摘要：本文以人民教育出版社、北京師范大學(xué)出版社、上海科學(xué)出版社和山東科學(xué)出版社的初中物理教材《電功與電力》章節(jié)為研究對(duì)象，采用文本分析法從學(xué)科來(lái)源、呈現(xiàn)位置、設(shè)置目的、知識(shí)深度四個(gè)維度對(duì)交叉學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行比較分析。研究結(jié)果表明，初中物理教材的交叉學(xué)科內(nèi)容以理工融合為主初中物理功率教學(xué)反思，在正文和欄目中呈現(xiàn)頻率較高。但大部分交叉學(xué)科知識(shí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生認(rèn)知水平要求較低，在知識(shí)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(dāng)提高交叉學(xué)科內(nèi)容的深度和廣度，將交叉學(xué)科內(nèi)容有機(jī)融入科學(xué)探究環(huán)節(jié)的設(shè)置中，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的充分發(fā)展。
關(guān)鍵詞：跨學(xué)科內(nèi)容；初中物理教材；電功；電功率
當(dāng)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(guó)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(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。然而，在以分學(xué)科教學(xué)為主的我國(guó)基礎(chǔ)教育中，各學(xué)科體系相對(duì)封閉，單一學(xué)科知識(shí)難以滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。國(guó)際經(jīng)驗(yàn)表明，跨學(xué)科學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生整體性科學(xué)理解、融合多學(xué)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(guó)基礎(chǔ)教育課程改革全面深化，強(qiáng)調(diào)課程的綜合性、實(shí)踐性，明確“跨學(xué)科學(xué)習(xí)”的實(shí)踐要求。2022年4月頒布的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）也首次將“跨學(xué)科實(shí)踐”納入課程內(nèi)容，作為實(shí)現(xiàn)“課程一體化”的解決方案之一。這也進(jìn)一步體現(xiàn)了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的重要性。教材是教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的主要依據(jù)，是貫徹新課標(biāo)基本理念、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要載體。新課標(biāo)在教材編寫(xiě)建議中提出“要注重教材內(nèi)容的綜合性、跨學(xué)科性和實(shí)踐性”，跨學(xué)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(biāo)準(zhǔn)的理念，對(duì)我國(guó)現(xiàn)行初中物理教材中交叉學(xué)科內(nèi)容的體現(xiàn)進(jìn)行探究，以期為后續(xù)教材中交叉學(xué)科內(nèi)容的編寫(xiě)提供一定的參考。
1 研究設(shè)計(jì)
1.1 研究對(duì)象
初中物理中“電功與電力”章節(jié)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密，具有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，滲透著能量轉(zhuǎn)換的物理概念?？紤]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(xué)出版社、上海科學(xué)出版社和山東科學(xué)出版社4個(gè)版本的初中物理教材，進(jìn)行跨學(xué)科內(nèi)容的比較研究
1.2 跨學(xué)科內(nèi)容比較框架
通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的回顧與分析，本文構(gòu)建了初中物理教科書(shū)跨學(xué)科內(nèi)容比較框架，包括學(xué)科來(lái)源、呈現(xiàn)位置、設(shè)置目的、知識(shí)深度四個(gè)維度，如表1所示。
在學(xué)科來(lái)源維度上，依據(jù)《中華人民共和國(guó)學(xué)科分類與代碼》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（2009年版）進(jìn)行學(xué)科分類，包括5個(gè)學(xué)科大類及其下設(shè)的62個(gè)一級(jí)學(xué)科。在呈現(xiàn)位置維度上，根據(jù)教科書(shū)的內(nèi)容設(shè)計(jì)和編寫(xiě)特點(diǎn)，將教科書(shū)分為4類，正文是教科書(shū)的主體部分，其他部分是對(duì)正文的補(bǔ)充說(shuō)明，包括導(dǎo)論、腳注等。在設(shè)置目的維度上，結(jié)合物理知識(shí)的特點(diǎn)，從5個(gè)方面探討了物理教科書(shū)中交叉學(xué)科內(nèi)容的教育功能。在知識(shí)深度維度上，基于布盧姆教育目標(biāo)分類法的認(rèn)知域確定交叉學(xué)科內(nèi)容的認(rèn)知層級(jí)，為每個(gè)層級(jí)賦值1~6，將各層級(jí)知識(shí)點(diǎn)占總知識(shí)點(diǎn)的百分比乘以相應(yīng)的賦值，量化知識(shí)深度；[7]
式中，“”為認(rèn)知層次，為該層次知識(shí)點(diǎn)占全部知識(shí)點(diǎn)的百分比。
1.3 編碼過(guò)程
以北師大九年級(jí)物理教材中“半導(dǎo)體發(fā)光二極管燈”內(nèi)容為例，具體講解了編碼過(guò)程。 教材指出：“LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三原色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下，三色可有256級(jí)灰度，并可任意混合初中物理功率教學(xué)反思，產(chǎn)生=”本段呈現(xiàn)的是物理學(xué)與生物學(xué)、數(shù)學(xué)、電子與通信技術(shù)等學(xué)科的交叉。在統(tǒng)計(jì)學(xué)科來(lái)源時(shí)，三門(mén)一級(jí)學(xué)科均按1計(jì)。同時(shí)，在五大類中，生物學(xué)、數(shù)學(xué)屬于“自然科學(xué)類”，數(shù)值按2計(jì)，電子與通信技術(shù)屬于“工程技術(shù)科學(xué)類”，數(shù)值按1計(jì)。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(jì)。在設(shè)置目的上，上述內(nèi)容為拓展介紹電阻器的實(shí)際應(yīng)用及其對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響留學(xué)之路，“知識(shí)擴(kuò)展”按1計(jì)。 1、在知識(shí)深度方面，根據(jù)教師用書(shū)，將上述內(nèi)容的跨學(xué)科知識(shí)點(diǎn)確定為：“了解半導(dǎo)體發(fā)光二極管燈的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展及其在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境方面的重大意義”。根據(jù)關(guān)鍵詞“了解”，判斷其認(rèn)知水平要求為“記憶”，對(duì)應(yīng)深度賦值為“1”。
編碼工作由2名中學(xué)一線教師和2名研究生共同完成，計(jì)算4名編碼員的統(tǒng)計(jì)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(duì)于編碼過(guò)程中出現(xiàn)分歧的數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)成員多次進(jìn)行分析討論，并達(dá)成共識(shí)。
2 結(jié)果與討論
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在“電工與電力”章節(jié)中，人教社、北京師范大學(xué)出版社、上海科學(xué)出版社和山東科學(xué)出版社四個(gè)版本教材的交叉學(xué)科內(nèi)容分別有11項(xiàng)、10項(xiàng)、6項(xiàng)和14項(xiàng)。下面從四個(gè)維度對(duì)涉及的交叉學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行具體的比較分析。2.1學(xué)科來(lái)源比較從學(xué)科分布廣度來(lái)看，四個(gè)版本教材中的交叉學(xué)科內(nèi)容共涉及24個(gè)一級(jí)學(xué)科。其中，人教社、北京師范大學(xué)出版社、上?？茖W(xué)出版社和山東科學(xué)出版社分別涉及14項(xiàng)、14項(xiàng)、7項(xiàng)和19項(xiàng)一級(jí)學(xué)科。上?？茖W(xué)出版社的一級(jí)學(xué)科種類相對(duì)較少，這與其交叉學(xué)科內(nèi)容數(shù)量最少有關(guān)。如表2所示，四個(gè)版本教材的交叉學(xué)科內(nèi)容在學(xué)科選取上呈現(xiàn)出不均衡的特點(diǎn)。 僅有山東科學(xué)出版社的教材覆蓋了所有門(mén)類，其中物理學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)的交叉最多，其次是自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)，醫(yī)學(xué)科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)的交叉最少?？傮w來(lái)看，四個(gè)版本的交叉內(nèi)容都比較少。新版教材的交叉學(xué)科內(nèi)容選取更加注重理工結(jié)合，注重學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。
從一級(jí)學(xué)科分布類別來(lái)看，物理與數(shù)學(xué)、物理與電力與電氣工程的交叉學(xué)科在教材第4版中均有涉及，且數(shù)量相對(duì)較多。數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是物理學(xué)習(xí)中不可缺少的工具。電力與電氣工程是物理知識(shí)在實(shí)際生活和工程實(shí)踐中的應(yīng)用，強(qiáng)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(guò)介紹焦耳為探索熱與功的關(guān)系而進(jìn)行的數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從科學(xué)史中了解到科學(xué)探索的艱辛，認(rèn)識(shí)到科學(xué)是一個(gè)不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，有助于學(xué)生在理解科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)堅(jiān)持不懈的科學(xué)態(tài)度。
分析中發(fā)現(xiàn)，教材中交叉學(xué)科內(nèi)容多以隱性形式呈現(xiàn)，但顯性關(guān)鍵詞更利于學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)與其他學(xué)科的聯(lián)系。如人教版教材在正文中以“內(nèi)部電子電路計(jì)算電能，讀數(shù)由液晶板顯示”等文字介紹和說(shuō)明IC卡電能表的工作原理，學(xué)生可將關(guān)鍵詞“電子電路”與一級(jí)學(xué)科“電子與通信技術(shù)”聯(lián)系起來(lái)，體會(huì)物理知識(shí)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(xué)科內(nèi)容的分布特點(diǎn)總體相似，主要集中在正文和專欄部分，占比為80.5%，針對(duì)性較強(qiáng)，而練習(xí)等部分涉及交叉學(xué)科內(nèi)容較少。
在正文中，涉及交叉學(xué)科內(nèi)容的知識(shí)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(dòng)機(jī)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(jìn)行教學(xué)，學(xué)生容易理解，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)知識(shí)起到“腳手架”的作用。人民教育出版社、北京師范大學(xué)出版社、上海科學(xué)出版社和山東科學(xué)出版社教材的欄目分別為9、9、6、8欄，而包含交叉學(xué)科內(nèi)容的欄目分別為1、3、2、5欄，欄目設(shè)置較為簡(jiǎn)單。涉及交叉學(xué)科內(nèi)容的欄目大致可分為“討論與實(shí)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(xué)出版社的“科學(xué)之窗”，分別涉及6個(gè)和10個(gè)交叉學(xué)科內(nèi)容。 “討論與實(shí)踐”類設(shè)置的交叉內(nèi)容多與實(shí)際生活相關(guān)，鞏固相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)；“拓展與應(yīng)用”類主要從科學(xué)發(fā)展、科學(xué)發(fā)明、科學(xué)家的杰出貢獻(xiàn)等角度呈現(xiàn)交叉內(nèi)容，體現(xiàn)知識(shí)的應(yīng)用性。
練習(xí)中交叉學(xué)科內(nèi)容較少，主要作為練習(xí)背景，使學(xué)生體會(huì)到物理與生活的密切聯(lián)系，但大多缺乏相關(guān)交叉學(xué)科知識(shí)的直接運(yùn)用；其他部分的交叉學(xué)科內(nèi)容主要設(shè)置在章節(jié)導(dǎo)言和旁注中，以形象化的語(yǔ)言引入新課教學(xué)或?qū)ο嚓P(guān)知識(shí)進(jìn)行講解。
2.3 設(shè)置目的比較
從表4可以看出，4個(gè)版本的教材均最重視利用跨學(xué)科內(nèi)容引入新知識(shí)、拓展知識(shí)面，占比合計(jì)為68.3%。但4個(gè)版本的教材均未設(shè)置實(shí)驗(yàn)探索方面的跨學(xué)科內(nèi)容。此外，在其他4個(gè)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(xué)出版社和上?？萍汲霭嫔绺鼮榫?。
在引入新知識(shí)方面，教材第4版利用跨學(xué)科內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生從已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，進(jìn)入相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。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(gè)單位，方便學(xué)生從實(shí)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(xué)科內(nèi)容補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹，如通過(guò)電熱在生產(chǎn)中的使用、電腦風(fēng)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(shí)擴(kuò)展方面，教材通常以圖文并茂的形式介紹相關(guān)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，拓展學(xué)生的思維。例如，用圖片展示常見(jiàn)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(qiáng)了學(xué)生的生活體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)與實(shí)際情境聯(lián)系起來(lái)。 在鞏固應(yīng)用方面，這部分交叉內(nèi)容一般出現(xiàn)在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或一段內(nèi)容的末尾，渲染相關(guān)問(wèn)題的背景，體現(xiàn)物理學(xué)的實(shí)用性。
2.4 知識(shí)深度比較
第4版教材中交叉內(nèi)容對(duì)學(xué)生認(rèn)知水平的要求只涉及前4個(gè)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(duì)理解層次和應(yīng)用層次的要求較低，對(duì)分析層次及以上層次幾乎沒(méi)有要求，即作為學(xué)生必須掌握的知識(shí)點(diǎn)的交叉內(nèi)容相對(duì)較少。
根據(jù)深度計(jì)算公式，人教社、北京師范大學(xué)出版社、上?？茖W(xué)出版社和山東科學(xué)出版社教材的跨學(xué)科知識(shí)深度分別為1.70、1.40、1.83和1.69。其中，人教社、上?？茖W(xué)出版社和山東科學(xué)出版社教材的知識(shí)深度較高，對(duì)學(xué)生的學(xué)科思維要求較高；而北京師范大學(xué)出版社教材的知識(shí)深度較低，更注重教材的基礎(chǔ)性。這一結(jié)果也可以通過(guò)教材正文中學(xué)生必須掌握的跨學(xué)科內(nèi)容的呈現(xiàn)位置和占比來(lái)解釋。
3 研究意義
通過(guò)以上對(duì)第4版教材《電功與電力》章節(jié)中交叉學(xué)科內(nèi)容的橫向比較分析，發(fā)現(xiàn)交叉學(xué)科內(nèi)容量總體上比較少，學(xué)科融合范圍比較有限。同時(shí)，教材中設(shè)置的交叉學(xué)科內(nèi)容多以背景形式出現(xiàn)，與其他學(xué)科的聯(lián)系沒(méi)有充分體現(xiàn)。知識(shí)深度較低，呈現(xiàn)分布不均，練習(xí)等部分所占比例極少。第4版教材在實(shí)驗(yàn)探索方面沒(méi)有設(shè)置交叉學(xué)科內(nèi)容。為此，本文秉承交叉學(xué)科的思想與理念，對(duì)我國(guó)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(xué)科內(nèi)容的廣度和深度
如前所述，第4版教材中的交叉學(xué)科內(nèi)容量較少，多為理工科融合，而理性思維與感性表達(dá)交織的產(chǎn)物，是21世紀(jì)人才不可或缺的要素。[為此，在編寫(xiě)教材時(shí)可以適當(dāng)增加交叉學(xué)科內(nèi)容量，增加物理與人文、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。同時(shí)，交叉學(xué)科內(nèi)容多以背景形式出現(xiàn)，知識(shí)深度相對(duì)較低。交叉學(xué)科不僅是知識(shí)的飛躍，更是思想方法上物理與其他學(xué)科的融合。因此，在設(shè)計(jì)交叉學(xué)科內(nèi)容時(shí)，教材可以適當(dāng)增加適合其他學(xué)科學(xué)習(xí)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(xué)生的跨學(xué)科思維能力，還可以設(shè)置知識(shí)可擴(kuò)展的跨學(xué)科案例，不僅能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，還能為不同層次的學(xué)生提供進(jìn)一步深化和擴(kuò)展知識(shí)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。
（2）重視跨學(xué)科知識(shí)的探索和應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)物理的必要基礎(chǔ)，交叉學(xué)科教育的本質(zhì)是讓學(xué)生在完成交叉學(xué)科項(xiàng)目或解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中鍛煉和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和交叉學(xué)科素養(yǎng)。新課標(biāo)在對(duì)學(xué)生交叉學(xué)科實(shí)踐的評(píng)價(jià)建議中也從科學(xué)探究能力的維度提出了評(píng)價(jià)建議。為此，在編寫(xiě)教材時(shí)，應(yīng)增加以實(shí)驗(yàn)探究為目的的交叉學(xué)科內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的研究方法和學(xué)習(xí)方法，運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科思維分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，體驗(yàn)完整的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。此外，練習(xí)是學(xué)生鞏固和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的重要途徑，新課標(biāo)也提出“練習(xí)設(shè)計(jì)要聯(lián)系實(shí)際，注重情境創(chuàng)設(shè)，有針對(duì)性、有層次性”。 為此，教材可以在練習(xí)中增加交叉學(xué)科內(nèi)容，從背景的角度進(jìn)行介紹，并適當(dāng)設(shè)置相關(guān)交叉學(xué)科內(nèi)容的直接應(yīng)用，將物理知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)以一題多用的形式融合，讓學(xué)生在全面解決問(wèn)題的同時(shí)，感受到物理知識(shí)的廣泛應(yīng)用。
看完之后：
一開(kāi)始覺(jué)得教材分析比較對(duì)于一線老師來(lái)說(shuō)有點(diǎn)遙遠(yuǎn)，畢竟平時(shí)都是在課堂上講課，缺乏理論深度。轉(zhuǎn)念一想，其實(shí)一線老師在教材分析比較方面有很多優(yōu)勢(shì)，熟悉教材內(nèi)容，理解教材的意圖，有切身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，清楚學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的反饋，這些都是優(yōu)勢(shì)。
比較不同教科書(shū)的內(nèi)容也為那些想要撰寫(xiě)跨學(xué)科論文或基于項(xiàng)目的論文的人提供了材料。