美国近二十年高中物理教材结构的变化特点及启示，本文主要内容关键词为：美国论文,启示论文,近二十年论文,高中物理论文,教材论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近二十年来，美国涌现出了大量优秀高中物理教材，为了能全面、客观地把握美国高中物理教材的历史演变特点，本文以教材结构作为研究视点，对8套不同时期有代表性的美国高中物理教材进行比较研究，力图析出近二十年来美国高中物理教材结构变化特点，为我国高中物理教材的修订提供依据。
一、研究对象与研究方法
本文选择的8套不同时期美国高中物理教材之中，两套于1996年美国《国家科学教育标准》（以下简称《标准》）颁布之前编写，六套于《标准》颁布之后编写或修订，这些教材的具体信息如下。
表1 不同时期美国高中物理教材信息表
这些教材历史跨度长，来源广泛，既有面向非理工科学生的教材，也有面向偏重理工科、将来上大学的学生的AP教材；既有综合科学教材，也有分科的物理教材。基于这些来源广泛的物理教材，本文采用文献研究法，从栏目、图片、习题、实验四个角度比较教材结构，根据其结构的变化探索美国高中物理教材的未来发展趋势。
二、美国高中物理教材结构的变化特点
（一）栏目：数量增多，篇幅小型化
栏目是教材的重要组成部分，它与正文既密切联系又相对独立，既相互依托又相互补充。美国不同时期的物理教材，其栏目的数量、内容、形式不同，各栏目所担负的功能也不同，20世纪90年代初到21世纪初，美国高中物理教材栏目出现了一系列变化（如表2所示）。
表2 不同时期美国高中物理教材栏目概况
续表
由表2可知，《标准》颁布之后，美国高中物理教材栏目的数量增长显著，由《物质科学基础》的2个栏目增加到《物质科学》的15个栏目。栏目的变化不仅表现在数量的增减，还表现在它所担负功能的变化。20世纪90年代初，美国高中物理教材处于由学术型价值取向向通识型价值取向的转变之中，栏目的功能仅服务于课堂教学与拓展学生的视野，因而显得相对简单，栏目也仅有活动类和资料类，活动类栏目穿插在教材正文之中，它们取材于生活，短小精悍，绝大多数活动不需要复杂的器材，简便易行，与正文内容密切相关。资料类栏目一般出现在每一章或节的开头与结尾，相当于我国的阅读材料，如《物质科学基础》的“特色”栏目，《探究物理》的“物理文摘”“历史之窗”等栏目。这类栏目关注科学与技术前沿或物理知识的应用，如《探究物理》的“物理文摘”栏目关注对称和守恒定律、辐射与生命、3-D影像、恒星的颜色等，它们取材广泛，力图将物理学史、科学哲学和艺术等融为一体，但各方面的拓展都做得不好，栏目游离于正文之外，不能与具体内容有效融合，篇幅偏长，总体数量较少，叙述方式过于严肃，影响其潜在价值的发挥。
20世纪90年代后期，美国高中物理教材实现了由通识型价值取向向生活型价值取向过渡，价值取向的变迁必然对栏目设置产生一定影响。因此，美国高中物理教材除了加强实验与探究栏目，还将以前的资料性栏目拆解成多个各具特色、短小精悍的小栏目，每一栏目各有侧重，如《概念物理》的栏目有“链接……”“STS”、“物理与职业”“运动物理”“厨房中的物理”，分别强调了物理与生活、社会、技术、职业以及与多学科的联系。这些栏目有的穿插在教材正文之中，与文本有机结合，有的置于章节之后。相互配合，加强与生活、社会的联系。由于栏目功能的变化、栏目数量的增多，栏目的篇幅也趋于小型化，《概念物理》的“物理与职业”约占五分之二版面，“链接”约占四分之一版面，栏目的小型化使得栏目的放置更灵活，数量也更多，与教材内容结合更紧密，从而更好地为提高学生的科学素养服务。
（二）实验：活动探究化、方案微型化
《标准》颁布之前，美国高中物理教材虽然渗透了科学探究的思想，但是没有按照科学探究的某个或几个步骤进行设计。《探究物理》中的“自己动手”栏目共有30个活动，《物质科学基础》也设置有13个活动，这些活动简单，较为开放，没有实验目的、步骤，也不要求得出相关实验结论，因此严格上讲并不是实验或探究，如《探究物理》的活动“用线、直尺、一张纸、别针，绘制冥王星的轨道，仙女座星系，海王星的卫星和哈雷彗星的轨道”“将少量的水倒入铝制的易拉罐中，使水沸腾，用手套将易拉罐盖上，并将它迅速放入冷水中，发现它将被压瘪。”[1]
《标准》颁布后编写或修订的高中物理教材则高度重视科学探究。《霍尔特物理》的“实验练习”栏目共有25个完整的探究性实验，《物质科学》设置单页实验25个、双页实验8个、自己设计实验11个、模型和发明实验2个和运用网络做实验4个，它们都侧重探究。其中“单页实验”和“双页实验”属于较简单的科学探究，它包括真实问题、步骤、总结与应用、交流数据，“模型和发明实验”强调模型制作，包括真实问题、制作模型、检验模型、分析数据、总结与应用、交流数据，“自己设计实验”属于完整的科学探究。《物理：原理与问题》每章至少有1个“物理实验室”、2个“微型实验”，微型实验篇幅虽小（仅占
页），但探究步骤明了，例如：
拔河比赛：在一次拔河比赛中，假设你在用力拉绳，而你的对手仅仅只是握住了这根绳子。那么与你的对手施加的力相比，你施加在绳子上的力为多大？
1.预测一下，如果这根绳子朝着你的方向移动，这两个力的相对大小怎样？
2.检验你的猜测。注意：不要突然抖动绳子。
3.比较绳子两端的力的大小。在什么情况下，才会使你开始朝着对手的方向移动？
美国高中物理教材的实验器材趋于生活化、便捷化、经济化、简单化，上述8套美国高中物理教材都保持这一优良传统，简单器材如地板砖、普通纸张、硬币、玩具弹簧、普通丝线、咖啡罐、厨房用具等使用广泛，而气垫导轨、示波器、打点计时器等精密仪器则使用很少。
（三）习题：重视概念、强调标准
习题是学生实践活动的重要形式，它既可以作为学生理解和巩固知识，提升科学素养，发展创新精神的重要载体，又可以作为物理与社会链接的文化桥梁。不同时期的美国高中物理教材的习题组成与结构亦有差异（见表3）。
表3 不同时期美国高中物理教材习题组成与结构
从习题的组成与结构来看，除了《霍尔特物理》，《标准》颁布后的美国高中物理教材习题的形式越来越多样化，从《探究物理》的三种形式发展到《物理：原理和问题》的九种形式；继续重视基本概念的检查与训练，《物质科学》中的“解释图表”和《物理：原理和问题》中的绘制概念图以及其他教材的“概念运用”“概念问题”“检查概念”“理解概念”等形式都显示了不同时期的美国高中物理教材对基本概念的重视；加强了习题的标准化，如《物质科学》选用的标准测试包括多项选择、快速反应、有提示的测验、开放习题四项，《物理：原理和问题》的标准化测试包括选择题、拓展题二项，这些习题有的直接取材于美国相关考试，它们反映了美国对学生基础学力的重视；注重学生高级能力的培养，例如《物质科学》的“图表解释”能发展学生的阅读信息、处理信息的能力，“认真思考”包括推理、形成假设、应用、解释、交流，能切实的加强学生的科学探究能力，进一步形成科学探究的习惯，《物理：原理和问题》中的“理性思维”“科技写作”涉及建立模型、运用模型、观察与推断、判别、理性思维等高级科学方法，并将这些方法以黑体字的形式标注于习题前面，期望引起学生的特别关注，“科技写作”偏重对科学家、科学事件、科学原理对社会的影响的评论，以小论文的方式激发学生对物理、社会、科技的相互关系的深入思考，例如：
研究牛顿对物理学的贡献，并写出一页摘要。你认为他的三个运动定律是他一生最伟大的成就吗？请说明原因。
上述图表仅从表层剖析了习题的组成与结构，其实，不同时期的美国高中物理教材的习题文化内涵差别也很大，如《物质科学基础》的习题与我国20世纪八九十年代的物理教材相似，习题的文化内涵贫乏，题干的主语大多以某球、某车、某人指代，缺乏与生活、社会的文化链接，图片很少。
寻求共同文化和多元文化之间的平衡一直是美国课程政策不断调整的重要依据[2]，教育实质上是文化的传递与创造，习题作为文化传承的重要载体，它可以为学生呈现广阔而浓郁的文化。《标准》颁布后，美国高中物理教材的文化内涵日益丰富，如《物理：原理和问题》习题背景的文化韵味浓郁，关注范围广泛，如第五章《二维力》习题的关注点有：割草、驾车旅游、马拉车、网球、电视塔、徒步旅行、宇宙探索、导航、红灯停下、做广告、雪橇、神话、美化环境、奥林匹克运动、运用模型、分析与结论，关注范围有体育、生活、环境、交通等，这些文化韵味浓郁的习题约占总题量的30%。习题关注点在题头予以明示，题干内容也韵味十足，例如：
神话：希西弗斯是希腊神话里的一个人物，他在地狱中被罚将巨石推上陡峭的山坡。当他到达山顶时，巨石会重新滑到山下，于是他不得不重推。虽然大多数神话改写本里说，他采用的是滚动方式将巨石搬到山上，但这里假定希西弗斯用的是滑动的方式。
该题以希腊神话为背景，将物理文化与人文文化联系在一起，使人情趣顿生。《物理：原理和问题》习题反映了美国新教材的文化特色，它能克服教材正文概念规律的简单重复，让学生有着良好的、愉悦的文化感受。
（四）图片：来源广泛、贴近生活
内涵丰富的图片能展现物理现象，过程和科技成果背后的文化意韵，以可视化的手段帮助学生理解物理过程的本质。美国物理教材的图片以数量多、印刷精美、来源广泛而备受喜爱，近二十年来，美国高中物理教材很好地保持了这一优良传统。下面以“声音”内容为例对几本美国不同时期高中物理教材的图片使用情况进行说明。
表4 不同时期美国高中物理教材的图片
从上表看出，不同时期美国高中物理教材每页图片的数量保持了相对稳定性，由于印刷技术的革新，图片越来越精美，场面越来越逼真，简笔画越来越少，黑白色也逐渐为彩色所替代。不同时期美国高中物理教材的图片都来源广泛，贴近生活，如《物理：原理与问题》计有700幅图片，其中110幅插图反映日常生活，110幅插图描述科学探究，42幅插图反映物理学史内容，58幅图是反映科技进展与应用的内容，[3]图片中有蝙蝠捕食、小孩举贝壳、金属探测、电磁储存、烟尘探测，螺旋型的银河系、行星光圈、漂移的山脉，沙漠蚂蚁等。《物质科学基础》图片有格兰峡谷大坝、美国各地指南针方向指示图、带有各项指标的天气预报图、加油站内汽车加油图、冲浪运动、高尔夫球等。《探究物理》图片有安放在科罗拉多州博尔德的原子钟、挑战者号航天飞机成功发射、月球上的机械车、富有美国特色草篷顶的乡村旅游船、旋转空间站模型、雷达装置测棒球速度图、足球、高尔夫球、跳伞运动、吉他家安德列斯·塞戈维亚的表演图、波士顿音乐厅等。
图片为教材内容服务，这只是图片作为一种工具的课程使命，若仅履行这一使命，那么教材的同一内容可以有多幅图片以供选择。图片是一种宝贵的隐性课程资源，好的图片能体现物理与人类文化的广泛联系，再现生活美，潜移默化地影响学生的交往与协作意识。美国高中物理教材注重图片所蕴含的多元价值，如《物理：原理与问题》呈现了四名退休老人在河边吹拉弹唱，自娱自乐的图片，激发学生想一想“乐器如何发出声音？为什么用不同乐器演奏同一音符时，听起来会各不相同？”学生欣赏了该图片，会对田园风光、闲暇生活产生更多的理解，《物质科学》精心选择了男生、女生，黑人、白人和黄种人协作传递一桶水来说明声音在介质中传播的快慢，也增加了协作精神、人种平等、男女平等等韵味。
三、思考与启示
（一）物理教材要在继承中发展，发展中继承
继承与发展永远对立与统一。教材在课程三角模型中占有重要地位，它的不稳定势必将影响课程实施。《标准》颁布前后，美国高中物理教材较好地体现了继承与发展之间的关系，如教材结构中的“资料类栏目”对社会、物理前沿的关注，实验中简单、低成本器材的运用，“习题”中对基本概念的重视等，但新教材仍实现了对老教材的超越，图片更贴近生活，融入更多文化元素，栏目更多，功能更齐全。继承与发展的良好定位有利于教师、学生和家长适应课程，降低了课程改革的难度。反观我国的高中物理教材，由于内容呈现方式、实验器材等方面急剧变化引发了教材的历史断裂问题，使得教师、学生难以适应，导致部分教师对课改消极抵制。
（二）要处理好教材结构与课程内容的关系
布鲁纳指出：“不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构”。[4]好的物理教材，其教材结构不仅可以反映学科结构，也能与课程内容内在统一。教材结构服务于课程内容，是对课程内容的直观、显性说明。由于教材编制过程中不得不考虑学科的逻辑性与教材编排技术，物理课程的某些基本技能、基本价值或科学精神可能无法通过教材正文实现，不得不通过教材结构予以补充。近二十年来，美国高中物理教材的内容结构及其表述方式变化不大，《标准》的许多理念与目标主要通过教材结构实现，如实验的探究化、图片的生活化、栏目功能的多样化，我国部分新的高中物理教材呈现方式确实呈现灵活多样的趋势，栏目增多了，图片更美了，探究加强了，但是出现了某些栏目功能重复、探究过于程式化，教材结构与内容文本要么重复度大，要么相关度不大，教材结构与内容结构不能实现协作与统一。
（三）教材要实现多种关系的平衡
教材“作为师生之间的媒介，而使教育活动得以展开。”[5]因而，教材的改革绝不能形如钟摆，因为它直面的是人，是不能作为实验品、牺牲品的人。教材编制者是国家主流文化的代表，他们对教材内容结构、呈现方式的设计，案例的选择、图片的撷取，凸显了他们对国家主流文化的理解和课程内容进行教育学处理的高超技巧，但他们不能成为某一个教育流派的代言人，不盲从潮流，更不能走向极端。好的物理教材既要实现学科、社会、生活之间的平衡，又要实现探究式教学与讲授式教学的平衡；既要有利于学生的学，又要有利于教师的教；既要重视知识与技能，又要重视科学精神与科学方法；既要体现学科的逻辑，又要体现教材自身的文化逻辑。近二十年来，美国高中物理教材虽然出现了一定的变化，但是它们注意在变化之中谋求上述多种关系的平衡，反思我国某些高中物理教材，便于学生阅读了，但教师课堂教学的难度大大提高了，对生活、社会关注性加强了，但学科的逻辑性大大减弱了，也就是说，它加强某一方面是以牺牲另一方面作为代价。