系统论视角下的教材分析研究——以美国教材《科学发现者——物理：原理与问题》为例

系统论视角下的教材分析研究——以美国教材《科学发现者——物理：原理与问题》为例

摘要：教材是教学过程中的一个关键模块，教材编写的内容和质量将直接影响到教师授课和学生学习的成效，影响课程改革的进程。以系统论为理论支柱，采用美国中学物理教材《科学发现者——物理：原理与问题》作为研究文本，采用文献分析法、案例分析法等对本套教材建立分析模型，从知识、技能、逻辑、非智力等四要素深入分析文本，旨在总结美国教材的特点，使其能够为我国的物理教材编写和物理教学改革提供一个交流的平台，为我国中学物理教育改革提供一些有益的参考。

关键词：系统论；物理教材；教材分析模型；美国教材

一、系统论概述

系统，意为部分组成整体或集合，在现代科学中主要指由若干要素通过一定方式相互联系、相互制约在一起的构成的具有一定功能的稳定的整体。结合系统定义，我们可以归纳出系统的几个特点。

1.目的性与整体性

系统具有一定目的并有与之相适应的功能与结构。系统内部的各个组成部分是在这个目标的作用下，共同构成了一个完整的、不可分割的整体。

2.相关性与层次性

系统内各要素以及大系统内部各子系统之间都是相互依赖、相互影响的，系统内下分各具体要素，系统与系统还可构成一个更庞大的系统，

形成层次鲜明的系统网络。

3.环境适用性与动态性

系统与外界条件息息相关，当环境条件改变时，内部要素也会随之相应调整。系统内部与外部都是不断发展变化的整体，保持着动态的稳定状态。

伴随着人类社会的发展和科学技术的不断进步以及该理论的广泛传播和不断完善，系统论逐渐从朴素的整体思想发展为跨学科、跨领域的现代系统理论。这种指导人类认识和改造社会的方式就是系统方法论。人类社会和科技水平是不断发展的，因而教材的编写都是相对滞后的，传授人类知识成果的教材更应以一种开放的姿态，不断实现自身内部的整合创新，以适应当今社会的发展。

二、教材分析模型的建构

系统中的各个要素看似独立，但是要使要素对系统的整体性质和行为产生影响，必须依赖于其他要素的相互作用，所以系统中要素的确定是用系统论的观点研究教材的基础工作。在我国，教材的发展经历约两千年的漫长过程，但是教材的基本功能保持不变，即传播功能和教育功能。教材的功能决定了教材要素的内涵，应包含知识要素、技能要素、逻辑要素和非智力要素。四个要素相互协调共同协作来实现教材系统的整体功能。

《科学发现者——物理：原理与问题》是美国麦格劳—希尔公司出版的9-12年级（相当于我国高中）物理教材，由著名物理学教授保罗·齐策维茨博士主持编写。该教材出版至今，经历了数次改版，是美国中

学教育选用率最高的物理教材，在全美的使用率占50%以上。因此对该教材的分析，有助于开阔我们的视野，为我国高中物理课程改革提供积极有效的建设性意见。

1.知识要素

知识是人类智慧的结晶，是人类对过往认知经验的系统化总结。物理学是由基本概念、基本规律和理论组成的体系严谨的、精密定量的科学知识体系。物理教材并不能像学术论文那样将知识生硬的摆出来，而是要有选择性和针对性的进行科学编排。

第一，该教材内容面广、知识量大，涵盖“经典物理学”、“近、现代物理学”的多方面内容；编排上真正做到了以学生的认知规律和知识的逻辑顺序为本，降低学习的难度。以“力学”为例，首先介绍“一维方向上的力”引出“牛顿运动三定律”，又在“二维方向上的力”中对“牛顿运动三定律”进行应用，最后将运动带入“二维空间”。这种循序渐进的安排，遵循了学生的认知规律和知识的逻辑顺序，降低了学生学习的难度。

第二，在物理学科与其他学科联系方面，设置多个小栏目，将多个学科之间的联系有效地渗透进学生的学习过程，既增加了学生学习的趣味性又拓展了学生的知识面。如第十章第二节“机械”中与生物学的知识：人体肢体的运动，可以用运动的“力”和“功”的原理来解释。

2.技能要素

技能要素是指教材中含有的关于学生运用所学知识解决实际问题的技能方法，主要是检验教材中是否含有培养学生学以致用的能力的要

素。

第一，该教材非常注重实验教学。每章都以实验开端，在正文的知识点中解释实验，并穿插着各种小实验来探索和验证知识点。其中，力学实验占39.2%；电磁学实验占了22.5%；原子物理实验占了13.3%，热学实验的 6.7%。实验部分全部由“学生实验”和“课外实验”组成，并以“课外实验”为主，占74.2%。这种实验类型和分布的安排设置，真正体现了美国《国家科学教育标准》中：“不建议在规定的课堂时间内进行调查研究活动，不建议使用演示实验和验证实验来进行科学内容的学习，推荐在课堂时间外继续延续对知识的调查和研究，强调探索和分析来解决科学问题”的核心思想。

第二，当今社会信息技术的飞速发展，为信息技术与物理的整合创造了有利条件。该教材运用网络技术，建立了与教材相对应的网络平台/sec/ science/。登录界面会有3种身份的选择——教师、学生和家长。该平台并不是对教材的简单多媒体展示，教师、学生和家长都可以从该平台获得与自己相关的教材扩展，如教学计划、学习建议、课外练习、知识连接等。

3.逻辑要素

逻辑要素是指教材内容的结构和呈现方式，是教材四个基本要素中最深层次的要素。

第一，教材在内容呈现上，要根据学生已有的知识结构创设出适合学生的问题情境，引导学生积极主动地吸纳新知识并与自身知识相融合，促进学生对自身知识体系的自主建构。该教材大多问题的提出都

是为学生创设一个生活情景，既体现了情景中学生已掌握的自身知识，又提出了关于此情景的新问题，使学生能够在自身已有知识体系的基础上不断探索新知识。以第二十章“静电”为例，该章首页便介绍静电技术在印刷机、复印机等设备的工作，接着插入闪电插图引出对电荷成因的思考。

第二，对于概念的诠释问题，该教材以“相似类推法”，通过生活实例来解释概念和规律，以此来增加知识的亲切感，提高学生理解概念和规律的效率。如关于电路的理解，用水流下落的距离来比拟电路中的电压；用溪流中每秒流过的水量来比拟电路中的电流；用狭窄的水道产生阻力来比拟电路中的电阻，至此一个抽象的电路就被比拟成生活中实例。

4.非智力要素

非智力要素是指教材中栏目设置顺序和栏目内容中体现出对学生“学习动机”、“兴趣与爱好”、“意志”、“情感与性格”和“习惯”的培养。第一，物理学史的渗透。每一门学科背后都有他独特的历史内涵和文化背景。该教材的物理学史大多以穿插在教材正文的形式出现。将历史故事渗透进各个章节的知识点中，使学生在学习知识点的同时了解学科发展的故事，在这种积极情感的体验中，能够更加自觉专注地接受知识的传递。

第二，教材设置趣味性强的栏目，针对学生的年龄、心理、认识水平等特点，激发学生对本学科的兴趣，主动求索。该教材的趣味栏目集中于“物理学与社会”、“物理学与技术”、“职业介绍”等板块，从