融KPK教材理念于国内物理教材改革

向杨

摘   要：本文主要对比了《人教版普通高中课程实验教科书》（《人教版物理》）力学部分与德国卡尔斯鲁厄《KPK物理（高中精编版）》力学部分在结构体系和内容设计思想方面的不同，发现KPK教材的“动量模型”较人教版教材的“力的模型”使物理学各不同领域在结构和逻辑上更加系统和统一，并和现代物理学相契合。内容选取方面，两套教材的侧重点也有不同，从而引出本文的研究结论，如何将KPK教材的设计思想与我国教材进行兼容，从而更好地达到教材改革的目标。

关键词：KPK物理教材;比较研究;兼容

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2015）9-0021-4

教材向学生传授知识、技能、方法、价值观等，是学生学习知识的来源，也是教师教学的依据。各个国家教材的编写体系将反映其教育思想观念及教学方式。

物理教材作为教学的信息资源，是根据物理课程标准而编写的以反映物理学科内容的教科书，其内容的选取和程度要求是各版本教材编写意图的具体体现，反映着不同的指导思想和教学要求。将国内外物理教材好的思想理念进行兼容，是国内物理课程改革的一项重要内容。

本文通过比较KPK教材和人教版教材，发现两套教材在一些教材编排上各有新颖之处。新课改进行教材改革，一般可以在教材内容结构、呈现顺序、教材的潜在作用、版面呈现方式等几个方面进行改革。改变教材过于强调学科本位、门类过多和缺乏整合的现状，使其具有均衡性、综合性和选择性。改变教材内容繁、难、偏、旧和偏重书本知识的现状，使学生在乐中学。加强教材与学生生活及现代社会科技发展的联系，关注学生的学习兴趣，精选终身学习必备的基础知识和技能。倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力，培养学生的科研意识。

1    教材内容结构的兼容

我国人教版教材和KPK教材力学结构上也有很大不同，本文此部分将对两套教材力学部分各大章节结构进行比较研究，并讨论如何进行兼容。

通过以上对结构体系的比较，发现两套教材的结构内容和依据的基础都有很大不同。人教版教材是注重概念规律逐步建立的过程，更加注重经典物理学基础知识，侧重于强调物理学概念规律的建立过程。比如，特别详细地阐述了运动和相互作用，对于直线运动、力的合成分解、共点力平衡、平抛运动、圆周运动、天体运行等。再比如，强调运动学速度与时间的关系、牛顿运动定律、能量守恒定律、动量守恒定律等重要规律，并注重追溯概念原理的历史，如在讲机械能守恒定律时，首先追寻守恒量，再逐步建立势能、动能、功等的概念。教材力学部分基本是围绕着牛顿运动定律为核心建立起来的直线运动、曲线运动、相互作用，和以“守恒律”为依据建立起来的动量守恒定律和能量守恒定律而展开的。教材对物理知识的应用要求较高，这样学生对知识点的理解程度更为详细，但内容略为繁杂。

而《KPK物理》教材秉承统一普通物理各个不同领域结构，简化物理知识的历史使命，更加注重生活对物理的表述，教材首先通过讲述“水”“水流”，从而建立了广延量和强度的概念，在此基础上建构了整个力学体系。KPK用了较大的篇幅介绍了角动量、质量与能量、时空变换、宇宙膨胀等人教版教材并不注重的知识点，低起点，高落点，学生能够较为轻松地了解物理学的整体脉络。内容较人教版教材较为系统、精简。

将两套教材的内容结构进行很好的兼容，就是要将在人教版教材注重强调物理基础知识的基础上，将KPK教材简化物理知识，注重建立物理学结构体系的思想融入国内教材改革。为此，国内教材可以在以下方面进行改革：

将物理学知识点进行归类编排，如KPK教材将物理学归为四大类：

1）广延量：能量、动量等;

2）实物型量的流：能量流、动量流、电流等;

3）内涵量：电势、温度、压强、化学势等;

4）其他的量：位置、时间的量、表征技术设备的量（如电阻、电容等）。

这样就便于学生进行类比学习，从而达到简化物理学繁杂知识点的目的。

2    教材内容设计的兼容

在整个高中物理中，力学部分占有相当重要的地位和篇幅，两套教材都有相当程度的重视。本文该部分将主要对人教版教材和KPK对力学部分知识点的侧重点和关注角度做一定的对比研究。

除了在知识点上两套教材各有侧重之外，两套教材对知识点的呈现方式也有不同。人教版教材依然表现出对基本概念和规律的掌握，KPK此处在课程思想和结构上有一个新颖之处：以“守恒律”和“流”为指导思想，建立起了以“动量”为核心概念的力学物理。如表2所示：

人教版教材将“力”作为研究动力学的一个重要基础部分进行了阐述，指出力是物体与物体之间的相互作用，这是物体与物体之间最基本的作用形式。并且指出物体运动状态改变和物体形状改变的原因是物体与物体之间的相互作用力。

而KPK教材没有直接给出“力”的概念，而是介绍为动量流强度。KPK运用“动量守恒”原理，将物体运动的第一基本概念定义为动量（P=mv）。动量作为一个整体量不可再分，是运动物体所具有的一种量，在自然界中是守恒的，可以在物体与物体之间流动。动量的流动量与发生这一流动所需要时间的比值称为动量流强度。这样，“力”只是动量的变化率，这种知识点的梳理角度使物理学的各知识点都能建立在相同的体系上。

人教版教材可以借鉴KPK教材，建构一套科学的物理学认知结构。提升教材的科学性、逻辑性、合理性、包容性和实用性。即教材要源于生活，但要高于生活。

再如，两套教材对牛顿运动定律的建立也存在差异，人教版教材对牛顿运动定律的建立是联系运动和力建立的。而KPK教材将牛顿三定律用动量流的形式表述了出来，具体内容如表3所示：

通过上表之表述，我们看到KPK在讲解牛顿运动定律时体系更加流畅，让学生知道牛顿三大定律其实是动量守恒的不同表达形式，脉络更加清晰。

将两套教材内容设计方式进行很好的兼容，就是要调整人教版教材零散的知识点教学，把各知识点进行整合，构建物理学的统一结构体系。如可以借鉴KPK以实物型量为中心的概念，用实物型量的“流”构建整个物理课程结构，然后再将其他部分综合在这个统一的结构里。这样也体现了泰勒“一条学习经验可以达到多个目标”的思想，提高了学习效率，也构建起了整个物理体系，不至于使知识点过于散乱。

3    内容呈现顺序的兼容

通过上文表1的比较我们还发现，两套教材在分别陈述到共同知识点时，比如参考系、速度、加速度、牛顿运动定律、动量守恒等问题时，出现的位置也有区别。

比如，在讲解到参考系时，人教版教材考虑到“参考系”是描述运动的前提，将参考系的教学与质点、参考系和坐标系放在了高中物理教学的开篇。这样的安排很明显是为了让学生从一开始就理清最基本的概念，为打好基石做了不少功课。这样的安排确实让学生知道了判定物体运动与否需要先选择参考系，但这样就无法学习更深层次的惯性参考系等内容。而且，这样的安排让科学认知的方式与日常生活有了距离感，但同时也培养学生将科学方法运用于生活的意识。而KPK则不然，KPK是在学习了动量、角动量、引力场、能量、质量与能量等重点问题之后，再安排参考系的学习。在没有参考系的情况下就学习了和参考系选取有关的动量、能量等相关知识。这样的安排看起来好像不太合理，但是实际上是否选取了参考系对于物理知识以及物理定律、概念的学习是没有影响的。而相反，在学习了动量、能量之后再学习参考系的知识更能让学生对参考系的理解加深一步，理解在不同的参考系下动量和能量都会有所变化。而这种变化仅仅是由于参考系的选取有所变化，和物理知识本身无关，变化的只是我们的描述。这也为学习相对论等物理知识奠定了基础。

再比如，对于牛顿运动定律的讲述，人教版教材是在讲述完相互作用力后将牛顿运动定律单独作为一章，联系着运动和力的根本法则进行编排的。而KPK教材则是将牛顿运动定律放在动量和动量流里面，只是作为一个小小的推论出现，这样的编排使得整个教材在整体上有了统一的框架，便于用已经有的概念形成统一的模式，做到融会贯通，而非零散的每一个小知识点。

人教版教材可以借鉴KPK教材先整体后零散的思想，对于一些较难理解的概念可以先铺陈讲述基本概念，而对于一些简单易懂的概念就可以不需要再进行概念或定义的编排，而是编排较高层次的知识内容。这样不但提升了整个教材的知识结构体系，而且鼓励学生自己翻阅资料，查阅没有出现在课本上的自己不理解的概念、定义，培养学生自主学习的能力。

4    提升学生的学术科研潜力和能力

人教版教材重视基础知识的学习，所以免不了在一些基本概念上的重复，同样学习的难度和深度就不如KPK教材，对学生思维的启发性也不如KPK教材。人教版教材可以借鉴KPK教材，增加一些在大学本科里的学习内容，使教材内容更为丰富，知识面更为广博，知识点更加综合，从而为今后在大学里的学习和科研做好衔接与准备。比如，教材中可以增加一下关于相对论、引力场论和宇宙学等方面的知识，人教版教材可以适当增加知识点的深度，KPK在力学中用动量流代替力来描述各种力学现象时使用动量流回路、动量泵、动量流密度、场以及能量载体和能量转载体等具有深度的概念。将这些内容进行了整合，使教材结构统一、概念新颖、布局合理、内容丰富、深入浅出、自成体系，其整体的科学性、逻辑性和严密性都有所提高，同时也提升了学生的学术水平，为将来更好的深造打好基础。

5    小  结

综上所述，人教版教材可以借鉴KPK教材的动量模型，使物理学各不同领域在结构和逻辑上更为和谐统一，并和现代物理学相契合。在内容上KPK较人教版教材少了运动学的相关知识，而是多出了角动量的部分内容，就使学生的经典物理知识体系更加完善。KPK是站在现代物理学的观点上，统一了物理学的认知结构，通过改变物理的概念结构来简化物理课程，这样逻辑性、科学性、合理性、实用性更高。KPK蕴含了丰富的物理思想，拓宽了人们对物理课程的认识。

我们可以吸收KPK教材在知识结构及内容设计方面突出的优点，将KPK教材的一些理念融合与我国教材，总体来说有以下几点启示：

1）提高教材内容的内在逻辑结构，使物理教程各知识点整体趋于统一。人教版教材也可以考虑KPK教材中将“力模型”改编为“动量模型”，重新整合教材，剔除陈旧的力学概念，引进动量流理论，这样就会使各知识点更加系统化，也为后面学生在学习“量子力学”等现代物理做好准备，利于学生系统化地掌握知识，同时也减少了学生学习知识的内容。

2）适当增加现代物理知识，减少对相似基础知识的重复率，增加一点与大学知识有关的内容，适当提升学生的科研学术能力，为进一步深造做准备。

3）我国教材应该增加学科之间的联系，淡化学科之间的界限，让学生在物理学习中掌握学习的技能，增强知识的迁移能力。

KPK教材通过物理概念和物理思想的结构化实现了物理课程的精简化;通过物理课程的精简化加快实现物理课程的现代化;在内容的现代化中进一步实现课程的综合化。这些思想将对我国物理教材的编写有一定的启发和参考价值。

参考文献：

[1]F.Herrmann.KPK物理（高中精编版）[M].上海：上海教育出版社，2013.

[2]郭长江.中德两套高中物理教材力学部分的比较研究[J].物理通报，2011（3）：89—91.

[3]吴国玢.浅谈德国KPK物理教材的基本特点[J].物理与工程，2010，20（5）：6—9.

[4]涂静秀.中、德两套初中物理教材的比较研究[D].上海：上海师范大学硕士学位论文，2009.

（栏目编辑    刘  荣）