焦振蘭 吳宏偉 郎和

摘 要：基于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，分析中美高中物理教材對“加速度”的編寫思路，從加速度概念的引入、建立和運(yùn)用三個方面對中美高中物理教材“加速度”內(nèi)容的呈現(xiàn)方式進(jìn)行比較，分析了二者之間的特點(diǎn)及其差異，為一線教師分析“加速度”的教材內(nèi)容和培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；中美高中物理教材；比較；加速度

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）9-0024-4

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱：《課標(biāo)》）明確提出“注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)”的課程理念。高中物理課程的培養(yǎng)目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展[1]。物理課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的根本所在。物理教材是《課標(biāo)》要求的具體化，是師生完成教與學(xué)雙邊活動必不可少的媒介，是教師在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的主要載體。當(dāng)前，一線教師面對“一標(biāo)多本”的情況，如何選擇教學(xué)內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是值得研究的話題，更是每位教師需要思考的問題。通過比較不同國家或不同版本的教材，有利于教師選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容來培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。因此，筆者以中美高中物理“加速度”教材內(nèi)容的呈現(xiàn)方式進(jìn)行比較，力求為一線老師培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)提供新思路。

1 教材介紹

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理必修1》（以下簡稱“《必修1》”）是當(dāng)前我國高中教學(xué)中使用較為普遍的物理教材?！段锢恚涸砼c問題（上冊）》（以下簡稱“《原理與問題》”）由浙江教育出版社編譯的美國高中主流理科教材：科學(xué)發(fā)現(xiàn)者——《Physics： Principles and Problems》，也是美國高中物理教學(xué)中使用最廣泛的教材。

2 中美高中物理教材“加速度”內(nèi)容呈現(xiàn)方式的比較

物理概念是觀察、實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思維相結(jié)合的結(jié)果。加速度是物理學(xué)中的重要概念之一，“加速度”的學(xué)習(xí)是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)，起著承上啟下的作用，對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要的作用，尤其是對學(xué)生“運(yùn)動與相互作用”觀念的培養(yǎng)具有重要的意義。通過對《原理與問題》和《必修1》中“加速度”內(nèi)容編寫的分析發(fā)現(xiàn)，兩個版本教材的編寫都是按照物理概念的引入、建立和運(yùn)用三個方面依次呈現(xiàn)“加速度”的教材內(nèi)容，但教材內(nèi)容的選擇存在較大差異。

2.1 引入加速度呈現(xiàn)方式的比較

物理概念具有很強(qiáng)的抽象性和概括性。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生對知識的理解。因此，在物理概念的教學(xué)中，教師必須創(chuàng)設(shè)一個適應(yīng)教學(xué)要求，借以引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、思考問題、探索事物本質(zhì)的學(xué)習(xí)情境?！对砼c問題》和《必修1》在引入加速度概念時，兩個版本的教材都注重學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)，但存在較大差異，對其進(jìn)行比較（如表1）。

《原理與問題》在創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)加速度的情境時設(shè)置了“起步實(shí)驗(yàn)”和“迷你實(shí)驗(yàn)”?！捌鸩綄?shí)驗(yàn)”的內(nèi)容是對勻速運(yùn)動與加速運(yùn)動圖像的比較，“迷你實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容是鋼球賽跑：在斜面上不同位置同時釋放兩個鋼球，讓學(xué)生觀察它們滾下去時會逐漸靠近還是越來越分開[2]。《必修1》在該部分設(shè)置了“思考與討論”欄目，讓學(xué)生判斷小汽車和火車誰的速度“增加”的比較快？它們的速度平均1 s各增加多少？并舉例說明“速度大”“速度變化大”和“速度變化得快”描述的是三種不同的情況[3]。

《原理與問題》中的兩個實(shí)驗(yàn)都是探究性實(shí)驗(yàn)，并且都有完整的科學(xué)探究過程?！侗匦?》中設(shè)置了小汽車和火車速度變化的情境。雖然這兩種創(chuàng)設(shè)情境的方式都能夠讓學(xué)生體會到物體速度的變化，但是物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用，同樣在物理教學(xué)中，離開了物理實(shí)驗(yàn)，物理教學(xué)將是無源之水，無本之木。因?yàn)檫\(yùn)用實(shí)驗(yàn)來展示有關(guān)的物理現(xiàn)象和過程，不但較之學(xué)生在生活中所感受的要深刻和典型，而且創(chuàng)設(shè)的情境新穎生動，就越能引起學(xué)生的興趣和積極主動的思考?！对砼c問題》給我們提供了很好的例子，在純概念教學(xué)中，可以設(shè)計很好的探究性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實(shí)驗(yàn)、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，來培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，也能夠倡導(dǎo)《課標(biāo)》中提出的“引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化”的課程理念。

本文中的實(shí)物圖片是指從生活中拍攝的圖片，模擬圖片是指畫出現(xiàn)實(shí)生活中的物體或者事件?！对砼c問題》有兩幅實(shí)物圖片，分別是關(guān)于賽車起步圖片、打點(diǎn)計時器實(shí)驗(yàn)裝置圖；兩幅模擬圖片，分別是跑步者在不同情境中的運(yùn)動圖、用質(zhì)點(diǎn)模型描述跑步者的運(yùn)動圖。《必修1》有一幅實(shí)物圖片：飛機(jī)起飛時，在相同時間間隔內(nèi)位移變化的圖片和一幅模擬圖片：小汽車和火車運(yùn)動的圖片。

由此發(fā)現(xiàn)，中美教材在該部分都設(shè)置了實(shí)物圖片和模擬圖片。實(shí)物圖片能夠使學(xué)生體會到物體速度的變化，有利于學(xué)生將物理知識與生活中的實(shí)際現(xiàn)象聯(lián)系起來。《原理與問題》中的模擬圖片，學(xué)生可以通過運(yùn)動圖判斷跑步者的運(yùn)動狀態(tài)并對運(yùn)動圖都配以質(zhì)點(diǎn)模型，為加速度概念的建立奠定基礎(chǔ)，而《必修1》中的模擬圖片只描繪出小汽車和火車的運(yùn)動，對教學(xué)的幫助較小?！对砼c問題》中模擬圖片的應(yīng)用有助于學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。

2.2 建立加速度呈現(xiàn)方式的比較

物理概念是對物理現(xiàn)象和物理過程等感性材料進(jìn)行科學(xué)抽象的產(chǎn)物。在物理概念教學(xué)中，若只向?qū)W生提供形成物理概念的感性材料，而不同時讓學(xué)生參與思維加工的過程，盡管教師將物理概念的文字或數(shù)學(xué)表達(dá)講得很清楚，但對學(xué)生來說，表面聯(lián)系和內(nèi)在聯(lián)系、感性認(rèn)識和理性認(rèn)識、生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)概念仍處于分離的狀態(tài)。因此，要使學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的物理概念，就必須讓學(xué)生在獲得足夠多感性材料的基礎(chǔ)上，按照物理學(xué)中建立概念的方法，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用比較、分析、綜合等思維方法，對感性材料進(jìn)行思維加工，進(jìn)而抽象概括出事物的本質(zhì)屬性，從而使學(xué)生形成科學(xué)的物理概念?！对砼c問題》和《必修1》在建立加速度概念時，兩個版本的教材都注重引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法建立物理概念，但二者之間存在較大的差異，對其進(jìn)行比較（如表2）。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，《原理與問題》在該部分內(nèi)容明顯多于《必修1》，但兩個版本的教材都圍繞加速度的概念、分類和物理圖像這條主線呈現(xiàn)加速度概念的建立過程，學(xué)生需要理解的知識點(diǎn)也基本相同?！对砼c問題》是將建立加速度的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)分，使知識點(diǎn)之間的聯(lián)系更加緊密，這種緊湊的編排方式會減小學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困難，使學(xué)生更容易理解加速度?！侗匦?》將某些難懂的知識點(diǎn)隱藏在較大的知識點(diǎn)之中（例如，在描述加速度的概念時就涉及到平均加速度和瞬時加速度，在描述加速度方向和速度-時間圖像時就涉及到加速度的正負(fù)），這樣有利于豐富知識點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，但對學(xué)生的思維能力、邏輯抽象能力和認(rèn)知遷移能力提出了較高的要求。

《原理與問題》和《必修1》都側(cè)重對“比值法”和“圖像法”的應(yīng)用，對加速度定義時都應(yīng)用了“比值法”，但《必修1》中只在速度-時間圖像中應(yīng)用“圖像法”，《原理與問題》中不僅在速度-時間圖像中應(yīng)用“圖像法”，在“運(yùn)動圖上表現(xiàn)加速度”也應(yīng)用了“圖像法”，同時注重將原始問題轉(zhuǎn)化為物理問題。

插圖的應(yīng)用方面，《原理與問題》較《必修1》更加注重插圖的應(yīng)用，尤其是將原始問題轉(zhuǎn)化為物理模型，在轉(zhuǎn)化的過程中充分應(yīng)用了物理圖像和科學(xué)方法，同時也注重培養(yǎng)學(xué)生如何根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪物理圖像，并分析得出結(jié)論，有利于對學(xué)生抽象、邏輯思維能力的培養(yǎng)和應(yīng)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

欄目的設(shè)置方面，《必修1》設(shè)置了“說一說”和“思考與討論”兩個欄目，“說一說”將加速度的概念與生活實(shí)際相聯(lián)系，有利于學(xué)生將加速度的概念與生活實(shí)際相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用加速度的知識解釋物理現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的能力，“思考與討論”是根據(jù)速度-時間圖像判斷物體運(yùn)動的加速度；《原理與問題》雖然在該部分沒有設(shè)置欄目，但是設(shè)置了根據(jù)速度-時間圖像判斷物體運(yùn)動加速度有關(guān)的練習(xí)。因此，兩個版本的教材在該部分內(nèi)容的呈現(xiàn)差異較小。

綜上所述，《原理與問題》在該部分內(nèi)容的呈現(xiàn)方式符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律發(fā)展，而《必修1》注重知識之間的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)。《原理與問題》較《必修1》在加速度概念的建立過程中更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，尤其是對學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

2.3 運(yùn)用加速度呈現(xiàn)方式的比較

根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線“先快后慢”的特點(diǎn)，知識的初步鞏固應(yīng)當(dāng)在頭腦里建立新的知識之后的較短時間內(nèi)進(jìn)行。因此，在建立物理概念之后運(yùn)用物理概念解釋物理現(xiàn)象和解決實(shí)際問題就顯得十分重要，可以起到事半功倍的效果。

當(dāng)學(xué)生初步形成物理概念后，必須及時給學(xué)生提供運(yùn)用物理概念的機(jī)會，讓學(xué)生將抽象的概念“返回”到具體的物理情境中去，使學(xué)生在運(yùn)用概念解釋物理現(xiàn)象或解決實(shí)際問題的過程中，鞏固、深化和活化對物理概念的理解。同時，要注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理概念分析、解決實(shí)際問題的思路和方法。引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用已有的概念去面對新的物理現(xiàn)象或?qū)嶋H問題時，勇于提出問題，勤于思考，擴(kuò)大認(rèn)識范圍，逐步提高學(xué)生分析、解決物理問題的能力，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。所以，選擇具體問題運(yùn)用物理概念是學(xué)生把學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為能力的關(guān)鍵過程。《原理與問題》和《必修1》在運(yùn)用物理概念時，兩個版本的教材都注重選擇實(shí)際問題運(yùn)用“加速度”的知識，但二者之間存在較大的差異，對其進(jìn)行比較（如表3）。

例題和習(xí)題的設(shè)置是教材呈現(xiàn)內(nèi)容的重要組成部分，它對學(xué)生理解基礎(chǔ)知識，形成基本技能，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力等具有重要的作用。由表3可以發(fā)現(xiàn)，《原理與問題》在該部分內(nèi)容設(shè)置了2道例題、11道練一練題目和6道復(fù)習(xí)題，且多數(shù)題目都與物理圖像相聯(lián)系，而《必修1》沒有設(shè)置例題，只有4道習(xí)題，且只有1道題目與物理圖像有關(guān)?！对砼c問題》中的每一道例題都是學(xué)生學(xué)完某一個重要的知識點(diǎn)之后設(shè)置的，并且能夠與物理圖像充分結(jié)合，并有規(guī)范的解題思路和過程；每一道復(fù)習(xí)題都是針對某一具體的知識點(diǎn)，這種習(xí)題設(shè)置的模式或許可能從某種程度上解決我國中學(xué)目前流行的“題海戰(zhàn)術(shù)”現(xiàn)象，對每個重要的知識點(diǎn)精算一道練習(xí)題，讓學(xué)生做到舉一反三的效果，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的同時提高學(xué)習(xí)的效率[4]?！对砼c問題》中的例題和習(xí)題不僅側(cè)重于學(xué)生利用物理公式解決計算類問題能力的培養(yǎng)，同時也重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)探究能力的培養(yǎng)；《必修1》中的習(xí)題側(cè)重于學(xué)生利用公式解決計算類問題能力的培養(yǎng)。因此，在例題與習(xí)題的設(shè)置方面，《原理與問題》較《必修1》具有更加明確的設(shè)置目的，有利于學(xué)生掌握知識、規(guī)范解題過程、理清解題思路，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，而且使學(xué)生從小養(yǎng)成實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神和態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

欄目的設(shè)置方面，《必修1》設(shè)置了“科學(xué)漫步”欄目，將水果的成熟過程、樹木的成長和河流水位的變化等生活實(shí)際與“變化率”相聯(lián)系，使學(xué)生對“描述變化快慢的量就是變化率”和對加速度有著更加深刻的理解，《原理與問題》沒有設(shè)置欄目?！侗匦?》在欄目的設(shè)置上較《原理與問題》有利于拓展學(xué)生的知識范圍，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解釋生活中的物理現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的能力，從而促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3 結(jié)論與啟示

在教材內(nèi)容的呈現(xiàn)方面，《原理與問題》具有綜合性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的特點(diǎn)，同時其內(nèi)容的呈現(xiàn)方式充分體現(xiàn)了科學(xué)探究的基本過程，能夠有效地引導(dǎo)學(xué)生主動運(yùn)用科學(xué)探究的方法獲取知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，尤其是對學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的培養(yǎng)具有重要的作用?！侗匦?》將某些重要的知識點(diǎn)隱藏在某些物理過程中，對學(xué)生的數(shù)學(xué)能力和思維能力提出了更高的要求，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了較大的困難。在實(shí)際教學(xué)過程中，有必要借鑒《原理與問題》中“加速度”知識點(diǎn)的呈現(xiàn)方式，這樣更加有利于學(xué)生對加速度的理解和教學(xué)過程中對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在教材插圖的選擇方面，《原理與問題》和《必修1》都注重插圖的應(yīng)用，但前者更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理問題的能力和應(yīng)用物理圖像解決實(shí)際問題的能力，尤其是對學(xué)生物理建模、科學(xué)探究和科學(xué)思維等能力的培養(yǎng)具有重要的意義。在教學(xué)過程時，教師盡量選擇現(xiàn)實(shí)生活中的圖片，這樣以來，能夠給予學(xué)生真實(shí)感和親切感，從而激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，同時注重充分挖掘插圖背后所隱藏的物理知識，培養(yǎng)學(xué)生將原始問題轉(zhuǎn)化為物理問題的能力。

在例題和習(xí)題設(shè)置方面，《原理與問題》在例題設(shè)置時，充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的困難、規(guī)范的解題過程和清晰的解題思路，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的同時也利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；習(xí)題設(shè)置時有著明確的設(shè)置目的，對每一重要的知識點(diǎn)都設(shè)置了對應(yīng)的習(xí)題，例題和多數(shù)習(xí)題都與物理圖像充分結(jié)合，不僅有利于學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理圖像解決實(shí)際問題的能力，對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要的作用。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師在布置習(xí)題時，不僅要注重學(xué)生利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，還要注重通過習(xí)題培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

在欄目的設(shè)置方面，《必修1》設(shè)置了“說一說” “思考與討論”和“科學(xué)漫步”欄目，對學(xué)生學(xué)習(xí)“加速度”有一定的作用，但這些欄目設(shè)置的功能比較單一，沒有較多地顧及學(xué)生能力的培養(yǎng)和學(xué)生主體性的發(fā)揮，而是側(cè)重于知識的給予，沒有充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。欄目的設(shè)置既要引導(dǎo)學(xué)生的“學(xué)”，又要利于教師的“教”。不僅要注重學(xué)生學(xué)習(xí)方法和策略的培養(yǎng)，而且要注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加深對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，又能夠?yàn)榻處煹慕烫峁┯行У膸椭?，起到畫龍點(diǎn)睛的效果。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)置方面，《原理與問題》設(shè)置了兩個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材和操作過程都比較簡單，并有完整的科學(xué)探究過程，尤其是“迷你實(shí)驗(yàn)”的設(shè)置能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力?！侗匦?》沒有設(shè)置實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際教學(xué)中，有必要借鑒《原理與問題》中實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。教師應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)不只是在實(shí)驗(yàn)室里完成的，純物理概念的學(xué)習(xí)不是不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。教師應(yīng)擴(kuò)展自己的知識技能，給學(xué)生提供能夠利用生活資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的方案，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，同時促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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