摘要:美国高中阶段物理课程注重科学探究、密切联系生活实际,日本高中阶段物理课程则重视基础,强调发展个性。选取两国物理学科课程教材作为比较研究对象,通过分析美、日两国物理教材的内容和特点,反思和学习两国教材中体现的教学理念,可为我国新一轮课改中物理课程的具体实施提供参考和借鉴。

关键词:教材;比较;共性;差异性;借鉴

中图分类号:G423.04文献标志码:A文章编号:1673-4289(2009)07-0019-04

教材是教与学的中介,是教师组织教学的主要依据,也是学生学习的主要资源。课程设计者在编制教材的时候会尽可能地将其教学理念通过教材文本传递给师生。一直以来,我国的课程发展希望能够从各国经验中汲取养分,但有能力对众多国家纷繁复杂的教育现象进行概述的毕竟是少数,且庞杂的信息可能影响我们对所需求的信息的筛选。因此,选取教材作为研究对象以获得对国外物理教育的一些切实的观感业已成为一种必需。

一、美国、日本高中物理教材简介

(一)美国高中物理教材介绍

美国高中物理课程注重科学探究、密切联系实际。本文以《实用物理活动》(Hands-on Physics Activities)①一书为例介绍美国高中物理教材的特点。如表1所示,《实用物理活动》主要由8个单元,34节构成。

该教材包含了166个知识点,知识点与学生生活密切联系的有趣探究活动相联系,比如“钢球赛跑”、“电梯里的力”、“对正在弹跳的篮球能量的分析”等,可以看出教材编写者非常重视让学生在科学探究的基础上理解、掌握知识,培养能力。

(二)日本高中物理教材介绍

日本高中开设的13个理科科目中,学生至少要从带Ⅰ的科目和综合理科中选学两科,物理Ⅱ是在原来的物理Ⅰ(B)中较难内容的基础上扩大补充而成的,属于学术性理科,其特点是对Ⅰ(B)科目的扩充和加深。物理Ⅱ阶段共有7套教材可供选用。本文以《物理Ⅱ(修订版)》②为例介绍日本高中物理教材的特点。

表2中呈现出日本教材注重学科体系的构建,希望能够通过教材明确学习课题与学习阶段的特点。尽量避免了百科全书式地罗列学习项目的做法,以基本概念为学习的主线,用精练的语言进行具体解说,帮助学生更好地理解。而以“科学专题课题”的方式穿插于教材之中的探究活动,编排生动丰富,能够让教师和学生根据实际情况灵活实施观察与实验。

二、美、日两国物理教材之比较

(一)共性分析

1.注重科学探究活动

《实用物理活动》中每一个知识点均设计成一个实验或调查研究活动,整个教材有166个学生活动。课程设计者期望通过活动为学生和他们的周围世界提供富有意义的相互作用。每一个活动包括:“探究的概念”(concepts to investigate)、“材料”(materials)、“探究的原则”(principles to investigate)或“原理和程序”(principles and procedures)等项内容。低成本仪器能在科学实验室中方便地找到。学生通过实验活动,既能在轻松愉快的环境中学习、掌握物理概念、规律,又能深刻领会科学的“方法维度”(process-dimension)。

《物理Ⅱ》教材采用“专题研究”的方式,强调科学的系统性和方法、能力的培养[1]。每个专题包括:“案例提示——呈现野外进行探究活动或进行课题研究的案例,使学生把握探究过程和方法”,“研究目的——从事物现象中提示学生之间互相讨论观察、实验的方法及猜测结果的情境”,“基本操作——使学生彻底把握观察、实验的基本技能,并充实记述实验器具、坐标图等的基本操作”,“总结——实施观察、实验、解释结果、发现规律性、总结及发表等学习活动案例”,“资料来源——在地层、地震、标本、气象等图中明确记载日期、地点及比例尺等,并在卷尾记载提供插图、相片、资料的单位”。

2.吸收了物理学科学习心理学的研究成果

物理学科学习心理学的研究成果认为,学习者在学习物理课程之前就已经具有某些先前经验,只不过这些经验可能是与物理概念不一致的错误概念或者不完整概念。物理学科学习一般具有四个认知过程:识别现有概念不足以解释的现象,形成新的概念以更好地解释所观察到的现象,应用这些新概念来解决新的科学问题,形成科学推理的专长[2]。

《实用物理活动》的课程设置者摈弃了“传统的物理学习就是在个人的记忆里填加越来越多的概念信息”的行为主义学习观,采用了“学习是指个体的知识结构发生实质性的改变”的“认知—转变”理论学习观,强调学习物理的目的是解释自然界,而不只是描述自然界。例如对于“功和功率”这个知识点,《实用物理活动》给出需探究的概念是“可操作性的功率”,需要预测的是“影响功率的各个因素”,需解释内容是“力、距离、功、时间、功率等的数据”,活动器材包括“一段楼梯、米尺、砖块、弹簧秤”,需学生讨论的内容有“列举三件你能做的、使你登楼时功率增大的事情”等。

由于日本的物理I阶段以日常的事物和现象为中心,课程内容比较浅显易懂。《物理Ⅱ》则以形成系统的物理学基本概念为中心,设置了“课题研究”的大项目。这种设计可以让学生结合各个项目内容的学习,通过观察和实验,建立假设和模型、推论、控制条件、测定、数据处理和分析、解释、发现规律等,学习物理学的研究方法,写出有创作意义的研究报告,培养学生对自然科学的兴趣和热情,对自然的综合见解、分析考察能力及合理、有效利用自然资源的态度。对要解决的课题,可以适当地利用计算机进行资料检索、计算、测量、结果的综合、处理等。

3.吸引更多的学生学习物理的同时对学生的学术水平抱有高期望

美国和日本教材都强调为学生提供与书本知识相关的大量的、丰富的资料和信息。《实用物理活动》中包括了SUV的稳定性、跑鞋的学问、地震保护、混合动力型汽车、自行车的齿轮变数器、信用卡读卡器、热核聚变、第五种物态、人工智能等知识的介绍。《物理Ⅱ》共收录的13个研究专题涉及力矩、向心力和离心力、惯性矩、铁锤的转动、非线性电阻、电磁感应、电磁波的偏振、光电效应、氢原子轨道模型、中子的存在等。丰富而且贴近现实生活的知识材料储备就是为了吸引那些好奇而且独具个性的学生,希望教材能够面向全体学生。

但是美国和日本都建立了多层次多类别的学术标准以保证本国学生的学术水平不低于世界上任何一个国家。美国在1991年《美国2000年:教育战略》中,明确提出要在核心科目领域开发新的“世界级标准”并筹划建立了全国教育标准和考试委员会(即NCEST),建立了全国性标准、州一级标准和学区一级标准三级体系来保证学生学业水平[3]19。日本1993年3月公布的高中理科《学习指导要领》中指出,高中理科改革的基本方针是“更加重视科学探究学习,培养探究自然的能力和态度。同时针对每个学生的能力、适应性、兴趣关心、进取希望等,培养丰富的科学素养”。通过统一的国家课程标准,分三个层次来保证学生学术水平逐步提高:理科综合——通过观察和实验等来理解科学与人类生活的关系,理解和认识人类探究和阐明自然规律的过程和方法以及科学的发展过程,提高对科学的兴趣和关心,培养科学的见解和方法;物理Ⅰ——通过对物理事物和现象进行观察和实验,提高对自然的关心和探究心,培养探究物理的能力和态度,同时理解物理学的基本概念、原理和规律,培养科学的自然观;物理Ⅱ——通过对物理事物和现象进行观察、实验和课题研究,提高对自然的关心和探究心,培养探究物理的能力和态度,同时深入理解物理学的基本概念、原理和规律,培养科学的自然观[4]。

(二)差异性分析

1.教材内容差异

美国和日本的物理教材编制都着力体现该国的科技专长,并应工业发展之需调适课程内容的比例。美国物理课程偏重培养学生的实验操作能力、实验设计能力、新实验计划的研制能力和新实验器材的开发利用能力,这与美国在高科技领域保持的不断变革精神一致。日本的物理课程偏重学生对理论知识的掌握,并强调电磁学和原子物理学部分知识的传授,源于其电子工业高度发达,高能物理研究以及原子能应用在全球处于的领先地位。

2.教材编排结构上存在的不同

美国高中物理教材存在体系不够清晰的问题。美国课程标准由全国性标准、州一级标准、学区一级标准构成,且其主要内容是关于认知结果的规定,灵活性大,但是减弱了教材的结构[3]23。日本物理教材的难度偏大,是因为日本只有国家课程标准(学校有开发学校课程的自主权,但是不存在学校课程标准)。文部省对某个阶段学生学业水平的要求一致,把一直作为最高上限标准的新学习指导要领变成了必须达到的最低标准;要求教师对理解能力强的学生补充超出教科书内容和新学习指导要领规定范围的学习;在教科书审定标准方面,允许教材超出新学习指导要领范围编入发展性学习内容等。

3.学业评价体系的不同

美国物理课程评价围绕学生在三个主要目标上的进步,即对科学概念的理解,进行科学探究的能力和对探究的理解。因此教材中设计了档案袋评价、实验表现评价、知识评价和技能评价四个方面。日本在学业评价方面比较看重知识和技能的评价,包括“动机和态度”、“利用资料的能力和方法”、“思考与判断”、“知识与理解”四个方面,除去第一项在学习活动中考查外,其余都要求定期考查。

三、对我国物理课程的借鉴意义

1.教材应该为学生提供发展兴趣的机会并鼓励学生主动进取

美国和日本的教材都呈现出一种模块化倾向,学生通过灵活选择课程实现兴趣的发展。我国现行物理教材也采用了物理1、物理2和选修物理1、2、3模块的组合,其主要着眼点是消除学生在物理学科课程学业成就上的差异,但是没有解决让学生学好物理和减轻课业负担的问题。

2.教材应能支持教育改革所提倡的理念

基本的四类教学方法——“信息加工类教学、个性发展类教学、社会交往类教学、行为系统类教学”③应与教材内容、教材结构相匹配。中国物理教师,特别是高中物理教师,常常面对教学评价和课程评价的双重标准。要求教师以个性发展类教学模式实现信息加工类教学目标容易让教师无所适从。

3.教材可以通过网络获得延续和支持

在美国物理教材中特别醒目的一个板块就是“物理学在线”,例如physicspp. com/internet_lab这样的网站,可以让学生将自己测量的重力加速度贴到数字地图上去,不同位置、区域和海拔对重力加速度的影响一目了然。数字图书馆和数字实验室的推广可以为教师的科研提供便捷的服务,教师通过自己的个人主页也可以与学生实现资源共享[5]。我国现在的教学科研网站比较侧重于教学理论和教学经验的交流,若能在中学物理数字实验室方面有所发展,将会为师生们提供一个广阔的学习平台。

总之,我国高中物理新教材的发展方向是不再追求物理学科本身的完备性和知识的覆盖面,而是选择最有价值和学生终身发展必须具备的知识作为教材的内容,把教材的中心价值转移到学生怎样使用教材上来,且赋予教材内容以更多的价值观,强调关注学生的学习兴趣和经验,形成积极主动的学习态度。

参考文献:

[1]徐杰.美日港典型高中物理教材评介[J].物理教师,2002,(5):7-10.

[2][美]迈耶.教育心理学的生机:学科学习与教学心理学[M].姚梅林,译.南京:江苏教育出版社,2005,(12):202.

[3]陈霞,赵中建.中英美三国的课程标准之比较[J].外国教育研究,2005,(7).

[4]徐杰.新世纪中日两国高中物理课程比较[J].物理教学探讨,2005,(4):31-34.

[5]赵忠贤.美国科学教育改革“万花筒”项目(Project Kaleidoscope)简介[EB/OL].(2003-01-15).http://hanbo.ci123.com/article_604.html.

(作者单位:西南大学教育科学研究所,重庆 400715)

注:

①James Cunningham, Norman Herr. Hands-On Physics Activities with Real-Life Applications: Easy-to-Use Labs and Demonstrations for Grades 8 - 12[M]. The Center for Applied Research in Education, West Nyack, New York, 1994.

②近角聪信,田沼静一,长谷川博一.(新课程)教科书[物理II][M].东京:东京书籍株式会,2001.

③参见:施良方.课程理论——课程的基础、原理与问题[M].北京:教育科学出版社,1996:142-144.