高中物理教科書主題內(nèi)容靜態(tài)難度比較分析及啟示

劉成欣　錢長炎　李林靜

摘? ?要：“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”在高中物理基礎(chǔ)知識中屬于難點(diǎn)內(nèi)容，對5版高中物理教科書相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行靜態(tài)難度分析，有利于對教科書相應(yīng)內(nèi)容的理解。通過借鑒并改進(jìn)已有的教科書內(nèi)容靜態(tài)難度分析方法，從知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展維度對高中物理代表性教科書在該主題內(nèi)容的靜態(tài)難度進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，該主題內(nèi)容的相對難度為：教科版>滬科教版>魯科版>人教版>粵教版。整體上，魯科版難度合理;知識維度，魯科版和教科版難度合理;實(shí)驗(yàn)維度，人教版和滬科教版難度合理;習(xí)題維度，魯科版難度合理;擴(kuò)展維度，魯科版、粵教版和教科版難度合理。這些結(jié)果對高中物理教科書相應(yīng)內(nèi)容的修訂以及教師教學(xué)都有參考意義。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)難度;高中物理教科書;機(jī)械振動(dòng);機(jī)械波

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）6-0019-4

隨著我國高中物理課程改革的不斷推進(jìn)，高中物理課程結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。選擇性必修課程難度問題引起了廣大物理教育研究者和高中物理教師的高度關(guān)注。對5版高中物理教科書選擇性必修模塊相關(guān)主題內(nèi)容的靜態(tài)難度分析，既關(guān)乎到高中物理課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，又對選擇性必修課程內(nèi)容的難度設(shè)置有所啟發(fā)。

教科書的靜態(tài)難度受廣度與深度的影響。廣度即教科書的容量，由教科書內(nèi)容的數(shù)量所決定;深度即教科書的層次，由教科書內(nèi)容的水平層次和數(shù)量共同決定。本文通過對“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容的知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展維度的廣度與深度的量化比較，反映該主題內(nèi)容的平均深度和難度，以期為教科書相應(yīng)內(nèi)容的修訂和教學(xué)實(shí)施提供一些思路。

1? ? “機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容特點(diǎn)和要求

“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容綜合運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和機(jī)械能守恒知識，解決特殊運(yùn)動(dòng)及能量傳播問題。該主題內(nèi)容既是對必修課程知識的綜合應(yīng)用和提升，又與選擇性必修課程知識相關(guān)聯(lián)。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對該主題內(nèi)容的界定[1]，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1，該主題是從機(jī)械振動(dòng)的兩種運(yùn)動(dòng)形式和機(jī)械波的主要屬性和現(xiàn)象來闡述相關(guān)內(nèi)容。其中，課程標(biāo)準(zhǔn)對該主題內(nèi)容具體知識認(rèn)知水平的劃分如表1所示。

由表1可知，該主題內(nèi)容不僅需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)認(rèn)識簡諧運(yùn)動(dòng)、受迫振動(dòng)以及波動(dòng)等日常生活難以被學(xué)生感知的現(xiàn)象，而且需要通過分析和推理掌握彈簧振子、單擺等簡諧運(yùn)動(dòng)模型的本質(zhì)特征，并且能夠運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及機(jī)械能等相關(guān)知識對振動(dòng)和波動(dòng)的圖像進(jìn)行描述[2]。然而，各版教科書對該內(nèi)容的編排與課程標(biāo)準(zhǔn)的要求有所差異，這是造成各版教科書難度不同的主要原因。其中，人民教育出版社出版的教科書[3]（以下簡稱人教版）注重學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，以較多的演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)[4];山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的教科書[5]（以下簡稱魯科版）注重彈性，將提高性知識以擴(kuò)展維度呈現(xiàn)出來，兼顧各種水平層次的學(xué)生;上海科技教育出版社出版的教科書[6]（以下簡稱滬科教版）注重探究，以實(shí)驗(yàn)探究為引領(lǐng)，將概念和規(guī)律的運(yùn)用與實(shí)踐相結(jié)合[7];廣東教育出版社出版的教科書[8]（以下簡稱粵教版）注重基礎(chǔ)，以概念和規(guī)律為學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容;教育科學(xué)出版社出版的教科書[9]（以下簡稱教科版）注重邏輯結(jié)構(gòu)，概念與規(guī)律之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

通過對5版高中物理教科書在該內(nèi)容靜態(tài)難度的比較分析，我們對這些教科書的特點(diǎn)將會(huì)有更為清晰的認(rèn)識。

2? ? “機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容的靜態(tài)難度比較分析

結(jié)合對課程標(biāo)準(zhǔn)以及5版高中物理教科書的研究，根據(jù)教科書難度分析方法，通過對該主題內(nèi)容的知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展維度以及整體進(jìn)行靜態(tài)難度分析，進(jìn)而對教科書在該主題內(nèi)容的編寫提出建議。

2.1? ? 靜態(tài)難度分析方法的改進(jìn)

關(guān)于物理教科書的難度分析已經(jīng)有了相對合理的方法[10]，但教科書主題內(nèi)容的難度分析需要在教科書難度分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合主題內(nèi)容的特點(diǎn)與要求作出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，才能得出具有說服力的結(jié)果。圖2為“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”內(nèi)容的靜態(tài)難度分析方法。

首先，依據(jù)各個(gè)維度層次劃分標(biāo)準(zhǔn)對該內(nèi)容進(jìn)行層次劃分量化處理;其次，利用圖2中的公式計(jì)算出知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展維度的廣度與深度（其中，廣度為三個(gè)層次的廣度之和，深度為各層次的深度值與廣度的乘積之和），再根據(jù)四個(gè)維度的結(jié)果獲得該主題內(nèi)容整體的廣度與深度;最后，利用平均深度和難度計(jì)算公式對各維度以及整體的難度進(jìn)行分析。

考慮到習(xí)題的廣度和深度遠(yuǎn)大于其他維度，對教科書的難度分析存在絕對影響，故有研究者提出排除習(xí)題維度對教科書的難度進(jìn)行分析[11]。借鑒相關(guān)研究[12]，我們認(rèn)為在習(xí)題維度前設(shè)置加權(quán)系數(shù)，既可以消除習(xí)題對教科書難度的絕對影響，又能夠反映教科書的整體難度。因此，將整體難度的廣度與深度計(jì)算改進(jìn)為圖2的最終形式（為了使習(xí)題維度的廣度與深度和其他維度的廣度與深度在同一度量，α一般取0.15～0.3，本文α取0.2）。

2.2? ? 靜態(tài)難度分析的結(jié)果

根據(jù)上述“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”內(nèi)容難度分析方法，對5版高中物理教科書在知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展維度的難度分析結(jié)果如表2所示。

在知識維度方面，5版教科書的平均深度都較大，具有“窄而深”的取向，符合選擇性必修課程的設(shè)置要求。其中，人教版和粵教版將知識劃分得較細(xì)，知識與知識之間缺乏邏輯性和關(guān)聯(lián)性;滬科教版對“惠更斯原理”等知識的要求脫離了課程標(biāo)準(zhǔn)，使其難度增加。教科書的編寫在符合課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)注意物理知識邏輯，幫助學(xué)生形成概念與概念之間的聯(lián)系，促進(jìn)物理知識體系的構(gòu)建[13]。此維度，魯科版和教科版難度合理。

在實(shí)驗(yàn)維度方面，5版教科書的平均深度均較小，演示實(shí)驗(yàn)較多，而缺乏探究性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。其中，教科版將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以單獨(dú)板塊呈現(xiàn)，使得實(shí)驗(yàn)與知識相脫離;魯科版和粵教版的實(shí)驗(yàn)廣度相對較低。教科書應(yīng)均衡演示實(shí)驗(yàn)與探究實(shí)驗(yàn)的比重，凸顯實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)性和啟發(fā)性，從而提升學(xué)生的自主探究能力[14]。此維度，人教版和滬科教版難度合理。

在習(xí)題維度方面，5版教科書的廣度、深度以及平均深度均較大，說明其克服了習(xí)題數(shù)量偏少、類型單一以及梯度設(shè)置不合理等問題[15]。其中，粵教版?zhèn)戎赜趯χR的簡單應(yīng)用;人教版、滬科教版和教科版?zhèn)戎赜趯χR的應(yīng)用和思維能力的培養(yǎng);魯科版?zhèn)戎赜趯献髂芰εc動(dòng)手能力的培養(yǎng)。教科書的習(xí)題設(shè)計(jì)應(yīng)在符合學(xué)生的學(xué)業(yè)水平要求的基礎(chǔ)上，與高考的核心功能以及“四層”“四翼”的要求相契合[16]，通過層次性的設(shè)計(jì)改變教師以及學(xué)生對課外輔導(dǎo)資料的依賴[17]。此維度，魯科版難度合理。

在擴(kuò)展維度方面，5版教科書的廣度、深度以及平均深度差異較大，說明教科書對擴(kuò)展內(nèi)容的范圍理解不同。其中，人教版和滬科教版的擴(kuò)展內(nèi)容以開闊學(xué)生視野為主，多是對日常生活中的一些物理現(xiàn)象和物理規(guī)律應(yīng)用的簡單介紹;魯科版、粵教版和教科版不僅僅是對物理現(xiàn)象的介紹，更關(guān)注與高中物理知識緊密相關(guān)的物理概念以及物理模型的建立，更注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)探究的能力。教科書的擴(kuò)展應(yīng)既與生活相切合，又要為學(xué)生補(bǔ)充較為復(fù)雜的物理模型。畢竟，能否提供多種閱讀水平的讀物，也是評判教科書的標(biāo)準(zhǔn)之一[18]。此維度，魯科版、粵教版和教科版難度合理。

通過上述分析，不僅對5版教科書在該主題內(nèi)容的特點(diǎn)有了清晰的認(rèn)識，也凸顯出對教科書整體的廣度與深度分析方法改進(jìn)的必要性。利用圖2中的改進(jìn)方法對該主題內(nèi)容進(jìn)行整體靜態(tài)難度分析，結(jié)果如表3所示。

通過對5版教科書“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”內(nèi)容整體難度以及課程標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)內(nèi)容的要求的分析可知，人教版和粵教版較課程標(biāo)準(zhǔn)而言，難度偏低，其知識與知識之間的關(guān)聯(lián)性較差，從而導(dǎo)致其平均深度較低;魯科版較課程標(biāo)準(zhǔn)而言，難度合理;滬科教版和教科版較課程標(biāo)準(zhǔn)而言，難度偏高。教科書的編寫應(yīng)符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且在不同程度上反映先進(jìn)的課程理念，使其既符合科學(xué)性原則，又符合學(xué)生的發(fā)展需求[19]。

3? ? 結(jié)論與啟示

結(jié)合“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容的要求和難度分析，5版教科書在該主題的相對難度為：教科版>滬科教版>魯科版>人教版>粵教版。整體上，魯科版難度合理;知識維度，魯科版和教科版難度合理;實(shí)驗(yàn)維度，人教版和滬科教版難度合理;習(xí)題維度，魯科版難度合理;擴(kuò)展維度，魯科版、粵教版和教科版難度合理。

由此可見，選擇性必修課程的難度設(shè)置并不是越大越好。教科書的編寫應(yīng)結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，從廣度和深度兩個(gè)方面以及知識、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題和擴(kuò)展四個(gè)維度綜合考慮，以求得難度合理的課程內(nèi)容;教師也應(yīng)根據(jù)多個(gè)版本的教科書做到同課異構(gòu)，使得教學(xué)內(nèi)容的難度符合學(xué)生的認(rèn)知水平。

雖然本文只涉及到“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”主題內(nèi)容靜態(tài)難度的分析，但其對教科書整體難度以及動(dòng)態(tài)難度的理解具有重要啟發(fā)意義，對教師教學(xué)有參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：25.

[2]廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：95-96.

[3]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：30-78.

[4]彭前程.聚焦核心素養(yǎng) 體現(xiàn)時(shí)代要求——高中物理教科書修訂說明[J].中學(xué)物理，2018，36（19）：2-8.

[5]廖伯琴.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019：31-85.

[6]束炳如，何潤偉.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?019：25-73.

[7]母小勇，何潤偉.2019版普通高中物理（滬科教版）教材新面貌、新特點(diǎn)[J].基礎(chǔ)教育課程，2019（13）：20-26.

[8]熊建文.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].廣州：廣東教育出版社，2019：35-90.

[9]陳熙謀，吳祖仁.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].北京：教育科學(xué)出版社，2021：35-86.

[10]廖伯琴.中小學(xué)理科教材難度國際比較研究·高中物理卷[M].北京：教育科學(xué)出版社，2016：35-37.

[11]鄧?yán)?，蔣敏.從我國5版高中物理新教材的難度探索教材改革和發(fā)展路徑[J].物理教師，2021，42（10）：2-7.

[12]仲扣莊，郭玉英.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)教科書內(nèi)容難度定量分析——以“量子理論”為例[J].課程·教材·教法，2010，30（4）：67-71.

[13]楊威虎，馬曉玲，馬文學(xué)，等.“運(yùn)動(dòng)快慢的描述——速度”教學(xué)研究——基于不同版本教科書的對比分析[J].物理教學(xué)探討，2015，33（2）：6-8.

[14]邱文婷，張軍朋.高中物理教科書實(shí)驗(yàn)對比分析研究——以人教版和粵教版教科書必修第一冊為例[J].物理教學(xué)探討，2021，39（6）：22-25，50.

[15]郭曉丹.高中物理教科書中的課后習(xí)題設(shè)計(jì)研究及編寫建議[J].物理教師，2016，37（9）：29-31.

[16]教育部考試中心.中國高考評價(jià)體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019：6-8.

[17]Woodward A. Textbooks： Less than meets the eye[J]. Journal of Curriculum Studies，1987，19（6）：511-526.

[18]Ogan-Bekiroglu F. To What Degree Do the Currently Used Physics Textbooks Meet the Expectations？[J]. Journal of Science Teacher Education，2007，18（4）：599-628.

[19]魏運(yùn)華，李俏.基于靜態(tài)研究的新課改后各類教材特點(diǎn)的比較[J].課程·教材·教法，2011，31（9）：29-36.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）