中美基礎物理教育差在哪?

近幾十年以來，美國的基礎科學教育研究在國際上處於領先地位，多次大規模的科學課程教學改革均在世界範圍內產生了較大的影響。美國的基礎教育與我國有很大的差異，前者沒有全國統一的課程標準，而是由各州教育主管部門組織力量分別制定。本文具體以美國俄亥俄州為例分3個部分比較中美兩國中、小學物理課程的設置和課程標準，即中小學基礎教育背景、課程標準比較以及此類比較研究帶給我們的啟示。

1 美國俄亥俄州中小學教育背景介紹[1,2]

美國是一個文化多元、經濟高度發達的國家，基礎教育在社會經濟發展中佔據著非常重要的地位。聯邦政府高度重視教育的改革和發展，建立了比較完備的教育管理體制和相應的政策法規體系。其教育管理結構分為4級：聯邦政府教育部、州政府教育部、學區和學校。聯邦政府主要通過教育立法、經費援助等保障性措施對教育實施宏觀調控，而各州政府則擁有對本州教育事業制定規劃、組織實施、具體指導的權力和責任，具體的教育管理權交由地方教育局。美國把辦好中小學的權力直接交給了校長，辦學模式多樣、靈活，特色突出、顯著，幾乎沒有雷同的學校。美國中小學教育的主要目的在於發展每個孩子的個性和才能，培養他們的生存和生活能力，不但要求學生掌握教師傳授的知識，而且更注重培養學生的學習能力、動手能力、解決問題的能力和獨立思考的能力，讓孩子們最大限度地發揮自己的想像力和創造力。美國的義務教育為免費教育。由於各州的經濟狀況不同，各州的義務教育年限也是不相同的。短的有8年，長的有12年，且以12年較為普遍(如俄亥俄州、密西根州等)。其義務教育階段包括學前、小學、中學。所以，美國1996年頒布的《國家科學教育標準》和2013年頒布的《下一代科學教育標準》均是針對幼兒園到12年級(即所謂K-12)制定的。12年的中小學學習階段的劃分則因地而異，靈活多樣，各有特色，沒有硬性的規定。大致有以下幾種不同的類型：「六三三制」，即小學六年、初中三年、高中三年；「六二四制」，即小學六年、初中二年、高中四年；「五三四制」，即小學五年、初中三年、高中四年；「四四四制」，即小學四年、初中四年、高中四年；「六六制」，即小學六年、中學六年；「八四制」，即小學八年、中學四年。美國的初、中等教育系統包括公立學校與私立或教會學校兩種類型。在初、高中階段，各有大約10%的學生就讀於私立或教會學校。美國的公立學校在學校系統中佔絕對優勢，公立學校系統是保證美國教育平等的重要支柱。美國聯邦政府規定中小學必須開設7門核心課程，即數學、英語、科學、歷史、地理、外語、藝術。除此之外，小學還設有其他一些輔助課程，中學還設有許多與生活實際非常貼近的選修課程。美國聯邦政府制定的國家課程標準只是框架性的，並不具體，科學教育標準也是指導性的。美國的中小學課程設計是由各州教育委員會、學區教育委員會和學校三級一體化的教育機構分層進行的，州政府制定中小學課程的最低標準，學區教育委員會根據此標準和本地的實際情況制定本學區中小學課程方案，包括科目的增設、內容的補充和課時的具體分配，可以高於州定最低標準。各學校則依據州政府和學區的要求，結合本校實際，予以必要的補充和調整，甚至可以由教師本人自行決定，進而形成本校的課程結構。所以，各州、各學區、各校的課程設置有同有異，課程類型多種多樣。各級教育標準既有相對的統一性，又保持了地方特色。這使得各地各校的課程設置能基本符合本地本校的實際。美國的中學一般指6年級到12年級這個階段，包括初中和高中。按類型劃分，美國中學分為普通中學、職業中學和特科學校。普通中學是美國最主要的中學類型，一般為綜合性的中學。普通中學具有3種職能：一是為所有學生提供普通教育，二是為大多數學生提供職業教育，三是為有需要的學生提供升學準備教育。美國的中學課程總體上分為必修課和選修課兩種形式，必修課即國家規定的數學、英語和科學等幾門主要核心課程；而選修課的內容則非常廣泛，既有為學生準備進入大學而設置的學術類選修課，如基礎數學、實用數學、計算機等；也有為學生準備就業而設置的職業類選修課，如建築設計、機械製造、繪畫、樂器等；還有各種各樣的生活類、休閒類選修課，如家政、購物、駕駛等。下面以俄亥俄州的課程設置為例，說明其高中的課程設置情況。俄亥俄州的幼小階段是K～4年級，初中階段是5～8年級，高中階段是9～12年級。其中，俄亥俄州高中階段要求學生獲得16個必修學分。對此，不同州的要求也是不統一的，例如：密西根州則要求18個必修學分。表1給出俄亥俄州和密西根州高中學分的具體比較[1,2]。

俄亥俄州從幼兒園到中學統一開設科學課程，沒有單獨開設物理分科課程。物理學科包含在科學課程中的物質科學部分，與生命科學以及地球與空間科學共同構成科學課程。科學課程按照年級劃分，即幼小階段K～4年級，初中5～8年級，高中9～12年級。表2中列出了K～8年級的科學課程中與物理相關的學習內容[1]。

高中階段(9～12年級)科學課程要求獲得3個學分(見表1)，包括1學分的生物學，1學分的物理或化學，1學分的地球與空間科學，且並未限制在哪個年級學習哪門學科。從課程的要求來看，物理學科在高中的科學課程中並非必修科目，俄亥俄州的學生在高中階段可以選擇不學習物理。針對科學課程，2011年俄亥俄州制定了相應的科學課程標準(修訂版)《俄亥俄州科學教育標準和示範性課程》(Ohio Revised Science Education Standards and Model Curriculum)[1]。這是一份綜合的科學課程標準，將科學課程分為地球科學、物質科學(物理和化學)、生命科學3個部分，並分別為各個學科制定了相應的課程標準和示範性課程(分別以K～8年級和9～12年級兩個部分來具體說明)。高中階段的每個學科的學習內容如表3所示[1]。

就物理學科的課程設置而言，俄亥俄州在中學階段開設科學課程，由地球科學(地質學)、生命科學、物質科學、物理、化學、環境科學共同組成，其中物理是選修課程，學生可以選擇不學習物理課程。而中國則是在初中階段採用科學課程或分科課程，到高中階段開設分科的物理課程，且至少需要學習兩個共同必修模塊和一個選修模塊。就課程內容及結構而言，俄亥俄州物理課程標準將高中物理內容分為5部分，每個部分對應一個一級主題，每個一級主題下列出若干二級主題(重要概念)，並未規定每部分的學習時間。而中國採用的是模塊化課程，共12個模塊，分為3個系列，每個系列均有共同必修、必修和選修3部分。這是針對學習需求不同的學生而設置的，每個模塊均規定為36個學時。課程標準的框架是課標文本的組織形式，體現了課程標準的主要內容和結構關係。先了解一下兩個課程標準的框架結構有何異同。表4列出了中國和美國俄亥俄州高中物理課程標準文件的文本結構[1-3]。

從框架涉及的主題上來看，中國物理課程標準可能更加全面些。與俄亥俄州物理課程標準相比，中國物理課程標準還突出了實施建議部分，包括教學、評價、教科書編寫、課程資源利用與開發等建議。這些對於課程的實施有一定的宏觀指導作用，而在俄亥俄州課程標準中並沒有體現。
而俄亥俄州課程標準中較具特色的是利用較長的篇幅詳細說明每個年級水平的內容細化部分，包括學習的期望(認知要求)、付諸實踐的願景(課堂上的例子)、教學策略和資源(常見錯誤、學習者的多樣性、各類資源)等3個方面，這非常有利於一線的教師或讀者更好地理解課程的內容標準和教學手段或方法。表5和表6分別給出了俄亥俄州科學課程標準中的「學習認知需求」和「技術和工程設計的期望」的具體表述[1]。表5 俄亥俄州的科學認知需求(對學習認知需求的期望)

與所有其他框架和認知需求的系統相比較，俄亥俄州的課程標準(修訂版)系統在不同的類別之間有重疊。「牢記科學內容」包括在俄亥俄州的框架內，也是其他3個認知要求的一部分，因為科學知識需要學生們展示/演示科學素養。

下面是期望各年級的學生在「使用科學的概念設計技術/工程解決方案」這一認知領域應能達到的技能的例子。這些技能補充了科學探究的能力，預計在K-8和高中階段各年級結束時實現。課程內容在課程標準中佔有十分重要的地位，它是指導課程具體實施的重要內容。俄亥俄州的物理課程內容分為5個一級主題具體展開，亦即內容陳述，內容細化(標準陳述)，學習的期望(認知要求)，付諸實踐的願景(課堂上的例子)，教學策略和資源(常見錯誤、學習者的多樣性、各類資源)等5個方面。與我國物理課程標準相比，俄亥俄州的物理課程內容設計和呈現方式具有鮮明的特色。在中國美國兩個課程標準(高中階段)中，知識內容的組織均是按照一級主題、二級主題或三級主題(物理概念)劃分的，如表7[2,3]和表8所示[1]。

在美國幼小和初中階段的科學課程標準中，知識內容的組織仍然可認為是按照一級主題、二級主題(內容表述)或三級主題(內容細化)進行劃分的，如表9所示[1]。

從表7和表8中可以看出，中國課程標準按照模塊劃分，分為必修模塊和選修模塊兩個部分。而俄亥俄州課程標準(高中階段)儘管分為初級課程(物質科學)和高級課程(物理學)兩個部分，但是均按照物理學的內容進行劃分，前者分為物質研究、能量和波、力和運動、宇宙4個主題，後者分為運動、力和動量及運動、能量、波、電和磁5個主題[1-3]。在三級主題中，中國共有35條，俄亥俄州(以高級課程為例)有42條，雖然三級主題的數量相差不太多，但是所涵蓋的知識內容並不相同。從表中可以看出兩課程標準在學科內容的選擇上是有一定的差別的：中國課程標準中三級主題較大，涉及的是某一塊知識內容，如運動的描述；相比而言，俄亥俄州課程標準中的三級主題描述的是某一個具體的知識內容，如速率-時間、位置-時間、反射、歐姆定律等。在中國課程標準中，從涉及的領域內容而言，共同必修全部是力學，學生先學習運動學，再學習動力學。3個系列中的必選模塊(選修模塊1-1、選修2-1、選修3-1)全部是電磁學內容，其他選修模塊包括了力、熱、電、光、近代物理的內容，可供學生進一步選擇。從課程模塊設置的功能和取向而言，共同必修——物理1、物理2是全體高中學生的共同學習內容，選修系列1針對文科學生，選修系列2針對工科學生，選修系列3針對理科學生。模塊設置體現了滿足學生不同需求的選擇性。(這樣設置的初衷是好的，也希望有美好的「願景」；但是，現實又是非常「骨感」的，因為在高中一開始就要求學生或學生家長來確定學生一生的人生規劃(文科、理科、工科或醫科等)是非常不現實的，「高考指揮棒」的作用不可低估，導致實施的效果不盡如人意。)在俄亥俄州課程標準中，根據物理學科本身的特色，將其分為運動、力和動量及運動、能量、波、電和磁5大主題。在「運動」部分涉及運動學內容；在「力和動量及運動」部分涉及動力學內容；在「波」和「電和磁」部分主要分別涉及光學、電磁學等內容；在「能量」部分除了涉及經典物理學內容(重力勢能、彈性勢能)外，還包括核能等近代物理學內容，體現了突破經典物理的學科體系，圍繞學科的核心概念組織內容的思想。通過對俄亥俄州課程標準與中國課程標準的比較，能夠發現俄亥俄州課程標準中的一些特色，可供參考借鑑[1-3]。3.1 注重學生科學素養的培養，使他們融入日常生活之中俄亥俄州課程標準非常重視科學素養。在整個俄亥俄州科學課程的「科學認知要求」及「技術和工程設計期望」中，科學素養放在了十分重要的位置，可以說學生進行學習的總目標就是提高科學素養，使他們能夠成功地參與到未來的生活中。3.2 將科學教育標準與示範性課程結合，凸顯典型的實施效果在俄亥俄州課程標準的每個年級水平的內容標準中均安排了示範性課程內容，從其主題的設置安排(見表4)來看，分別從學科內容關聯鏈、內容陳述、內容細化(標準陳述)、學習的期望(認知要求)、付諸實踐的願景(課堂上的例子)、教學策略和資源(常見錯誤、學習者的多樣性、各類資源)等6個方面具體展開。課程內容標準的一大特色就是用「內容細化」的方式呈現學習內容，提供年級水平應有的內容知識深度的期望，提供與學習內容關聯的科學過程技能的例子，還提供信息幫助學生確定應該掌握的預備知識和現有水平內容所要構建的未來知識。對各個年級階段所需學習的科學(物理)內容和物理概念的認知水平進行具體說明和界定，進而使教師或讀者清晰地了解該三級主題下設的知識內容和物理概念在相應年級學習階段的重要程度。另外一大特色是對課程內容學習的期望(認知要求)，提供了對俄亥俄州的科學認知要求的界定，在本質上與目前對人們是如何學習的理解和研究有關。它們為教師和評估者提供一個框架結構以便仔細考慮科學教學計劃，掌控學生學習的可觀測證據，進而形成一份學生學習科學的總結性評價。俄亥俄州的科學認知要求包括使用科學概念，設計技術和工程解決方案，展示/演示科學知識，解釋和交流(溝通)科學概念和牢記科學內容。最後一大特色就是通過「課堂上的例子」的方式，在每個主題內容下，均提供學生所能完成的任務案例。這些任務不是強制性的。包括使用科學概念設計技術和工程解決方案，展示科學知識，解釋和交流科學概念和牢記科學內容。這些任務案例對開展課堂教學和評估具有積極意義。可以看出，這些例子不是應該做什麼的詳盡清單，而是產生創新想法的出發點。俄亥俄州的課程標準為教育工作者提供了必要的支持和信息，從而可使學生積極地參與到各個主題的學習之中。這些信息也提供動手動腦觀察和探索的主題內容，包括真實可信的科學探究數據資源，實驗和問題導向且與工藝、技術和工程設計相結合的任務。課程標準中所提供的策略和資源均是紙質或網絡版的材料且與特定的主題內容表述相關聯。但是，需要強調的是：上述資源並不是一份課程規範的列表(教案)，而是提供給任課教師的教學參考資料。致謝： 感謝美國俄亥俄州立大學(OSU)物理學系包雷教授給予的幫助，以及相互間的交流與合作。

參考文獻

[1] Ohio’s New Learning Standards: Science Standards (Adopted July 2011), Ohio Department of Education[Z].

[2] 郭玉英.中學理科課程標準國際比較與研究(物理卷)[M].北京：北京師範大學出版社，2014.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京：人民教育出版社，2003.

作者簡介: 蔣平，男，教授，長期從事固體物理的教學和理論研究，復旦大學物理學系課堂教學督導組組長，[e-mail]。

引文格式: 馬世紅,蔣平. 中國美國基礎教育物理課程標準比較[J]. 物理與工程，2017，27(5)：15-27.

關注孜孜不倦的公眾號吧