高中物理新教材習(xí)題情境比較分析
——以高中物理必修1運(yùn)動學(xué)部分為例

蔣馨雅 桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215006)

《普通物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂版)》(以下簡稱新課標(biāo))在教材編寫建議部分提出，“教材編寫要注重育人功能、注重教材的科學(xué)性、適用性、時(shí)代性,體現(xiàn)人文關(guān)懷、注重特色與創(chuàng)新．對于教材的習(xí)題,可設(shè)計(jì)側(cè)重復(fù)習(xí)和鞏固功能的節(jié)練習(xí)以及體現(xiàn)綜合強(qiáng)化功能的章練習(xí)．[1]”除此之外,課標(biāo)在學(xué)業(yè)水平測試試題編制、教材內(nèi)容安排等方面對情境設(shè)置都提出了相關(guān)要求．2019年頒布的《高考評價(jià)體系》中指出:“情境”即“問題情境”,是真實(shí)的問題背景,是以問題或任務(wù)中心構(gòu)成的活動場域;“情境活動”是人們在情境中所進(jìn)行的解決問題或完成任務(wù)的活動,情境和情境活動是高考評價(jià)體系中“四層四翼”的考查載體．[2]

可以看出,《新課標(biāo)》和《高考評價(jià)體系》在教學(xué)與評價(jià)方面對情境的重視程度極高．[3]《普通高中教科書物理必修第一冊》(以下簡稱必修1)正是根據(jù)《新課標(biāo)》要求編寫的新教材,教材作為直接課程資源與高考命題素材的重要來源,所提供的情境與涉及的情境活動在教學(xué)與考試等方面具有重要研究價(jià)值．

對于試題情境的研究現(xiàn)有論文大多集中在對情境本身或者情境與情境活動的相關(guān)程度上．情境與情境活動作為相互關(guān)聯(lián)的考查載體,前者提供了背景與主體,后者提供了思維障礙、任務(wù)以及關(guān)聯(lián)性描述．[4]所以,對于試題情境的研究不僅要研究情境和情境與情境活動之間的關(guān)聯(lián)性，還應(yīng)研究情境活動本身．

本文以人教版、魯科版以及滬科版3個(gè)版本的物理新教材必修1運(yùn)動學(xué)部分的習(xí)題為研究對象,[5-7]通過比較分析以期得出各版本習(xí)題情境的特點(diǎn)．

1 情境分析框架的構(gòu)建

根據(jù)“情境類型學(xué)”情境分析可從辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)3個(gè)角度分析評價(jià).本文基于情境類型學(xué)在分析已有研究框架[8-10]的基礎(chǔ)上,根據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)以及新課標(biāo)要求,對各參數(shù)的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行修訂與設(shè)計(jì)．

1.1 各參數(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)

辨別參數(shù)對試題情境的外部特征做出定性分析,不涉及問題的解決，分為情境來源、學(xué)科領(lǐng)域、期待的作業(yè)、情境開放程度這4個(gè)一級指標(biāo)．其中情境來源按照情境與學(xué)生的距離遠(yuǎn)近分為學(xué)校生活、社會生活以及科技生活．學(xué)生在學(xué)校接受科學(xué)教育,對于情境活動的完成而言,學(xué)校生活情境是學(xué)生最為熟悉的情境,它主要來源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及學(xué)科知識;社會生活包括日常生活和文化生活,是學(xué)生接觸較多的情境;科技生活以科技前沿知識為主,是離學(xué)生距離最遠(yuǎn)的情境,是學(xué)生最不熟悉的．

內(nèi)容參數(shù)反映的是情境活動的復(fù)雜程度,復(fù)雜程度由復(fù)雜性和復(fù)雜度兩個(gè)方面組成,其中復(fù)雜性通過情境活動所涉及的概念與規(guī)律數(shù)目以及是否涉及對態(tài)度的考查來反映;復(fù)雜化通過情境活動以及涉及的概念與規(guī)律的整合程度來體現(xiàn),分為問題間的獨(dú)立性以及數(shù)學(xué)技巧的使用這兩個(gè)方面．

裝扮參數(shù)反映了學(xué)生在面臨情境時(shí)遇到的障礙和得到的幫助,分為情境呈現(xiàn)方式和問題與情境的結(jié)合程度兩個(gè)方面．

對各參數(shù)一級指標(biāo)與二級指標(biāo)修改后得到的評估框架如表1所示．

表1 習(xí)題情境分析框架

1.2 選擇規(guī)則

下面以人教版必修1第17頁第2題為例,說明選擇規(guī)則．

(1) 習(xí)題.

平常說的“一江春水向東流”“地球的公轉(zhuǎn)”“鐘表的時(shí)針在轉(zhuǎn)動”“太陽東升西落”等,分別是說什么物體相對什么參考系在運(yùn)動?

(2) 選擇規(guī)則.

a. 本題一共涉及4個(gè)情境,前2個(gè)和最后1個(gè)為自然現(xiàn)象(a4),“鐘表的時(shí)針轉(zhuǎn)動”屬于社會生活情境(a3)．b. 在理解題意的過程中不需要其他學(xué)科的知識,所以4個(gè)情境都為單學(xué)科(b1)情境．c. 說明“什么物體相對什么參考系在運(yùn)動”期望學(xué)生提供解釋(c2)．d. 對于參考系的選取,答案是不唯一的,所以屬于開放性(d2)情境．e. 本題只考查了參考系這一個(gè)知識點(diǎn),涉及的概念與規(guī)律數(shù)為1(e1)．f. 本題的答案無法反映學(xué)生的態(tài)度(f2)．g. 本題只有一個(gè)問題(g3)．h. 不使用數(shù)學(xué)技巧(h2)．i. 情境呈現(xiàn)方式為文字(i1)．j. 在考慮什么物體相對于什么參考系運(yùn)動這一問題時(shí)．學(xué)生需要想象各情境并進(jìn)行分析,問題與情境的結(jié)合程度為結(jié)合(j3)．

2 3個(gè)版本教材習(xí)題情境比較分析

2.1 習(xí)題基本情況分析

本文主要對3個(gè)版本教材必修1運(yùn)動學(xué)部分(第1，2章)課堂練習(xí)題、節(jié)練習(xí)題、章練習(xí)題進(jìn)行分析．人教版、魯科版以及滬科版教材習(xí)題數(shù)目如表2所示．

表2 各版本習(xí)題與情境數(shù)目統(tǒng)計(jì)

從表2中可以看出,魯科版習(xí)題總量最大,每節(jié)習(xí)題分布較為均勻;人教版一題多問、一題多情境習(xí)題最多;滬科版習(xí)題多以一題一情境形式出現(xiàn)．人教版與滬科版將章練習(xí)分為A組和B組,魯科版的章末練習(xí)分成“科學(xué)認(rèn)知”、“科學(xué)辨析”、“科技交流”、“科學(xué)探究”、“溫故知新”等模塊(每章節(jié)練習(xí)根據(jù)需要設(shè)置部分模塊)．其中,“科學(xué)認(rèn)知”由選擇題與計(jì)算題組成;“科學(xué)辨析”為開放性問題;“科技交流”需要學(xué)生查找課外資料完成．除此之外,魯科版教材在第2章章末練習(xí)后附有單元自我檢測,測試學(xué)生第1章與第2章內(nèi)容的掌握情況,并要求學(xué)生完成單元自我評價(jià),以報(bào)告的形式提交,旨在提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．課堂習(xí)題只出現(xiàn)于部分章節(jié),其欄目名稱、章節(jié)分布以及考查的概念或規(guī)律如表3所示．

表3 各版本課堂習(xí)題基本情況

從表3可以看出,課堂練習(xí)題只在3～5節(jié)內(nèi)容中出現(xiàn)且題數(shù)不同,滬科版的課堂習(xí)題最多,3個(gè)版本的習(xí)題中都包含對質(zhì)點(diǎn)以及速度-時(shí)間圖像理解與應(yīng)用的考查,這也反映出理想模型的構(gòu)建與數(shù)形結(jié)合思想在高中物理運(yùn)動學(xué)部分的重要性．

在情境分析框架的各二級指標(biāo)中由于分析主體不同,所以,在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)每一指標(biāo)所對應(yīng)的總量不同．辨別參數(shù)中情境范圍(a)和學(xué)科領(lǐng)域(b)僅僅涉及情境本身,所以總體為習(xí)題中出現(xiàn)的所有情境數(shù);期待的作業(yè)(c)和情境開放程度(e)在每一個(gè)問題中都有所不同,以總問題數(shù)為總體;內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)反映出的是習(xí)題的總體特征,以整道習(xí)題為單位．根據(jù)情境分析框架,各版本高中物理新教材必修1運(yùn)動學(xué)部分習(xí)題情境各指標(biāo)情境如圖1、圖2和圖3所示．

2.2 辨別參數(shù)比較分析

辨別參數(shù)由情境來源、學(xué)科領(lǐng)域、期待的作業(yè)以及開放性4部分組成．從圖1可以看出,3個(gè)版本的習(xí)題情境主要來源于社會生活與學(xué)校生活,也就是與學(xué)生距離較近、學(xué)生較為熟悉的情境．其中人教版、魯科版和滬科版教材習(xí)題的社會生活情境占比分別為43.75%、53.06%和55.41%．對于“科技前沿”情境,新教材增加了近幾年的科技成果,如殲-20飛機(jī)、嫦娥三號、神州十一號與天宮二號對接、ETC等．

(a) 情境來源； (b) 學(xué)科領(lǐng)域；(c) 期待的作業(yè)； (d)開放性

習(xí)題情境多為物理學(xué)科的情境,但也有少部分內(nèi)容涉及跨學(xué)科知識．滬科版教材在課堂習(xí)題中設(shè)置語文、地理與數(shù)學(xué)情境,考查學(xué)生對參考系以及質(zhì)點(diǎn)的理解．人教版教材中以故事和古詩詞為情境考查學(xué)生對運(yùn)動、靜止以及參考系的理解;以田徑比賽為情境要求學(xué)生結(jié)合比賽規(guī)則區(qū)分路程與位移這兩個(gè)概念．魯科版教材中設(shè)置歌詞、寓言以及生物情境分別考查學(xué)生對質(zhì)點(diǎn)、平均速度與瞬時(shí)速度以及加速度與平均速度的理解與應(yīng)用．

3個(gè)版本的習(xí)題都以代數(shù)計(jì)算和選擇判斷為主．開放性的題目主要包括聯(lián)系實(shí)際舉例說明對某個(gè)概念的理解、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、編制習(xí)題、撰寫科技論文與實(shí)驗(yàn)報(bào)告、繪制章節(jié)概念圖等,其中要求學(xué)生舉例提供解釋的習(xí)題最多．魯科版教材的開放性習(xí)題形式最為多樣,例如章練習(xí)中的“科學(xué)辨析”模塊要求學(xué)生比較汽車測速方法;“科技交流”模塊涉及跨學(xué)科情境,要求學(xué)生查閱資料舉例說明耐力和爆發(fā)力好的動物,并分析這些特性對動物的幫助．

2.3 內(nèi)容參數(shù)比較分析

內(nèi)容參數(shù)包括涉及的概念與規(guī)律數(shù)、態(tài)度、問題間獨(dú)立性以及數(shù)學(xué)技巧使用4個(gè)二級指標(biāo)．從圖2可以看出3個(gè)版本教材以單題考查1～2個(gè)概念或規(guī)律為主,且比例大致相等．考查多于3個(gè)概念或規(guī)律的習(xí)題多分布在章練習(xí)的B組習(xí)題中．

(e) 涉及的概念與規(guī)律數(shù)； (f) 態(tài)度；

魯科版教材習(xí)題對于學(xué)生態(tài)度的考查最多,考查了學(xué)生對于高空墜物、珍惜時(shí)間等問題的看法;滬科版在對話情境以及對伽利略實(shí)驗(yàn)討論的習(xí)題中涉及對態(tài)度的考查;人教版在兩道跨學(xué)科情境習(xí)題中分別考查了學(xué)生對運(yùn)動和靜止的態(tài)度以及對于體育規(guī)則的態(tài)度．

人教版和魯科版中設(shè)置一個(gè)問題的習(xí)題占46.88%和52.75%,滬科版達(dá)72.60%．人教版教材中問題間獨(dú)立的習(xí)題較多,表現(xiàn)為每小問只考查一個(gè)概念或規(guī)律;魯科版教材中問題間有關(guān)聯(lián)習(xí)題比例較大,人教版和滬科版問題間獨(dú)立與有關(guān)聯(lián)比例大致相同．

對于數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用,主要考查學(xué)生運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想從速度-時(shí)間圖像和位移-時(shí)間圖像中獲取信息以及將比例知識應(yīng)用于證明勻加速直線運(yùn)動的規(guī)律．

2.4 裝扮參數(shù)比較分析

裝扮參數(shù)包括情境呈現(xiàn)方式以及問題與情境結(jié)合程度兩個(gè)二級指標(biāo)．從圖3可以看出,以純文本內(nèi)容呈現(xiàn)的習(xí)題最多,魯科版和人教版純文本情境過半,滬科版占72%．人教版習(xí)題沒有單純以圖片呈現(xiàn)的情境,且所配圖片大多起到幫助學(xué)生理解題意或者建構(gòu)物理模型的作用,航空母艦和嫦娥3號的圖片是為了豐富學(xué)生對我國科技前沿的了解而設(shè)置的,并不包含有助于解題的關(guān)鍵信息．魯科版和滬科版教材習(xí)題都有單純以圖片呈現(xiàn)的情境,需要學(xué)生從圖片上獲取信息．“文字+圖片”或“文字+圖表”呈現(xiàn)的情境占比基本相同,其中表格內(nèi)容大多以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)給學(xué)生,主要考查學(xué)生閱讀圖表和數(shù)據(jù)處理的能力．以“文字+圖片+圖表”呈現(xiàn)的題目多出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)題中．

(i) 情境呈現(xiàn)方式; (j) 問題與情境結(jié)合程度

在問題與情境的結(jié)合程度方面,3個(gè)版本教材的習(xí)題情境都以嵌入為主,情境的描述只是簡單地把物理模型換成實(shí)物,例如把“質(zhì)點(diǎn)”換成了“汽車”或是“列車”,學(xué)生在提取關(guān)鍵信息時(shí)幾乎沒有困難;情境與問題分離的習(xí)題多以物理知識為情境;情境與問題結(jié)合程度較高的題目多分布在對于質(zhì)點(diǎn)與參考系的考查以及綜合題中．

3 結(jié)果與討論

通過從辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)3個(gè)角度,情境來源、問題與情境結(jié)合程度以及呈現(xiàn)方式等10個(gè)一級指標(biāo)對高中物理新教材必修1運(yùn)動學(xué)部分習(xí)題情境的分析,可以看出3個(gè)版本教材的習(xí)題情境有一些共性也有自己的特點(diǎn)．

3.1 共同特點(diǎn)

3個(gè)版本習(xí)題情境的共同特點(diǎn)為:情境設(shè)置以社會生活為主,大多為單學(xué)科情境,期待的作業(yè)主要以選擇判斷和代數(shù)計(jì)算這兩類封閉性習(xí)題為主;單題大多考查1～個(gè)知識點(diǎn);稍有涉及態(tài)度的習(xí)題;對于數(shù)學(xué)技巧的考查主要集中在比例與數(shù)形結(jié)合思想的運(yùn)用;情境多以文字形式呈現(xiàn),與問題的結(jié)合形式以嵌入為主,體現(xiàn)出教材習(xí)題的基礎(chǔ)性．

3.2 3個(gè)版本教材習(xí)題情境特點(diǎn)

在情境設(shè)置方面,人教版和滬科版教材以學(xué)科知識與建模為背景的習(xí)題占比較大(28%),這也反映出兩者情境與問題結(jié)合度較低．從情境數(shù)目與習(xí)題總數(shù)的比較可以看出,人教版提供的情境最豐富,一題多情境的現(xiàn)象最多,而滬科版與魯科版大多數(shù)習(xí)題只有一個(gè)情境．

在期待的作業(yè)方面,魯科版教材作業(yè)類型多樣,在章末測試中設(shè)置多道要求學(xué)生查閱資料完成的習(xí)題．其中,撰寫科技小論文和實(shí)驗(yàn)報(bào)告對學(xué)生來說具有一定挑戰(zhàn)性,考查了科學(xué)語言的運(yùn)用以及書面表達(dá)能力．

在問題的獨(dú)立性方面,滬科版教材習(xí)題中一題一問的比例最高,人教版一題多問,各問題間獨(dú)立的情況最多,表現(xiàn)出在一個(gè)情境中考查不同概念與規(guī)律的特點(diǎn)．

在情境呈現(xiàn)方式方面,人教版與魯科版教材習(xí)題圖片較多;滬科版教材圖片相對較少,圖表占比與人教版持平,圖像與表格起到了培養(yǎng)學(xué)生使用科學(xué)方法記錄與處理數(shù)據(jù)的作用．同時(shí),人教版和滬科版中都出現(xiàn)了日常對話情境,體現(xiàn)了物理與生活實(shí)際的聯(lián)系．

在問題與情境的結(jié)合程度方面,魯科版和人教版結(jié)合程度為嵌入和結(jié)合的習(xí)題占比都在40%左右,滬科版結(jié)合程度為嵌入的習(xí)題較多．

總體而言,人教版教材習(xí)題具有以多情境考查單個(gè)概念或規(guī)律和單個(gè)情境考查多個(gè)規(guī)律或概念相結(jié)合的考查特點(diǎn);魯科版教材習(xí)題情境呈現(xiàn)方式多樣、作業(yè)類型較多;滬科版教材習(xí)題難度循序漸進(jìn),以純文字形式呈現(xiàn)情境比例較大,對學(xué)生的物理觀念以及數(shù)形結(jié)合思想的考查比較充分．

3.3 討論與總結(jié)

新教材習(xí)題中加入近幾年的科技前沿作為情境,體現(xiàn)出教材的時(shí)代性．從側(cè)重銜接或是階段總結(jié)作用的課堂習(xí)題,到以鞏固知識為主要目的的節(jié)練習(xí)再到注重知識整合的章練習(xí),這一循序漸進(jìn)的習(xí)題設(shè)置方式更加科學(xué),且習(xí)題難度與數(shù)目的增加更能滿足教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的需要,更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,體現(xiàn)了教材的科學(xué)性與適應(yīng)性．同時(shí),無論是人教版的豐富情境還是魯科版多樣的作業(yè)類型都體現(xiàn)出教材的創(chuàng)新與各自的特色,滬科版的日常對話情境以及古詩文和物理學(xué)史故事更體現(xiàn)出人文關(guān)懷,這些都有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展與形成．