新加坡中學(xué)物理教材習(xí)題設(shè)置特征分析

許月仙 唐安琪 袁海泉

摘? ?要：教材是教與學(xué)的主要資源，課后習(xí)題是教材的重要組成部分，習(xí)題的功能是“建構(gòu)”和“培養(yǎng)”，因此對教材習(xí)題的研究具有重要意義。文章以新加坡中學(xué)物理教材章末習(xí)題為研究對象，研究習(xí)題的基本結(jié)構(gòu)和主要設(shè)置特征，分析各種類型習(xí)題的功能，為一線教師合理利用教材習(xí)題提供一些思路。

關(guān)鍵詞：Physics Matters;物理教材;習(xí)題特征;類比法

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）11-0022-6

《Physics Matters》[1]（第四版，2013—2017）是新加坡最新版本的中學(xué)物理教材（以下簡稱為新加坡中學(xué)物理教材），該教材依據(jù)新加坡教育部授權(quán)的2013年普通水準(zhǔn)（O-Level）物理大綱編寫，分為4個專題（基礎(chǔ)物理，熱物理，光、波動和聲音，電與磁），共有22個章節(jié)，覆蓋了物理學(xué)中的力、熱、聲、光、電、磁六部分的知識點(diǎn)，教材習(xí)題分為A、B、C三部分，共設(shè)置章末習(xí)題241道。習(xí)題的功能是“建構(gòu)”和“培養(yǎng)”，學(xué)生解答問題的過程就是提升素養(yǎng)的過程[2]，因此分析這些習(xí)題的基本結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)，有利于一線教師更科學(xué)地使用教材，合理利用教材習(xí)題。

1? ? 習(xí)題的類型多樣，數(shù)量充足

新加坡中學(xué)物理教材共設(shè)置有241道章末習(xí)題，除第15章“聲音”章末習(xí)題沒有C部分外，其余21個章節(jié)均分為A選擇題、B結(jié)構(gòu)化習(xí)題、C自由回答習(xí)題三部分，各部分習(xí)題的個數(shù)和占比如圖1。

新加坡中學(xué)物理教材習(xí)題在習(xí)題類型上具有一定的層次性。A部分共設(shè)置122道選擇題，占比50.62%，可見新加坡中學(xué)物理重視選擇題的作用。B部分結(jié)構(gòu)化習(xí)題、C部分自由回答習(xí)題均是由定義物理概念、解釋實際現(xiàn)象、繪制物理圖像、計算等組成的習(xí)題，一般情況下有多個小問題，分別設(shè)置73道、46道，占比分別為30.29%、19.09%。習(xí)題的具體呈現(xiàn)類型和側(cè)重點(diǎn)有所差異。A、B、C部分分別設(shè)置了2、4、11道挑戰(zhàn)性習(xí)題（題號前帶*標(biāo)志，*標(biāo)記在小問前也計作一道）。C部分設(shè)置的挑戰(zhàn)性習(xí)題數(shù)量較多，為11道，占C部分習(xí)題總數(shù)的23.91%，占全部挑戰(zhàn)性習(xí)題數(shù)的64.71%，對學(xué)生的綜合能力要求較高，難度相對較大，可供學(xué)生自主選擇練習(xí)。

2? ? 習(xí)題設(shè)置具有層次性

A部分選擇題具有鞏固即時獲得知識、辨析模糊基本概念、快速檢測學(xué)習(xí)效果的功能，但由于選擇題對提升學(xué)生解決問題的實際能力、圖表繪制能力、文字表述能力等方面作用有限，新加坡中學(xué)物理教材設(shè)置了B部分的結(jié)構(gòu)化習(xí)題和C部分的自由回答習(xí)題，C部分中的一些挑戰(zhàn)性習(xí)題還能培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力、創(chuàng)新思維能力。

習(xí)題設(shè)置的層次性體現(xiàn)在充分利用各部分題型的功能，針對某一知識點(diǎn)設(shè)置不同層次的習(xí)題，加深對這一知識點(diǎn)的理解。例如，第3章“力”中對于“牛頓第二定律”這一知識點(diǎn)，A、B、C三部分的題目設(shè)置舉例見表1。

A部分設(shè)置選擇題，提高學(xué)生對牛頓第二定律的理解和公式的計算能力，假設(shè)所有的接觸面都無摩擦，問題情境簡單，題目難度低。B部分結(jié)構(gòu)化習(xí)題設(shè)置了真實的問題情境，要解決實際的拖車問題，學(xué)生需要結(jié)合所要求的物理量，考慮整體法與隔離法的選取，再基于研究對象運(yùn)用牛頓第二定律列式子解決實際問題，題目還要求學(xué)生畫出卡車和汽車各自的受力示意圖，提高了學(xué)生的圖像繪制能力。C部分習(xí)題訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律分析抽象的、與滑輪相關(guān)的連接體模型，不涉及具體的數(shù)字，各物理量均以字母代替，具有較強(qiáng)的綜合性，對學(xué)生的能力有一定的要求，一般的連接體模型的問題解決了，基本的研究方法才能遷移運(yùn)用到新的具體的實際問題中，從而進(jìn)一步提高解決實際問題的能力。

3? ? 習(xí)題圖像的呈現(xiàn)類型多樣化

A、B、C部分習(xí)題的呈現(xiàn)類型共有5種，分別為以圖像方式呈現(xiàn)信息、運(yùn)用簡單數(shù)學(xué)知識分析以圖像方式呈現(xiàn)的結(jié)果、運(yùn)用物理規(guī)律分析以圖像方式呈現(xiàn)的結(jié)果、繪制相應(yīng)的物理圖像、使用圖像作為解題的工具。

某些習(xí)題中圖像呈現(xiàn)類型包含兩種或多種，在統(tǒng)計各部分圖像型習(xí)題總數(shù)時我們均認(rèn)定為一道圖像習(xí)題，但若該題涉及到多個圖像呈現(xiàn)類型時，對各部分的各類型圖像習(xí)題數(shù)量統(tǒng)計時采取重復(fù)統(tǒng)計，即該題均計入這幾個類型的圖像習(xí)題數(shù)量中。

A、B、C三部分的圖像型習(xí)題總數(shù)為134道，占習(xí)題總數(shù)的55.60%，整體上來看新加坡中學(xué)物理教材設(shè)置了大量圖像型習(xí)題。A、B、C三個部分分別設(shè)置了54、46、34道圖像習(xí)題，分別占各部分習(xí)題總數(shù)的44.26%、63.01%、73.91%。明顯可以看出，從A部分到C部分，對圖像的要求逐漸提高，B、C部分的圖像習(xí)題占比相對較多，說明B、C部分習(xí)題更重視培養(yǎng)學(xué)生從圖像中獲取信息、分析圖像、繪制圖像、運(yùn)用圖像的能力。各部分具體的圖像呈現(xiàn)類型和各部分各類型圖像習(xí)題的數(shù)量統(tǒng)計見表2。

各部分各類型圖像習(xí)題的數(shù)量統(tǒng)計

A、B、C三部分中以呈現(xiàn)信息為目的的圖像習(xí)題數(shù)均最多，分別占各部分圖像習(xí)題總數(shù)的77.78%、80.43%、70.59% ，說明新加坡中學(xué)物理教材習(xí)題重視圖像的信息呈現(xiàn)功能。圖像大致分為生活圖、模型及示意圖、實驗裝置圖等。圖像可表明物體所處的狀態(tài)，或提供解題所需的一些物理量的值，如圖4（3-A-1表示第3章A部分第1題），該圖屬于模型及示意圖，在圖像中提供了四個力的大小和方向。

A部分圖像型選擇題還設(shè)置了運(yùn)用簡單數(shù)學(xué)知識分析以圖像呈現(xiàn)的結(jié)果的習(xí)題（如圖5），讓學(xué)生選出物體做非勻減速運(yùn)動的速度-時間圖像;設(shè)置了運(yùn)用物理規(guī)律分析以圖像方式呈現(xiàn)的結(jié)果的習(xí)題（如圖6），已知空氣-玻璃界面的臨界角度為42°，讓學(xué)生利用光的折射定律、全反射相關(guān)知識分析光線通過玻璃棱鏡的路徑，四幅圖中光的入射方向不同，需要學(xué)生一一進(jìn)行判斷，選出錯誤的一幅，提高了習(xí)題的難度。

B部分和C部分設(shè)置了部分習(xí)題提升學(xué)生的繪圖能力，讓學(xué)生根據(jù)題意或物理規(guī)律作出相應(yīng)的圖，有描點(diǎn)作圖、畫出實驗裝置圖、利用……定律作圖、設(shè)計電路圖等。例如，7-B-2，畫出題干描述的裝置的簡圖;12-B-1，利用反射定律，定位并畫出F的位置;17-B-3，利用表格中的數(shù)據(jù)繪制電位差對電流的曲線圖;2-C-1，用坐標(biāo)紙繪制出鋼球軸承的位移-時間圖像;12-C-3，在圖中T處完成折射后的光線路徑;18-C-2，使用四個相同的電阻，設(shè)計一個電路，其中每個電阻兩端的電勢差為電動勢的四分之一。C部分突出體現(xiàn)了使用圖像作為解題工具的習(xí)題設(shè)置特點(diǎn)，共設(shè)置了7題，題目舉例見表3。

由表3可知，C部分借助物理圖像作為解題工具，從而進(jìn)行計算、解釋物理現(xiàn)象、輔助說明等，充分挖掘圖像的功能和作用，從最初的認(rèn)識圖像和分析圖像拓展到深層次的利用圖像，一步步引導(dǎo)，提高學(xué)生分析問題的能力。

4? ? 充分關(guān)注習(xí)題的功能多樣性

4.1? ? 重視選擇題的特殊功能

新加坡中學(xué)物理教材章末習(xí)題中共設(shè)置了122道選擇題，占習(xí)題總量的50.62%，可見該教材的習(xí)題中選擇題占有十分重要的地位。

選擇題能夠有效提升學(xué)生對物理基本概念、規(guī)律的再認(rèn)、再現(xiàn)的能力[3]。學(xué)生在課堂上學(xué)完新的物理知識后，可即時通過課后的練習(xí)題鞏固獲得的知識。 還可以設(shè)置部分選擇題要求學(xué)生在物理知識記憶的基礎(chǔ)上分析、比較、判斷，從而幫助學(xué)生辨析基本概念，加深對物理基本概念和規(guī)律的理解。

選擇題思辨性強(qiáng)，可在設(shè)置選項時從不同角度有針對性地設(shè)置一些似是而非的干擾性選項，從而加深學(xué)生對概念、規(guī)律等的理解，且評判快捷、客觀，能夠給教師和學(xué)生提供有效的反饋，快速地檢測學(xué)習(xí)效果。

選擇題具有鞏固即時獲得知識、辨析模糊基本概念、快速檢測學(xué)習(xí)效果的功能。因此，認(rèn)識選擇題的功能，分析這些選擇題設(shè)置的特征，有利于教師和學(xué)生更科學(xué)地使用教材習(xí)題。

4.2? ? 促進(jìn)學(xué)生對基本物理概念、規(guī)律的理解能力的提升

新加坡中學(xué)物理教材突出體現(xiàn)了物理習(xí)題對學(xué)生基本物理概念、規(guī)律的理解能力的提升功能，通過A、B、C三個部分不同程度地設(shè)置相應(yīng)的習(xí)題，澄清學(xué)生對物理概念、規(guī)律的模糊或不正確認(rèn)識。

A部分的選擇題針對基本概念和基本規(guī)律設(shè)置了25道習(xí)題，占選擇題總數(shù)的20.49%，分別是針對一個知識點(diǎn)的問答、針對某一具體知識點(diǎn)的辨析、針對兩個相似知識點(diǎn)的辨析。例如，“冷卻總是伴隨著蒸發(fā)，因為? ? ? ? ? ? ? ?！薄办o電的單位是? ? ? ? ? ? ? ?！笔轻槍σ粋€知識點(diǎn)的問答;“下列關(guān)于質(zhì)量的說法，哪一個是正確的？”“下列關(guān)于布朗運(yùn)動的敘述哪一個是正確的？”是針對某一具體知識點(diǎn)的辨析;“液體分子的運(yùn)動與氣體分子的運(yùn)動有何不同？”“導(dǎo)體和絕緣體有什么區(qū)別？”是針對兩個知識點(diǎn)的辨析。

B部分和C部分針對基本概念、規(guī)律的習(xí)題設(shè)置均以簡答題為主，B部分還設(shè)置補(bǔ)全表格題，圖7是物理實驗中長度測量儀器使用的基本規(guī)律的表格填空，圖8是針對溫度計測溫特性的表格填空。將同一知識點(diǎn)的相關(guān)知識或相似知識點(diǎn)羅列在一張表中，促進(jìn)物理知識結(jié)構(gòu)的形成，使學(xué)生頭腦中零散的知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化。

B、C部分習(xí)題中分別有16道、10道涉及了基本的物理概念、規(guī)律，分別占各部分習(xí)題總數(shù)的21.92%、21.74%。A、B、C三部分中共有21.16%的章末習(xí)題均直接針對的是基本概念、基本規(guī)律，可見新加坡中學(xué)物理教材習(xí)題重視提升對基本物理概念和規(guī)律的理解能力。針對基本概念和基本規(guī)律設(shè)置的簡答題的呈現(xiàn)類型主要有三類：定義物理概念和規(guī)律、闡述或解釋物理原理、區(qū)分物理概念，題目舉例見表4。

除了直接針對基本物理概念和規(guī)律設(shè)置簡答題， B、C部分還設(shè)置了其他類型的簡答題，提高學(xué)生的文字表達(dá)能力，包括運(yùn)用物理知識分析解釋實際的現(xiàn)象、結(jié)合具體的題目解釋你的答案或推測與假設(shè)可能產(chǎn)生的結(jié)果、零部件名稱和作用、描述實驗過程、采取的測量措施、改進(jìn)的建議、誤差產(chǎn)生的原因。例如16-C-1，靜電放電對油罐車是一種危害，一些油罐車有一個連接的導(dǎo)電鏈，它懸在地面附近，解釋這條鏈的用途;1-B-4，簡單描述一下為測量銅線的直徑你采取的措施;1-B-5，解釋為何采用圖中方法不會產(chǎn)生準(zhǔn)確的測量結(jié)果;6-C-1，建議減少耗散能量的方法等。

4.3? ? 關(guān)注習(xí)題的計算能力發(fā)展功能

新加坡中學(xué)物理教材關(guān)注習(xí)題的計算能力發(fā)展功能，A、B、C三個部分設(shè)置不同呈現(xiàn)類型的計算題，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的計算能力。三部分中的計算題呈現(xiàn)類型見表5。

國外學(xué)生的計算能力相對較弱，因此新加坡中學(xué)物理教材適當(dāng)設(shè)置了計算型選擇題。A部分選擇題中共有40道計算題，占選擇題總數(shù)的32.79%，呈現(xiàn)的類型主要是公式的簡單計算。計算型選擇題的問題情境簡單，沒有繁瑣的敘述，只針對一個知識點(diǎn)，代入公式、簡單計算就可得出正確的答案。例如，2-A-1，“汽車的平均速度是35公里。45分鐘能走多遠(yuǎn)？”;4-A-3，“量筒的質(zhì)量是60.0 g。倒入30立方厘米的橄欖油，總質(zhì)量為87.6 g。橄欖油的密度為多少？”;第18章“直流電路”中的計算型選擇題中的電路示意圖也由原來復(fù)雜的實物圖變成了簡潔的等效電路圖，計算過程大大簡化，基本是一兩步運(yùn)算就可以得到答案。

B部分設(shè)置實際情境中的計算習(xí)題，逐步提升學(xué)生的計算能力。物理規(guī)律是物理學(xué)的精華，如果把它看作一個“公式”死記硬背一定學(xué)不好物理，只有真正弄懂物理規(guī)律的來龍去脈，并能靈活應(yīng)用，才能掌握物理規(guī)律[4]。為了進(jìn)一步提高學(xué)生對物理規(guī)律的靈活應(yīng)用能力，設(shè)置了某一物理公式及變式的計算和某一物理公式不同過程的反復(fù)計算題型。針對某一物理公式及變式的計算，例如4-B-2，給定包含某些物質(zhì)和相應(yīng)密度的表格，（1）計算10 g金所占的體積;（2）計算長寬高為2.5 cm×1 cm×0.2 cm的鉑薄片的質(zhì)量;（3）與（2）同一尺寸的另一薄片的質(zhì)量為4.45 g，這個薄片可以用什么材料制作。三個小問中學(xué)生需要分別運(yùn)用公式V= 、m= ρV、 ρ= 進(jìn)行計算，密度公式的變式運(yùn)算，強(qiáng)化了對密度公式的理解。針對某一物理公式不同過程的反復(fù)計算，例如2-B-1，圖中顯示了騎自行車的人的路線，他早上6點(diǎn)從A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)，下午6點(diǎn)返回A點(diǎn)，計算騎自行車的人在下列過程的平均速度：（1）從A點(diǎn)到B點(diǎn);（2）從B點(diǎn)到C點(diǎn);（3）整個行程。第2問中共設(shè)置了三個不同過程中平均速度的計算習(xí)題，幫助學(xué)生深化理解位移、平均速度的概念，提高運(yùn)用平均速度公式的能力。

B部分計算題針對一個知識點(diǎn)的較多，多為某一具體的公式及變式計算題。而C部分側(cè)重不同知識點(diǎn)的計算，計算題的情境更加復(fù)雜，包含一些新穎的、創(chuàng)新的情境。例如5-C-2，圍繞圖9的玩具天平設(shè)計計算題，提高學(xué)生將一般的物理知識運(yùn)用到新情境的能力。圖像作為計算工具也在計算題中被要求使用，不僅提高了學(xué)生的圖像運(yùn)用和圖像分析能力，還進(jìn)一步提高了學(xué)生的計算能力。例如12-C-1，通過繪制光路圖，確定：（1）鏡子的最小長度，使女士可以看到她自己的一個完整的形象;（2）這面鏡子底部離地面的高度。

由于物理情境的豐富復(fù)雜，總離不開基本概念、規(guī)律的應(yīng)用，因此在完成了一定量的實際情境中的數(shù)字計算之后，還設(shè)置了物理量的字母推導(dǎo)計算（已知的物理量均用字母表示）。物理習(xí)題中的一些物理量用字母表示，使知識運(yùn)用更具普遍性， 同時提高學(xué)生將基本的物理知識運(yùn)用到新的真實情境的能力。C部分設(shè)置了4道字母計算題，例如5-C-4，一個不均勻的桿子ABCD停在C處粗糙的釘子上，如圖10，R1、R2分別為釘子和墻壁對桿子的作用力，F(xiàn)是釘子產(chǎn)生在桿上的摩擦力，W是桿子的重力。該題第二小問，如果AB的長度為x，BC的長度為y，桿與光滑的墻壁之間的銳角為θ，用字母x，y，θ和W將R1和R2表示出來。

A、B、C三個部分設(shè)置不同呈現(xiàn)類型的計算題，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的計算能力。教師需要引導(dǎo)學(xué)生對解題方法和解題技巧進(jìn)行總結(jié)，將一些典型問題規(guī)范化、條理化，起到舉一反三的作用。

新加坡中學(xué)物理教材習(xí)題類型多樣、數(shù)量充足，習(xí)題設(shè)置具有層次性且習(xí)題圖像的呈現(xiàn)類型多樣化，并充分關(guān)注習(xí)題的功能多樣性，重視選擇題的特殊功能;促進(jìn)學(xué)生對基本物理概念和規(guī)律的理解能力的提升;關(guān)注習(xí)題的計算能力發(fā)展功能。對我國的教材習(xí)題設(shè)置和使用具有一定的借鑒價值。

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）