基于教材邏輯解讀高中物理人教版新教材的改變
——以“電磁感應(yīng)”內(nèi)容為例

楊佳婷 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)

自國(guó)家教育部頒布《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》調(diào)整和改革基礎(chǔ)教育以來(lái)，就要求教材應(yīng)朝著利教樂(lè)學(xué)的方向進(jìn)行改革和轉(zhuǎn)型，教材的內(nèi)容選擇和組織要與學(xué)生和社會(huì)要求相適應(yīng)，并提出從“以知識(shí)為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教材開(kāi)發(fā)理念[1]．隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)(以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》)的出臺(tái)[2]，高中物理新教材也應(yīng)運(yùn)而生并開(kāi)始進(jìn)行推廣，如何分析教材并利用新教材進(jìn)行高質(zhì)量的教學(xué)就成為教師們面臨的熱點(diǎn)問(wèn)題．教材邏輯作為教材內(nèi)容編排的主線，是教材改版的一個(gè)重要方面[3]；教師教學(xué)邏輯是否清晰合理，是課堂教學(xué)有效性的重要指標(biāo)[4]．因此，對(duì)高中物理新教材進(jìn)行邏輯研究，有利于教師理清教材的學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯，幫助教師更好地結(jié)合教材在教學(xué)中落實(shí)課標(biāo)的要求．基于此，本文以“電磁感應(yīng)”內(nèi)容為切入點(diǎn)，從教材邏輯解讀人教社2019年出版的高中物理教材(以下簡(jiǎn)稱新教材)相較于2010年出版的教材(以下簡(jiǎn)稱舊教材)作出的改變，以期啟示教師在使用新人教版教材時(shí)能合理把握三大邏輯，提高教學(xué)效率和質(zhì)量．

1 物理教材三大邏輯的內(nèi)涵

人通過(guò)概念、判斷、推理、論證對(duì)客觀世界進(jìn)行理解與區(qū)分的抽象思維過(guò)程稱之為“邏輯”，表現(xiàn)為思維規(guī)律的邏輯也可以說(shuō)是一種說(shuō)明順序[5]．教材是否合理、是否能夠行之有效，關(guān)鍵在于教材的邏輯性．教材的邏輯包括學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯，三者的內(nèi)涵和關(guān)系可以反映出教材的組織關(guān)系[6]．

學(xué)科邏輯，就是按照一定的理論方法使學(xué)科中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)而形成一定的線索結(jié)構(gòu)[3]，也可以說(shuō)是學(xué)科知識(shí)所反映的事物演化的邏輯，比如物理學(xué)的邏輯就是從宇宙大爆炸之初基本粒子的形成到使光線彎曲的天體引力演化的邏輯．在2001年的課標(biāo)出臺(tái)之前，我國(guó)的物理教材就是根據(jù)物理學(xué)科邏輯編寫(xiě)的，學(xué)科知識(shí)成為教材的中心，可以確保物理知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性；教材尊重知識(shí)的內(nèi)在邏輯，可以幫助學(xué)生系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)客觀事物．但是，以學(xué)科邏輯為主的教材編寫(xiě)方式也存在較大的弊端，物理知識(shí)過(guò)于專業(yè)化和抽象化，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)難度大、知識(shí)面窄的困境，也不適應(yīng)基礎(chǔ)教育通識(shí)課程的建設(shè)．

認(rèn)知邏輯，是以認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)為基礎(chǔ)，關(guān)于認(rèn)知過(guò)程及其規(guī)律的邏輯系統(tǒng)．學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與技能需要遵循一定的認(rèn)知規(guī)律，這種認(rèn)知順序應(yīng)該是由熟悉到陌生、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由已知到未知、由具體到抽象、由感知到理解應(yīng)用等．以認(rèn)知邏輯為主的教材編寫(xiě)方式，充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位．教材內(nèi)容可以適應(yīng)學(xué)生心理發(fā)展的規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于學(xué)生理解和掌握物理知識(shí)，但這樣也容易打破物理學(xué)科的結(jié)構(gòu)體系，影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體認(rèn)知和感悟．

物理教學(xué)邏輯簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是物理教材的可教學(xué)性．就教材的呈現(xiàn)方式而言，教學(xué)邏輯包括了體系結(jié)構(gòu)邏輯、文字邏輯、圖文邏輯、練習(xí)邏輯等；從教材與教學(xué)間關(guān)系角度而言，教學(xué)邏輯是教學(xué)系統(tǒng)中主客體關(guān)系的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程，涉及了教的邏輯、學(xué)的邏輯、知識(shí)邏輯和認(rèn)知邏輯．由此可以看到，物理教學(xué)邏輯是對(duì)學(xué)科邏輯和認(rèn)知邏輯的概括和發(fā)展，它內(nèi)涵并彰顯著學(xué)科邏輯與認(rèn)知邏輯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還削減了二者因認(rèn)知起點(diǎn)和發(fā)展順序不同而產(chǎn)生的矛盾．總而言之，教學(xué)邏輯是教師基于對(duì)學(xué)科教學(xué)與學(xué)生發(fā)展關(guān)系認(rèn)知基礎(chǔ)上形成的關(guān)于教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動(dòng)序列安排的構(gòu)想．因此，用教學(xué)邏輯組織物理教材，可以將教材中的學(xué)科邏輯和認(rèn)知邏輯統(tǒng)一，促進(jìn)教師教學(xué)思維的優(yōu)化，促進(jìn)學(xué)科多元教學(xué)價(jià)值的達(dá)成，促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)“學(xué)科結(jié)構(gòu)”向“學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的有效轉(zhuǎn)變[7]．

2 “電磁感應(yīng)”新舊教材邏輯對(duì)比

物理課程標(biāo)準(zhǔn)是物理教材的編寫(xiě)指南和評(píng)價(jià)依據(jù)，物理教材則是物理課程標(biāo)準(zhǔn)最主要的載體．教材的編寫(xiě)思路、邏輯框架、內(nèi)容組織都遵循了課程標(biāo)準(zhǔn)的基本精神和要求．因此在物理課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)“電磁感應(yīng)”章節(jié)的整體分析，有助于從宏觀上把握教材的三大邏輯．

2.1 物理課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“電磁感應(yīng)”的要求

《課標(biāo)》在課程內(nèi)容部分中明確了“電磁感應(yīng)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如表1所示，明確提出了對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科的作用及增強(qiáng)了將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的意識(shí)，例如將原“理解法拉第電磁感應(yīng)定律”調(diào)整為“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解法拉第電磁感應(yīng)定律”，將原“知道交變電流，能用函數(shù)表達(dá)式和圖像描述交變電流”調(diào)整為“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)交變電流，能用公式和圖像描述正弦交變電流”，增加了“了解發(fā)電機(jī)工作過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化”.

表1 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)中對(duì)“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

圖1是新教材關(guān)于“電磁感應(yīng)”內(nèi)容的章、節(jié)、目?jī)?nèi)容結(jié)構(gòu)圖．從中可以看出，新教材的內(nèi)容選擇和呈現(xiàn)方式都遵循課標(biāo)的要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)依次展開(kāi)講解電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律和渦流、自感現(xiàn)象等，對(duì)《課標(biāo)》的落實(shí)比較到位．

圖1 新教材“電磁感應(yīng)”章、節(jié)、目?jī)?nèi)容結(jié)構(gòu)

2.2 新舊教材“電磁感應(yīng)”章節(jié)比較

舊教材“電磁感應(yīng)”所有內(nèi)容編排在選修3-2 第四章“電磁感應(yīng)”中，新教材“電磁感應(yīng)”編排在必修3第十三章“電磁感應(yīng)與電磁波初步”的第3節(jié)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”和選擇性必修2第二章“電磁感應(yīng)”中．表2是新舊教材“電磁感應(yīng)”章節(jié)的編排比較，其中標(biāo)“*”的是“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容．

表2 新舊教材“電磁感應(yīng)”章節(jié)呈現(xiàn)比較

2.3 基于教材邏輯解讀新教材的改變

2.3.1 章節(jié)結(jié)構(gòu)的學(xué)科邏輯比較

“電磁感應(yīng)”是高中物理的重要章節(jié)，它以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為核心，圍繞法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的統(tǒng)一性．它既是前面電學(xué)、磁學(xué)知識(shí)的邏輯發(fā)展，又是后面幾章“交變電流”“電磁振蕩和電磁波”的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)[8]．本文依據(jù)趙凱華的《電磁學(xué)》[9]中電磁感應(yīng)一章的編寫(xiě)線索，將“電磁感應(yīng)”內(nèi)容分為6個(gè)板塊，依次為電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)→法拉第電磁感應(yīng)定律→楞次定律→渦電流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)→動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)→自感與互感．從表2可以看出，新教材相對(duì)于舊教材的改變有兩點(diǎn)：一是將自感和渦流兩章的順序?qū)φ{(diào)，二是舊教材中第5節(jié)的內(nèi)容在新教材中不單獨(dú)成節(jié)．但是新舊教材整體上的編寫(xiě)順序都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)→楞次定律→法拉第電磁感應(yīng)定律→自感和渦流，編寫(xiě)思路與《電磁學(xué)》的總體思路不一致，并不完全順應(yīng)學(xué)科邏輯．

2.3.2 章節(jié)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知邏輯比較

新教材章內(nèi)的節(jié)順序雖然仍然不完全符合電磁感應(yīng)的學(xué)科邏輯，但是比起舊教材更能夠反映學(xué)生的認(rèn)知邏輯．新教材作出最明顯的改變就是根據(jù)《課標(biāo)》將“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容分為兩部分，分布在必修3“電磁場(chǎng)與電磁波初步”和選擇性必修2“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”兩個(gè)主題中，這樣的改變首先突出了“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的重要地位，強(qiáng)調(diào)其是學(xué)生全面發(fā)展所需掌握的必要內(nèi)容，同時(shí)又可以在保證學(xué)生共同基礎(chǔ)的前提下，讓不同發(fā)展方向的學(xué)生自主選擇是否深入學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容．對(duì)于選擇物理的學(xué)生而言，學(xué)生有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣的學(xué)習(xí)順序更加順理成章，符合學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從已知到未知、從感知到理解應(yīng)用的認(rèn)識(shí)順序．

基于認(rèn)知邏輯進(jìn)一步分析“電磁感應(yīng)”兩主題內(nèi)容的編排，可以發(fā)現(xiàn)新教材相對(duì)于舊教材作出的改變優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

(1)將“電磁場(chǎng)與電磁波初步”的內(nèi)容安排在第二章電流知識(shí)后面．由于“磁生電”“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”中都涉及到了電流知識(shí)，將其安排在學(xué)生學(xué)完電流知識(shí)后學(xué)習(xí)，更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率．

(2)將磁通量的概念放在“電磁場(chǎng)與電磁波初步”主題中，并位于“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”一節(jié)前．磁通量是電磁感應(yīng)中最核心的物理量，電磁感應(yīng)現(xiàn)象是否發(fā)生、感應(yīng)電流的方向、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小都與磁通量有關(guān)，但是舊教材卻將其分布在磁場(chǎng)一章，等到學(xué)生學(xué)到電磁感應(yīng)的內(nèi)容時(shí)，往往已經(jīng)忘記了磁通量概念，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的知識(shí)．而新教材的位置編排，既可以幫助學(xué)生明確磁通量是電磁感應(yīng)中的核心概念，學(xué)生又可以在感知磁通量概念的基礎(chǔ)上將其理解應(yīng)用在“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的學(xué)習(xí)中，更加符合學(xué)生的認(rèn)知順序．

(3)在“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”一節(jié)后面安排電磁波的初步內(nèi)容．在舊教材中感生電場(chǎng)的內(nèi)容安排在第5節(jié)，但是該內(nèi)容是根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論引出的，這一理論卻在后面電磁波一章才學(xué)到，這樣的編排順序不符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)邏輯，學(xué)生不能充分理解感生電場(chǎng)的知識(shí)．新教材不僅解決了這個(gè)問(wèn)題，而且也在學(xué)生深入學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的內(nèi)容之前讓學(xué)生建立了電磁場(chǎng)的概念，認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性，掌握電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，使學(xué)生在后面“電磁感應(yīng)”一章中能用“場(chǎng)”的觀點(diǎn)去思考、分析一些簡(jiǎn)單的電磁場(chǎng)基本問(wèn)題，體現(xiàn)了由低到高的學(xué)習(xí)層次．

(4)將舊教材第五節(jié)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況”的內(nèi)容依次編排在“法拉第電磁感應(yīng)定律”和“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)”中．舊教材該節(jié)內(nèi)容由兩條主線構(gòu)成，一是通過(guò)介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)概念來(lái)解釋回路無(wú)論是否閉合，只要磁通量變化就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；二是通過(guò)微觀的洛倫茲力知識(shí)來(lái)解釋只要導(dǎo)體切割磁感線就一定產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)；并引入了感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)兩個(gè)概念．舊教材本意要讓學(xué)生明白產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的原因，但由于獨(dú)立成節(jié)，弱化了感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與其他知識(shí)的聯(lián)系，學(xué)生很難理解本節(jié)課的內(nèi)容，從而無(wú)法認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)．由圖1可以看到新教材則是將“動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)”的內(nèi)容安排在“法拉第電磁感應(yīng)定律”一節(jié)的最后，加強(qiáng)了與法拉第電磁感應(yīng)定律的聯(lián)系，學(xué)生可以從“導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”自然過(guò)渡到學(xué)習(xí)“導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的機(jī)理”，遵循了學(xué)生由易到難、由簡(jiǎn)到繁、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知規(guī)律．將“感生電動(dòng)勢(shì)”的內(nèi)容安排在“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)”一節(jié)的開(kāi)頭，加強(qiáng)了感生電場(chǎng)與渦流的聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)完陌生的感生電場(chǎng)知識(shí)后，可以將其應(yīng)用在渦流的理解學(xué)習(xí)中，明白渦流是導(dǎo)體在受到外加的變化電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感生電場(chǎng)從而產(chǎn)生的電流，幫助學(xué)生從本質(zhì)上理解感生電場(chǎng)就是渦流電場(chǎng)．也是基于此編排，新教材將“自感與互感”安排在“電磁感應(yīng)”的最后一節(jié)中．

2.3.3 章節(jié)結(jié)構(gòu)的教學(xué)邏輯比較

教材編寫(xiě)的教學(xué)邏輯既要有利于輔助教師的教，又要有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)．從教師的角度而言，新教材相較于舊教材“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容更具有時(shí)代性和可參考性，在引領(lǐng)學(xué)生的發(fā)展上具有極大的參考價(jià)值，可供教師教學(xué)做參考[10]．從學(xué)生的角度來(lái)說(shuō)，新教材“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容更符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的年齡特征，而且根據(jù)不同的教學(xué)要求進(jìn)行由易到難的知識(shí)編排，既能促進(jìn)學(xué)生的一般化發(fā)展，還有助于促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展．就教學(xué)本身而言，新教材“電磁感應(yīng)”的內(nèi)容更注重兼顧前后知識(shí)的相互關(guān)聯(lián)性，整體脈絡(luò)清晰，再加上和學(xué)生的認(rèn)知邏輯緊密結(jié)合，與課標(biāo)的要求契合度較高，便于教師教學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)效率[6]．因此，比起舊教材，新教材在學(xué)科邏輯和認(rèn)知邏輯的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出來(lái)的教學(xué)邏輯更強(qiáng)．

3 總結(jié)與啟示

基于教學(xué)邏輯，從宏觀的章節(jié)結(jié)構(gòu)解讀新教材作出的改變，可以看出，比起舊教材，新教材認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯都呈現(xiàn)得更加清晰，學(xué)科邏輯則無(wú)太大差別，是利教樂(lè)學(xué)的教材．當(dāng)然，教師們除了從宏觀上解讀教材邏輯外，還必須具體到節(jié)內(nèi)容進(jìn)行微觀分析，可從正文、表述、圖像和欄目設(shè)置等切入．在宏觀和微觀對(duì)新教材進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的理解合理地開(kāi)展高質(zhì)量的教學(xué)．

總而言之，教師們要用好教材進(jìn)行高質(zhì)量的教學(xué)，在課堂教學(xué)中首先需要捋順教材內(nèi)容的編排順序、學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展順序、教學(xué)的順序，因此教師需要在宏觀上駕馭教材，在通讀教材的基礎(chǔ)上解讀教材邏輯，明晰教材總體結(jié)構(gòu)框架，形成結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、具有一定內(nèi)在關(guān)聯(lián)的知識(shí)整體[5]．同時(shí)，教師也需要在微觀上深入研讀教材，針對(duì)課時(shí)任務(wù)進(jìn)行學(xué)情分析，把握教材知識(shí)邏輯，挖掘重構(gòu)潛在的邏輯，增補(bǔ)斷層缺漏的邏輯內(nèi)容[11]，注重學(xué)生認(rèn)知發(fā)展，為學(xué)生搭建起認(rèn)知的橋梁，提高教學(xué)質(zhì)量．