數(shù)據(jù)分析素養(yǎng)視域下中美初中教材例習題的比較研究

蘇美娜

【摘 要】 本研究選取中國人教版和美國GM版初中數(shù)學教材，從習題數(shù)量、習題類型和習題難度三方面展開論述，對“概率”一章的習題進行比較，并依據(jù)鮑建生教授建立的習題綜合難度模型將習題進行難度比較分析.研究發(fā)現(xiàn)，兩國版本的習題設(shè)置方式相同，在習題難度上均是由簡至難的層次;美國GM版教材習題數(shù)量遠遠超于人教版，但難度整體上易于人教版;在“概率”一章的習題編寫上，美國GM版本更注重夯實基礎(chǔ)知識，人教版偏向知識的外延;GM版教材注重計算能力，相對于人教版弱化了學生的推理能力，人教版更多的轉(zhuǎn)向探究和分析的能力.對于我國需要借鑒的是習題背景多樣化、優(yōu)化開放探究習題、從習題的多種功能中培養(yǎng)批判意識.

【關(guān)鍵詞】 習題比較;核心素養(yǎng);概率

1 研究背景

教材是課程標準的目標與教學內(nèi)容的直接體現(xiàn)，是培養(yǎng)學生解決問題能力的載體，在新課程改革中有著舉足輕重的地位.越來越多的關(guān)注點在教科書對于數(shù)學知識的教和學的作用上，教材的難度影響著教學的方式與學生的接收度.以數(shù)學核心問題與核心概念為生長點的數(shù)學素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展離不開對數(shù)學習題的解決[1].而習題的難度在一定程度上反映了教材的難度，是教材難度比較中不可或缺的一部分.因此，編寫例習題對于學生的思維發(fā)展具有重要的意義.

“統(tǒng)計與概率”注重發(fā)展學生的數(shù)據(jù)分析觀念.十大核心詞是數(shù)學課程目標的具體體現(xiàn)，亦理解為要求學生學習數(shù)學所具備的核心素養(yǎng)，即學生未來發(fā)展所需的思維品質(zhì)和關(guān)鍵能力[2].《美國州際核心數(shù)學課程標準》（簡稱“CCSSM”）也對“在重復的推理中，探求并表達規(guī)律”作為八大數(shù)學實踐標準之一[3].可見概率素養(yǎng)是培養(yǎng)學生數(shù)學學科素養(yǎng)不可或缺的部分.

在小中高三個學段均設(shè)有概率的學習內(nèi)容，可見概率無論是對學生數(shù)學思維的培養(yǎng)還是對生活中問題的解決，都是至關(guān)重要的.既而對概率的習題難度對比與分析的研究是必不可少的.因此，本文選取“概率”一章對兩國版本教材進行定量與定性的比較和分析.

2 研究過程

2.1 研究對象

本研究選取人教版《義務(wù)教育教科書·數(shù)學》（九年級上）第二十五章“概率初步”與美國McGraw-Hill出版社2013出版的初中數(shù)學教材Glencoe MathMatters1的Chapter10“Probability”作為研究對象.此兩套教材都是中美在新時期極具代表性和典型性的主流教材，都符合新標準的理念與要求，能夠反映出兩國最新的數(shù)學課程改革的方向和趨勢.

2.2 研究方法

本研究在數(shù)據(jù)分析觀念的視角下采用從習題數(shù)量、習題類型、習題綜合難度三個維度將中美兩版教材的習題進行分析.采用統(tǒng)計分析法將習題數(shù)量和習題類型做定性分析;借鑒鮑建生教授的綜合難度模型對習題綜合難度做定量分析.

本研究選取鮑建生教授創(chuàng)建的數(shù)學題綜合難度模型，此模型具有代表性和一定的創(chuàng)新性.模型隨后進行了簡單的修改，將“背景、數(shù)學認知、運算、推理、知識含量”五個難度因素確定為主要影響因素，主要針對數(shù)學教科書習題的難度，以數(shù)學題的難度來衡量數(shù)學課程的難度，對每一個因素劃分成了不同的難度水平劃分，并用五邊形直觀模型來刻畫數(shù)學題綜合難度.五個難度因素的按照由低到高的水平劃分如表1所示[4].

該模型具體應(yīng)用過程如下.

首先，分別計算并統(tǒng)計各難度因素中每一個水平層次的題目數(shù)量及百分比，對各個難度因素逐一比較分析.其次，對每一道題目在每種難度因素下進行劃分、歸類，并按照劃分等級進行賦值，將其作為權(quán)重.隨后，根據(jù)等級權(quán)重，利用公式計算并統(tǒng)計每個難度因素下的加權(quán)平均值.最后，根據(jù)上面得到的五個難度因素的權(quán)重平均值畫出五邊形雷達圖，通過雷達圖就可以鮮明地顯示出兩個版本教材的習題難度狀況.這種方法通過教材習題的對比，可以探索每個版本的編寫特點和側(cè)重，對教材的進一步優(yōu)化提供了有力的參考.

2.3 編碼及編碼結(jié)果

（1）習題數(shù)量編碼

為使統(tǒng)計分析更為科學合理，采用統(tǒng)一計數(shù)方式，若一個題干下有若干個小題，則將中國教材中的（1）、（2）、（3）……的每一個小題按照1、2、3……重新標號，采用美國GM版的習題計數(shù)方式.統(tǒng)計兩部教材例習題數(shù)量結(jié)果如表2.

對中美兩版習題的統(tǒng)計如表1表明，無論是例題還是習題數(shù)量，GM版教材的數(shù)量遠高于人教版的數(shù)量，兩者相差5倍之多.但從例題所占的百分比所得，人教版在例題上的比重略高于GM版.由此可知，人教版教材在編寫上更注重課堂中的例題引導與及時反饋，GM版教材更注重課后大量的練習與鞏固.

雖然數(shù)量上有明顯的差異，但人教版和GM版在習題的設(shè)置上幾乎一致：在每一小節(jié)的開始部分均設(shè)置“探究與合作”（Work with partner）的生活問題;同時也均設(shè)有例題（Example）、習題（Exercise）、章節(jié)復習題（Review and Practice Your Skill），且習題均按照自上而下的難度梯度，結(jié)構(gòu)緊湊，層次清晰.

（2）習題類型編碼

習題類型一般分為客觀題和主觀題兩部分.客觀題包括選擇題、是非題（判斷題）、填空題;主觀題包括解答題、證明題、作圖題等.縱觀兩版教材發(fā)現(xiàn)“概率”一章的題均沒有選擇題，故將習題類型分為是非/填空題、解答題、計算題、分析探究題四部分.基于兩版教材的“概率”一章習題統(tǒng)計的數(shù)據(jù)如下表3所示.

統(tǒng)計表明，人教版、GM版客觀題類型的例習題分別占17.34%、2.39%;主觀題類型的例習題分別占82.56%、97.61%，其中解答題分別占68.37%、83.56%;計算題分別占3.06%、9.08%;分析探究題分別占11.22%、4.97%.

（3）習題難度編碼

根據(jù)鮑建生教授的習題難度模型，將中美兩版教材中概率部分的所有例題、習題進行收集、整理、量化，然后根據(jù)公式在各維度的差異進行比較分析.

3 中美數(shù)學教材“概率”例習題綜合難度的比較與分析

3.1 背景因素的水平比較

統(tǒng)計表明，人教版、GM版例習題在背景難度因素中，“無背景”水平的例習題分別占5.10%、22.09%;“個人生活”水平的例習題分別占56.12%、56.34%;“公共常識”水平的例習題分別占36.73%、16.95%;“科學情境”水平的例習題分別占2.04%、4.62%.

3.2 認知水平因素的水平比較

統(tǒng)計表明，人教版、GM版例習題在認知水平難度因素中，“操作性記憶”水平的例習題分別占4.08%、4.11%;“概念性記憶”水平的例習題分別占54.08%、70.03%;“領(lǐng)會—說明”水平的例習題分別占35.71%、23.97%;“分析—探究”水平的例習題分別占6.12%、1.88%.

3.3 運算因素的水平比較

統(tǒng)計表明，人教版、GM版例習題在運算水平難度因素中，“無運算”水平的例習題分別占25.51%、12.67%;“數(shù)值運算”的例習題分別占74.49%、86.64%;“簡單符號運算”水平的例習題分別占0.00%、0.68%;“復雜符號運算”水平的例習題分別占0.00%、0.00%.

3.4 推理因素的水平比較

統(tǒng)計表明，人教版、GM版例習題在運算水平難度因素中，“無推理”水平的例習題分別占61.22%、73.80%;“簡單推理”的例習題分別占36.73%、26.20%;“復雜推理”水平的例習題分別占2.04%、0.00%.

3.5 知識點含量因素的水平比較

統(tǒng)計表明，人教版、GM版例習題在運算水平難度因素中，“1個知識點”水平的例習題分別占69.39%、77.57%;“2個知識點”的例習題分別占26.53%、21.92%;“3個及以上知識點”水平的例習題分別占4.08%、0.5%.

針對以上5個難度因素的比較與分析，根據(jù)習題綜合難度模型公式，將所得結(jié)果整理匯總成圖6，在因素分析的基礎(chǔ)上進行綜合難度的計算.

由雷達圖可以看出，兩版教材在概率內(nèi)容的例習題當中，綜合難度整體上除“運算”層次人教版低于GM版外，在其他難度因素層次上均高于GM版，說明人教版習題在“背景”、“數(shù)學認知”、“推理”、“知識含量”水平上的編寫要求更高一些.即人教版在背景習題的設(shè)置上更貼近生活，在習題數(shù)學認知水平的分配上，更加關(guān)注學生思維水平的發(fā)展，轉(zhuǎn)向知識的理解和應(yīng)用方向;而GM版更重視學生的運算能力尤其是數(shù)值運算的練習;在推理和知識含量層次的難度上，兩國版本的教材相差不大，在習題難度的設(shè)置上均具有一定的層次性.

4 進一步結(jié)論

本研究除對中美兩版教材的習題數(shù)量、類型及習題難度的對比外，將美國GM版教材的習題設(shè)計特點做進一步總結(jié).

4.1 注重新舊知識的承接與聯(lián)系

美國GM版的特別一處是，在每一章內(nèi)容學習之的開始，都設(shè)有單獨的一課課前準備復習題（Are you ready？Refresh Your Math Sills for Chapter 10），為接下來的學習內(nèi)容作好所需要的知識與技能準備，達到了“溫故而知新”的效果.此外，在每一節(jié)的最后也會出現(xiàn)5—6道與概率內(nèi)容無關(guān)的已學習到的習題，由此可看出美國GM版本教材更注重舊知識的鋪墊，從而保證了程序運算的流暢[5]，對新知識的公式和概念的理解更加透徹.

4.2 習題背景豐富且關(guān)聯(lián)度強

雖然GM版教材也體現(xiàn)出美國教材“寬一英里，深一英尺”的普遍現(xiàn)象，但對習題背景的設(shè)計理念恰恰將內(nèi)容標準與實踐標準并行，使得CCSSM強調(diào)的數(shù)學理解成為學習數(shù)學的紐帶.由圖1的數(shù)據(jù)已知，美國GM教材在有習題背景上的比重很高，而且在習題背景的設(shè)計上類型廣泛，涉及到遺傳基因、群眾選舉、工廠生產(chǎn)、古代文學、電視比賽等方面的背景，會具體到將背景類型一一在習題前標出.同時在“科學情境”的習題背景中，GM版教材大多選用孟德爾遺傳實驗為背景，加強了與其他學科的關(guān)聯(lián)性和生活中的應(yīng)用性.

4.3 習題目標明確，注重活動化探究

GM版教材中，每一節(jié)的標題下面都有這節(jié)課的課程目標，在題前說明習題的練習主題，即習題具有針對性，引導學生的價值傾向，建立自己的理解.在開放探究的習題中，GM版教材還設(shè)計了辯證性思考（critical thinking）習題，落實了CCSSM中“調(diào)查或然性過程，并發(fā)展、運用和評估概率模型”的目標，加強了學生經(jīng)歷探究和解決問題的數(shù)學思維過程.

5 啟示

5.1 豐富習題背景，加強學科關(guān)聯(lián)度

“概率”是我們在社會生活常見到的，因此概率的內(nèi)容是最貼近生活的知識，更具有應(yīng)用性.在各種情境中運用和應(yīng)用數(shù)學意味著給學生提供動態(tài)的數(shù)學知識，是發(fā)展數(shù)據(jù)分析觀念的一個重要渠道.增加習題的多樣性，并與其他學科內(nèi)容結(jié)合，不僅凸顯出概率在生活中的重要性，還能滲透了其他學科知識.譬如PISA和TIMSS測試的習題強調(diào)真實問題，其情境和題目旨在考查學生的數(shù)學素養(yǎng)，PISA和TIMSS的習題設(shè)計理念可為我國教材習題背景的選取提供了有力的參考.

5.2 重視習題推理過程的呈現(xiàn)，優(yōu)化開放探究習題

2014年，教育部研制印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》對提升學生作為社會公民所具備的數(shù)學素養(yǎng)做了具體的說明，其中包括：“逐步學會用數(shù)學的語言表達世界，發(fā)展數(shù)學建模、數(shù)據(jù)分析素養(yǎng).”從習題上的落實，就是要學生從習題中自主去探索.雖然人教版在開放探究題的權(quán)重高于GM版教材，但GM版教材的習題更有層次性，更有利于鍛煉學生的分析問題能力.我國需要以“問題—探究”為導向組織不同層次與功能的習題，讓習題有效地引導學生去主動探究，讓概率素養(yǎng)的培養(yǎng)更有所體現(xiàn)[6].

5.3 開發(fā)習題多種功能，培養(yǎng)批判意識

澳大利亞學者Jane Watson將概率素養(yǎng)的培養(yǎng)由淺至深分成了三個層次：理解基本術(shù)語—在社會問題背景中理解術(shù)語—能夠?qū)]有恰當說理的統(tǒng)計論斷提出質(zhì)疑.這三個層次在美國GM版教材中均有體現(xiàn)，尤其是辯證性思考（critical thinking）的設(shè)置是一大亮點，意圖通過引導學生對問題的反思來發(fā)展他們的批判意識，形成正確的數(shù)據(jù)分析觀念，而這種習題在我國人教版中未曾出現(xiàn).毋庸置疑，我國的數(shù)學教學學情中，缺少質(zhì)疑的聲音，因此我國在習題的設(shè)置上可借鑒美版教材，從習題中增強學生的批判能力.

參考文獻

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