關(guān)于中德初級(jí)物理教材中“浮力”的比較研究

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(guó)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(guó)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(lái)源，也是教師教學(xué)的依據(jù)，各個(gè)國(guó)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(jiǎn)稱為中國(guó)教材）和德國(guó)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(jiǎn)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(lái)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(wèn)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(guó)之長(zhǎng)，促進(jìn)我國(guó)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(kāi)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(guó)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(guó)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(guò)猜想、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)來(lái)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(guó)教材在最后部分添加浮力應(yīng)用這小模塊，通過(guò)介紹輪船、潛水艇、氣球和飛艇的原理來(lái)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(guó)教材遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KPK教材.中國(guó)教材用了3節(jié)12頁(yè) 的版面來(lái)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(yè)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(jiàn)，中國(guó)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(guó)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(guó)教材顯得比較多樣化，除了正文描述外，還有“導(dǎo)入語(yǔ)”、“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(yè)的方式用敘述，推導(dǎo)的方法來(lái)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(guó)教材中的插圖數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于KPK教材，在12頁(yè)教材中總共有18幅插圖，而在3頁(yè)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(guò)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(guó)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(jiàn)的聲光等現(xiàn)象來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(wèn)題引入方式的比較

在相同知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題引入方式上，中德教材也有很大的差異.中國(guó)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(lái)探究浮力大小的影響因素.KPK教材則在教材開(kāi)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(wèn)題.可見(jiàn)在知識(shí)點(diǎn)的引入方式上，中國(guó)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(lái)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(guó)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(jiàn)，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(guó)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(lái)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(guó)教材主要介紹力、運(yùn)動(dòng)及機(jī)械，是以“力的模型”來(lái)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(lái)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(jiǎn)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(kāi)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(yǔ).在知識(shí)量不斷增加的時(shí)代，只有用新概念來(lái)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(jiǎn)化教材，簡(jiǎn)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(guó)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(lái)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(kāi)的液體所受的重力.而在KPK教材中采用逐步推理的方法來(lái)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(kāi)，稱為水物體，懸浮于水中，此時(shí)引力場(chǎng)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(guò)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(guó)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(guò)程中充滿樂(lè)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(kāi)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(guó)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(guò)了KPK教材.可見(jiàn)中國(guó)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(lái)提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，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(méi)有設(shè)計(jì)例題，而中國(guó)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(lái)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(guó)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(guò)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(wèn)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(méi)有設(shè)計(jì)這兩種類型的習(xí)題，說(shuō)明德國(guó)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(guó)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(méi)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(guó)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(guò)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(lái)得出結(jié)論，且探究過(guò)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(guò)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(guó)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(jiǎn)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(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(guò)程中關(guān)于概念理論的解說(shuō)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(kāi)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(kāi)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(guó)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.