中美高中物理的对比研究——以光的反射和折射为例，本文主要内容关键词为：中美论文,为例论文,反射论文,高中物理论文，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。
随着新世纪的到来，包括我国在内的许多国家的基础教育改革步伐日益加快，其中教材改革更是各具特色，教材不仅是教学内容的载体，它的编写体系也体现着一个国家和地区的教育思想观念以及相应的教学方式。这里对中美两种教材进行对比，以借鉴美国教材编写中的成功经验。这里比较的是人民教育出版社2000年3月第2版的三年制高级中学课本《物理》（第三册）和美国McGraw-Hill公司1999年第3版《物理：原理与问题》（《Physics：Principles and Problems》）。所比较的内容是光的反射和折射，具体材料见下表。
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││中国教材 │美国教材 │
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│课题│光的反射和折射│反射和折射│
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││第一节：光的直线 │ │
││传播光速 │引言：彩虹、海市蜃楼现象、吸管在 │
││阅读材料：光速的 │水杯中弯折以及漫反射现象 │
││测定 │第一节：光线在介质分界处会如何│
││第二节：光的反射 │1.通过小实验阐述反射定律 │
││平面镜│2.光的折射现象介绍（图片、小实验）│
││第三节：光的折射 │3.折射定律。让有兴趣和能力的学│
│具 │阅读材料：绝对折 │生作图得出折射率公式 │
│体 │射率和相对折射│4.光折射的计算例题│
│内 │率│5.光折射的物理实验│
│容 │第四节：全反射│6.折射率与光速的关系 │
││阅读材料：│第二节：光反射和折射的应用│
││大气中的光现象│1.解释全反射 │
││（一）——蒙气差 │2.光纤和海市蜃楼的物理原理解释│
││大气中的光现象│3.光的色散。应用：自己制造彩虹的 │
││（二）——海市蜃楼│小实验│
││第五节：棱镜 │ │
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一、形式上的相似点
在光的反射和折射这一章节中，两种材料都注意到图文并茂且版面活泼，中国教材不到5页有插图、示意图12幅，美国教材平均1页有3张图片。在内容上，两者都由相似的几个部分组成，中国教材有做一做、实验、思考与讨论、练习、阅读材料等几部分；美国教材有小实验（Pocket lab）、物理实验（Physic lab）、批判性思考（Thinking Critically），工作原理（How it Work）、练习（Practice Problem）、各学科联系（...Connection）等几个部分。这里列举出的中外教材栏目在形式上是一一对应的，但它们在教学内容、教学策略上仍存在差异。我们需要结合教学策略探讨这些教学内容的实质差异。
二、实质上的差异
1.教材的知识结构不同
中国教材把光的反射、折射分开讲解，开始先由平面镜反射实验引出光的反射定律，再进行光的反射相关的知识的学习；然后同样由光线入射到水中发生折射现象的实验引出的光的折射定律，再到光的折射相关知识的学习。这说明中国教材的编写是严格按照物理学的知识体系和学生的思维来编写的。因为光的反射是光在同种介质中的现象，而折射是光在不同介质中的性质，先阐述光的反射及相关知识，再介绍光的折射及相关知识，符合学生由浅入深的思维；且在物理知识体系上层次非常清楚。
美国教材先通过彩虹、海市蜃楼、漫反射以及吸管在盛水的杯子中弯折的现象作为光现象这一章的导语，其目的是列举出涉及整个光的反射和折射一章的常见物理现象来激发学生学习兴趣，然后将这一章分为两个小节，一是光的反射和折射的基本物理知识，二是光的反射和折射的应用。这说明美国教材编写时比较注意前后知识间的联系，注重将知识与实际应用相联系。美国教材这种打破学科知识结构的灵活编写方式使学生进行跳跃性学习，对于培养学生思维变通很有好处。
2.实验的功能不同
中国教材这一章有四个实验，均为演示实验，并没有安排学生实验，美国教材这一章中安排有四个小实验（Pocket Lab）——让学生亲自动手去实践的小型物理实验和一物理实验（Physics Lab）。让我们看一个在第一节的第一个小节在边界处是如何的（How Light Behaves at a Boundary）中出现的一个名为“反射”的小实验，它让学生向墙壁抛出一个乒乓球或手球并使球反弹到实验伙伴那里，但是先要预测球要反弹到恰好方向必须击在墙壁的哪里。提出如果你的实验伙伴靠近或远离墙一些，你的方法还有效吗？最后让学生比较得出一个普遍规律，并提出你由反弹球而得出的规律对光线的路径适用吗？它们有什么相似？这让学生在小实验设计的情景中亲自动手得出规律并引导他们将具体的反弹球运动与抽象的光的反射类比，最终让学生自己得出光的反射定律。类似地中国教材这一章中有一个“做一做”栏目，是将物体在不同摩擦表面运动方向会发生变化而类比光在不同介质传播方向会发生偏折，这个小实验在美国教材中也有出现。这说明目前中国教材中的实验强调严密性、逻辑性，注重结果而往往忽视实验探究的过程，忽视以问题的方式引导学生探究物理规律。我们可以在更多的知识点上设计学生动手“做一做”栏目，以培养学生各项实验技能以及领悟科学探究的本质和科学探究能力。
3.知识的范围不同
在中国教材光的反射和折射这一章中有三个阅读材料，这三个阅读材料都是围绕光的反射和折射这个物理内容展开，作为介绍给学生的扩展性材料，用于激发学生学习物理的兴趣。然而与美国教材相比，这样的激发兴趣是远远不够的。美国教材在光的反射定律后介绍了镜面反射和漫反射就没有在光的反射现象上深入下去，紧接着通过演示实验让学生观察光在介质边缘时的现象而得出光的折射定律，同时介绍光密介质和光疏介质的概念；然后由三棱镜对光的折射现象告诉学生折射角的大小随入射角而变化；接着是物理实验，让学生验证折射定律；最后阐述了折射率和光速的关系。我们可以看出美国教材在知识的深度上不如中国教材，但涉及的知识面要比中国教材广，这一点体现在“各学科联系”（“Connection”）栏目。在光这一章中出现了“与化学的联系”（“Connection to Chemistry”）、“与历史的联系”（“Connection to History”）、“与文学联系”（“Literature Connection”）以及“与计算机科学的联系”（“Connection to Computer Science”），将物理知识涉及的范围扩展到其他学科。具体来看看“与文学联系”这个栏目，它将彩虹——这一由太阳光对雨滴的反射和折射而产生的物理现象，与文学家将之运用于诗歌、散文中相联系，给予学生情感上的陶冶，并提出问题，为何彩虹现象不易出现？由此可见在这个栏目中虽然是介绍物理与其他学科的联系但最后仍然会通过联系激发学生探究有关的物理知识，回归到进一步的物理学习中，这远比中国教材中单纯介绍物理知识的阅读材料效果好；而且由此增强了学科知识间的联系，激发了学生学习兴趣，也有助于学生形成完整的科学知识体系，扩展他们的知识面。另外，美国教材注重将物理知识与实际应用紧密联系，让学生意识到物理知识的实用性也是激发学生学习兴趣的一个重要途径，比如在第二节中“工作原理”（“How It Works”）栏目就是介绍光纤的原理，通过这个栏目让学生能结合实际理解全反射现象，同时培养了学习物理知识的兴趣。总之，美国教材的物理知识点和实际应用需求结合得很紧密，这造成了知识深度相对浅，涉及的范围广的特点。
4.知识获得的方式不同
前面我们在论述实验差异中已经提及中国教材中的实验以演示为主而美国教材中的实验以学生动手为主，这体现了在中国的教育中还普遍认为知识最好是由教师传授给学生，但这样是对学生思维的束缚。在美国教材中则注重学生的自主学习，在他们的教学策略中运用网络资源（Internet Connection），让学生通过使用网络资源达到自主学习的目的。在美国教材这一章的第二小节中的“工作原理”（“How It Works”）栏目介绍了光纤工作原理，这部分的教学策略中写到“让学生分享医用光纤的用途”（“Have willing volunteers share their experiences with the medical application of fiber optics”），“分享”是美国教材中实现自主学习的主要形式，这种分享式学习使学生意识到学习科学是一个能动的过程——亲自动手做、能提出问题、验证、参与解决问题、参与评价。这个能动的过程培养了他们合作精神，也培养了他们良好的科学素养。此外在以学生为主的美国教学策略中很注意的纠正学生的“揭示错误概念”（“Uncovering Misconception”），它可以避免自主学习的盲目性、可以加深学生对物理知识的记忆与理解。目前在我国探究性学习越来越受到重视，我们应该培养学生自主探究式学习能力，将学生的自主探究学习与教师的指导结合起来，能起到培养学生学习能力的目的。而且前中国教材中“思考与讨论”栏目的内容没有提供学生查阅相关资料的途径，也没有指出讨论交流的重要性，在教学中往往容易被教师忽略。
另外美国教材在教学策略上有其独特之处，开设的栏目有“背景”（“Background”）、“满足个性需求”（“Meeting lndividual Needs”）、“概念延伸”（“Concept Development”）、“拓展”（“Enrichment”）、“批判性思考”（“Thinking Critically”）、“揭示错误概念”（“Uncovering Misconception）、“评价”（“Assessment”），这些栏目从知识背景——个性需要——概念延伸、拓展——批判性思考——揭示错误概念——评价，逐步深入以完备学生的知识结构体系并培养学生的个性。其教学评价中也充分体现了对探究过程的评价、对学生个性的评价、对知识理解性获取的评价。
最后特别想谈谈整本书中的一个亮点——招聘启事（“Help Wanted”）栏目，它的内容往往和这一章的教学内容相关联，比如在光这一章第一节介绍光的反射和折射的基本物理知识后刊登的招聘广告内容为招聘验光师。在教科书中安排招聘广告是物理知识实用性的另一个体现，它告诉学生若以后想找类似的工作必须达到的招聘要求，这样可以在中学阶段让学生初步树立职业趋向，给他们学好物理知识的动力。
所以两国在物理教材上的区别最终反映出两国在物理教学概念上的不同，即使教材版面相对活泼，有阅读材料的“点缀”，也不能遮掩我国普遍存在有教学观仍然是灌输式的教学观，在这种教学观引导下培养出的学生必然缺乏独立思考的能力和解决问题的能力。通过对两种教材的比较，给了我们不少的启示。
首先，要改变现有的物理教学观念，要以培养具有良好科学素养的人为物理教学目标。
其次，在教材编写时教材的知识结构不要拘泥于学科中心的知识框架，要从人的认知发展规律来组织教材内容，教材的选题要更接近学生的实际生活，增加学科间相互联系的内容，使教材的知识结构有利于学生形成良好的认知结构。
第三，学生实验的选题要有利于学生领悟科学探究的本质和学生探究能力、解决问题能力的培养。在实验形式上可以多增加小实验，分组实验等学生动手的实验，还必须改变只注重实验结果不注重实验过程的教学模式。
第四，适当的降低知识的深度，增加知识的广度，增加学科间知识联系。从实际需要出发，我们应扩展学生的知识面，对不同的物理知识做不同的要求，可以适当增加了解性知识以使学生能将物理与实际相联系，激发他们的探索兴趣。同时让学生了解学科间知识的联系也是激发学习兴趣，扩展知识面，培养适应实际需要的能力。
第五，教材的设计要体现以学生为主的观念。教材中可设计多种形式的学习活动，观察记录、定量测量与数据整理、实验小制作、讨论交流、探究性学习等等，让学生在学习活动中建构意义，获取知识，培养科学素养。