中美高中物理主流教材例題比較分析

何彬淇 王歡

關(guān)鍵詞：中美教材：高中物理;例題：教材比較

1引言

1.1研究問(wèn)題

本文主要研究中美高中物理教材在例題呈現(xiàn)方式上的異同點(diǎn)，例如：在題干中是傾向于直接給出物理模型還是通過(guò)對(duì)真實(shí)情境的描述讓學(xué)生主動(dòng)去建構(gòu)物理模型？例題是否給出配圖以使問(wèn)題更加形象與直觀？例題的難度水平是否一致？另外，例題與習(xí)題最大的不同在于教材給出了例題的解答過(guò)程，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是解題方法的示范，那么中美教材的例題在解答過(guò)程中又有什么樣的不同呢？例題解答過(guò)程的環(huán)節(jié)設(shè)置，解答過(guò)程中符號(hào)與語(yǔ)言的占比情況等，都值得我們?nèi)シ治觥?/p>

1.2研究目的與意義

在實(shí)際教學(xué)中，相較于教材中的習(xí)題而言，教師和學(xué)生對(duì)教材例題的利用率更高;且例題的解答過(guò)程是由教材給出的，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，是解題的參考與規(guī)范。因此，有必要對(duì)例題的呈現(xiàn)形式提出更高的要求。通過(guò)對(duì)比分析中美教材的例題，可以在一定程度上發(fā)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)行教材在例題設(shè)置上的一些優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)教材例題的優(yōu)化提出切實(shí)可行的建議。

1.3研究方法

本文主要采用文本分析法，分別選取中美兩國(guó)高中物理主流教材為研究樣本：人民教育出版社于2019年出版的普通高中教科書(shū)《物理》和美國(guó)麥格勞一希爾公司于2008年出版的高中物理教材《物理：原理與問(wèn)題》（Physics：Principles andProblems），為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在下文中分別稱這兩套教材為人教版教材和美國(guó)教材。

在對(duì)例題進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，選取“機(jī)械能”部分的相關(guān)內(nèi)容，主要分為兩個(gè)方面：第一，從情境設(shè)置、插圖使用情況和題目難度三個(gè)方面對(duì)題干進(jìn)行對(duì)比分析;第二，從符號(hào)與語(yǔ)言的占比、環(huán)節(jié)設(shè)置兩個(gè)方面對(duì)例題的解答過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析。

1.4研究現(xiàn)狀

在對(duì)我國(guó)教材例題的研究中，樊蕾?gòu)睦}設(shè)置的數(shù)量、類型、情境來(lái)源、信息呈現(xiàn)方式以及解題過(guò)程這幾個(gè)方面分析了人教版高中物理教材的特征，并依據(jù)分析結(jié)果提出應(yīng)適當(dāng)增加題目的開(kāi)放性與綜合性等建議。

在對(duì)中美高中物理主流教材例題的研究中，李亞飛對(duì)中美教材例題習(xí)題進(jìn)行了對(duì)比，得出了入教版教材例題含“科技應(yīng)用”背景的較多，美國(guó)教材例題以“純知識(shí)”背景為主：人教版教材例題重視分析解題思路，整體文字表述較多，美國(guó)教材例題的解答模式固定，解答步驟清晰完整：人教版教材例題的綜合難度高于美國(guó)教材。李蕾?gòu)睦}標(biāo)題、物理過(guò)程分析、物理解題格式、檢驗(yàn)反思、數(shù)學(xué)手冊(cè)5個(gè)方面對(duì)中美高中物理教材例題的呈現(xiàn)方式進(jìn)行了比較研究，得出美國(guó)教材更注重教育心理學(xué)成果，更加顯化科學(xué)方法教育，并對(duì)我國(guó)教材的優(yōu)化提出了建議。胡東明比較分析了中美高中物理教材中“動(dòng)量”部分例題的共同點(diǎn)與不同點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)教材提出了注重例題解答過(guò)程中的物理意義、重視解題前對(duì)題目的分析和概括、增加解題后對(duì)結(jié)果的分析步驟等建議。

在上述研究的基礎(chǔ)上，筆者選取我國(guó)新版高中物理教材，對(duì)中美兩版教材中“機(jī)械能”部分的例題展開(kāi)分析，以期對(duì)我國(guó)教材例題的優(yōu)化設(shè)置提供參考。

2理論基礎(chǔ)

2.1建構(gòu)主義

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的情境性，強(qiáng)調(diào)把所學(xué)的知識(shí)與一定的真實(shí)性任務(wù)掛鉤，提倡在教學(xué)中使用真實(shí)性任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)一定的合作來(lái)解決情境性問(wèn)題，以此建構(gòu)起能靈活遷移應(yīng)用的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。因此，例題中如果能以真實(shí)的情境作為問(wèn)題背景，讓學(xué)生意識(shí)到物理知識(shí)價(jià)值的同時(shí)，能夠加深他們對(duì)知識(shí)的理解，提高解決問(wèn)題的能力。

建構(gòu)主義認(rèn)為，在知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者以原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)來(lái)同化新知識(shí)，且同化過(guò)程涉及到感知、判斷、推理、記憶等一系列復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)：隨著新知識(shí)的同化，原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)會(huì)因?yàn)樾轮R(shí)的納入而發(fā)生調(diào)整或改組，即知識(shí)的順應(yīng)。在做題過(guò)程中，學(xué)生的認(rèn)知在不斷地發(fā)生同化與順應(yīng)，例題的解答過(guò)程可以反映出感知、判斷、推理等認(rèn)知過(guò)程，若例題的解答過(guò)程能將這些復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程條理清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，將非常有利于學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)。

2.2修訂后的布盧姆認(rèn)知分類

分類學(xué)有助于更好地規(guī)定課程目標(biāo)，使學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的安排與評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備容易些。修訂后的布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類包括了從低級(jí)到高級(jí)的六類認(rèn)知過(guò)程，分別是記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造，這六個(gè)認(rèn)知水平的含義如表1所示。其中，記憶與保持是最緊密相關(guān)的，其他五類逐漸增加了與遷移的關(guān)聯(lián)性。對(duì)例題難度水平進(jìn)行劃分，能夠更好地對(duì)例題的設(shè)置進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出有依據(jù)的優(yōu)化建議。

3例題分析

筆者從例題的題干和例題的解答過(guò)程兩個(gè)方面對(duì)中美教材進(jìn)行對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)中美教材在例題編制上有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)我國(guó)教材例題的優(yōu)化設(shè)置提出改進(jìn)建議。在分析題干時(shí)，從題目涉及的情境、所配的插圖和難度水平三個(gè)方面展開(kāi)：在分析解答過(guò)程時(shí)，從解答環(huán)節(jié)的設(shè)置和解答過(guò)程中符號(hào)與語(yǔ)言的占比情況展開(kāi)。

在分析題干與解答過(guò)程之前，首先從中美教材“機(jī)械能”部分中各選取了一個(gè)例題進(jìn)行展示，以便讀者對(duì)中美教材例題題干和解答過(guò)程的呈現(xiàn)方式有一個(gè)直觀的印象。

3.1例題展示

在人教版教材和美國(guó)教材中各選取了一個(gè)例題，這兩個(gè)例題都考查了學(xué)生對(duì)功的概念的理解以及功的計(jì)算的應(yīng)用水平，具有一定的對(duì)比性。

3.1.1人教版教材例題

一個(gè)質(zhì)量為150 kg的雪橇，受到與水平方向成37。度斜向上方的拉力，大小為500 N，在水平地面上移動(dòng)的距離為5m。地面對(duì)雪橇的阻力為100 N，cos37。=0.8。求各力對(duì)雪橇做的總功。

分析雪橇的運(yùn)動(dòng)方向及有關(guān)受力情況如圖1所示。拉力F可以分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力，豎直方向的分力E、支持力Fx和重力G與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功。所以各力對(duì)雪橇做的總功為拉力的水平分力Fx和阻力F阻所做的功的代數(shù)和。

3.1.2美國(guó)教材例題

力與位移成一角度，一船員在岸邊拉著繩索，使小船沿著碼頭前進(jìn)了30.0 m的距離，已知拉繩與水平面夾角成25.0。。如果船員施加于拉繩上的力為255 N，那么他對(duì)小船做了多少功？

（1）分析概括問(wèn)題

①建立坐標(biāo)軸。

②作出表示小船初始條件的示意圖（圖2）。

③畫(huà)出矢量圖，表明力以及力在位移方向上的分量。

已知：F=255 N，d=30.0 m，0=25.0。;未知：w

（2）求解未知量

利用與位移成一角度的力的做功公式

W=Fdcos0=255 Nx30.0mxcos25.00=6.93x103 J

（3）驗(yàn)證答案

①單位是否正確？功是以J來(lái)量度的。

②符號(hào)是否有意義？船員對(duì)小船做了功，所以用正的數(shù)值表示功是正確的。

3.2例題題干分析與建議

對(duì)中美教材“機(jī)械能”部分的例題題干進(jìn)行分析，并對(duì)例題數(shù)量、所處章節(jié)、涉及的生活情境、插圖情況、例題題型和難度水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到人教版教材和美國(guó)教材“機(jī)械能”部分例題統(tǒng)計(jì)表，分別如表2、表3所示。

3.2.1情境分析與建議

根據(jù)表2可知，人教版教材的5個(gè)例題中，有4個(gè)例題以生活情境為背景，涉及到的情境有雪橇滑行、發(fā)動(dòng)機(jī)工作、飛機(jī)滑跑和打夯：還有1個(gè)例題沒(méi)有涉及到生活情境，而是直接展示了“繩一球”模型，讓學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。根據(jù)表3可知，美國(guó)教材的6個(gè)例題全部都以生活情境為背景，涉及到的情境有冰球滑行、碼頭拉船、電梯上升、舉保齡球、樹(shù)枝掉落和汽車追尾。

對(duì)比中美教材例題可以知道，兩版教材都有較強(qiáng)的“通過(guò)真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)問(wèn)題背景”的意識(shí)，但是美國(guó)教材中體現(xiàn)出來(lái)的對(duì)情境的重視程度要高于人教版教材。通過(guò)對(duì)生活中真實(shí)問(wèn)題的解決，可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)的價(jià)值，提高他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。真實(shí)的情境往往需要學(xué)生自主建構(gòu)物理模型，有利于學(xué)生發(fā)生知識(shí)的遷移。因此，建議在編制教材例題的過(guò)程中，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)真實(shí)情境的重視。

3.2.2插圖分析與建議

例題中總是有題干情境和解答分析過(guò)程出現(xiàn)在同一幅圖片中的情況（例如圖2），因此難以將題干中出現(xiàn)的插圖和解答過(guò)程中出現(xiàn)的示意圖進(jìn)行劃分，所以文章在分析例題插圖時(shí)，同時(shí)對(duì)題干和解答過(guò)程中出現(xiàn)的圖片進(jìn)行分析。

由表2可知，人教版教材的5個(gè)例題中，有2個(gè)例題的插圖以“模型圖”的形式呈現(xiàn)，有1個(gè)例題的插圖以“情境圖”的形式呈現(xiàn)，有1個(gè)例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現(xiàn)，還有1個(gè)例題沒(méi)有任何配圖。由表3可知，美國(guó)教材的6個(gè)例題全部都有插圖，其中有4個(gè)例題的插圖以“情境圖”的形式呈現(xiàn)，還有2個(gè)例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現(xiàn)。

例題題干中的插圖可以使問(wèn)題情境直觀化、形象化：解題過(guò)程中用于分析的模型圖或原理圖可以使解題的邏輯更加清晰。通過(guò)中美教材對(duì)比可知，人教版教材例題在模型化的插圖上做得較好，善于利用模型圖幫助學(xué)生分析題目背后物理量之間的邏輯關(guān)系。不過(guò)在情境化的插圖上略有不足，雖然不是一味地要求每個(gè)例題都必須配有情境圖，但是應(yīng)該盡量給題干所描繪的情境配以相應(yīng)的插圖，如果能用寫(xiě)實(shí)的圖片來(lái)配合文字描述，可以更加清晰地刻畫(huà)出問(wèn)題情境。

3.2.3難度分析與建議

依據(jù)修訂后的布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類學(xué)，對(duì)例題的難度進(jìn)行分析。對(duì)比表2和表3可知，無(wú)論是人教版教材中的例題還是美國(guó)教材中的例題，幾乎都處于“應(yīng)用”水平，只有美國(guó)教材的第6個(gè)例題對(duì)學(xué)生的分析能力具有一定的要求，將其劃分為“分析”水平。

根據(jù)對(duì)中美教材難度的分析，無(wú)論是人教版教材還是美國(guó)教材，例題難度水平都較為單一，基本處于應(yīng)用水平;且題型較為單一，都是計(jì)算題。因此，建議在編制教材例題的時(shí)候可以涉及多種題型，除了選擇、判斷、計(jì)算等封閉式的題型，還可以編人探究題、活動(dòng)題等開(kāi)放式的題型。與此同時(shí)，建議將例題的難度水平階梯化，以滿足不同層次學(xué)生的需求。

3.3例題解答分析與建議

3.3.1環(huán)節(jié)對(duì)比與建議

由“例題展示”部分可得知，人教版教材例題的解答過(guò)程主要分為“分析”和“解”兩大部分;美國(guó)教材例題的解答過(guò)程分為“分析概括問(wèn)題”“求解未知量”和“驗(yàn)證答案”三個(gè)部分。對(duì)比中美教材解答過(guò)程中的環(huán)節(jié)設(shè)置情況可知，人教版教材的“分析”環(huán)節(jié)和美國(guó)教材的“分析概括問(wèn)題”環(huán)節(jié)功能幾乎一致，可一一對(duì)應(yīng)：人教版教材的“解”環(huán)節(jié)和美國(guó)教材的“求解未知量”環(huán)節(jié)功能幾乎一致，可一一對(duì)應(yīng)：最主要的區(qū)別在于美國(guó)教材多了“驗(yàn)證答案”環(huán)節(jié)。

檢驗(yàn)反思環(huán)節(jié)是對(duì)學(xué)生批判性思維的引導(dǎo)，使學(xué)生有目的、白我調(diào)節(jié)地判斷，并且這種判斷存在于對(duì)證據(jù)、概念、方法、標(biāo)準(zhǔn)或背景進(jìn)行解讀、分析、評(píng)價(jià)、推論和解釋中。檢驗(yàn)環(huán)節(jié)有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，可以提高學(xué)生思維的證據(jù)意識(shí)和思維的縝密性，因此建議編制教材例題時(shí)，在解答過(guò)程增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。

3.3.2符號(hào)與語(yǔ)言占比分析與建議

在求解過(guò)程中，中美教材的符號(hào)與語(yǔ)言占比情況比較接近，都使用了大量的數(shù)學(xué)符號(hào)和物理符號(hào)進(jìn)行解題。不同的是人教版教材在分析環(huán)節(jié)通過(guò)大量的語(yǔ)言對(duì)題目中物理量之間的關(guān)系進(jìn)行描述與分析，符號(hào)占比極少;而美國(guó)教材在分析環(huán)節(jié)中語(yǔ)言與符號(hào)的占比相當(dāng)，且語(yǔ)言描述明顯少于人教版教材。

筆者認(rèn)為，在這一部分人教版教材做得較好。語(yǔ)言描述自然有它的缺點(diǎn)，沒(méi)有符號(hào)來(lái)得更加直觀與簡(jiǎn)明。較多的語(yǔ)言描述雖然略顯噦嗦，但是在分析階段，為了把物理量之間的復(fù)雜關(guān)系描述清楚，需要借助較多的語(yǔ)言描述來(lái)達(dá)到這一效果。

4結(jié)論與啟示

文章對(duì)中美主流物理教材“機(jī)械能”部分的例題展開(kāi)了對(duì)比研究。從情境、插圖和難度三個(gè)方面對(duì)例題題干進(jìn)行了分析，從環(huán)節(jié)設(shè)置和符號(hào)與語(yǔ)言的占比兩個(gè)方面對(duì)例題的解題過(guò)程進(jìn)行了分析。

在對(duì)例題題干的分析中，發(fā)現(xiàn)人教版教材“通過(guò)真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)問(wèn)題背景”的意識(shí)不夠強(qiáng)，情境化的插圖略顯不足，例題難度都處于應(yīng)用水平，題型單一，因此對(duì)我國(guó)教材例題編制提出要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)真實(shí)情境的重視、增加情境化的插圖、避免難度水平過(guò)于集中、豐富題目類型等建議。

在對(duì)例題解題過(guò)程的分析中，發(fā)現(xiàn)人教版教材例題的解答過(guò)程缺少檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，提出了增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的建議。在符號(hào)與語(yǔ)言占比情況的分析中，發(fā)現(xiàn)人教版教材編制得較好，能夠把物理量之間的復(fù)雜關(guān)系描述清楚。