融KPK教材理念于國(guó)內(nèi)物理教材改革

向楊

摘 ? 要：本文主要對(duì)比了《人教版普通高中課程實(shí)驗(yàn)教科書》（《人教版物理》）力學(xué)部分與德國(guó)卡爾斯魯厄《KPK物理（高中精編版）》力學(xué)部分在結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容設(shè)計(jì)思想方面的不同，發(fā)現(xiàn)KPK教材的“動(dòng)量模型”較人教版教材的“力的模型”使物理學(xué)各不同領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)和邏輯上更加系統(tǒng)和統(tǒng)一，并和現(xiàn)代物理學(xué)相契合。內(nèi)容選取方面，兩套教材的側(cè)重點(diǎn)也有不同，從而引出本文的研究結(jié)論，如何將KPK教材的設(shè)計(jì)思想與我國(guó)教材進(jìn)行兼容，從而更好地達(dá)到教材改革的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：KPK物理教材;比較研究;兼容

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2015）9-0021-4

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)而編寫的以反映物理學(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。將國(guó)內(nèi)外物理教材好的思想理念進(jìn)行兼容，是國(guó)內(nèi)物理課程改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

本文通過(guò)比較KPK教材和人教版教材，發(fā)現(xiàn)兩套教材在一些教材編排上各有新穎之處。新課改進(jìn)行教材改革，一般可以在教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)、呈現(xiàn)順序、教材的潛在作用、版面呈現(xiàn)方式等幾個(gè)方面進(jìn)行改革。改變教材過(guò)于強(qiáng)調(diào)學(xué)科本位、門類過(guò)多和缺乏整合的現(xiàn)狀，使其具有均衡性、綜合性和選擇性。改變教材內(nèi)容繁、難、偏、舊和偏重書本知識(shí)的現(xiàn)狀，使學(xué)生在樂中學(xué)。加強(qiáng)教材與學(xué)生生活及現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，精選終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及交流與合作的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。

1 ? ?教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)的兼容

我國(guó)人教版教材和KPK教材力學(xué)結(jié)構(gòu)上也有很大不同，本文此部分將對(duì)兩套教材力學(xué)部分各大章節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究，并討論如何進(jìn)行兼容。

通過(guò)以上對(duì)結(jié)構(gòu)體系的比較，發(fā)現(xiàn)兩套教材的結(jié)構(gòu)內(nèi)容和依據(jù)的基礎(chǔ)都有很大不同。人教版教材是注重概念規(guī)律逐步建立的過(guò)程，更加注重經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，側(cè)重于強(qiáng)調(diào)物理學(xué)概念規(guī)律的建立過(guò)程。比如，特別詳細(xì)地闡述了運(yùn)動(dòng)和相互作用，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)、力的合成分解、共點(diǎn)力平衡、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、天體運(yùn)行等。再比如，強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)學(xué)速度與時(shí)間的關(guān)系、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律等重要規(guī)律，并注重追溯概念原理的歷史，如在講機(jī)械能守恒定律時(shí)，首先追尋守恒量，再逐步建立勢(shì)能、動(dòng)能、功等的概念。教材力學(xué)部分基本是圍繞著牛頓運(yùn)動(dòng)定律為核心建立起來(lái)的直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、相互作用，和以“守恒律”為依據(jù)建立起來(lái)的動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律而展開的。教材對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用要求較高，這樣學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度更為詳細(xì)，但內(nèi)容略為繁雜。

而《KPK物理》教材秉承統(tǒng)一普通物理各個(gè)不同領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化物理知識(shí)的歷史使命，更加注重生活對(duì)物理的表述，教材首先通過(guò)講述“水”“水流”，從而建立了廣延量和強(qiáng)度的概念，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)了整個(gè)力學(xué)體系。KPK用了較大的篇幅介紹了角動(dòng)量、質(zhì)量與能量、時(shí)空變換、宇宙膨脹等人教版教材并不注重的知識(shí)點(diǎn)，低起點(diǎn)，高落點(diǎn)，學(xué)生能夠較為輕松地了解物理學(xué)的整體脈絡(luò)。內(nèi)容較人教版教材較為系統(tǒng)、精簡(jiǎn)。

將兩套教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行很好的兼容，就是要將在人教版教材注重強(qiáng)調(diào)物理基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，將KPK教材簡(jiǎn)化物理知識(shí)，注重建立物理學(xué)結(jié)構(gòu)體系的思想融入國(guó)內(nèi)教材改革。為此，國(guó)內(nèi)教材可以在以下方面進(jìn)行改革：

將物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸類編排，如KPK教材將物理學(xué)歸為四大類：

1）廣延量：能量、動(dòng)量等;

2）實(shí)物型量的流：能量流、動(dòng)量流、電流等;

3）內(nèi)涵量：電勢(shì)、溫度、壓強(qiáng)、化學(xué)勢(shì)等;

4）其他的量：位置、時(shí)間的量、表征技術(shù)設(shè)備的量（如電阻、電容等）。

這樣就便于學(xué)生進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化物理學(xué)繁雜知識(shí)點(diǎn)的目的。

2 ? ?教材內(nèi)容設(shè)計(jì)的兼容

在整個(gè)高中物理中，力學(xué)部分占有相當(dāng)重要的地位和篇幅，兩套教材都有相當(dāng)程度的重視。本文該部分將主要對(duì)人教版教材和KPK對(duì)力學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)的側(cè)重點(diǎn)和關(guān)注角度做一定的對(duì)比研究。

除了在知識(shí)點(diǎn)上兩套教材各有側(cè)重之外，兩套教材對(duì)知識(shí)點(diǎn)的呈現(xiàn)方式也有不同。人教版教材依然表現(xiàn)出對(duì)基本概念和規(guī)律的掌握，KPK此處在課程思想和結(jié)構(gòu)上有一個(gè)新穎之處：以“守恒律”和“流”為指導(dǎo)思想，建立起了以“動(dòng)量”為核心概念的力學(xué)物理。如表2所示：

人教版教材將“力”作為研究動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要基礎(chǔ)部分進(jìn)行了闡述，指出力是物體與物體之間的相互作用，這是物體與物體之間最基本的作用形式。并且指出物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變和物體形狀改變的原因是物體與物體之間的相互作用力。

而KPK教材沒有直接給出“力”的概念，而是介紹為動(dòng)量流強(qiáng)度。KPK運(yùn)用“動(dòng)量守恒”原理，將物體運(yùn)動(dòng)的第一基本概念定義為動(dòng)量（P=mv）。動(dòng)量作為一個(gè)整體量不可再分，是運(yùn)動(dòng)物體所具有的一種量，在自然界中是守恒的，可以在物體與物體之間流動(dòng)。動(dòng)量的流動(dòng)量與發(fā)生這一流動(dòng)所需要時(shí)間的比值稱為動(dòng)量流強(qiáng)度。這樣，“力”只是動(dòng)量的變化率，這種知識(shí)點(diǎn)的梳理角度使物理學(xué)的各知識(shí)點(diǎn)都能建立在相同的體系上。

人教版教材可以借鑒KPK教材，建構(gòu)一套科學(xué)的物理學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。提升教材的科學(xué)性、邏輯性、合理性、包容性和實(shí)用性。即教材要源于生活，但要高于生活。

再如，兩套教材對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立也存在差異，人教版教材對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立是聯(lián)系運(yùn)動(dòng)和力建立的。而KPK教材將牛頓三定律用動(dòng)量流的形式表述了出來(lái)，具體內(nèi)容如表3所示：

通過(guò)上表之表述，我們看到KPK在講解牛頓運(yùn)動(dòng)定律時(shí)體系更加流暢，讓學(xué)生知道牛頓三大定律其實(shí)是動(dòng)量守恒的不同表達(dá)形式，脈絡(luò)更加清晰。

將兩套教材內(nèi)容設(shè)計(jì)方式進(jìn)行很好的兼容，就是要調(diào)整人教版教材零散的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)，把各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，構(gòu)建物理學(xué)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體系。如可以借鑒KPK以實(shí)物型量為中心的概念，用實(shí)物型量的“流”構(gòu)建整個(gè)物理課程結(jié)構(gòu)，然后再將其他部分綜合在這個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)里。這樣也體現(xiàn)了泰勒“一條學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)可以達(dá)到多個(gè)目標(biāo)”的思想，提高了學(xué)習(xí)效率，也構(gòu)建起了整個(gè)物理體系，不至于使知識(shí)點(diǎn)過(guò)于散亂。

3 ? ?內(nèi)容呈現(xiàn)順序的兼容

通過(guò)上文表1的比較我們還發(fā)現(xiàn)，兩套教材在分別陳述到共同知識(shí)點(diǎn)時(shí)，比如參考系、速度、加速度、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量守恒等問(wèn)題時(shí)，出現(xiàn)的位置也有區(qū)別。

比如，在講解到參考系時(shí)，人教版教材考慮到“參考系”是描述運(yùn)動(dòng)的前提，將參考系的教學(xué)與質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系放在了高中物理教學(xué)的開篇。這樣的安排很明顯是為了讓學(xué)生從一開始就理清最基本的概念，為打好基石做了不少功課。這樣的安排確實(shí)讓學(xué)生知道了判定物體運(yùn)動(dòng)與否需要先選擇參考系，但這樣就無(wú)法學(xué)習(xí)更深層次的慣性參考系等內(nèi)容。而且，這樣的安排讓科學(xué)認(rèn)知的方式與日常生活有了距離感，但同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)方法運(yùn)用于生活的意識(shí)。而KPK則不然，KPK是在學(xué)習(xí)了動(dòng)量、角動(dòng)量、引力場(chǎng)、能量、質(zhì)量與能量等重點(diǎn)問(wèn)題之后，再安排參考系的學(xué)習(xí)。在沒有參考系的情況下就學(xué)習(xí)了和參考系選取有關(guān)的動(dòng)量、能量等相關(guān)知識(shí)。這樣的安排看起來(lái)好像不太合理，但是實(shí)際上是否選取了參考系對(duì)于物理知識(shí)以及物理定律、概念的學(xué)習(xí)是沒有影響的。而相反，在學(xué)習(xí)了動(dòng)量、能量之后再學(xué)習(xí)參考系的知識(shí)更能讓學(xué)生對(duì)參考系的理解加深一步，理解在不同的參考系下動(dòng)量和能量都會(huì)有所變化。而這種變化僅僅是由于參考系的選取有所變化，和物理知識(shí)本身無(wú)關(guān)，變化的只是我們的描述。這也為學(xué)習(xí)相對(duì)論等物理知識(shí)奠定了基礎(chǔ)。

再比如，對(duì)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的講述，人教版教材是在講述完相互作用力后將牛頓運(yùn)動(dòng)定律單獨(dú)作為一章，聯(lián)系著運(yùn)動(dòng)和力的根本法則進(jìn)行編排的。而KPK教材則是將牛頓運(yùn)動(dòng)定律放在動(dòng)量和動(dòng)量流里面，只是作為一個(gè)小小的推論出現(xiàn)，這樣的編排使得整個(gè)教材在整體上有了統(tǒng)一的框架，便于用已經(jīng)有的概念形成統(tǒng)一的模式，做到融會(huì)貫通，而非零散的每一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)。

人教版教材可以借鑒KPK教材先整體后零散的思想，對(duì)于一些較難理解的概念可以先鋪陳講述基本概念，而對(duì)于一些簡(jiǎn)單易懂的概念就可以不需要再進(jìn)行概念或定義的編排，而是編排較高層次的知識(shí)內(nèi)容。這樣不但提升了整個(gè)教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，而且鼓勵(lì)學(xué)生自己翻閱資料，查閱沒有出現(xiàn)在課本上的自己不理解的概念、定義，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

4 ? ?提升學(xué)生的學(xué)術(shù)科研潛力和能力

人教版教材重視基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，所以免不了在一些基本概念上的重復(fù)，同樣學(xué)習(xí)的難度和深度就不如KPK教材，對(duì)學(xué)生思維的啟發(fā)性也不如KPK教材。人教版教材可以借鑒KPK教材，增加一些在大學(xué)本科里的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使教材內(nèi)容更為豐富，知識(shí)面更為廣博，知識(shí)點(diǎn)更加綜合，從而為今后在大學(xué)里的學(xué)習(xí)和科研做好銜接與準(zhǔn)備。比如，教材中可以增加一下關(guān)于相對(duì)論、引力場(chǎng)論和宇宙學(xué)等方面的知識(shí)，人教版教材可以適當(dāng)增加知識(shí)點(diǎn)的深度，KPK在力學(xué)中用動(dòng)量流代替力來(lái)描述各種力學(xué)現(xiàn)象時(shí)使用動(dòng)量流回路、動(dòng)量泵、動(dòng)量流密度、場(chǎng)以及能量載體和能量轉(zhuǎn)載體等具有深度的概念。將這些內(nèi)容進(jìn)行了整合，使教材結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、概念新穎、布局合理、內(nèi)容豐富、深入淺出、自成體系，其整體的科學(xué)性、邏輯性和嚴(yán)密性都有所提高，同時(shí)也提升了學(xué)生的學(xué)術(shù)水平，為將來(lái)更好的深造打好基礎(chǔ)。

5 ? ?小 ?結(jié)

綜上所述，人教版教材可以借鑒KPK教材的動(dòng)量模型，使物理學(xué)各不同領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)和邏輯上更為和諧統(tǒng)一，并和現(xiàn)代物理學(xué)相契合。在內(nèi)容上KPK較人教版教材少了運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，而是多出了角動(dòng)量的部分內(nèi)容，就使學(xué)生的經(jīng)典物理知識(shí)體系更加完善。KPK是站在現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)上，統(tǒng)一了物理學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變物理的概念結(jié)構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化物理課程，這樣邏輯性、科學(xué)性、合理性、實(shí)用性更高。KPK蘊(yùn)含了豐富的物理思想，拓寬了人們對(duì)物理課程的認(rèn)識(shí)。

我們可以吸收KPK教材在知識(shí)結(jié)構(gòu)及內(nèi)容設(shè)計(jì)方面突出的優(yōu)點(diǎn)，將KPK教材的一些理念融合與我國(guó)教材，總體來(lái)說(shuō)有以下幾點(diǎn)啟示：

1）提高教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，使物理教程各知識(shí)點(diǎn)整體趨于統(tǒng)一。人教版教材也可以考慮KPK教材中將“力模型”改編為“動(dòng)量模型”，重新整合教材，剔除陳舊的力學(xué)概念，引進(jìn)動(dòng)量流理論，這樣就會(huì)使各知識(shí)點(diǎn)更加系統(tǒng)化，也為后面學(xué)生在學(xué)習(xí)“量子力學(xué)”等現(xiàn)代物理做好準(zhǔn)備，利于學(xué)生系統(tǒng)化地掌握知識(shí)，同時(shí)也減少了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的內(nèi)容。

2）適當(dāng)增加現(xiàn)代物理知識(shí)，減少對(duì)相似基礎(chǔ)知識(shí)的重復(fù)率，增加一點(diǎn)與大學(xué)知識(shí)有關(guān)的內(nèi)容，適當(dāng)提升學(xué)生的科研學(xué)術(shù)能力，為進(jìn)一步深造做準(zhǔn)備。

3）我國(guó)教材應(yīng)該增加學(xué)科之間的聯(lián)系，淡化學(xué)科之間的界限，讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中掌握學(xué)習(xí)的技能，增強(qiáng)知識(shí)的遷移能力。

KPK教材通過(guò)物理概念和物理思想的結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)了物理課程的精簡(jiǎn)化;通過(guò)物理課程的精簡(jiǎn)化加快實(shí)現(xiàn)物理課程的現(xiàn)代化;在內(nèi)容的現(xiàn)代化中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)課程的綜合化。這些思想將對(duì)我國(guó)物理教材的編寫有一定的啟發(fā)和參考價(jià)值。

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（欄目編輯 ? ?劉 ?榮）