不同知识呈现方式下的物理学科核心素养培养

2017-01-03林冰冰柯晓露陈成波

中学理科园地 2016年6期

林冰冰+柯晓露+陈成波

摘要：本文通过对闽台两地高中物理教材力学部分的比较研究，分别从教材“表层结构”和“深层结构”两个方面展开，比较两地教材对力学部分知识的选取、铺陈以及内容组织等方面，并对其所折射出的相关学生核心素养的培养进行进一步探讨，为两地的物理教学提供一个参考。

关键词：教材比较；闽台；力学；核心素养

引言

中学物理教材改革从1978年发行的十年制物理教材试用本开始，到后来根据两种教学要求修订的甲、乙种本，到如今一纲多本 [1 ]。大陆中学物理教材从“打好基础，培养能力”到现在的“促进学生物理核心素养的形成和发展”，越来越重视对学生的终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力的培养。

台湾从八十年代末课程改革中提出的“课程统整”，到2001年《“国民”教育九年一贯制课程暂行纲要》实施，其物理教材也从原来的“一纲一本”到如今的“一纲多本”，从以选拔、高分为主变为侧重普及能力培养。

高中物理教材中，无论哪个版本，力学部分都是内容最多、篇幅最长的，对学生的定量分析要求也是最高的，其重要地位不言而喻 [2 ]。

本文选用在台湾使用较为广泛的南一版教材（傅昭铭、陈義裕主编，南一书局出版） [3 ]。由于台湾高中物理奉行的是“高一统识，高二分流，高三选修”教育模式，所以台湾高中一年级教材《基础物理一[全]》涉及的知识体系是高中阶段的完整体系，但对知识点的要求就只是停留在定性的认识上，相当于是对其初中物理知识的一个初步深化和延续。高二的物理教材分为“社会组”（文科）和“自然组”（理科）两套，分别是《基础物理二A》和《基础物理二B（上/下）》。本文选择要求较高的“自然组”《基础物理二B》（上/下）教材力学部分。

1 两地教材 “表层结构”整体比较研究

所谓“表层结构”是指从教材的外在表现形式，也就是教材在内容上的呈现方式和框架安排。

1.1 两地教材体例比较

在呈现方式和框架安排上，很大程度取决于教材的组织形式，也就是本文所说的教材体例。鲁科版和南一版的教材体例如图1所示。

从教材体例上看，鲁科版中的后记与南一版中的编者大意作用相当，都是为读者介绍该套教材编写所参考的标准，以及教材的特色。此外，南一版还多出了中英索引、图片来源以及习题解答。在南一版教材中，较为突出的特色是，该套教材在每一个章节末尾都编排有本章学习重点、习题以及在教材最后还给出习题解答。这样安排不仅能够让学生清楚明了章节重点知识，在课后还可以及时得到习题训练和解答，如此出发可以一定程度上减轻学生对于课外辅导书籍的需求。相对于南一版，鲁科版在栏目设置中种类更加丰富多样，这样大大丰富了学生物理学习，例如在“迷你实验”中，引导学生利用生活中常见易得的物品，通过简单易行的实验步骤让学生切身感受物理学的惟妙。

1.2 内容组织方式

两地教材在内容组织上都各具特色，都在遵循当地课标的基础上，通过一定的栏目设置来扩展和丰富学生对物理知识的学习。

在鲁科版教材中，每一个章节前都用生活实例“导入”，引出本章将要学习的相关内容。并通过“本章要求”将《普通高中物理课程标准（实验）》里对相关知识点的掌握要求详细列出。如此，学生对于自己所要掌握的知识点以及掌握程度有所了解，也能更好自主学习。在每一个章节引入新知识之前，编者大多以生活实例创设情境，注重学习体验。在编排中穿插各种栏目设置来丰富学生物理学的学习。以物理必修1中的第四章“相互作用”为例，在“重力与重心”一节中，编者先是以踢球为例子，点出运动员在踢球时脚对球施加力可以改变球的形状和运动方向，进而引出对力的描述。在此之中，编者又用了四个信息窗向学生展示“我国古代人对‘力的认识”以及“四种基本的相互作用”等，在向学生介绍如何描述力的基础上，又进一步介绍了自然界中四种基本的相互作用，重视物理观念的培养，大大丰富了学生学习的内容。在“迷你实验室”中，编者用白纸和小铁管指导学生进行倾角仪的自制，引导学生用身边简易的材料做有趣的小实验，这生活化的物理实验增强了学生做实验的乐趣，还培养了学生的实验技能。“实验与探究”则是教材中实验，引导学生通过严谨的科学探究，来完成对重心的测量。在“讨论与交流”中，编者创设相关情境并提出问题，引导学生畅所欲言，深入思考。另外还有“方法点拨”给以学生科学方法和物理思想上的点拨，“拓展一步”提供给学生更多可选择的内容去了解等栏目。可以说在章节的知识编排上，鲁科版教材切实体现了核心素养培养中的在实验探究中培养物理科学思维。

南一版中，在章节首页安排一幅A4大小的图，内容以生活中常见的物体、运动等为主，在图的右下方以类似“投手将棒球投出，打击者要将球击出，两人对球施力的量值相同吗？如何进行估算？”这样的句子来引导学生进行思考进入新知识的学习。另外图例右下侧安排有“名人语录”以启发学生的阅读兴趣与思维。在章节中，常以物理学史或是生活中常见现象引入新课，在物理概念和规律的学习过程中让学生掌握科学方法。在延伸和丰富学生物理学的学习方面，编者同样用栏目设置方式展开。部分章节中穿插了“小知识”、“延伸阅读”、“想一想”、“做一做”等栏目。以第四章“牛顿运动定律”为例，“小知识”散落在章节编排中，涉及的内容从“墨子与自然科学”、“原始的牛顿运动定律并非目前课本的叙述”到“巨观与微观”、“冷焊”等，通常是对教材中的物理概念做进一步的阐述。在“延伸阅读”中，则是较为全面的教材引申知识的阐述，分别从“自由体力图的作法”讲起，进而安排“力图绘图要领的建议”以及“非惯性坐标系与假象力”的讲解，扩展了学生的知识面。“想一想”、“做一做”等栏目是让学生在学习教材物理知识的基础上，借助网络书籍等资料进行探索活动，触发学生思维，提高学生用科学方法解决实际问题的能力。在编排中编者始终坚持以“物理学的基本原理为‘经，物理知识在生活中应用为‘纬”交互编写 [4 ]。由此看出，“南一版”更加注重的是物理观念的培养。

2 两地教材力学部分“深层结构”比较研究

教材的“深层结构”则是在“表层结构”的基础上所体现的知识内容特征，反映的是以知识为载体，对学生物理学科核心素养的培养。

2.1 力学部分知识内容结构比较

在两地高中物理教材中，力学部分知识的选取大致相同，主要包括机械运动和万有引力。但是南一版中增加了角动量以及质心运动等内容，所涉及的知识点更加全面，在对学生的定量分析上要求更高一些。鲁科版则是将动量部分的内容作为学生的选修部分安排到选修3-5。鲁科版和南一版教材在力学部分章节目录如表1所示。

在运动中，两地教材都是从位移、质点以及速度等基本概念入手，引出匀变速直线运动。南一版中，编者在匀变速直线运动之后进一步将直线运动通过平面向量拓展到平面运动，而后将抛体运动全盘托出。而鲁科版则是将抛体运动与直线运动分开，纳入曲线运动，安排在圆周运动之前。在周期运动中，鲁科版增加了离心运动，而南一版则选择简谐运动。

在运动和力上，鲁科版先是介绍了重力、弹力和摩擦力，而后再进行力的合成分解，进而讲述牛顿三大定律。南一版在知识点上则增加了力矩、质心运动，（角）动量等内容，知识点编排更加全面，难度与深度也因此更胜一筹。

2.2 知识点呈现方式比较研究（以牛顿第二定律为例）

在知识点阐述方面，编者都力求用浅显易读的语言文字对物理概念与规律进行解释与阐述 [7 ]。下面以“牛顿第二定律”为例展开。

鲁科版的“牛顿第二定律”安排在“牛顿第一定律”之后进行，从实验探究入手，对“加速度与力、质量的关系”进行探究。首先告诉学生外力作用的结果是物体的运动速度产生变化，即产生加速度，从而引出加速度可能与物体所受外力有关，进而设计实验进行“加速度与物体受力的关系”实验探究，实验中利用打点计时器，通过纸带上打出的点来求算小车加速度。在探究“加速度与质量的关系”中同样是通过生活经验引导学生对加速度和质量的关系进行设想，然后进行实验设计与验证。将这两个实验的结论总结起来就是牛顿第二定律的内容，这样接下来对牛顿第二定律的学习也就顺理成章。在牛顿第二定律的学习之后，是对力学单位制的笼统学习，引出国际单位制。鲁科版以知识为载体，注重培养学生在“实验探究”以及“科学思维”方面的素养培养，而且要求的水平层次是较高的。

南一版中的“牛顿第二定律”同样是安排在“牛顿第一定律”之后进行的。但是在阐述上却又不同于鲁科版。南一版主要是通过对前人对牛顿第二定律发现的发展脉络展开。从亚里斯多德的理论描述开始，到伽利略的定量实验探究，到最后牛顿在《自然哲学的数学原理》对运动现象的原因做彻底探讨。最后才给出对牛顿第二定律的论述。在这之后，教材加入了该知识点在向量上的拓展，引出将问题分为相互垂直的x、y、z三个分量进行解题，并通过讨论加速度方向和大小引出失重现象。另外在本节“拓展延伸”中还加入了“自由体受力图的作法”等内容。南一版教材则是更加侧重从经典物理视角出发，对学生的物理观念进行培养。

在知识的铺陈呈现上，两地教材有很大的不同，但各具优势。鲁科版用实验探究的方式让学生自己对牛顿第二定律尝试进行阐述，这样更能让学生在深刻理解该定律的基础上，也教会学生如何用科学的方法进行实验探究，对其物理思维训练和实验能力是很好的锻炼。南一版从物理学史角度出发，充满故事性的教材阅读美感更强，而且在内容上要比鲁科版更加丰富。