對(duì)中美兩套高中物理教材例、習(xí)題的比較分析

曾銀標(biāo)++徐斌++陳浩

摘 要：通過對(duì)“粵教版”高中物理教材與美國(guó)高中理科教材《物理：原理與問題》中例、習(xí)題的比較研究發(fā)現(xiàn)：“粵教版”教材中的例題解答模式?jīng)]有規(guī)范化，其習(xí)題形式較多，并且重視知識(shí)的獲得過程。相比于我國(guó)“粵教版”教材，美國(guó)教材中所有例題的解答都是分三個(gè)步驟的規(guī)范模式，其習(xí)題進(jìn)行了細(xì)分和歸類，這些特點(diǎn)能為我國(guó)例、習(xí)題的編寫提供參考和思路。

關(guān)鍵詞：高中物理教材；例題；習(xí)題

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）5-0071-4

教材中的例題和習(xí)題是學(xué)生鞏固知識(shí)、加強(qiáng)實(shí)踐、拓展視野、學(xué)會(huì)應(yīng)用知識(shí)解決問題的重要途徑。《物理：原理與問題》是美國(guó)麥格勞-希爾公司出版的一套美國(guó)高中物理教材，供9～12年級(jí)學(xué)生選學(xué)。[1]這套美國(guó)物理教材分為上、中、下三冊(cè)，是美國(guó)高中主流理科教材，全美使用率近50%。[2]以往對(duì)這套教材的研究重點(diǎn)都不在例、習(xí)題的分析上，本文在深入分析這套教材例、習(xí)題特點(diǎn)的同時(shí)，將我國(guó)“粵教版”高中物理教材與之進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 例題比較

例題在物理教學(xué)中具有開闊思維方式、物理知識(shí)應(yīng)用和解題方法示范等作用，有助于學(xué)生深刻理解物理概念和規(guī)律。“粵教版”教材中的例題與美國(guó)教材中的例題有很大的差別，具體分析如下：

1.1 對(duì)兩套教材解題模式的闡述

“粵教版”教材中的例題解答過程是先分析后求解。分析部分包括分析圖表、涉及物理量或物理知識(shí)，某些例題還充分分析了整個(gè)物理過程等內(nèi)容。求解部分是依據(jù)分析和相關(guān)的物理知識(shí)列出公式或方程、代入數(shù)據(jù)算出結(jié)果，其中還有一定的文字說明等過程。

下面是“粵教版”教材中第3章第4節(jié)《力的合成與分解》的例2。

例2：一質(zhì)量為200 kg的物體，置于傾角為30 °的斜面上，求物體所受重力沿斜面和垂直于斜面方向的分力。（取g=10 m/s2）

分析：題中求的是重力沿斜面和垂直于斜面方向的分力，確定了重力的分解方向，本題的答案是唯一的，我們可以直接依據(jù)平行四邊形定則對(duì)重力進(jìn)行分解。

解：把重力G分解為沿斜面的分力G1和垂直于斜面的分力G2，如圖1所示。

■

圖1 重力分解

由幾何關(guān)系可知：

G1=Gsinα，

G2=Gcosα。

代入數(shù)據(jù)得：

G1=Gsinα=200×10×sin30 ° N=1000 N，

G2=Gcosα=200×10×cos30 ° N=1730 N。

即沿斜面的分力大小為1000 N，垂直于斜面的分力大小為1730 N。[3]

美國(guó)教材中所有例題的解答過程都是統(tǒng)一的，分三個(gè)步驟的規(guī)范模式。

第一步：分析概括問題。這步包括：概述情景或建立坐標(biāo)系、作圖分析對(duì)象并且標(biāo)出相關(guān)物理量、列出已知和未知。

第二步：求解未知量。這步包括：根據(jù)相關(guān)的物理知識(shí)列出公式或方程、代入數(shù)據(jù)算出結(jié)果。

第三步：驗(yàn)證答案。這步包括：?jiǎn)挝皇欠裾_、符號(hào)或方向是否有意義、數(shù)據(jù)是否合理。

下面是美國(guó)教材中第5章第3節(jié)《二維力和運(yùn)動(dòng)》的一個(gè)例題。

重力在斜面上的分力，一只重562 N的紙板箱靜止在與地面成傾角θ的斜面上，求這個(gè)重力平行于斜面和垂直于斜面方向的分力。

[1]分析概括問題

建立坐標(biāo)系，x軸正方向指向上坡方向。

作出受力分析圖（圖2），標(biāo)出Fg，它的分量Fgx和Fgy，以及角度θ。

已知： 未知：

Fg=562 N Fgx=？

θ=30 ° Fgy=？

■ ■

圖2 受力分析

[2]求解未知量

Fgx和Fgy的方向與正軸的方向相反，因此它們的值為負(fù)。

Fgx=-Fgsinθ=-562 N×sin30 °，

將Fg=562 N，θ=30 °，代入，

Fgx=-281 N。

Fgy=-Fgcosθ=-562 N×cos30 °，

將Fg=562 N，θ=30 °，代入，

Fgy=-487 N。

[3]驗(yàn)證答案

·單位是否正確？力是用N量度。

·符號(hào)是否有意義？這些分力的方向與正軸的方向相反。

·數(shù)值是否合理？?jī)蓚€(gè)數(shù)值都小于Fg。[4]

1.2 對(duì)兩種解題模式的具體分析

對(duì)兩套教材呈現(xiàn)的解題模式進(jìn)行分析可知：

第一，美國(guó)教材的例題中首先就是“分析概括問題”，在概述情景和作圖分析后列出了由題目得到的已知和未知。根據(jù)問題解決理論模式的信息加工觀點(diǎn)，這里的“已知”和“未知”分別對(duì)應(yīng)了問題基本成分中的“初始狀態(tài)”和“目標(biāo)狀態(tài)”，問題解決是一系列趨向目標(biāo)的認(rèn)知操作。[5]由該觀點(diǎn)可知，美國(guó)教材所有例題列出的已知和未知能夠幫助學(xué)生理清問題，從而能培養(yǎng)學(xué)生正確的解題思維。

第二，美國(guó)教材例題中的最后部分都有“驗(yàn)證答案”環(huán)節(jié)。這不僅僅檢驗(yàn)了計(jì)算的結(jié)果和體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧?xí)慣，還培養(yǎng)了學(xué)生分析數(shù)據(jù)、對(duì)獲得知識(shí)和解決問題的評(píng)價(jià)、反思能力。這在一定程度上能讓學(xué)生主動(dòng)地監(jiān)控自己的解題過程并作出及時(shí)調(diào)整，分析自己的得失，可以培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力。美國(guó)教材中的每一個(gè)例題都設(shè)置了包括分析概括問題、求解未知量、驗(yàn)證答案這三個(gè)規(guī)范的解題步驟，其邏輯思路清晰、符合問題解決的心理過程，這點(diǎn)在較復(fù)雜的例題解答中表現(xiàn)得更明顯。

第三，相比于美國(guó)教材，“粵教版”教材中例題的分析更加具體和到位，尤其是對(duì)整個(gè)物理過程的分析。在求解過程中也有必要的文字說明，以理清學(xué)生的思路。同時(shí)，美國(guó)教材中的例題多數(shù)只考查單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。而“粵教版”教材中的多數(shù)例題考查了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用，這更有利于學(xué)生構(gòu)建分散知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)部聯(lián)系。

從上面的分析可知，美國(guó)教材這樣的一套例題解題規(guī)則作為規(guī)范模式固定于每個(gè)例題中，可以培養(yǎng)學(xué)生的解題習(xí)慣， 在一定程度上能提高解題質(zhì)量。而“粵教版”教材中的例題在分析和求解部分更靈活，還注重對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。

2 習(xí)題比較

習(xí)題是學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的重要形式，它既可以作為學(xué)生理解和鞏固知識(shí)、提升科學(xué)素養(yǎng)、發(fā)展創(chuàng)新精神的重要載體，又可以作為物理與社會(huì)鏈接的橋梁。“粵教版”教材中的習(xí)題與美國(guó)教材中的習(xí)題在多個(gè)方面的差異明顯，具體如表1所示：

由表1可知兩套教材中的習(xí)題主要有以下差異：

2.1 在課文習(xí)題上的差異

相比于美國(guó)教材，“粵教版”教材中課文習(xí)題的種類和形式較多，且多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)探究或師生交流中展開，學(xué)生有更多的主動(dòng)性。這些課文習(xí)題重視知識(shí)的形成過程，體現(xiàn)了新課程重視過程與方法的教育目標(biāo)。尤其是讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程， 這樣學(xué)生能認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義， 并且嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題和驗(yàn)證物理規(guī)律。[7]而美國(guó)教材中的課文習(xí)題的形式比較單一，以鞏固概念的傳統(tǒng)解答題為主。

2.2 在課后習(xí)題上的差異

美國(guó)教材對(duì)課后習(xí)題進(jìn)行了較詳細(xì)的種類劃分，而且在思維或難度等層次上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、循序漸進(jìn)，更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。總體說來，美國(guó)教材中的課后習(xí)題簡(jiǎn)單易懂、偏向定性描述和說明，重視學(xué)生對(duì)概念理解和問題解決的能力，內(nèi)容也比較貼近生活實(shí)際。而“粵教版”中的課后習(xí)題分類層次不夠清晰，顯得有點(diǎn)雜亂。總體說來，“粵教版”教材中的課后習(xí)題比較理論化、偏向定量計(jì)算，并且難度較大。

2.3 在習(xí)題數(shù)量上的差異

美國(guó)教材中平均每節(jié)的習(xí)題總數(shù)量遠(yuǎn)比“粵教版”中的多，大約是“粵教版”中的三倍。“粵教版”教材的課文習(xí)題比重比美國(guó)教材的大，從這可以看出“粵教版”教材重視課堂練習(xí)和課堂效率。而美國(guó)教材將更多的習(xí)題放在了章末的課后習(xí)題上，從這可以說明美國(guó)教材注重學(xué)生的課后練習(xí)和課后主動(dòng)性。

學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)背景是其理解新事物、吸納新思想的基礎(chǔ)， 其主要來源于以往的日常生活。因此，越是貼近生活的內(nèi)容， 就越能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的既有經(jīng)驗(yàn)， 也越容易為學(xué)生所接受。[8]相比于“粵教版”教材中的習(xí)題，美國(guó)教材中的習(xí)題背景更貼近生活實(shí)際、關(guān)注范圍更廣泛。例如，第五章《二維力》習(xí)題的關(guān)注點(diǎn)有割草、駕車旅游、馬拉車、網(wǎng)球、電視塔、徒步旅行、宇宙探索、導(dǎo)航、紅燈停下、做廣告、雪橇、神話、美化環(huán)境、奧林匹克運(yùn)動(dòng)、運(yùn)用模型、分析與結(jié)論等， 范圍涉及體育、生活、環(huán)境、交通等領(lǐng)域。這些與日常生活相關(guān)的習(xí)題占了很大的比重，并將習(xí)題的關(guān)注點(diǎn)在題頭用加粗的黑體字予以明示。章末習(xí)題中的“科技寫作”偏重對(duì)科學(xué)家、科學(xué)事件、科學(xué)原理對(duì)社會(huì)的影響的評(píng)論，以小論文的方式激發(fā)學(xué)生對(duì)物理、社會(huì)、科技相互關(guān)系的深入思考。

從上面的分析可知，“粵教版”教材的課文習(xí)題形式較多，重視學(xué)生知識(shí)的形成過程。而美國(guó)教材中的課后習(xí)題數(shù)量較多并且進(jìn)行了細(xì)分歸類，重視概念和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，同時(shí)其習(xí)題貼近生活實(shí)際、關(guān)注范圍廣泛。

3 啟 示

通過對(duì)“粵教版”教材與美國(guó)教材的例、習(xí)題比較分析可知，在例題學(xué)習(xí)或習(xí)題解答的過程中可以先列出題干的已知量和未知量，求解后再做驗(yàn)證。并且，例題最好是能夠?qū)⑶懊嫠鶎W(xué)的知識(shí)點(diǎn)綜合聯(lián)系起來。而對(duì)于課文習(xí)題，應(yīng)該選取開放、形式多樣和重視知識(shí)獲得過程的題目。也可以嘗試對(duì)課后習(xí)題進(jìn)行一定的細(xì)分編排，使習(xí)題更具層次性。筆者對(duì)這兩套教材中例、習(xí)題作了以上的比較和分析，希望能夠?qū)ξ覈?guó)例、習(xí)題的編寫有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[6]廖伯琴.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的研制思路及框架[J].物理教學(xué)探討，2005，（1）：2.

（欄目編輯 鄧 磊）