吗?起初你可能会认为它们没有加速度,因为它们的速率没有变化.然而,我们知道加速度是用来描述速度变化的,而不仅仅用来描述速率的变化.由于做圆周运动物体的速度方向发生了变化,所以它们一定具有加速度”.

2 利用物理学史的程度

利用物理学史中科学家研究某个问题采用的探究思想和方法可以促进学生对科学探究的理解.关于“利用物理学史的程度”,其赋值方法如下:如果教材某单元中没有利用物理学史,取值为0;简单提到相应物理学史的思想和方法,取值为1;比较详细地介绍了物理学史的思想和方法,取值为2.统计结果如表2.

表2

由表2可知,人教版教材更多地利用物理学史的探究思想和方法来促进学生的探究学习,但是美国教材用物理学史引入问题的比例超过了我国人教版教材.

3 问题引入情境和过程展开情境

探究情境包括问题引入情境和过程展开情境,有真实、模拟、理想的不同组合.表3为统计结果.

表3

由表3可知,这两种教材都注重“真实→理想”和“真实→模拟”,但是美国教材的模拟情境所占的比例较大.

4 思考问题的数量

“思考问题”是指教材针对探究的主要问题而提出的子问题.思考问题的数量能够部分反映出教材要求学生在思维层面上探究问题的多少和深度,有利于培养学生提出和深入思考问题的能力.

表4

由表4可知,美国教材在每个知识单元里提出思考问题的数量多于我国人教版教材,且思考问题数量少的单元所占比例小.

5 探究方法

探究方法是指探究过程中采用的主要方法.按照探究过程中采用探究方法的顺序进行了统计.见表5

表5

由表5可知,两种教材都注重先通过实验现象来归纳,然后再进行演绎,但美国教材更加重视实验在探究中的作用,人教版教材则较多地利用了演绎方法.

6 动手探究活动数量

“动手探究活动”是教材为了辅助主要问题探究而进行的一些动手实践活动.统计结果见表6.

表6

由表6可知,我国人教版教材要求学生动手探究活动的数量较少,且有24.6%的内容没有学生的动手活动;美国教材要求学生动手活动数量多,平均每个单元的动手活动数量是人教版教材的3倍.

7 动脑探究活动数量

“动脑探究活动”是为了辅助探究主要问题而进行的定性和定量思维活动.统计结果见表7.

表7

由表7可知,平均每个单元美国教材动脑活动数量比人教版教材多2.34次,但两教材要求动脑定性活动的比例与定量活动的比例差不多,动脑定性活动的比例都约占70%.

8 使用条件和范围的讨论

“使用条件和范围的讨论”是指对探究得出的物理规律的适用条件和范围进行的讨论.我国人教版教材进行讨论的比例为32.3%,美国教材进行讨论的比例是18.7%.可见,两种教材对规律的适用条件和范围讨论的比例都比较小,大多数没有进行讨论,但是我国人教版教材对规律进行讨论的比例比美国教材多.这说明人教版教材对概念和规律的讨论要比美国教材严密.

9 反思问题数量

“反思问题”在此是指完成探究任务后对探究过程中的一些相关问题进行的思考.平均每个单元,我国人教版教材“反思问题”的数量是0.43个,而美国教材是 2个.可见美国教材提出反思问题的数量要比人教版教材多.

10 知识扩展数量

“知识扩展”指知识在实践中的应用或理论上的延伸.美国教材每个比较单元知识扩展数量为4.66个,人教版教材是1.48个.可见平均每个单元美国教材提供的知识扩展数量比我国人教版教材多.

根据以上统计和对教材的定性分析,得到两种教材在引导探究学习时有如下特点:

我国人教版教材利用知识演绎引入问题较多,而美国教材更注重用真实情境引入问题.人教版教材在展开探究过程时多用理想情境,而美国教材多用模拟情境.人教版教材更多地利用物理学史的思想和方法来引导探究学习,美国教材用物理学史引入问题的比例则超过了人教版教材.美国教材在探究过程中提出思考问题的数量多于人教版教材.两种教材都注重先通过实验现象进行归纳,然后再进行演绎的探究方法,但美国教材更加重视实验在探究中的作用,我国人教版教材则较多地利用了逻辑演绎方法.人教版教材要求学生动手和动脑进行探究活动的比例少于美国教材.人教版教材的逻辑推理比美国教材强,得出问题的结论也比美国教材严密,但是与生产和生活的联系不如美国教材紧密.

1 人教社物理课程教材研究开发中心.物理.北京:人民教育出版社.2004.

2 [美]PHYSICS:Principles and Problems.Columbus:The McGraw-Hill Company,2005.