文瑩瑩 張軍朋

（華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

國內(nèi)外的基礎(chǔ)教育都在加強(qiáng)課程改革，而教材作為課程內(nèi)容的載體則體現(xiàn)了各國基礎(chǔ)教育改革的特色.教材向?qū)W生傳授知識(shí)、技能、方法、價(jià)值觀等，是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的來源，也是教師教學(xué)的依據(jù)，各個(gè)國家教材的編寫體系將反映其教育思想觀念及教學(xué)方式.物理教材作為教學(xué)的信息資源，是根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)而編寫以反映物理學(xué)科內(nèi)容的教科書，其內(nèi)容的選取和程度要求是各版本教材編寫意圖的具體體現(xiàn)，反映著不同的指導(dǎo)思想和教學(xué)要求.

筆者選取人民教育出版社出版的義務(wù)教育教科書物理8年級(jí)上冊(cè)（以下簡稱為中國教材）和德國卡爾斯魯厄初級(jí)中學(xué)物理課程第1冊(cè)（Der Karlsruher Physikkurs，以下簡稱為 KPK教材）中“浮力”的相關(guān)內(nèi)容，采用文本分析法、文獻(xiàn)法等來比較中德教材在內(nèi)容設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置和插圖設(shè)計(jì)、內(nèi)容呈現(xiàn)順序、問題引入方式、概念表述和公式推導(dǎo)方式、例題習(xí)題設(shè)計(jì)6個(gè)方面的異同，以期借鑒他國之長，促進(jìn)我國中學(xué)物理教材的進(jìn)一步發(fā)展，引導(dǎo)我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中開拓新思路.

1 教材內(nèi)容設(shè)計(jì)的比較

中德初級(jí)物理教材關(guān)于“浮力”的知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如表1.

表1

從表1中可以看出，在“浮力”的內(nèi)容設(shè)計(jì)上，中國教材與KPK教材的知識(shí)點(diǎn)基本一致，都包括浮力的概念、大小、產(chǎn)生的原因、物體的沉浮條件等.在相同知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，中國教材還增加了探究決定浮力大小的因素及浮力應(yīng)用這兩個(gè)小模塊.在探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)這一小模塊中，采用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法，通過猜想、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)來得到結(jié)果，這將為下一節(jié)探究阿基米德原理做好鋪墊，為學(xué)生探究浮力的大小提供假設(shè)的基礎(chǔ).這種探究式的內(nèi)容設(shè)計(jì)將增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探究精神與科學(xué)素養(yǎng).中國教材在最后部分添加浮力應(yīng)用這小模塊，通過介紹輪船、潛水艇、氣球和飛艇的原理來加深對(duì)浮力的理解，形象生動(dòng)，使物理同社會(huì)生產(chǎn)與生活相結(jié)合，更符合現(xiàn)代教育理念的特色.

而“浮力”這一知識(shí)點(diǎn)在教材中所占的比重，中國教材遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KPK教材.中國教材用了3節(jié)12頁 的版面來介紹“浮力”，而整套教材中只有86節(jié)，“浮力”就占了3節(jié).KPK教材卻只用2節(jié)3頁就把設(shè)計(jì)基本一致的內(nèi)容介紹完，在240節(jié)內(nèi)容的教材中，“浮力”只占其中的2小節(jié).可見，中國教材在“浮力”知識(shí)點(diǎn)上介紹得更詳細(xì).但在全套教材的內(nèi)容布置中，KPK教材遠(yuǎn)比中國教材介紹的知識(shí)點(diǎn)多范圍廣，這將為學(xué)生提供更大的知識(shí)面，打造更加全面的科學(xué)基礎(chǔ).

在當(dāng)代隨著物理學(xué)的發(fā)展，中學(xué)物理教材中知識(shí)量不斷增多，但有限的教學(xué)課時(shí)不能滿足實(shí)際需要，KPK的教材卻在有限的課時(shí)內(nèi)講授更多的知識(shí)內(nèi)容，解決了知識(shí)量與課時(shí)量之間的矛盾.

2 欄目設(shè)置及插圖的比較

在欄目設(shè)置上，中國教材顯得比較多樣化，除了正文描述外，還有“導(dǎo)入語”、“演示實(shí)驗(yàn)”、“探究實(shí)驗(yàn)”、“小資料”、“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”、“想想做做”、及“學(xué)到了什么”等小欄目.這些欄目側(cè)重學(xué)生自己動(dòng)手活動(dòng)，更貼切初中生具有強(qiáng)烈操作興趣的心理發(fā)展特點(diǎn)，充分顯示學(xué)生的主體地位.KPK教材在欄目設(shè)置方面則顯得比較單一，只是采用資料活頁的方式用敘述，推導(dǎo)的方法來介紹浮力的內(nèi)容，在知識(shí)點(diǎn)介紹完成后增加練習(xí)題欄目.從整體上看，KPK教材的設(shè)計(jì)風(fēng)格顯得比較樸素，但是在文字上卻更加嚴(yán)謹(jǐn)，比較注重內(nèi)容邏輯的嚴(yán)密性，更有利于學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng).

兩種版本的教材都在重難點(diǎn)內(nèi)容介紹中設(shè)計(jì)了相關(guān)的插圖，但中國教材中的插圖數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于KPK教材，在12頁教材中總共有18幅插圖，而在3頁KPK教材中只有3幅插圖.在教材中采用圖文并茂的方式具有很強(qiáng)的趣味性，符合初中生處在形象思維階段的認(rèn)知思維特征.插圖的數(shù)量可能不會(huì)影響到教學(xué)效果，但是結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)與認(rèn)知規(guī)律，筆者認(rèn)為中學(xué)生以直接興趣為主，那么在實(shí)際教學(xué)過程中，插圖作為一種直觀性的教學(xué)素材，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生從生活實(shí)際中走進(jìn)物理世界，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生擺脫抽象難懂的物理概念，幫助學(xué)生理解掌握物理知識(shí).

3 內(nèi)容呈現(xiàn)順序的比較

兩個(gè)版本的教材在內(nèi)容呈現(xiàn)順序上也有不同的設(shè)計(jì).從整套教材上看，中國教材是根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，按聲、物態(tài)變化、光、力、能量、電和磁等由易及難的順序逐步編排.由日常生活中常見的聲光等現(xiàn)象來吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情之后插入比較抽象難懂的力學(xué)知識(shí)，浮力這一知識(shí)點(diǎn)則是在學(xué)習(xí)了力和壓強(qiáng)的概念后，從力的角度分析壓力差來引入.

KPK教材則是根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的需要，按能量、動(dòng)量、熵、信息、電、光、反應(yīng)、波和原子的順序來編排.先介紹能量、動(dòng)量等實(shí)物型基本物理概念，以實(shí)物型量的流構(gòu)建課程結(jié)構(gòu).所以，浮力這一知識(shí)點(diǎn)是在學(xué)習(xí)了能量、流、動(dòng)量等核心概念之后，采用動(dòng)量及動(dòng)量流來解釋.這種方式比較新穎且邏輯性較強(qiáng)，在初中課程中把能量概念置于最高點(diǎn)，用能量和流構(gòu)成力熱光電等各體系，充分體現(xiàn)了KPK教材的現(xiàn)代化特征，解決了現(xiàn)代物理學(xué)不能與經(jīng)典物理學(xué)理想結(jié)合的矛盾，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展.

4 問題引入方式的比較

在相同知識(shí)點(diǎn)的問題引入方式上，中德教材也有很大的差異.中國教材都是從生活的現(xiàn)象引入知識(shí)點(diǎn)，例如以冰山、游艇為例引出浮力的概念；假想木頭在水中、人在死海中這些生活實(shí)際的例子來探究浮力大小的影響因素.KPK教材則在教材開始部分設(shè)疑之后，采用推理的方式一步步引入知識(shí)點(diǎn).在進(jìn)入學(xué)習(xí)浮力的概念、產(chǎn)生原因、大小等之前，學(xué)生已經(jīng)先從密度的角度討論了“物體何時(shí)沉浮”這一問題.可見在知識(shí)點(diǎn)的引入方式上，中國教材更注重于將物理知識(shí)與生活中的實(shí)例相聯(lián)系，充分體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的教育理念，而KPK教材則強(qiáng)調(diào)相關(guān)內(nèi)容的銜接及知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，從多個(gè)角度來引入課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，注重學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng).

5 概念表述及公式推導(dǎo)方式的比較

兩套教材的不同點(diǎn)更多的體現(xiàn)在概念的表述及浮力公式的推導(dǎo)方法上.例如，浮力的概念，中國教材定義為浸在液體中的物體受到向上的力.KPK教材則把浮力描述為流入液體中的動(dòng)量流的強(qiáng)度.可見，在“浮力”這一知識(shí)模塊中，中德教材在物理表述上存在著很大的區(qū)別，中國教材將浮力解釋為物體與液體之間的相互作用，但學(xué)生不理解這種相互作用的具體內(nèi)容是什么，對(duì)浮力概念的理解是模糊的，僅停留在形象化的層次，不能從本質(zhì)上去理解浮力.

KPK教材引用 “動(dòng)量流”來代替?zhèn)鹘y(tǒng)“力”的概念，把動(dòng)量看成一個(gè)基本的物理量，在不同的系統(tǒng)中傳遞.在力學(xué)體系中，中國教材主要介紹力、運(yùn)動(dòng)及機(jī)械，是以“力的模型”來表述物理現(xiàn)象及規(guī)律.而KPK教材則以動(dòng)量作為力學(xué)的基礎(chǔ)，采用“動(dòng)量流模型”，以動(dòng)量、動(dòng)量流來介紹力學(xué)的內(nèi)容.動(dòng)量流的概念相比于力的概念，更簡單易懂，容易與日常的生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系.用動(dòng)量，動(dòng)量流作為力學(xué)的主概念，避免在教學(xué)一開始就引入抽象的力的概念或采用一系列晦澀難懂物理定義及相關(guān)術(shù)語.在知識(shí)量不斷增加的時(shí)代，只有用新概念來代替舊的傳統(tǒng)概念，同時(shí)刪除在現(xiàn)代物理中一些已經(jīng)不重要的、多余的物理概念，才能簡化教材，簡化科學(xué)教育.

中德兩套教材在浮力公式推導(dǎo)的思維方式上也是不同的.中國教材是從阿基米德鑒定皇冠的史實(shí)引出浮力的大小用猜想與實(shí)驗(yàn)的方法來證實(shí)了阿基米德原理即浸入液體中的物體受到向上的浮力，其大小等于它排開的液體所受的重力.而在KPK教材中采用逐步推理的方法來探究浮力的大小.先假設(shè)在水中有一小部分空間的水被隔開，稱為水物體，懸浮于水中，此時(shí)引力場流入水物體的總動(dòng)量流為F入＝m水g，這個(gè)動(dòng)量流通過水物體表面再流向周圍的水并流向大地，則流向大地的動(dòng)量流為F出＝m水g.如果將水物體換成相同體積的鐵塊，則流入鐵塊的動(dòng)量流變成F入＝m鐵g，由于鐵塊與水物體在水中的表面壓強(qiáng)分布是一樣的，所以從鐵塊中流出的動(dòng)量流跟水物體一樣為F出＝m水g.此時(shí)凈動(dòng)量流為F凈＝F入－F出＝（m鐵－m水）g.鐵塊浸入水中，凈動(dòng)量流減少了m水g，減少的動(dòng)量流即為鐵塊所受到的浮力.若用其他液體代替水，則F凈＝（m物－m液）g.浮力就是從m物g中減去的部分動(dòng)量流F?。絤液g.

在KPK教材中，對(duì)浮力的文字描述是物體的視質(zhì)量比它的真質(zhì)量少了，差值被取代的那部分液體的質(zhì)量.明顯的，我國教材比較重視生活中現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生的興趣和認(rèn)真規(guī)律為基礎(chǔ)，用有趣的小實(shí)驗(yàn)去探究浮力的大小，使物理探究的過程中充滿樂趣.但是KPK教材則立足物理學(xué)自身發(fā)展的邏輯順序，側(cè)重理論分析，用系統(tǒng)的思維方法去推導(dǎo)浮力大小，注重內(nèi)容的邏輯嚴(yán)密性，帶有方法論的內(nèi)容及思辨思想，獨(dú)特且有利于學(xué)生理性思維的發(fā)展.

6 例題習(xí)題設(shè)計(jì)的比較

例題是向?qū)W生傳授新知識(shí)的紐帶，幫助學(xué)生將剛獲得的零碎的新知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用以建構(gòu)知識(shí)體系.而習(xí)題是真正起到鞏固知識(shí)，開發(fā)智力，培養(yǎng)學(xué)生良好思維品質(zhì)的作用.

從表2中可以明顯地看出，中國教材在“浮力”這一知識(shí)點(diǎn)中的練習(xí)題數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了KPK教材.可見中國學(xué)生的課后學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)是比較重的，在“中考”的壓力下，部分學(xué)校采取“題海戰(zhàn)術(shù)”的方式來提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績，這種機(jī)械式的訓(xùn)練將形成思維定勢(shì)而抑制學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)展，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng).KPK教材中沒有設(shè)計(jì)例題，而中國教材在學(xué)習(xí)了阿基米德原理之后，設(shè)計(jì)一道計(jì)算浮力大小的習(xí)題來幫助學(xué)生理解浮力大小的公式，及時(shí)鞏固新知識(shí)以完善知識(shí)體系，且形成基本的解題技能.

表2

續(xù)表

從習(xí)題種類、數(shù)量上看，中國教材和KPK教材一樣都非常重視計(jì)算類的練習(xí)，題量超過總數(shù)的一半，都是對(duì)計(jì)算浮力大小的公式進(jìn)行運(yùn)用.此外兩種教材都設(shè)計(jì)了兩道問答題，以拓展學(xué)生的思路，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)向物理學(xué)科發(fā)展前沿發(fā)展.但在實(shí)驗(yàn)類及判斷類的習(xí)題上，中德教材就存在明顯的差異.KPK教材中沒有設(shè)計(jì)這兩種類型的習(xí)題，說明德國在浮力這一知識(shí)點(diǎn)上不注重實(shí)驗(yàn)探究以及培養(yǎng)學(xué)生在日常生活中判斷物體沉浮條件.中國教材在這里設(shè)計(jì)了兩道實(shí)驗(yàn)題，一道是用實(shí)驗(yàn)證明“沉入水中的物體受浮力的作用”，另一道是讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)“浸沒在液體中的固體所受的浮力跟固體形狀是否有關(guān)”.顯然中國教材非常注重學(xué)生的探究活動(dòng)，特別是探究實(shí)驗(yàn)的過程，不僅在習(xí)題中體現(xiàn)，在教材知識(shí)點(diǎn)介紹中，也多處采用演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)的方式來得出結(jié)論，且探究過程嚴(yán)格按照科學(xué)探究的7個(gè)步驟進(jìn)行.

物理學(xué)習(xí)是以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，在試驗(yàn)中獲得感性材料的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象思維才能得出物理概念和規(guī)律.這種探究類習(xí)題的設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)給學(xué)生提供一個(gè)創(chuàng)造性平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與探究能力.

7 結(jié)論和啟示

KPK教材較中國教材知識(shí)面廣、內(nèi)容新，采用全新的物理概念，側(cè)重類比遷移，有助于學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)且達(dá)到精簡化的目的.注重概念本質(zhì)的理解，結(jié)構(gòu)邏輯性較強(qiáng)，注重科學(xué)推導(dǎo)，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的物理思維，同時(shí)將前沿物理知識(shí)引進(jìn)中學(xué)教材，建構(gòu)現(xiàn)代化的課程體系.但是中國教材也有自己本身的特色，它緊緊抓住中學(xué)生的心理特點(diǎn)，根據(jù)其認(rèn)知特征和思維特點(diǎn)去編寫教材，形式多樣，能幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念的過程中建立形象化的模型，促進(jìn)知識(shí)理解，提高教學(xué)效率.同時(shí)注重物理與生產(chǎn)生活相結(jié)合的理念，重視實(shí)驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察動(dòng)手能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展.

通過本文的分析，筆者認(rèn)為在中德初級(jí)物理教材的比較中對(duì)我國教材的改進(jìn)與實(shí)際教學(xué)有如下啟示.

在教材編寫時(shí)，（1）要簡化物理表述，拋棄晦澀難懂的舊的物理概念，采用邏輯性更強(qiáng)的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，以精簡物理教材.（2）要充實(shí)完善教材的內(nèi)容，拓寬科學(xué)知識(shí)范圍，引入前沿的物理知識(shí)，將現(xiàn)代物理學(xué)逐漸引入中學(xué)教材，使物理教材有現(xiàn)代化的特征.（3）要把握好物理課程標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)，根據(jù)教學(xué)目的和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，衡量好教材編寫中知識(shí)內(nèi)容的廣度和深度.

在教學(xué)過程中，（1）要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理概念的理解，引入前沿新穎的物理表述，從不同的角度去剖析物理過程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維.（2）教師要注重課堂教學(xué)過程中關(guān)于概念理論的解說以及公式定律的推導(dǎo)，以教材作為“物質(zhì)”載體，引導(dǎo)學(xué)生改善學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)邏輯思維的發(fā)展.（3）更要重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)，開發(fā)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng).

1 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理8年級(jí)下冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2012：49－60.

2 ［德］F.Herrmann，G.Job著，陳敏華譯.中學(xué)物理能量、動(dòng)量、熵 Volume1［M］.上海：上海教育出版社，2007：111－112.

3 李亞儒.中美高中物理教材的比較研究——以“加速度”一節(jié)為例［J］.物理教師，2011（10）：52－54.

4 張恩德，吳江梅，潮興兵.德國KPK物理課程設(shè)計(jì)思想評(píng)述［J］.物理教學(xué)探討，2008（7）：27.

5 涂靜秀.中德兩套初級(jí)中學(xué)物理教材的比較研究［D］.上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009：15－18，50－53.

6 涂靜秀.中德兩套初中物理教材的比較［J］.物理教師，2010（9）：47－48.