中美初中教材中“杠杆”内容的比较研究

曾海涛 吴伟

摘  要：物理教材是实现物理教学目标的重要文本资源，不同国家的物理教材体现了差异性的教学思想。文章选择美国初中主流STC教材和国内使用范围较广的人教版、苏科版、沪教版、浙教版和北师大版五个版本初中物理（或科学）教材，对其中的“杠杆”内容，从所处位置、内容设计、栏目设置、插图设计、例题与习题等几个方面进行对比分析，发现STC教材注重学生科学探究、思辨与表达的训练，中国教材则更注重教材的系统性和知识性、学习的结果性。

关键词：初中物理教材;杠杆;比较研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）7-0023-5

物理教材，亦称物理课本，是根据物理课程标准（或物理教学大纲）编定的系统反映物理学科内容的教学用书，是实现物理教学目标的重要文本资源[1]。不同国家的物理教材体现了差异性的教学思想，同一国家多样化的物理教材是编者为适应不同地区教育现状的产物。研究分析不同国家的物理教材和同一国家不同版本的物理教材，对物理教材资源的应用优化具有重要意义。

近些年来，有许多研究人员从不同角度对中美物理教科书的对比分析展开过研究。北京师范大学李春密和李晓梅自主创建了初中物理教材比较分析模型，从广度和深度就难度问题对中美教材中的“压强和浮力”进行静态文本分析[2]。华南师范大学文莹莹等从教材内容设计、栏目设置和插图设计等6个方面对比中徳初中教材中“浮力”内容[3]。苏州大学张翔对美国和苏科版初中物理教材的内容、实验、探究活动、习题、插图、科学方法等方面进行比较研究[4]。此外，还有很多学者对中美高中物理教材进行了详细的对比分析。然而，针对国内多版本初中物理教材与美国初中科学教材物理部分的对比却鲜少涉及。

本文选择美国初中主流科学教材Science and Technology for Children（以下简称STC教材）和国内使用范围较广的人教版、苏科版、沪教版、浙教版和北师大版五个版本初中物理（或科学）教材[5-10]，对其中的“杠杆”内容，从所处位置、内容设计、栏目设置、插图设计、例题与习题等几个方面进行对比分析，以期对我国初中物理教材“杠杆”内容的编写和教学提供一些建议。

1    中美教材中“杠杆”内容所处位置比较

杠杆是简单机械的一种，充分认识杠杆及杠杆的平衡条件是掌握好简单机械、功、能等知识的前提。国内五个版本的教材将“杠杆”内容放于“简单机械”相关章节中，美国STC教材将“杠杆”内容安排在《能量、机器和运动》一书中，说明中美教材对于“杠杆”内容的定位是一致的。

在编排顺序上，浙教版、沪教版和人教版教材先介绍功能知识，再介绍杠杆;而苏科版和北师大版教材则恰好相反，先处理杠杆、滑轮等简单机械问题，再介绍功能知识;STC教材先介绍滑轮和杠杆知识，再分析使用机械的优势和机械效率。从学生认知发展的角度出发，苏科版、北师大版和STC教材的处理更为妥当。学生只有在充分了解简单机械，并知道如何运用这些机械完成物体的搬运和转移，才能进一步理解在物体的搬运和转移中存在做功，而做功正是能量转化的量度。这样的安排符合初中学生的认知规律，不易让学生产生畏难情绪，易于教学的开展。

2    中美教材中“杠杆”内容设计比较

纵观中美教材，“杠杆”内容页数大都在6页上下，分为2～3个小节，围绕杠杆及杠杆的平衡条件展开，但在具体内容上还是略有不同，具体区别见表1。

从表1中可以看出，国内五个版本的教材基本是按照“杠杆的概念—实验探究杠杆的平衡条件—巩固应用”的逻辑顺序进行设计，契合我国义务教育物理课程标准中对杠杆部分内容的要求——“知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件”[11]。此外，国内的教材都以图文并茂的形式呈现中国古代人们对杠杆的使用，包括《墨经》《天工开物》等书中的简介，以及古代工具舂、桔槔、戥子等。这些都是杠杆这一内容相关的物理学史资源，能激发学生的学习兴趣，提升其爱国情怀。

美国STC教材主要集中在两个实验探究——探究杠杆的平衡条件、探究使用杠杆来提升重物时动力做功与阻力做功的关系，难度较我国五个版本教材要高。STC教材的一大特色是着重于实验探究，通过实验探究和合作交流让学生完成知识体系的自主建构。STC教材没有对杠杆的基本构造作出一定的解释，在这一节的开端提出“是否玩过跷跷板，或使用过开瓶器和钓鱼竿？这一节课我们将研究杠杆是如何平衡和提升负载的”等问题，这对学生开始杠杆的学习造成一定的困惑。STC教材也没有直接给出两个实验所能得到的普适规律，而是以练习的形式让学生在小组讨论后将自己的答案记录在科学笔记本上，这样的设计对于学习困难的学生有一定的难度，不易达成。

3    中美教材中“杠杆”内容栏目设置比较

在栏目设置上，国内五个版本的教材情况各不相同，其中苏科版、浙教版和北师大版教材的栏目要丰富一些，比如苏科版教材有“活动（做一做、议一议）”“学生实验”“信息速递”“生活·物理·社会”“信息库”“WWW”6个栏目，分别涉及课堂引入、学生探究实验、知识概念补充、物理与生活和社会事件的联系、物理学史的介绍、课后习题几个方面，贴合初中生的心理特点，便于教学的展開。反观人教版和沪教版的教材，以沪教版为例，在一节内容中只有“你知道吗？”“思考与练习”两个栏目，名字简单、形式单薄，对学生吸引力不够。

STC全套教材中每一本书的每一节栏目设置具有高度一致性，依次是引言与导图、教学目标、课前讨论问题、探究前的准备（器材）、探究步骤及过程、反思。每一个栏目中或以高清有吸引力的大图、或以风趣幽默的语言、或以有思考性的问题引导学生加入科学探究，这非常值得国内教材学习。

4    中美教材中“杠杆”内容的插图比较

插图是指教材中具有直观、形象特点的图片、照片、图像等储存和传递教育信息的系统，能够表达那些用文字难以表达的空间和具体细节[12]。对于杠杆这一紧密联系日常生活的内容，教材中合适的插图能帮助学生顺利将生活经验迁移到物理学习中来，利于教学的展开。中美六个版本教材均为彩色印刷，图片颜色鲜艳、形象生动，教材插图密度较高，最高平均可达每页4幅之多，插图具体内容见图1。

按照教材插图的类型不同，将六个版本教材的插图分为漫画图、模型图、摄影图和实验探究图。漫画图描绘夸张的人物形象和神态动作，比如苏科版教材中的“钓鱼竿”一图;模型图在这主要指的是用模型抽象具体情境，并分析杠杆五要素的图;摄影图为真实拍摄的图片，如STC教材中的“道斯1996年平衡木项目表演图”;实验探究图呈现的是探究杠杆平衡条件过程图。值得说明的是STC教材中图片清晰度、色彩对比度和图片大小都明显优于国内教材。

通过图1可以发现，六个版本教材中摄影图的占比都很高，摄影图具有生活化、情境化的特点，能轻松将学生带入需要探究的物理情境中。探究杠杆的平衡条件是“杠杆”内容的重点，六个版本教材中都有实验探究图，国内五个版本教材基本以一幅杠杆平衡状态下的示意图简单呈现，没有具体探究过程;但STC教材中实验探究图的占比高达一半，这与其着重实验探究的教材特点一致。在漫画图和模型图这两部分，国内教材则明显优于STC教材，STC教材没有漫画图和模型图，也缺乏杠杆五要素的分析。国内教材特别是沪教版的教材在每一幅摄影图的旁边都会另附一幅小型模型图展现摄影图中的杠杆模型及杠杆的五要素，反复加强学生对杠杆的分析能力和作图能力。

5    中美教材中“杠杆”内容的例题、习题比较

例题、习题是物理教材的重要组成部分，也是教学评价的重要手段，具有选择、填空、作图、实验、计算等多种形式，能够帮助学生巩固基础物理知识，加深对物理规律的理解。对比中美六个版本教材，国内教材偏好作图和计算题，大都有唯一的标准解答，属于良性结构问题，操作题和讨论题不多;STC教材則更倾向于思考题和讨论题，强调在一次又一次的组内和班内讨论中获得物理规律。下面，分别针对教材内的例题和习题进行具体分析。

5.1    中美教材中“杠杆”内容的例题比较

就例题数量来说，中美六个版本教材都只有1个例题或者没有例题，具体比较见表2。

从表2可以看出，有例题的四个版本国内教材中都至少配有包括支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂这杠杆五要素的模型图，并通过简明扼要的文字说明和规范的求解过程，向学生示范计算题的解题格式。这其实与国内教材课后习题的设置保持一致，课本例题的求解是学生习题求解的范式。STC教材在“杠杆”这一节没有设置例题，这与其重视科学探究的训练、忽视计算能力的培养的特点是一致的。

5.2    中美教材中“杠杆”内容的习题比较

国内五个版本教材课后习题部分无论从题目数量还是题型都具有比较强的一致性，与美国STC教材存在明显差别，具体比较见表3。

从表3可以看出，美国STC教材“杠杆”内容的习题类型包括简答题、作图题和讨论题，并主要集中在讨论题和简答题，学生通过课前、课中和课后的讨论形成认知冲突完成知识建构。简答题不仅需要学生完成观点的表达，更重要的是能提供强而有力的证据来证明自己的观点，比如“你是否同意杠杆是简单机械的另一个例子，引用证据来支持你的观点，并和全班同学讨论你对这个问题的看法”[12]，这对于学生寻找证据的能力、表达能力等都有一定的促进作用。

国内五个版本教材的课后习题量相对均衡些，维持在4道习题左右，题型分布也比较均匀，基本是一类题型一个题目。其中，对于计算题和作图题比较重视，作图题的设计意图是巩固学生对杠杆五要素的理解，计算题的设计是为了强化学生对杠杆平衡条件的应用，而这两个方面也是“杠杆”这一内容的教学难点。其中，苏科版没有像国内其他四个版本教材那样侧重于计算题的设置，而是选择了制作“蜡烛跷跷板”这一任务，引导学生在动手操作的过程中巩固对杠杆平衡这一知识点的认识。以操作题取代常规的纸笔练习题，对初中阶段的学习显然更能激发学生对于物理猜想和物理探究的兴趣。

6    研究结论与启示

通过对中美教材中“杠杆”内容的比较，发现国内五个版本教材虽然在具体内容上略有差异，但还是保持着较高的一致性，中美教材在内容设计、栏目设置、插图设计、例题与习题等几个方面差异明显。

STC教材注重学生科学探究的训练，实验探究前学生要在自己的科学笔记本上对相关问题作出猜想，然后进行长时间的小组合作探究，再对探究结果进行讨论和反思，这也正是科学探究的基本流程。STC教材注重思辨和表达的训练，教材中的学生习题大都是以“discuss”和“reflect”为题的，教师在教材的指导下开展以学生为主体的探究式教学，注重学生观点的表达和思维的碰撞。

中国教材注重教材的系统性和知识性，纵观国内五个版本教材，其编排都具有一定的逻辑顺序，都明确指出杠杆的定义和杠杆的平衡条件，也在教材中安排了合适的计算和作图以加强学生对新知识的理解和掌握。中国教材强调学习的结果性，但凡进行实验探究，就一定会有实验总结，并得出相应的物理规律;但凡进行问题讨论，就一定会有教师总结，得出唯一的标准答案。

综上所述，中美初中教材各有利弊，教材的编写应当在课程标准拟定的范围下，尽可能为学生的物理学习服务。

参考文献：

[1]阎金铎，郭玉英.中学物理教学概论[M].北京：高等教育出版社，2009：62-64.

[2]李晓梅，李春密.中美初中物理教材难度的静态比较分析[J].物理教师，2016，37（8）：78-81.

[3]文莹莹，张军朋.关于中德初级物理教材中“浮力”的比较研究[J].物理教师，2014，35（4）：71-73.

[4]张翔.中美二套初中物理教材比较研究[D].苏州：苏州大学硕士学位论文，2008.

[5]Smithsonian.The National Academies National Science Resources Center.Energy，Machines，and Motion（Science and Technology Concepts for Middle SchoolTM ）[M].Burlington：Carolina Biological Supply Company，2000：120-128.

[6]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：76-80.

[7]刘炳昇，李容. 义务教育教科书物理九年级上册[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2013：2-8.

[8]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.九年义务教育课本物理八年级下册[M].上海：上海教育出版社，2012：40-47.

[9]朱清时.义务教育教科书科学九年级上册[M].杭州：浙江教育出版社，2014：87-92.

[10]闫金铎.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：北京师范大学出版社，2012：92-98.

[11]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[12]惠宇洁，陈娴.从美国主流教科书插图看物理核心素养的渗透——以“动量”为例[J].物理教师，2018，39（8）：77-80.

（栏目编辑    刘   荣）