中美物理中学课本对比 王朝彤

中美高中物理教材的比较研究2014级物理学3班王朝彤学号：41406125——以人教版物理教材与美国《Physics:PrinciplesandProblems》为例[1]沙书俊母小勇美国高中物理教材的几种取向研究[J].物理师.2007.28.(9):46-48[2]杨慧敏美国基础教育[M].广州:广东教育出版社2004[3]钟启泉,汪霞,王文静课程与教学论[M].上海：华东师范大学出版社,2008[4]普通高级中学教科书（物理）[M].北京：人民教育出版社，2006：67-85[5]肖骁,邢红军.高中物理教学中的科学方法显化研究[J].物理教师：高中版,2010,(3).[6]张承芬.教育心理学[M].济南：山东教育出版社，2007：132-136[7]张恩德.美国近二十年高中物理教材结构的变化特点及启示[J].课程.教材.教法2010，(8).[8]冯学军.中美中学物理教育比较研究.硕士[D].山东师范大学,2004[9]秦艳,乔翠兰.中美两套典型物理教材习题比较[J].物理教师2009.30.(6):5-8[10]李茹,陈娴.融入元认知理论的美国中学物理教材及研究[J].物理教师.2008.29.(3):42-43参考文献目录1.中美物理教材概述2.中美两国教材编写的课程与教学政策背景比较3.中美物理教材知识难度差异的分析4.中美物理教材知识结构的比较研究5.中美物理教材中科学方法教育的比较研究美国物理课程现状及美国物理教材简介学习必修《物质科学》《生命科学》两门课，时间一年概念物理学习非理工方向的学生或是成绩较差的学生《常规一年的物理课程》传统的物理内容《荣誉生物理课程》为优秀学生开设，有些部分有所加深《高级物理AP》开设的一种具有大学水平的课程。修完AP课程又能通过AP考试，就可以得到大学承认的学分教材的特点可以总结成以下几点：1.每一章都以一个基础的实验作为开始，使学生积极的参与到实验中，从实验到理论。2.设置三步解题法来帮助学生学习例题，并且在例题中用小贴士的方式为学生提供例题中所用的数学知识。帮助学生理解数学和物理学规律的联系，为学生提供额外的数学支持，扫清学生学习物理时的数学障碍。3.在每道例题后提供一定数量的练习题及时反馈。4．将AP考试中的一些问题引入到教材中来，为有能力的学生提供挑战性问题激发学生的学习兴趣。5.在教材中设置“设计你的实验”“传统实验”“互联网实验”，利用这些栏目增大课堂教学的弹性。美国没有统一的课程标准，各州政府的教育主管部门负责制定并颁布州一级的课程标准，但该标准对学校使用的教科书没有任何硬性规定，同时也不组织人员编写教科书。教科书的编写和出版是以市场为导向的，学校具有自由选择和使用教科书的权利。因此美国物理教科书的竞争很激烈，大多数的出版公司都出版一种以上的物理教科书。出版商为了使教科书更有竞争力通常还会为购书者提供考题库、光盘、互联网教育等赠品。为了更好的了解当下美国物理教材的情况，将美国物理教材归纳为三个价值取向：学术型取向、通识型取向、生活型取向。[3]在美国诸多版本的理科物理教科书中，由PaulW.Zitzewitz等人编写的具有生活型取向的物理教材《Physics:PrinciplesandProblems》在“常规一年的物理课程”和“荣誉生物理课程”中自1987年到2005年一直占有很高的选用率。由上面的介绍可知在美国的四种难度不同的课程类型中选择“常规一年的物理课程”和“荣誉生物理课程”的总人数占的百分比最多。在1987年加起来占92%。在2005年占75%。虽然呈一个下降的趋势，但这个数字足以证明《Physics:PrinciplesandProblems》在美国当下在选用率上仍然占有绝对优势。《Physics:PrinciplesandProblems》在选课率最高的两门物理课程中一直占有最高的选用率，由此可见，这部物理教材在美国当下是应用的最广的物理教材。我国物理教材的发展及现状第一个阶段是1949—1957年学习苏联模式。第二个阶段1958—1963年“教育大革命”时期摆脱苏联模式。第三个阶段是自1963年教育部印发《全日制中国学物理教学大纲（草案）》我国开始比较全面地研究国外教学改革情况。第四个阶段是2001年我国颁布了新的课程标准后，一些地区和单位开始组织力量编写新课标下的高中物理教科书。由饼形图可以直观的看出，人教版物理教材在我国物理教材的选用上占有绝对的优势。因此在比较研究的过程中选择人民教育出版社的高中物理课本中美物理教材知识难度差异的分析必修一、必修二、3-1、3-2、3-3、3-4、3-5这七本物理教材所涵盖的全部知识内容是我国最难课程内容的整体，但与美国教材相比我国教材的知识内容仍然不够丰富。[1]美国教材力学部分第八章转动；第九章动量与动量守恒中涉及到的角动量、角动量守恒、二维空间中的碰撞；近代物理部分第二十九章固态电子学。这些内容都是我国高中教材没有涉及到的内容。美国教材从知识的深度、广度都难于我国教材。两国教材的知识难度存在较大差异值得我们认真思考。我国新课标的物理课程结构由12个模块构成。这十二个模块各自有不相同的物理知识内容，每个模块占2学分最低修满6学分其中物理1与物理2是必修模块其余是选修模块。选修模块的梯度如图3-1所示：在我国无论是高中会考还是高考都要求学生掌握比较全面的物理知识内容，这使得学生无论能力高低未来发展方向如何都必须学习与高考相关的全部物理知识内容。我国的课程结构的灵活性与我国当下的学业评价方式本身存在矛盾，最终导致我国大部分地区并没有真正落实新课程结构对物理课程的灵活选择的要求，仍然是所有的学生选修同样的文科课程或理科课程。文科物理课程选用的教材是必修一、必修二、1-1到2-3；理科物理课程选用的教材是必修一、必修二、3-1到3-5。选修美国最低标准物理课程的学生在修完课程后能够对物理知识的各个方面（力、热、光、电、磁、近代物理）都有一个初步的了解。选修我国最低标准物理课程的学生在修满学分后只能学习到完整的力学部分和电学、热学、光学、磁学、近代物理学中的某一部分。例如学生在必修基础上又选修了3-1模块，他在修满6学分后只能了解力学和电学部分的物理知识，无缘了解其他部分的物理知识。我国物理课程的这种选修模式会造成学生物理知识的缺失。这种缺失不利于学生对物理科学的整体认识。美国教师之所以能够将比较难的物理知识传授给学生在于美国的物理教育是对物理知识内容本身的教学，而不是将纯粹思辨性的物理式数学题引入到教学中。美国《PPP》教材的习题很多但多数是比较简单的物理知识的灵活应用，很少有需要繁杂的数学计算、思辨性强、难于理解的物理习题。美国物理教学没有过多的习题负担，因此可以将比较难的物理知识体系在高中的物理教材介绍。我国教材的内容相对简单，教材中的习题较少并且难度不大。我国教师为了提高学生的应试能力通常将练习册视为学生的第二教材。练习册中的题量通常较大，并且题目较难，趣味性较低。解决练习题通常需要的更多是数学手段，而不是物理知识本身。我国物理教学把过多的时间浪费在处理数学式的物理练习题上，牺牲了物理知识本身的教学时间，增大了学生的学习压力。我国教材的内容相对简单，教材中的习题较少并且难度不大。我国教师为了提高学生的应试能力通常将练习册视为学生的第二教材。练习册中的题量通常较大，并且题目较难，趣味性较低。解决练习题通常需要的更多是数学手段，而不是物理知识本身。我国物理教学把过多的时间浪费在处理数学式的物理练习题上，牺牲了物理知识本身的教学时间，增大了学生的学习压力。美国教师的教学观念是变繁为简，我国教师的教学观念则是变简为繁。我国教师将简单知识复杂化的教学方式是我国教材难以加深难度的主要原因。在权衡了我国教师的教学方式和为学生减负的课改宗旨，我国教材在编写过程中不得不大幅度的变动了教材中的一些物理知识内容：一方面通过减少物理教材的内容直接降低学生学习的负担；另一方面通过对部分物理知识的删减来降低学生的习题负担。由此可见，我国教师对教材变简为繁的解读方式使我国教材很难像美国教材那样拓展教材内容的深度和广度。中美物理教材知识结构的比较研究奥苏泊尔将学习分为下位学习1、上位学习2、并列结合学习3，在这三种学习方式中下位学习最简单。[5]所以在编写教材时为了降低学生理解的难度最好先为学生呈现一个概括性较高的概念，然后逐步丰富这个概念的内容，使每一步学习都是丰富总括概念的下位学习。尽量避免在呈现总括概念之前先为学生讲解一些细碎的概括性较低的概念和规律，同时也要注意避免单纯的为了使教材中某一章节知识自成体系而把本应是上下位学习关系的内容硬性拆开，使下位知识不能归属到上位知识中学习阻断知识的迁移。力是一个包容性比较强的概念，在这一概念下有三条支柱性的定律即牛顿三定律。美国教材将牛顿三定律下设到力这一章，使得力学的基础知识能够通过牛顿三定律的学习顺理成章的联系到一起。如下图4-1所示，“力的合成”、“接触力与场力”是牛顿第二定律学习的准备知识。“阻力与最终速度”、“平衡条件”、“绳和弦上的力”、“支持力”这些概括性水平较低的下位知识都能归属到与之相对应的上位知识中学习。美国教材的结构增加了下位学习的机会符合了学生的认知规律，降低了学生理解教材的难度。我国教材将力学的基础知识集中到教材的第三章，其中包含重力、弹力、摩擦力、力的合成、力的分解，而牛顿运动定律的知识则自成一章。很显然这种编写方式割裂了知识本身的联系，阻碍了知识迁移的产生，使重力、弹力这些下位概念不能够归属于概括性较高的规律中学习，使知识的学习复杂化、反复化，增加了学习中不必要的困难。由中美教材比较谈我国教材中科学方法的显化美国教材开篇第一章是物理工具箱，与我国教材不同，美国PPP教材并没有在开篇的部分以物理学史、有趣的物理实验以及现代科技成果来引起学生的学习兴趣，而是直接系统的介绍了学习物理和研究物理所必备的科学方法。如图5-1所示，物理工具箱这一章的内容分为三个部分：“数学与物理”、“测量”、“绘制数据图”。[6]在“数学与物理”中教材通过“什么是物理”“物理中的数学”“国际单位制”“量纲分析法”“有效数字”这几个模块介绍了数学作为物理学的语言和工具如何在物理的研究过程中发挥作用，及物理研究中常用的数学方法。在“科学方法”中教材通过将学生学习物理的过程与科学家研究物理的过程对比展开，让学生了解观察、实验、建立模型或提出理论解释实验结果或预测新事物，都是科学方法的基本要点，并系统地介绍了模型、理论、规律之间的关系。美国教材在第一章物理工具箱中是以显化的方式系统的介绍全书中所要用到的物理科学方法，并且通过融入科学家研究物理的过程使科学方法更有趣味性。我国物理教材中则是将科学方法隐含在物理概念与规律的教学中，很少在教材中以较大篇幅直接讲解物理科学方法。由中美教材比较谈我国教材中数学方法的缺失一、数学方法在美国教材中的作用美国教材在编写的过程中十分重视数学方法与物理学习之间的联系。为了能够更清晰的体现数学方法在知识学习和物理研究中的重要作用美国教材中特别设置了“建立物理与数学的联系”、“数学手册”栏目。不仅如此，教材甚至会将一些重要的数学知识直接在教材的正文中以较大的篇幅讲解。其目的一方面是为学生学习物理提供必要的数学支持，降低知识学习的难度；一方面是让学生了解数学方法在物理研究中的重要作用，经历完整的科学探究过程。我国教材编写者在编写教材时默认学生在学习物理之前已经在数学课上学习到了相关的数学内容，为了适应当下高中物理课时较少的现状教材中省略了应有数学知识。但问题是物理教材与数学教材的进度不一定匹配。一些物理教材中涉及到的数学知识学生还没有学习到，或是已经学习过但不扎实难以成为学习物理的基础。我国教材简化了应有的数学内容，虽然减少了教学内容，缩短了教学课时，提高了教学效率，但是实际上却增加了学生理解教材的难度使学生需要更多的努力来完成知识的学习。可见教材简化并没带来教材的简单。在物理实验教学方面的对比表一：美国学生实验数目的分布情况[3]类别力学热学光学电磁学原子