摘要：本文以人民教育出版社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社的初中物理教材《電功與電力》章節(jié)為研究對象，采用文本分析法從學科來源、呈現(xiàn)位置、設(shè)置目的、知識深度四個維度對交叉學科內(nèi)容進行比較分析。研究結(jié)果表明，初中物理教材的交叉學科內(nèi)容以理工融合為主初中物理功率教學反思，在正文和欄目中呈現(xiàn)頻率較高。但大部分交叉學科知識內(nèi)容對學生認知水平要求較低，在知識深度和廣度上還有很大的發(fā)展空間。為此建議物理教材后續(xù)修訂可以適當提高交叉學科內(nèi)容的深度和廣度，將交叉學科內(nèi)容有機融入科學探究環(huán)節(jié)的設(shè)置中，促進學生個性的充分發(fā)展。
關(guān)鍵詞：跨學科內(nèi)容；初中物理教材；電功；電功率
當今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重塑世界，教育也發(fā)生著根本性變革。各國都把“培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新人才”視為提升國家核心競爭力的關(guān)鍵。然而，在以分學科教學為主的我國基礎(chǔ)教育中，各學科體系相對封閉，單一學科知識難以滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。國際經(jīng)驗表明，跨學科學習是培養(yǎng)學生整體性科學理解、融合多學科理念的重要途徑，也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措。
在世界教育變革背景下，我國基礎(chǔ)教育課程改革全面深化，強調(diào)課程的綜合性、實踐性，明確“跨學科學習”的實踐要求。2022年4月頒布的《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）也首次將“跨學科實踐”納入課程內(nèi)容，作為實現(xiàn)“課程一體化”的解決方案之一。這也進一步體現(xiàn)了跨學科學習的重要性。教材是教師教學、學生學習的主要依據(jù)，是貫徹新課標基本理念、實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的重要載體。新課標在教材編寫建議中提出“要注重教材內(nèi)容的綜合性、跨學科性和實踐性”，跨學科整合重要思維模型，創(chuàng)造多元思維模型。 為此，本文立足于新課程標準的理念，對我國現(xiàn)行初中物理教材中交叉學科內(nèi)容的體現(xiàn)進行探究，以期為后續(xù)教材中交叉學科內(nèi)容的編寫提供一定的參考。
1 研究設(shè)計
1.1 研究對象
初中物理中“電功與電力”章節(jié)與實際生活聯(lián)系緊密，具有較強的綜合性和實踐性，滲透著能量轉(zhuǎn)換的物理概念。考慮到出版社的權(quán)威性、版本的新舊程度、關(guān)注度和使用度，本文以“電功與電力”章節(jié)為例，選取人民教育出版社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社4個版本的初中物理教材，進行跨學科內(nèi)容的比較研究
1.2 跨學科內(nèi)容比較框架
通過對相關(guān)文獻的回顧與分析，本文構(gòu)建了初中物理教科書跨學科內(nèi)容比較框架，包括學科來源、呈現(xiàn)位置、設(shè)置目的、知識深度四個維度，如表1所示。
在學科來源維度上，依據(jù)《中華人民共和國學科分類與代碼》國家標準（2009年版）進行學科分類，包括5個學科大類及其下設(shè)的62個一級學科。在呈現(xiàn)位置維度上，根據(jù)教科書的內(nèi)容設(shè)計和編寫特點，將教科書分為4類，正文是教科書的主體部分，其他部分是對正文的補充說明，包括導論、腳注等。在設(shè)置目的維度上，結(jié)合物理知識的特點，從5個方面探討了物理教科書中交叉學科內(nèi)容的教育功能。在知識深度維度上，基于布盧姆教育目標分類法的認知域確定交叉學科內(nèi)容的認知層級，為每個層級賦值1~6，將各層級知識點占總知識點的百分比乘以相應(yīng)的賦值，量化知識深度；[7]
式中，“”為認知層次，為該層次知識點占全部知識點的百分比。
1.3 編碼過程
以北師大九年級物理教材中“半導體發(fā)光二極管燈”內(nèi)容為例，具體講解了編碼過程。 教材指出：“LED光源可利用紅、綠、藍三原色原理，在計算機技術(shù)控制下，三色可有256級灰度，并可任意混合初中物理功率教學反思，產(chǎn)生=”本段呈現(xiàn)的是物理學與生物學、數(shù)學、電子與通信技術(shù)等學科的交叉。在統(tǒng)計學科來源時，三門一級學科均按1計。同時，在五大類中，生物學、數(shù)學屬于“自然科學類”，數(shù)值按2計，電子與通信技術(shù)屬于“工程技術(shù)科學類”，數(shù)值按1計。在呈現(xiàn)位置上，上述內(nèi)容呈現(xiàn)在教材的“閱讀材料”欄目中，“欄目”按1計。在設(shè)置目的上，上述內(nèi)容為拓展介紹電阻器的實際應(yīng)用及其對社會發(fā)展的影響留學之路，“知識擴展”按1計。 1、在知識深度方面，根據(jù)教師用書，將上述內(nèi)容的跨學科知識點確定為：“了解半導體發(fā)光二極管燈的優(yōu)勢和發(fā)展及其在節(jié)約能源、保護環(huán)境方面的重大意義”。根據(jù)關(guān)鍵詞“了解”，判斷其認知水平要求為“記憶”，對應(yīng)深度賦值為“1”。
編碼工作由2名中學一線教師和2名研究生共同完成，計算4名編碼員的統(tǒng)計結(jié)果，協(xié)同系數(shù)大于0.8，表明編碼數(shù)據(jù)具有良好的內(nèi)部一致性。對于編碼過程中出現(xiàn)分歧的數(shù)據(jù)，團隊成員多次進行分析討論，并達成共識。
2 結(jié)果與討論
統(tǒng)計結(jié)果顯示，在“電工與電力”章節(jié)中，人教社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社四個版本教材的交叉學科內(nèi)容分別有11項、10項、6項和14項。下面從四個維度對涉及的交叉學科內(nèi)容進行具體的比較分析。2.1學科來源比較從學科分布廣度來看，四個版本教材中的交叉學科內(nèi)容共涉及24個一級學科。其中，人教社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社分別涉及14項、14項、7項和19項一級學科。上海科學出版社的一級學科種類相對較少，這與其交叉學科內(nèi)容數(shù)量最少有關(guān)。如表2所示，四個版本教材的交叉學科內(nèi)容在學科選取上呈現(xiàn)出不均衡的特點。 僅有山東科學出版社的教材覆蓋了所有門類，其中物理學與工程技術(shù)科學的交叉最多，其次是自然科學與人文社會科學，醫(yī)學科學和農(nóng)業(yè)科學的交叉最少。總體來看，四個版本的交叉內(nèi)容都比較少。新版教材的交叉學科內(nèi)容選取更加注重理工結(jié)合，注重學生科學思維的培養(yǎng)。
從一級學科分布類別來看，物理與數(shù)學、物理與電力與電氣工程的交叉學科在教材第4版中均有涉及，且數(shù)量相對較多。數(shù)學作為自然科學的基礎(chǔ)，是物理學習中不可缺少的工具。電力與電氣工程是物理知識在實際生活和工程實踐中的應(yīng)用，強調(diào)物理與生產(chǎn)生活的聯(lián)系。此外，教材第4版還注重物理與歷史的聯(lián)系，通過介紹焦耳為探索熱與功的關(guān)系而進行的數(shù)百次實驗，讓學生從科學史中了解到科學探索的艱辛，認識到科學是一個不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)的過程，有助于學生在理解科學知識的同時，培養(yǎng)堅持不懈的科學態(tài)度。
分析中發(fā)現(xiàn)，教材中交叉學科內(nèi)容多以隱性形式呈現(xiàn)，但顯性關(guān)鍵詞更利于學生在學習物理的基礎(chǔ)上認識到所學知識與其他學科的聯(lián)系。如人教版教材在正文中以“內(nèi)部電子電路計算電能，讀數(shù)由液晶板顯示”等文字介紹和說明IC卡電能表的工作原理，學生可將關(guān)鍵詞“電子電路”與一級學科“電子與通信技術(shù)”聯(lián)系起來，體會物理知識的廣泛應(yīng)用。
2.2 呈現(xiàn)位置比較
如表3所示，四版教材中交叉學科內(nèi)容的分布特點總體相似，主要集中在正文和專欄部分，占比為80.5%，針對性較強，而練習等部分涉及交叉學科內(nèi)容較少。
在正文中，涉及交叉學科內(nèi)容的知識主要是介紹或解釋相關(guān)概念。例如，在本章的第一節(jié)中，第4版教材從電池、發(fā)動機等將不同形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的日常生活用品入手進行教學，學生容易理解，為學生學習后續(xù)知識起到“腳手架”的作用。人民教育出版社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社教材的欄目分別為9、9、6、8欄，而包含交叉學科內(nèi)容的欄目分別為1、3、2、5欄，欄目設(shè)置較為簡單。涉及交叉學科內(nèi)容的欄目大致可分為“討論與實踐”類，如人民教育出版社的“思考與探討”，以及“拓展與應(yīng)用”類，如北京師范大學出版社的“科學之窗”，分別涉及6個和10個交叉學科內(nèi)容。 “討論與實踐”類設(shè)置的交叉內(nèi)容多與實際生活相關(guān)，鞏固相關(guān)知識的學習；“拓展與應(yīng)用”類主要從科學發(fā)展、科學發(fā)明、科學家的杰出貢獻等角度呈現(xiàn)交叉內(nèi)容，體現(xiàn)知識的應(yīng)用性。
練習中交叉學科內(nèi)容較少，主要作為練習背景，使學生體會到物理與生活的密切聯(lián)系，但大多缺乏相關(guān)交叉學科知識的直接運用；其他部分的交叉學科內(nèi)容主要設(shè)置在章節(jié)導言和旁注中，以形象化的語言引入新課教學或?qū)ο嚓P(guān)知識進行講解。
2.3 設(shè)置目的比較
從表4可以看出，4個版本的教材均最重視利用跨學科內(nèi)容引入新知識、拓展知識面，占比合計為68.3%。但4個版本的教材均未設(shè)置實驗探索方面的跨學科內(nèi)容。此外，在其他4個設(shè)置目的上，人民教育出版社和山東科技出版社比北京師范大學出版社和上海科技出版社更為均衡。
在引入新知識方面，教材第4版利用跨學科內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境，引導學生從已有的知識和生活經(jīng)驗出發(fā)，進入相關(guān)知識點的教學。例如，工業(yè)和農(nóng)業(yè)中使用的電器的功率比普通電器大得多，因此引入“千瓦”這個單位，方便學生從實際角度理解，建立物理概念。在講解描述方面，教材主要利用跨學科內(nèi)容補充相關(guān)知識點的介紹，如通過電熱在生產(chǎn)中的使用、電腦風扇的作用等講解電熱的使用和預(yù)防，更加通俗易懂。在知識擴展方面，教材通常以圖文并茂的形式介紹相關(guān)知識的實際應(yīng)用，拓展學生的思維。例如，用圖片展示常見的電器，用文字介紹電流熱效應(yīng)在科研、生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用，增強了學生的生活體驗，引導學生將所學的物理知識與實際情境聯(lián)系起來。 在鞏固應(yīng)用方面，這部分交叉內(nèi)容一般出現(xiàn)在一個知識點或一段內(nèi)容的末尾，渲染相關(guān)問題的背景，體現(xiàn)物理學的實用性。
2.4 知識深度比較
第4版教材中交叉內(nèi)容對學生認知水平的要求只涉及前4個層次，各層次所占比例如圖1所示，不難看出第4版教材更側(cè)重于記憶層次，對理解層次和應(yīng)用層次的要求較低，對分析層次及以上層次幾乎沒有要求，即作為學生必須掌握的知識點的交叉內(nèi)容相對較少。
根據(jù)深度計算公式，人教社、北京師范大學出版社、上海科學出版社和山東科學出版社教材的跨學科知識深度分別為1.70、1.40、1.83和1.69。其中，人教社、上海科學出版社和山東科學出版社教材的知識深度較高，對學生的學科思維要求較高；而北京師范大學出版社教材的知識深度較低，更注重教材的基礎(chǔ)性。這一結(jié)果也可以通過教材正文中學生必須掌握的跨學科內(nèi)容的呈現(xiàn)位置和占比來解釋。
3 研究意義
通過以上對第4版教材《電功與電力》章節(jié)中交叉學科內(nèi)容的橫向比較分析，發(fā)現(xiàn)交叉學科內(nèi)容量總體上比較少，學科融合范圍比較有限。同時，教材中設(shè)置的交叉學科內(nèi)容多以背景形式出現(xiàn)，與其他學科的聯(lián)系沒有充分體現(xiàn)。知識深度較低，呈現(xiàn)分布不均，練習等部分所占比例極少。第4版教材在實驗探索方面沒有設(shè)置交叉學科內(nèi)容。為此，本文秉承交叉學科的思想與理念，對我國初中物理教材后續(xù)的修訂與完善提出如下建議。
（1）拓展跨學科內(nèi)容的廣度和深度
如前所述，第4版教材中的交叉學科內(nèi)容量較少，多為理工科融合，而理性思維與感性表達交織的產(chǎn)物，是21世紀人才不可或缺的要素。[為此，在編寫教材時可以適當增加交叉學科內(nèi)容量，增加物理與人文、農(nóng)學、醫(yī)學等學科的聯(lián)系，促進學生的全面發(fā)展。同時，交叉學科內(nèi)容多以背景形式出現(xiàn)，知識深度相對較低。交叉學科不僅是知識的飛躍，更是思想方法上物理與其他學科的融合。因此，在設(shè)計交叉學科內(nèi)容時，教材可以適當增加適合其他學科學習物理的思維方法。 例如可以涉及新的表征方法的轉(zhuǎn)換、思維方法的不同組合等。[為提高學生的跨學科思維能力，還可以設(shè)置知識可擴展的跨學科案例，不僅能激發(fā)學生的求知欲望，還能為不同層次的學生提供進一步深化和擴展知識學習的機會。
（2）重視跨學科知識的探索和應(yīng)用
實驗探究是學習物理的必要基礎(chǔ)，交叉學科教育的本質(zhì)是讓學生在完成交叉學科項目或解決實際問題的過程中鍛煉和培養(yǎng)創(chuàng)新意識和交叉學科素養(yǎng)。新課標在對學生交叉學科實踐的評價建議中也從科學探究能力的維度提出了評價建議。為此，在編寫教材時，應(yīng)增加以實驗探究為目的的交叉學科內(nèi)容，讓學生學會綜合運用相關(guān)學科的研究方法和學習方法，運用多學科知識和跨學科思維分析問題、解決問題，體驗完整的實驗探究過程。此外，練習是學生鞏固和運用所學知識的重要途徑，新課標也提出“練習設(shè)計要聯(lián)系實際，注重情境創(chuàng)設(shè)，有針對性、有層次性”。 為此，教材可以在練習中增加交叉學科內(nèi)容，從背景的角度進行介紹，并適當設(shè)置相關(guān)交叉學科內(nèi)容的直接應(yīng)用，將物理知識與其他學科知識以一題多用的形式融合，讓學生在全面解決問題的同時，感受到物理知識的廣泛應(yīng)用。
看完之后：
一開始覺得教材分析比較對于一線老師來說有點遙遠，畢竟平時都是在課堂上講課，缺乏理論深度。轉(zhuǎn)念一想，其實一線老師在教材分析比較方面有很多優(yōu)勢，熟悉教材內(nèi)容，理解教材的意圖，有切身的實踐經(jīng)驗，清楚學生對這部分內(nèi)容的反饋，這些都是優(yōu)勢。
比較不同教科書的內(nèi)容也為那些想要撰寫跨學科論文或基于項目的論文的人提供了材料。