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美國中學物理教材的分析與評價
美國中學物理教材的分析與評價
陳嫻
(南京師范大學物理系,江蘇南京 210097)
中國和美國的中學物理教學存在著很大的差異,如何借鑒美國中學物理教學中的長處,彌補我們的不足是擺在物理教育工作者面前的研究課題.本文以美國的中學物理教材“物體的浮與沉”作為切入點進行分析和評價,供中學物理教師參考.
1 研究方法
本文是以調(diào)查法作為研究美國中學物理教材的方法.
調(diào)查時間:2000年7月12日下午;
調(diào)查對象:主要來自江蘇泰州地區(qū)和安徽馬鞍山市的中學物理骨干教師;
調(diào)查人數(shù):16人;調(diào)查地點:南京師范大學物理系,2000年物理教育研究生課程班;
調(diào)查過程:隨機發(fā)給每一位調(diào)查者一課的教材內(nèi)容(從第1課到第16課),請他們各自獨立地將分析和評價結(jié)果寫在調(diào)查報告紙上,然后收回調(diào)查報告;
有效的調(diào)查報告:15份.
2 教材內(nèi)容在美國國家科學資源中心編寫的美國中學物理教材中,關(guān)于“物體的浮與沉”共有16課的內(nèi)容.現(xiàn)給出其中的第8課內(nèi)容作為案例,供參考.
第八課 物體的大小影響物體所受的浮力嗎?
思考與質(zhì)疑 一只用鋁箔制作的小船浮在水上可以放多少玻璃彈子?如果小船做得大一些結(jié)果又如何?你首先進行猜測然后親自驗證一下.
準備物 對于你:一個科學筆記本,一張編號為8—a的記錄紙;
對于你和你的同伴:一張鋁箔大小是10cm×10cm、一張鋁箔大小是15cm×15cm、一張鋁箔大小是20cm×20cm、30個玻璃彈子、一個容積約2l的容器、一條毛巾.
你的發(fā)現(xiàn)
1.與同伴和其它同學復習以前的內(nèi)容,與同伴討論決定采用一種小船的設(shè)計圖案.
2.用3張鋁箔做出大小不同的船,使它們有相同的外型.
3.把最小的船放入水中,輕輕壓它使它沉入水中,你有什么感覺?吃驚嗎?
4.對另外兩只船重復第3步驟,描述你壓小船的感覺.
5.完成3和4的步驟后,對小船能夠裝多少玻璃彈子做出猜測并寫在記錄紙上,然后驗證.船在水中的深度是多少?畫出你所看到的現(xiàn)象.
6.完成測試后把實驗材料放回儲藏位置.
7.閱讀課本中的補充內(nèi)容“船在航行”并思考問題:1哪些船只你曾經(jīng)見過?2現(xiàn)在這些船怎樣?3一些船很大很重仍然可以浮在水上,為什么?
探索性問題 設(shè)計制作可以裝載8個玻璃彈子而不沉的小船,但是它再放一個玻璃彈子就會沉入水中. 閱讀教材航行中的船你乘過船嗎?
暢游在水面上微風吹拂那是非常有趣的!船可以在海洋、河流和湖泊中航行,你可能注意到不同的船在不同的水域中航行.例如:普捷特·桑德的渡船(華盛頓州西北沿海)每天載著上千輛汽車和它們的司機;加勒比海附近的赤道島國,巡航船作為“海上旅館”為來自世界各地的度假者提供享受溫暖氣候的舒適條件.還有一些船是用于工作的,一種用于破冰的大船可以為小船開路,運輸船可以在海上用于運送油、鋼材和其它貨物,潛水艇能夠深入水中探查海洋的深度.早在幾千年前船就可以在水中運輸,早年的埃及人制造平型長條,樣子像駁船或像救生伐的船,在埃及克胡法金字塔墓葬中就發(fā)現(xiàn)這樣的船.1000年前斯堪的那維亞人,即所謂的北歐海盜設(shè)計制造了獨木舟狀長型船,這種船每邊有16只槳可以快速滑行,而且在擱淺前能夠平穩(wěn)地容易操縱地駛向岸邊.早期的船是由木頭或蘆葦桿制作,風或槳可以使船前進.200年前,情況有所變化,工程師
們發(fā)明了由蒸汽機制造的船.在蘇格蘭一位名叫威廉·斯米頓的發(fā)明家制造了能夠航行的蒸汽船——卡羅特·頓塔司,它每小時可以走3英里.此后船的設(shè)計越來越完善,用途多樣的金屬材料逐漸代替了木頭,由鋼和鐵制造的船比木頭制造的船要重,但是它們越大可載的物資就越多.當今巨大的鋼船可以裝載貨物橫跨海洋.從人類第一次設(shè)計的船到現(xiàn)在的船,已經(jīng)發(fā)生了很大的變化,但是早期的獨木舟仍為現(xiàn)在的人們所使用,幾千年前早期美國人劃著類似的船在北美的河流和湖泊上漂游.
3 調(diào)查結(jié)果通過分析有效的調(diào)查報告和本人對整個教材的全面剖析,可以得出以下幾點結(jié)論:
3.1 美國的中學物理教學注重對學生的科學研究方法的訓練學生自己對某個現(xiàn)象首先做出預言猜測,并將自己的猜測寫在科學筆記本上,接下來自己與同伴一起做實驗,在實驗中觀察、記錄,然后將實驗結(jié)果與預言猜測進行比較,從而得到結(jié)論,這正是科學研究的方法.人類在探索自然規(guī)律的過程中遵循:提出假設(shè)——實驗驗證——得出結(jié)論——再提出假設(shè)??;直至做出發(fā)現(xiàn).
3.2 美國的中學物理教學是以學生為課堂主體的整個物理課堂教學活動是以學生的動手實驗活動為中心展開的.教師沒有過多的交待和要求,而是讓學生在教材和實驗說明的指導下自由發(fā)揮.一節(jié)課是按照“思考與質(zhì)疑——準備實驗——觀察記錄——分析總結(jié)”這樣的模式進行的,學生自始至終積極參與全過程.課堂氣氛活躍,學生的主觀能動性得到充分發(fā)揮,探求未知的好奇易于滿足.
3.3 美國的中學物理教學非常重視學生之間的交流討論在教材中可以看到:與同伴一起準備實驗器材;與小組同學一起重溫上一次課或前面的內(nèi)容;與全班同學共同分享你的測量結(jié)果并討論產(chǎn)生結(jié)論的可能理由;在班級陳列同學設(shè)計的各種貨船,討論分析展品的相似之處和不同之處;等等.
3.4 美國中學物理教材的內(nèi)容均以實驗為基礎(chǔ),實驗器材非常簡單,很多來自生活.例如第15課“制作一個比重計”需要:兩個小的塑料飲料管;一團泥土;一個量筒器或自己制作的帶有刻度的玻璃杯;一杯鹽水、一個塑料茶勺;一個塑料盤和一條毛巾.第7課的內(nèi)容“研究船的設(shè)計”需要:一小堆泥土;30個玻璃彈子,一個容積為2l的塑料桶,一個塑料盤和一條毛巾.簡單的、生活化的材料可以給學生親切感,消除對物理學的畏難情緒(美國學生普遍認為物理是最難的學科).另外在生活和學習中也可以很容易地找到實驗材料的替代物,使得動手活動易于開展.
3.5 美國中學物理教材有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力在教材的探索性問題中內(nèi)容涉及廣泛,富于想象,具有很大的彈性,益于學生動腦、動手培養(yǎng)創(chuàng)新的意識和能力.例如:編寫一個關(guān)于海洋生物的小故事,并假設(shè)它從海水中游到淡水中,盡可能地想象各種出現(xiàn)的情況,這是一個引導編寫科幻小說故事的題材.例如:請你發(fā)布一個關(guān)于釣魚浮子的廣告,介紹你設(shè)計的浮子質(zhì)量好能夠釣到大魚.這是一個可以研究關(guān)于釣魚問題的題材.又如:猜測罐裝飲料和果汁在液體中的浮與沉,并研究為什么有些液體浮在水上,而有些液體則沉入水底,等等.
3.6 美國中學物理教育存在的問題美國的中學物理教育也存在著很多問題.1995年“第三屆國際數(shù)學和自然科學學習成就評估”(timss)的研究報告表明:美國12年級學生的數(shù)學和科學常識在21個國家當中處于得分最低之列;對來自16個國家的成績優(yōu)異的第12年級學生進行較高水平的數(shù)學和物理測驗,有11個國家的學生比美國學生表現(xiàn)出色.按照美國國家科學基金會主席尼爾·倫(neallane)所說的,“這些研究表明,當學生們在學校學習時,他們好像沒有對數(shù)學和自然科學進行嚴格的學習.”*由美國國家科學資源中心提供的這本物理教材,是一本高中教材.因為初中階段一般設(shè)置綜合理科,高中才開始單科的科學課程學習.調(diào)查報告中較普遍地認為這本教材也存在以下問題:1教材缺少系統(tǒng)性和知識性;沒有涉及浮力的概念、計算公式和產(chǎn)生原因等基礎(chǔ)知識.2教材缺少運用數(shù)學知識進行物理問題探究的內(nèi)容,即教材缺少定量的內(nèi)容.3教材缺少培養(yǎng)思維的邏輯性的內(nèi)容.4教材沒有布置學生書面的作業(yè),所以學生缺少對基本知識的練習.5教材缺少對學生動手實驗的簡單指導和小結(jié),學生的認識很可能只停留在感性階段.6該教材有相應的教師指導用書,但是由于學生動手實驗的時間過多,教師的指導作用無法發(fā)揮.綜上分析,我們認為中美兩國的科學教育工作者應該相互學習、取長補短,共同為培養(yǎng)下一代而努力.
參考文獻* arthobson著.美國的物理教育.徐旭玲、李科敏譯
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