美国高中物理教材的几种取向研究，本文主要内容关键词为：几种论文,美国论文,取向论文,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。
美国高中物理教材丰富多彩，各种不同的高中物理教材有着不同的价值取向，可以适应于不同学生的不同学习需求。笔者从10余种具有不同特色的美国高中物理教材入手，通过综合分析，发现美国高中物理教材的3种基本价值取向：学术型取向、通识型取向、生活型取向。通过对美国高中物理教材的研究，可以为我国高中物理教材编写和使用提供借鉴。
一、学术型取向的美国高中物理教材
由美国物理科学研究委员会(PSSC)在国家科学基金会资助下编订的《PSSC物理学》系列教材，是这一价值取向的典型高中物理教材。这套教材由400多位教师、专家、学者参与讨论，其指导思想是“以物理学家认识世界的本来面目去写教材”。[1]该教材1960年首版问世，1962年修订再版，迄至1986年已5次修订再版，成为美国乃至全世界范围内最有影响的高中物理教材之一。《PSSC物理学》与传统高中物理教材的重要区别在于，该教材第一次系统和全面地以认知心理学的思想和理论为指导，全面贯彻了布鲁纳(J.S.Bruner)的学科结构理论和“发现学习”理论，形成了该教材的最鲜明的特点。
《PSSC物理学》共分4篇。第1篇“宇宙”共10章，包括什么是物理学，时间及其测定，空间及其大小，函数关系和标度的选择，沿着一定轨道的运动，矢量，质量，元素、原子和分子，气体的性质、测定等内容。第2篇“光学与波”共9章，包括光的性质，反射和像，折射，透镜与光学仪器，光的粒子模型，波，波与光，干涉，光波等内容。第3篇“力学”共6章，包括牛顿运动定律，地面上的运动，万有引力定律和太阳系，动量及其守恒，功和动能，热、分子运动及能量守恒等内容。第4篇“电与原子结构”共8章，包括电的定性研究，库仑定律和基本电荷，在电场中电荷的能量和运动，磁场，电磁感应和电磁波，探索原子，光是粒子，电子是波吗，量子王国，原子结构等内容。此外，还有一个补篇，包括角动量，统计力学，狭义相对论和量子物理学等介绍性的“高等课题”。
《PSSC物理学》围绕物质的粒子模型和波的模型展开，最终在物质的波粒二象性模型上汇合。该教材通过对贯穿物理学发展历程中关于光的本性的争论这一事例的剖析，呈现了如何建立物理模型和如何用物理模型来分析解释现象，呈现了物理模型的不断修正和完善的探索过程，使学生理解物理学家是怎样根据实验现象、经过理论研究得出物理规律的。
《PSSC物理学》除教材以外，还有《实验指导书》《教师指导书》《实验仪器介绍手册》《教学影片及介绍手册》《课外读物丛书》《试题集》等6种资料。正如《PSSC物理学》的编者所说，《PSSC物理学》的目的是给将来想读大学理工科的学生打下一个坚实的物理学基础。因此，《PSSC物理学》偏深偏难，理论性过强，过于抽象。据资料介绍，美国高中学生选修《PSSC物理学》的人数从20世纪60年代初的90%下降到80年代末的4%。
虽然《PSSC物理学》最终没有获得学生和教师的认可，但是，它对学术型价值取向的高中物理教材编写和使用所提供的经验和教训，对我国编写和使用《普通高中物理课程标准》第3系列的教材(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5)，仍然具有启发意义。
二、通识型取向的美国高中物理教材
美国20世纪60年代的课程改革到70年代便消沉下去，课程改革并没有改变美国中学理科教育的状况，教育界出现了“恢复基础教育运动”。在这种情况下，美国国家科学基金会又支持哈佛大学物理系杰拉尔德·霍尔顿(C.J.Holton)教授，为大多数中学生设计一套适合他们学习的物理新课程——《哈佛物理教程》，即《HPP物理》。
《HPP物理》把最基本的物理科学史、科学哲学和物理概念、规律融为一体，用深入浅出的叙述方式，把重要的物理概念、理论体系的演变过程和人类对物质世界的智力探求和认知活动展示给学生。全书共6分册。第1册《运动的概念》，主要通过伽利略对运动的描述，阐述了运动学的基本规律。第2册《天空中的运动》在讲述“日心说”形成过程的基础上，重点讨论了牛顿如何把天和地的运动规律统一起来、建立万有引力定律的过程和思想方法。第3册《力学的成就》，引入动量、能量等基本概念和动量守恒、能量守恒等基本定律，并将其扩展到热现象和波动，在阐述经典力学成就的同时，介绍了牛顿力学局限性的实例。第4册《光学和电磁学》，光学部分围绕波粒二象性的争论展开，讨论了光传播中的各种现象；电磁学部分重点讨论了电场、磁场、电磁感应、电磁辐射等有关的基本概念和规律；通过电、磁、光之间的综合，阐述了自然现象的内在统一性。第5册《原子的模型》和第6册《原子核》较深入地讨论了对微观世界物质本性的认识过程和近代物理理论的基本概念。《HPP物理》犹如一位知识渊博、思想深邃的教师，娓娓动听地讲述一个个故事情景，把物理学如何通过理论、实验和科学家之间的相互作用而发展的历史展现在学生面前。
1987年Addison-Wesley Publishing Company出版的Paul G.Hewitt编著的《Conceptual Physics》[2]，其体系和内容包括：第1单元 力学。第2单元物质属性。第3单元 热学。第4单元声与光。第5单元 电与磁。第6单元 原子物理与核物理。在《Conceptual Physics》中，设计有“问题”“解答”“概念小结”“重要术语”“复习问题”“活动”和“思考与解释”等栏目，反映了强调探究的风格和高学术水准。《Conceptual Physics》在“致学生”的话中讲道：“物理学是一个令人愉快的经验——特别是一系列物理学内容以非数学语言呈现的时候和建立在充分事实基础上的时候。物理学对我是一种享受，通过以后的课本内容，我希望向你表达我的热情。如果你从发现开始本书的物理学，你会发现物理学涉及你所做的和所看到的一切事物。因为这本书的物理学不是数学的应用，你不需要计数器。所有从头到尾的问题都是训练思维和理解物理思想的。”
美国通识型价值取向的高中物理教材对我国编写和使用《普通高中物理课程标准》第1系列的教材(1-1、1-2)，具有很好的参考价值。由束炳如、何润伟主编的《普通高中课程标准实验教科书物理》[3]的第1系列的教材(1-1、1-2)就广泛借鉴了美国通识型价值取向的高中物理教材的优点。
三、生活型取向的美国高中物理教材
1992年Macmillan/McGraw-Hill出版的由Paul W.Zitzewitz、Mark Davids和Robea F.Neff编著的《Physics-Principles and Problems》[4]认为，“物理学远远不仅是一些方程和数字，物理学是关于你周围世界所发生的事情的科学。它涉及彩虹的颜色、钻石的光泽和硬度，涉及行走、奔跑、骑车、驾驶和探索星际等活动。物理学的原理在玩具、球类活动、健身器材和发电机中都有应用。”该教材在给学生的话中描述了物理学的特点：“每章开始的照片就是你身边物理学的例子。你将发现，物理学研究自然界的运动和行为规律。文明社会的许多技术进步都源于对这些规律的理解和应用。学习物理学可以使你发展科学技术的愿望成为可能，你甚至可以发现你自己就是应用这些物理学成果的专家。无论如何，作为具有物理知识的公民，物理学习将更有助于你解决复杂的、我们社会的技术难题。你将发现，物理学是一种人类活动，一种令人激动的探索。几年下来，你将从各国物理学家那里学到许多东西。这些物理学家帮助我们理解我们周围的世界。”
《Physics-Principles and Problems》设计了以下栏目：“概念复习”“学习目标”“概念回顾和巩固”“本章回顾”、“关键术语”“小结”“概念应用”“物理学式的思考”“解决问题策略”“例题”“练习题”“动手实验”“物理实验室”、“物理与技术”“物理与社会”和“安全问题”。该教材内容包括：“什么是物理学”“数学工具”“描述运动的速度”“描述运动的加速度”“力”“矢量”“平面运动”“万有引力”“动量及其守恒”“功、能和简单机械”“能量”“热能（内能）”、“物态”“波和能量传输”“声”“光”“反射与折射”“面镜与透镜”“光的衍射和干涉”“静电学”“电场”“电流”“串联和并联电路”“磁场”“电磁感应”“电磁场”“量子理论”“原子”“固态电子学”“原子核”和“原子能应用”。从内容来看，该教材虽然从生活走向物理学，但是仍然可以把它归结为“学术取向教材”。
1998年由Aromonk:It's About Time,Inc.出版的由Arthur Eisenkraft编著的《Active Physics》[5]也是与学生生活关系紧密的、以探究活动为主线的教材。该教材按照学生的生活问题展开，分为“家园”“体育运动”和“推测”3个主题，每一主题为一册教材。主要栏目为：“情景”“挑战”“评价标准”“你想到了什么”“请你做一做”“物理学谈话”“探索研究”“对活动和挑战的反思”“物理学发展”和“物理学的作用”“本章评价”和“你学到了什么”。例如，在“家园”一册中，有3章内容：“通用住所设计”“人人需要的电”“听话的玩具”。安排了21个活动；在“体育运动”一册中，有3章内容：“田径锦标赛”“行动中的物理学”“月球上的运动”，安排了28个活动。
其实，我国香港的高中物理教材也注重理论联系实际，强调日常生活中有关事物的细节并提供了广泛的参考文献。我国香港的高中物理教材涉及了有关家庭、运输、工业、通讯、医药应用中所有可能的事例，通过现象的产生、研究的历史、现实生活实例引出知识点，引起学生的学习兴趣。例如，在由P.K.Tao编著的《Physics in Action》[6]中，“家用电”这一章，就介绍了电能、电路的实际应用、现实生活中的三线插头、家用电路和用电安全等知识。据我们统计，《Physics in Action》中用了817幅图片或图像，其中有大量是实际生活、生产的现象和场景，加深了学生对物理知识在实际生活、生产中应用的认识。《Physics in Action》的前言指出：“这本教材采用了强调实验和探究的现代观念，目的是发展理解学习和反映物理学（科学）作为一个探究过程和活动的特点。该教材特别强调与日常生活的联系，广泛涉及家庭、运输、工业、社会和医学中与物理的有关的活动。”
美国生活型价值取向的高中物理教材对我国编写和使用《普通高中物理课程标准》必修模块(1、2)以及第2系列教材(2-1、2-2、2-3)也具有一定的借鉴意义。
四、几点思考
通过研究美国3种基本价值取向的高中物理教材，笔者认为，我国新一轮基础教育课程改革过程中高中物理教材编写和使用应该强调以下几个方面。
1.反映物理学发展与现代科技的最新成果
物理课程是中学科学教育的重要组成部分，应使学生体验物理与生活、物理与自然、物理与技术、物理与社会的密切联系，领悟物理学的价值；掌握科学方法，掌握物理作为一门科学所特有的探索、创新的精神实质，让丰富多彩的物理世界成为学生生活的一部分，从而最终达到科学世界和人文世界的交融贯通。为此，应将现代物理学发展的最新动向以及能源、环境、信息、材料等方面的最新科技成果引入高中物理教材之中，使学生学会应用物理知识去分析与解决生活和社会中的一些物理问题，从而培养学生的探索精神和创新意识。
关于这一方面的教材处理，例如《普通高中课程标准实验教科书物理》(3-1)就从绚丽多彩的极光和观察阴极射线在磁场中的偏转开始，研究带电粒子在磁场中的运动，然后介绍了直线加速器、回旋加速器、质谱仪、正负电子对撞机、彩色电视机、电子显微镜等；该教科书(2-1)设计了“拆解和认识传感器”“用传感器制作自控装置”“设计制作光照度报警器”等活动，使学生对自动控制装置不再感到神秘，并在探究传感器和制作自控装置的内容中，为学生提供了中国科学院传感器国家实验室的“中国传感器信息网”“传感器资讯网”及“中国加速器网”等网址，为学生进一步了解科技前沿提供方便。[7]
2.统整学科内容，重视科学精神和人文精神的融合
高中物理教材要让学生通过高中物理课程学习，懂得科学技术对社会发展的影响；要培养学生热爱科学、崇尚科学的精神，培养他们的科学态度和科学方法，理解科学技术和社会发展的相互关系；要培养学生独立思索和自主探索的精神，从而培养崇高的人格，形成强大的凝聚力，自觉地为人类文明和社会进步而献身。为此，应在高中物理教材中融入科学价值、科学批判、科学审美等内容，通过培养科学兴趣、科学的探索精神，使学生树立科学的人生观；要培养所有学生对待科学的积极性，鼓励学生在物理学科之外的环境中运用物理的方，法和手段；要构建知识、智能、人格协调发展的物理学习过程，以达到促进学生的智力和人格因素协调发展的目的，使学生从被动的接受性学习走向自主的创新性学习。
为适应人类知识体系质的变化，以及新的学科群和知识板块的出现，高中物理课程既应向着综合、融合和重组方向发展，也应对课程内容进行精选酌减。应突出最重要的物理知识，删去过时和次要的知识，联系科技和社会，赋予课程新的内涵；应把学生从繁重的知识点的学习中解放出来，用于思维层次更高和更有意义的活动；应增加学生综合运用物理知识和技能的机会，引入跨学科的实践探究活动（如能源、环境和热点问题的探讨等）；要密切物理课程和化学、生物、地理、历史等多学科的联系，软化学科界线。
例如，《普通高中课程标准实验教科书 物理》(3-4)第2章第2节的“家庭作业与活动”中，设计了有关印度洋地震海啸的问题，同时，在这一节的“课题研究”中，还要求学生到有关部门了解我国地震带的分布情况，分析我国沿海地区如果发生地震，是否会引起海啸，提出自己对建立我国地震或海啸预警机制的看法。这样做也是基于统整学科内容、重视科学精神和人文精神的融合的考虑。[8]
3.构建以科学探究为主的学习过程
高中物理教材应该根据现代社会对人的科学素养的要求，将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观全面落实在高中物理教材中。凸显高中物理课程的核心能力并赋予新的内涵，如进行科学探究的能力、观察实验能力、获取信息、传递信息、处理信息的能力、构思和判断能力、应变和适应能力、有效的沟通和表达能力等。要让学生人人动手参与实验过程，而不是过分强调实验的结论。
在物理课程中指导学生进行科学探究，是让学生像科学工作者进行科学研究一样，通过自主的探究活动，学习物理概念和规律，探究和获取知识，从而体会科学工作者研究科学时的探究过程，培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神。在物理教学中进行科学探究，可以使学生经历与科学工作者探究科学的相似历程。笔者认为，两者之间只是在程度上不同，而在过程和本质上是基本相同的。在层次与方法上，高中阶段的科学探究应在初中基础上提高要求，既要有实验探究，更要有理论分析与论证，要让学生感受、理解知识的产生和发展过程，让学生在观察、实验、推理、论证等过程中进行探究式学习。
物理学是一门实验科学，高中物理教材应大幅度增加高中物理课程的实验内容，提升对实验动手能力的要求。学习科学是学生自己的事情，不能由别人来代劳。应将以验证性实验为主改变为以探索性实验为主，从而构建探究型的学习过程。