《A/ASlevelPhysics》教材中《功、能&功率》部分內(nèi)容呈現(xiàn)解析

陳紅君

摘 要：本文選取英國(guó)A-level物理教材中《功、能&功率》部分（屬AS-level）進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)近三年A-level考綱要求對(duì)《功、能&功率》部分知識(shí)體系進(jìn)行詳細(xì)梳理與概括，并由各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)框架，細(xì)化解析A-level教材的深度、廣度及其考查重點(diǎn)等。最后，探討了英國(guó)A-level物理教材中的章節(jié)設(shè)置對(duì)國(guó)內(nèi)物理教材改革的啟示。

關(guān)鍵詞：A-level；功、能&功率；物理教材

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）2-0069-5

《A/AS level Physics》教材中知識(shí)內(nèi)容的編排講求條理有度、脈絡(luò)清晰，不僅有知識(shí)體系的系統(tǒng)闡述，而且在每一頁(yè)碼的最右側(cè)都留有拓展閱讀和補(bǔ)充說(shuō)明的地方，借由圖文結(jié)合的方式為讀者展現(xiàn)了一個(gè)豐富而有趣的物理世界。其中，僅《功、能&功率》部分就使用了11幅彩圖，還不包括在系統(tǒng)知識(shí)講解時(shí)所使用的示意圖。此外，教材中還特別設(shè)置了章節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)目標(biāo)和知識(shí)點(diǎn)總結(jié)等欄目，從而加強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)與習(xí)題應(yīng)用之間的聯(lián)系。

1 課程考試大綱

要詳細(xì)分析《功、能&功率》部分的內(nèi)容編排，首先需要了解其教材編撰所依據(jù)的課程考試大綱，CIE的考綱通常會(huì)根據(jù)改革需要以每一至三年一份的形式發(fā)放。在這里，本文以最近發(fā)布的2016—2018年的CIE A/AS level 9702考綱為模本，進(jìn)行《功、能&功率》部分的考綱概括，其具體考點(diǎn)綱要如表1所示。

“功與能”是力學(xué)部分兩個(gè)重要的概念，它們貫穿于整個(gè)物理學(xué)中，在物理科目的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步探究中占有很重要的地位。做功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系為一些物理問(wèn)題的解決開辟了一條重要的途徑，同時(shí)也是學(xué)生能夠進(jìn)行深一層次物理知識(shí)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。

從考綱部分我們可以看出，《功、能&功率》部分的考點(diǎn)涵蓋范圍較廣，從概念的闡述到原理的理解和舉例，公式的推導(dǎo)以及應(yīng)用等等各方面均有涉及，要求學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)也較為繁雜。僅能量部分就有勢(shì)能、動(dòng)能、彈性勢(shì)能甚至熱能，其中彈性勢(shì)能部分還有楊氏模量知識(shí)點(diǎn)的擴(kuò)充，都是需要學(xué)生去掌握并且應(yīng)用到習(xí)題當(dāng)中的。因此，《A/AS level Physics》教材十分重視這一部分內(nèi)容的編排，希望能夠有效呈現(xiàn)出此部分的知識(shí)體系，并且促進(jìn)學(xué)生理解和掌握功與能的相關(guān)概念及知識(shí)。

2 章節(jié)內(nèi)容編排

《A/AS level Physics》教材采用“章—節(jié)”式的編排結(jié)構(gòu)，對(duì)于單元主題的編排是以學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，注重物理知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系與學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上體現(xiàn)從生活中提煉物理，從理論知識(shí)中解決實(shí)際問(wèn)題這一物理學(xué)習(xí)的基本理念。其中，《功、能&功率》部分的知識(shí)位于教科書的第四章，具體章節(jié)安排如表2所示。

從上表中我們可以看出：首先，在章節(jié)設(shè)置上，《功、能&功率》部分知識(shí)在《A/AS level Physics》教材中占用了整一章內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)地知識(shí)闡述。在這一整章內(nèi)又劃分為6小節(jié)，分別從功、能、固體變形、熱能、功率及力矩6個(gè)方面闡述其相關(guān)知識(shí)。其中，每一小節(jié)又再細(xì)分為更小的章節(jié)來(lái)細(xì)化講解單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容。每一小節(jié)與小節(jié)之間和各個(gè)小節(jié)包含的內(nèi)容之間是循序漸進(jìn)的關(guān)系，緊緊抓住功、能和功率三個(gè)主要的知識(shí)點(diǎn)并依次細(xì)化講解，重點(diǎn)突出、條理清晰。這樣編排的結(jié)構(gòu)不僅可以促進(jìn)讀者對(duì)各小節(jié)知識(shí)內(nèi)容的理解，還可以幫助讀者在整個(gè)知識(shí)體系上理解和把握整個(gè)章節(jié)的主旨。

其次，在知識(shí)內(nèi)容的安排上，整體知識(shí)點(diǎn)看似繁雜，涉及廣泛而散亂，但其內(nèi)容卻是條理有度、脈絡(luò)清晰的。具體來(lái)說(shuō)，比如：整章是以功能關(guān)系為主題，主要闡述功、能和功率三大知識(shí)點(diǎn)。如果只從章節(jié)題目上看，會(huì)覺(jué)得多出了《固體變形》《力矩》等章節(jié)，甚至《熱能》部分也應(yīng)屬于能量范疇，卻被安排在《固體變形》之后。但通讀整章內(nèi)容后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)從《4.2能》一節(jié)開始教材使用了3小節(jié)的內(nèi)容來(lái)細(xì)化闡述不同能量的知識(shí)。《4.3 固體變形》雖在題目上與能量無(wú)關(guān)，但卻闡述的是應(yīng)變能的相關(guān)知識(shí)。而此部分知識(shí)對(duì)于學(xué)生而言是全新的，之前從未接觸過(guò)的。所以，教材將其單獨(dú)列出一個(gè)節(jié)進(jìn)行細(xì)化講解。對(duì)于《4.4 熱能》這一部分的確屬于能量的范疇，但在物理學(xué)中，熱能更多地在熱力學(xué)當(dāng)中發(fā)揮其研究作用，并且在《A/AS level Physics》教材設(shè)置中，熱力學(xué)在A2部分會(huì)有更加系統(tǒng)且詳細(xì)的介紹。所以，在《功、能&功率》部分，教材將熱能單獨(dú)分設(shè)一小節(jié)，既為讀者在能量概念的理解上更加系統(tǒng)全面，又為讀者之后進(jìn)行A2部分的學(xué)習(xí)進(jìn)行鋪墊。至于《4.6力矩》章節(jié)，教材將其安排在整章的最后，內(nèi)容上與功能關(guān)系也并無(wú)聯(lián)系，其目的是為下一章《第五章 力學(xué)》進(jìn)行鋪墊。

最后，在文本內(nèi)容編寫上《International A/AS level Physics》主要為有志于向理工科職業(yè)發(fā)展或考取理工科專業(yè)大學(xué)的高年級(jí)理科生所設(shè)計(jì)的， 所以其內(nèi)容安排綜合性強(qiáng)且結(jié)構(gòu)嚴(yán)密。每一章都在開頭設(shè)有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)于物理概念闡述也是獨(dú)立成段，清晰明確、一目了然，舉例也緊扣現(xiàn)實(shí)的生活和時(shí)下科技發(fā)展的主流。比如：對(duì)于功的概念的闡述，教材從生活中常常能見(jiàn)到的“work”這一詞語(yǔ)入手，逐步導(dǎo)入在物理中“work”的含義，引出本節(jié)的第一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，使得“功”這一比較抽象的物理概念能夠盡量的具體化，使得讀者能夠容易理解。功的概念在物理學(xué)中涉及面是很廣泛的，只有打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才能為之后電磁物理、原子物理等部分的學(xué)習(xí)作好準(zhǔn)備。其內(nèi)容的呈現(xiàn)也緊扣A-level Physics考綱要點(diǎn)， 能夠有效地幫助學(xué)生在高中階段進(jìn)行物理知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)與習(xí)題的應(yīng)用練習(xí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)于物理學(xué)習(xí)的熱情， 提高學(xué)生對(duì)于實(shí)際問(wèn)題的解決能力和創(chuàng)新能力。

3 中英教材對(duì)比及啟示

由于A-level教材中《功、能&功率》部分與人教版高中物理新課標(biāo)教材必修2中《機(jī)械能守恒定律》部分均闡述“功與能”部分的知識(shí)，于是筆者從章節(jié)設(shè)置和內(nèi)容編排兩方面將二者以表格形式進(jìn)行以下對(duì)比，具體如表3所示。

從上述表格中，我們可以得到以下啟示，同樣是功與能部分的知識(shí)，但在知識(shí)體系及闡述順序上，中英教材有著各自不同的編排。

人教版教材從能量的概念入手，由能來(lái)引出功及功率的知識(shí)，再由做功的計(jì)算來(lái)探究出勢(shì)能和動(dòng)能的公式，最后總結(jié)機(jī)械能守恒定律及能量守恒定律，其間穿插了兩組實(shí)驗(yàn)，分別是動(dòng)能定理及機(jī)械能守恒，也是本章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，教材中穿插了較多課堂上可進(jìn)行演示的小實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生對(duì)概念的理解和掌握。同時(shí)，人教版教材采用了大量的篇幅來(lái)進(jìn)行習(xí)題的演示和計(jì)算，這樣的安排體現(xiàn)了“定義（功）—規(guī)律、結(jié)論（W=Fxcosθ）—例題—練習(xí)”的特點(diǎn)，教師針對(duì)這樣的安排認(rèn)為經(jīng)過(guò)大量的練習(xí)就可以掌握功這一概念，結(jié)果卻未必是這樣。

《A/AS level Physics》教材選擇以“work”一詞的概念入手，通過(guò)功的概念引出能量的概念，之后對(duì)能量進(jìn)行不同種類的劃分，旨在引導(dǎo)學(xué)生初步領(lǐng)會(huì)和認(rèn)識(shí)物理概念與定律。同時(shí)對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能進(jìn)行概念闡述和公式推導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)從不同的主要側(cè)面完善對(duì)概念和定律的認(rèn)識(shí)，并掌握它的基本應(yīng)用。再分別從彈性勢(shì)能和熱能的角度闡述關(guān)于能量的知識(shí)，能量部分知識(shí)體系結(jié)束之后引入功率的概念。進(jìn)一步深化和擴(kuò)展學(xué)生對(duì)概念和定律的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。最后，為下一章《力學(xué)》鋪墊了力矩的知識(shí)，可為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)A2的內(nèi)容進(jìn)行鋪墊?？梢钥闯鰧?duì)于概念部分，教材趨向于以大量的文字篇幅進(jìn)行舉例說(shuō)明，遵循著由認(rèn)識(shí)—完善—擴(kuò)展這樣的幾個(gè)階段，與當(dāng)下重視核心概念的教學(xué)理念異曲同工。

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（欄目編輯 鄧 磊）