科學(xué)素養(yǎng)視野下的中日高中物理教科書分析

張?chǎng)↑S致新　王俊

摘 要：本文主要以我國(guó)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》和日本《新訂高中理科課程標(biāo)準(zhǔn)》的基本內(nèi)容為框架，根據(jù)“課程平衡”理念和Chiappetta等人開發(fā)出的科學(xué)素養(yǎng)類目表，結(jié)合高中物理學(xué)科的特點(diǎn)，以科學(xué)素養(yǎng)為視角，對(duì)中國(guó)和日本高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)部分進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：我國(guó)“人教版”新教科書更關(guān)注學(xué)生參加完整科學(xué)探究的過(guò)程和對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)史的教育，但日本教科書在多種科學(xué)方法靈活運(yùn)用方面做得更好，兩國(guó)教科書STS教育內(nèi)容都很少。

關(guān)鍵詞：中日物理教科書；科學(xué)素養(yǎng)；運(yùn)動(dòng)學(xué)部分

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）11-0071-4

引 言

本文將主要從科學(xué)素養(yǎng)的視角出發(fā)，用定量分析的方法對(duì)新課標(biāo)下我國(guó)高中物理教科書（以下簡(jiǎn)稱“新教科書”）和日本具有代表性的高中物理教科書中“物體的運(yùn)動(dòng)”部分進(jìn)行比較與分析，以了解科學(xué)素養(yǎng)理念在我國(guó)物理教科書中的課程內(nèi)容層面的落實(shí)情況。本文首先對(duì)中日新課程教科書在科學(xué)素養(yǎng)主題的呈現(xiàn)方面進(jìn)行比較研究，再結(jié)合科學(xué)素養(yǎng)主題及主題要求對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)展開比較研究得出相應(yīng)結(jié)論，最后就中日新課程教科書中科學(xué)素養(yǎng)各主題的呈現(xiàn)是否體現(xiàn)了平衡性進(jìn)行論述。

本研究是依據(jù)我國(guó)《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》編寫的新教科書（“人教版”《物理》必修I、必修II“平拋運(yùn)動(dòng)”部分）和日本高中物理教科書（“實(shí)教出版株式會(huì)社”出版《物理Ⅰ》新訂版）——“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分，參照Chiappetta等人對(duì)美國(guó)1970年代末至 1980 年代末五本不同科目的理科教科書（ 生命科學(xué)+地球科學(xué)+物理+生物+化學(xué)） 的分析方法，對(duì)中日兩國(guó)物理教科書運(yùn)動(dòng)學(xué)部分進(jìn)行分析。教科書中的分析單元包含段落、旁批、圖表、注釋、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、課堂練習(xí)題等。而課后習(xí)題訓(xùn)練、教學(xué)目標(biāo)等則不在分析之列。在對(duì)每個(gè)分析單元編碼時(shí)，考慮到某個(gè)分析單元中的內(nèi)容可能會(huì)涉及多個(gè)主題，因此編碼時(shí)可以將這個(gè)分析單元?dú)w入多個(gè)主題中，這樣可以將科學(xué)素養(yǎng)的四個(gè)主題在教科書中所占比例更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來(lái)。分析的樣本信息如表1：

表1 物理教科書樣本信息

■ 1 研究方法

本研究歸納了多個(gè)科學(xué)素養(yǎng)概念維度并進(jìn)行了比較分析，概括出如表2中的科學(xué)素養(yǎng)主題。

筆者以我國(guó)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》和日本文部科學(xué)省《中學(xué)校學(xué)習(xí)指導(dǎo)要領(lǐng)》的基本內(nèi)容為框架，參照表2所提出的科學(xué)素養(yǎng)主題，結(jié)合“課程平衡”理念和高中物理學(xué)科的特點(diǎn)，列出了如表3所示的關(guān)于科學(xué)素養(yǎng)的靜態(tài)分析標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)高中物理“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分進(jìn)行分析、比較。

2 研究?jī)?nèi)容

依據(jù)表3關(guān)于物理教科書中科學(xué)素養(yǎng)的靜態(tài)分析標(biāo)準(zhǔn)，中日兩本教科書關(guān)于“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分科學(xué)素養(yǎng)主題所占比重如表4所示。

2.1 主題A：科學(xué)知識(shí)

科學(xué)知識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)和載體，中日教科書“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分科學(xué)知識(shí)在4個(gè)科學(xué)素養(yǎng)主題中所占比重最大，都非常強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的重要性。我國(guó)物理教科書科學(xué)知識(shí)所占比重略高于日本教科書，在講解某個(gè)具體知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中，我國(guó)教材更偏向?qū)υ撝R(shí)點(diǎn)的定義、概念等做出詳細(xì)的闡述，而日本教科書則常運(yùn)用公式推導(dǎo)或者語(yǔ)言邏輯性論證引入知識(shí)點(diǎn)后，再深入講解該知識(shí)點(diǎn)，言簡(jiǎn)意賅。例如，在講解加速度這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我國(guó)“人教版”新教材用了兩個(gè)例題來(lái)講解加速度的概念和公式；而日本教科書則通過(guò)對(duì)v-t圖像的分析得出加速度的公式和概念，繼而引出平均加速度、瞬時(shí)加速度（“人教版”新教科書僅在旁批中提到）、正加速度、負(fù)加速度。與此同時(shí)，日本教科書所涉及的內(nèi)容比中國(guó)教科書更為廣泛，難度也更大。比如在講速度時(shí)，日本教科書將平均速度、瞬時(shí)速度講完之后，再繼續(xù)講解合成速度、相對(duì)速度，由易到難，由淺入深；而在我國(guó)，這些知識(shí)點(diǎn)通常只會(huì)出現(xiàn)在輔助教材或教師的補(bǔ)充內(nèi)容中。再如，日本教科書在自由落體運(yùn)動(dòng)之后緊隨豎直上拋運(yùn)動(dòng)，并推出相應(yīng)的公式，而這些內(nèi)容在我國(guó)教科書中并未涉及。日本教科書將一類知識(shí)歸納到一起由淺入深講解的做法雖然符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，但無(wú)形中也會(huì)加重學(xué)生負(fù)擔(dān)，甚至學(xué)生可能會(huì)對(duì)應(yīng)掌握的基本知識(shí)“嚼不細(xì)”。

以下再?gòu)闹黝}A的子主題視角，分析中日教科書中“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分?？茖W(xué)素養(yǎng)主題A中各子主題所占比重如圖1所示。

■

圖1 科學(xué)素養(yǎng)主題A中各子主題所占比重

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，我國(guó)新教科書“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分主題A分析單元數(shù)為133，子主題A1（陳述事實(shí)、原理、定義、概念或規(guī)律）的單元數(shù)96，占72.2%；日本教科書主題A分析單元數(shù)為56，子主題A1的單元數(shù)為40，占71.4%，兩者數(shù)據(jù)非常接近，說(shuō)明相關(guān)概念、定義等仍是構(gòu)成科學(xué)知識(shí)的主體。同時(shí)，我國(guó)新教科書子主題A3（陳述相關(guān)公式和相應(yīng)的推理過(guò)程）的單元數(shù)為28，占21.1%；日本教科書子主題A3的單元數(shù)為14，占25%，說(shuō)明日本更重視相關(guān)原理、公式的推導(dǎo)過(guò)程，其內(nèi)在邏輯性更強(qiáng)。

2.2 主題B：科學(xué)探究過(guò)程及方法

主題B部分是當(dāng)前最為提倡的教學(xué)方法，其在中日教科書中所占比例僅次于主題A，學(xué)生的探究過(guò)程和所用的科學(xué)方法生動(dòng)地體現(xiàn)了科學(xué)的本質(zhì)。它要求學(xué)生通過(guò)模仿科學(xué)家探索自然的過(guò)程，主動(dòng)地去“發(fā)現(xiàn)”，培養(yǎng)學(xué)生手腦并用、運(yùn)用科學(xué)方法解決問(wèn)題的能力。在2001年頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中提出：“改變課程實(shí)施過(guò)于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)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”。而這一要求就具體反映在《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》下的新教科書中?？茖W(xué)素養(yǎng)主題B中各子主題所占比重如表5所示。

表5 科學(xué)素養(yǎng)主題B中各子主題所占比重

■

同中國(guó)教科書相比，日本教科書主題B比“人教版”新教科書高8.5%，充分體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。我國(guó)新教科書中主題B的分析單元數(shù)為81，日本為49，新教科書中子主題B2（通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）、B6（對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，小組交流討論）、B7（參與實(shí)驗(yàn)及探究過(guò)程）所占比重均高于日本教科書，說(shuō)明我國(guó)教科書更重視學(xué)生親身參與實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及正確分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。比如，我國(guó)新教材上用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)瞬時(shí)速度，要求學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，讓學(xué)生自己動(dòng)手得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，理解瞬時(shí)速度的含義。而日本教材則是給出物體運(yùn)動(dòng)的x-t圖像，通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理讓學(xué)生理解并學(xué)會(huì)如何計(jì)算瞬時(shí)速度，同時(shí)引入極限的概念，最后列出一個(gè)與生活相關(guān)的練習(xí)題加深學(xué)生的理解，提升學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

在日本教材中，很多知識(shí)點(diǎn)后面都設(shè)置有簡(jiǎn)單易行的小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材源于生活，學(xué)生在課堂上就可以自行操作，將生活與物理相聯(lián)系，如在第一節(jié)《身邊的運(yùn)動(dòng)》中關(guān)于空氣阻力的小實(shí)驗(yàn)。中日教科書中子主題B3（根據(jù)提供的材料獲取信息）所占比重大致相同，子主題B4（根據(jù)圖表回答問(wèn)題）在我國(guó)新教科書科學(xué)素養(yǎng)主題B中占11.1%，在日本教科書中占34.7%，遠(yuǎn)高于“人教版”新教材。例如在講平均速度時(shí)，日本教科書配有小汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)刻表和x-t圖像，根據(jù)圖像計(jì)算小汽車的平均速度；而“人教版”教科書僅給出平均速度的概念。與“人教版”新教材相比，日本教科書在書中配有很多插圖，并在相應(yīng)位置準(zhǔn)確標(biāo)出相關(guān)物理量，豐富了教材內(nèi)容的同時(shí)也使抽象的知識(shí)具體化，學(xué)生根據(jù)圖表解決問(wèn)題也符合他們的認(rèn)知特點(diǎn)，便于學(xué)生理解之后對(duì)知識(shí)的鞏固應(yīng)用。子主題B5（運(yùn)用歸納法、假設(shè)法、反證法和演繹推理、類比推理等科學(xué)方法解決問(wèn)題）在中日教科書科學(xué)素養(yǎng)主題B中所占比重均是最大的，這說(shuō)明運(yùn)用正確的科學(xué)方法分析問(wèn)題不僅是獲得知識(shí)的基本途徑，也是連接生活、物理和社會(huì)之間的橋梁。

2.3 科學(xué)的情感、態(tài)度和價(jià)值觀

歸類于主題C的分析單元都能夠體現(xiàn)出學(xué)生科學(xué)的情感、態(tài)度和價(jià)值觀。分析中國(guó)、日本教科書，主題C分析單元數(shù)分別為50、23，所占比例分別為17.6%、17.3%，兩者趨于一致。從這一視角出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的使命感和責(zé)任感、形成正確的人生觀，樹立遠(yuǎn)大的理想和抱負(fù)，是情感、態(tài)度和價(jià)值觀的終極目的。圖2是中日高中物理教科書主題C中各子主題的比較。

■

圖2科學(xué)素養(yǎng)主題C中各子主題比較

從主題C子主題的角度分析新教科書和日本教科書，新教科書關(guān)于子主題C1（講解物理學(xué)史及物理學(xué)家的生平事跡）分析單元數(shù)為11，占22%；日本新訂版物理教科書“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分子主題C1的分析單元數(shù)為0。當(dāng)前國(guó)際上物理教學(xué)改革的潮流之一就是更多地把物理學(xué)史的內(nèi)容引入物理教學(xué)，以增強(qiáng)知識(shí)性、趣味性、思想性和啟發(fā)性，并將其作為活躍學(xué)生思想，訓(xùn)練科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)創(chuàng)造能力的有效手段之一。我國(guó)新教科書中這一部分內(nèi)容主要體現(xiàn)在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)這一知識(shí)點(diǎn)上，補(bǔ)充亞里士多德和伽利略的故事，以及伽利略的探究過(guò)程，豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)。而日本教科書子主題C1則在這一部分中未有涉及。新教科書子主題C2（克服困難、解決物理問(wèn)題）分析單元數(shù)16，占32%，日本教科書子主題C2分析單元數(shù)為10，占43.5%。中日教科書子主題C4（有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)好科學(xué)知識(shí)的自信）分別占主題C的10%、26.1%，表明日本教材在教授知識(shí)的同時(shí)也注重學(xué)生良好行為習(xí)慣及自信心的建立，尤其體現(xiàn)在每一個(gè)小知識(shí)板塊后的例題、練習(xí)題及類似題的訓(xùn)練上。比較中日教科書子主題C5（激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣）所占比重，兩國(guó)差距不大，需要指出的是日本教材措辭更為生動(dòng)活潑，語(yǔ)言通俗易懂，大量的插圖和與生活相關(guān)的練習(xí)題富有生活氣息，與學(xué)生的生活靠近，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 科學(xué)、社會(huì)和技術(shù)之間的關(guān)系（STS）

主題D所包含的分析單元主要是科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的聯(lián)系以及科學(xué)技術(shù)在社會(huì)中的廣泛應(yīng)用。STS教育是現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)科學(xué)教育提出的新要求，在物理教科書中滲透STS教育適應(yīng)了現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展。將知識(shí)與社會(huì)、科技聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用知識(shí)的能力，同時(shí)為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才奠定了基礎(chǔ)。新教科書中主題D占科學(xué)素養(yǎng)比重的7.1%，日本教科書是3.6%，我國(guó)新教科書主要是通過(guò)“STS”“科學(xué)漫步”等欄目呈現(xiàn)主題，日本教科書則多是列舉一些與生活相關(guān)的例子來(lái)突出主題。

3 研究結(jié)果

日本教科書科學(xué)素養(yǎng)4個(gè)主題所占比重依次是42.1%、37%、17.3%、3.6%；“人教版”新教科書科學(xué)素養(yǎng)4個(gè)主題所占比重依次是46.8%、28.5%、17.6%、7.1%，通過(guò)以上對(duì)中日兩國(guó)教科書的比較，我國(guó)“人教版”教科書科學(xué)素養(yǎng)主題均衡性相比日本教科書要好。

根據(jù)對(duì)新教科書和日本新訂版物理I“運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分的比較：在科學(xué)知識(shí)部分，除了對(duì)相關(guān)知識(shí)的精確定義，新教科書在語(yǔ)言上較學(xué)術(shù)，而日本教科書措辭更生動(dòng)活潑，與學(xué)生拉近了距離。相比而言，我國(guó)新教科書更重視學(xué)生參與完整的科學(xué)探究過(guò)程，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)通常需要學(xué)生主動(dòng)地參與整個(gè)探究過(guò)程，得出結(jié)論。但是“人教版”教科書在科學(xué)方法的應(yīng)用上遠(yuǎn)不及日本教材。中日教科書均對(duì)學(xué)生的情感、態(tài)度、價(jià)值觀予以一定的關(guān)注，雖然在科學(xué)素養(yǎng)主題D上，新教科書所占比重高于日本，但是我國(guó)STS教育仍然比較局限，絕大多數(shù)都是在知識(shí)點(diǎn)之后的欄目里向?qū)W生展示科學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間的聯(lián)系，并沒(méi)有滲透到具體的知識(shí)講解中，同時(shí)，書中基本上都是科學(xué)技術(shù)的正面影響。

參考文獻(xiàn)：

[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.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—49.

[2]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.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理必修2[M]. 北京：人民教育出版社，2004：8—15.

（欄目編輯 鄧 磊）