核心素養(yǎng)視角下高中物理新舊教材習(xí)題的比較研究
——以“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”章節(jié)為例

楊孝波 張 靜

(長(zhǎng)江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院物理教育研究所,湖北 荊州 434023)

教材作為知識(shí)的主要載體,在學(xué)校教育中占據(jù)重要地位.對(duì)教材的分析、比較與反思是學(xué)科課程與教學(xué)論的重要研究領(lǐng)域,對(duì)課程教學(xué)具有巨大推動(dòng)作用.例如美國(guó)21世紀(jì)初提出的“2061計(jì)劃”中對(duì)科學(xué)教材的系統(tǒng)評(píng)估對(duì)近20年來(lái)的課程建設(shè)和課堂教學(xué)產(chǎn)生了巨大影響.[1]2018年1月,教育部正式印發(fā)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》,強(qiáng)調(diào)高中物理課程要從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等方面提煉學(xué)科育人價(jià)值,充分體現(xiàn)物理學(xué)科對(duì)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨(dú)特作用.[2]在新的課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下,高中新教材的編寫(xiě)開(kāi)始啟動(dòng),同時(shí),教材的研究也受到教育各界的重視,先后設(shè)立了由教育部主導(dǎo)的課程教材研究所和由北京師范大學(xué)主辦的教材研究院.

通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)高級(jí)檢索功能,在篇名中輸入“高中物理教材”,檢索到文獻(xiàn)338篇,其中近5年(不包括2019年)文獻(xiàn)151篇,占比44.7%.輸入“高中物理教材”并含“習(xí)題”,檢索到文獻(xiàn)16篇,在高中物理教材研究中占比4.7%.高中物理教材研究在我國(guó)教育研究中逐漸成為熱點(diǎn),但對(duì)于教材中習(xí)題的獨(dú)立研究比較缺乏.習(xí)題作為教材的重要組成部分,與正文內(nèi)容緊密相關(guān)、互相依存,既是正文內(nèi)容的延伸,也是體現(xiàn)課程目標(biāo)和引導(dǎo)教學(xué)評(píng)價(jià)重要途徑.[3]本文聚焦物理教材中的習(xí)題部分,在核心素養(yǎng)視角下采用內(nèi)容分析法和比較研究法分析我國(guó)高中物理新舊教材的變化特點(diǎn),以期為我國(guó)高中物理教材編寫(xiě)和使用提供借鑒參考.

1 教材介紹

舊教材是人民教育出版社2005年出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》必修1(下文稱“舊教材”),分析內(nèi)容為第4章《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》.新教材是人民教育出版社2019年出版的普通高中教科書(shū)《物理》必修第1冊(cè)(下文稱“新教材”),分析內(nèi)容為第4章《運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系》.在章節(jié)安排上,此部分知識(shí)均設(shè)置在第4章,學(xué)生在學(xué)習(xí)本章前已經(jīng)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)和力的相關(guān)知識(shí),從章節(jié)標(biāo)題看,新教材更好地體現(xiàn)了知識(shí)之間的聯(lián)系,有助于學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容形成整體認(rèn)識(shí).在內(nèi)容方面,新舊教材的章節(jié)組成也略有不同(見(jiàn)表1),新教材將“牛頓第三定律”這節(jié)內(nèi)容設(shè)置在“相互作用”一章中,而牛頓第三定律研究的正是相互作用之間的規(guī)律,新教材更為突出章節(jié)內(nèi)知識(shí)的統(tǒng)一性.

表1 新舊教材內(nèi)容

2 新舊教材習(xí)題比較

2.1 教材習(xí)題結(jié)構(gòu)

舊教材在節(jié)末設(shè)置的練習(xí)題用于鞏固本節(jié)所學(xué)的概念、規(guī)律和方法(見(jiàn)表2).新教材在節(jié)末設(shè)置的練習(xí)題,不僅用于鞏固所學(xué)的概念、規(guī)律和方法,而且更強(qiáng)調(diào)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題.新教材在章末設(shè)置了針對(duì)全章內(nèi)容的綜合型練習(xí)題,分A、B兩組,用于鞏固及提高.A組相對(duì)容易,屬于共同要求內(nèi)容;B組相對(duì)難一些,屬于選學(xué)內(nèi)容,A、B組形式滿足學(xué)生的差異化培養(yǎng)需求.

表2 新舊教材習(xí)題結(jié)構(gòu)

2.2 題型分布及題量

為了便于統(tǒng)計(jì),在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中一道題若有多個(gè)小問(wèn)記為多題,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3.

表3 新舊教材題量對(duì)比

舊教材習(xí)題總量為32道,每節(jié)平均4.57題;新教材習(xí)題總量58道,其中節(jié)末習(xí)題34道,每節(jié)平均5.67題.新教材節(jié)末習(xí)題在總數(shù)量上與舊教材雖無(wú)明顯變化,但每節(jié)的習(xí)題數(shù)量略有增加.兩版教材都以計(jì)算題為主,簡(jiǎn)答題次之,選擇題和填空題均未設(shè)置.在舊教材中,未設(shè)置實(shí)驗(yàn)探究題目,而新教材設(shè)置8道實(shí)驗(yàn)探究題.此外,新教材還增加了圖像題和判斷題.相對(duì)于舊教材,新教材習(xí)題類型更為豐富.

2.3 相同題

為了研究教材的繼承性和延續(xù)性,比較分析了新舊教材中相同的習(xí)題.為了便于統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)過(guò)程中忽略銜接語(yǔ)及情境的影響,將題干、問(wèn)題基本一致的題目視為相同題.如表4中兩道題考察問(wèn)題基本相同,視為相同題.

表4 新舊教材相同題

由于舊教材未設(shè)置章末習(xí)題,所以統(tǒng)計(jì)過(guò)程中只分析兩本教材的節(jié)末習(xí)題.分析發(fā)現(xiàn),新舊教材中有17道相同題,在節(jié)末習(xí)題中占比50%左右.其中完全相同的題目有7道,基本相同的題目有10道.相比于舊教材,新教材題目更加接近實(shí)際生活.例如在超重與失重內(nèi)容中,兩版教材均設(shè)置一道關(guān)于巨型娛樂(lè)器械體驗(yàn)超重與失重的題目,題干和問(wèn)題基本一致,不同的是舊教材中假想某人在升降過(guò)程中手中托的是鉛球,而新教材的情景是某人手中拿著手機(jī),并配有體驗(yàn)該娛樂(lè)器械的真實(shí)照片.新教材的細(xì)微改變?cè)谟谧屃?xí)題更符合生活實(shí)際情況,在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí),幫助學(xué)生用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題.

2.4 情境設(shè)置

創(chuàng)設(shè)情境指的是以現(xiàn)實(shí)存在的事物(如自然現(xiàn)象、日常生活等)為背景引出物理知識(shí)和問(wèn)題.兩版教材在習(xí)題中均創(chuàng)設(shè)大量情境(見(jiàn)表5).在節(jié)末習(xí)題中,舊教材創(chuàng)設(shè)情境的題目占比近60%,新教材中創(chuàng)設(shè)情境的題目占比超過(guò)2/3,新教材節(jié)末習(xí)題更加重視創(chuàng)設(shè)情境.新教材在章末習(xí)題中,創(chuàng)設(shè)情境的題目占比減少,題目更加注重對(duì)物理知識(shí)的綜合運(yùn)用.

表5 新舊教材創(chuàng)設(shè)情境題

情境素材的來(lái)源主要有自然現(xiàn)象、日常生活、科學(xué)技術(shù)和物理學(xué)史4類.通過(guò)分析兩版教材節(jié)末習(xí)題,發(fā)現(xiàn)兩版教材都主要以日常生活情境為背景(如圖1),此類情境在新教材習(xí)題中占比更高.兩版教材節(jié)末習(xí)題涉及科學(xué)技術(shù)的情境均有4題,且有3題為相同背景.此外,新教材還增加1道涉及物理學(xué)史的問(wèn)題,背景為伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn).

圖1 情境素材來(lái)源

2.5 圖像表征

教材中的圖像表征可分為寫(xiě)實(shí)圖、卡通圖、示意圖和圖表4類.[4]舊教材習(xí)題部分總共有5幅圖,新教材總共有19幅圖,各類型圖像表征類型見(jiàn)圖2.新教材圖像表征數(shù)量大幅增加,且類型更為豐富,其中示意圖最多,占比47.4%.

圖2 圖像表征類型

圖像表征的內(nèi)容來(lái)源主要有概念規(guī)律、日常生活、探究活動(dòng)、科學(xué)技術(shù)4類(見(jiàn)圖3),相對(duì)于舊教材,新教材的圖像表征來(lái)源更為廣泛.舊教材圖像表征來(lái)源為概念規(guī)律和日常生活,且數(shù)量較少.新教材圖像表征來(lái)源最多的是概念規(guī)律,圖像一般為解釋受力情況的示意圖.其次是探究活動(dòng),圖像內(nèi)容一般用于闡明實(shí)驗(yàn)裝置和用圖表展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).最少的是科學(xué)技術(shù)類,習(xí)題中只有一幅圖用來(lái)展示民航客機(jī)的逃生設(shè)備.

圖3 圖像表征來(lái)源

2.6 問(wèn)題設(shè)置

相比于舊教材,新教材在設(shè)置問(wèn)題時(shí)強(qiáng)調(diào)解決問(wèn)題的具體過(guò)程和注重尋找證據(jù)進(jìn)行解釋.多次出現(xiàn)“分析過(guò)程”、“為什么”、“請(qǐng)說(shuō)明理由”以及“總結(jié)結(jié)論”等關(guān)鍵詞,具體分析如表6.

表6 新教材問(wèn)題設(shè)置

3 新教材習(xí)題特點(diǎn)——基于學(xué)科核心素養(yǎng)視角

3.1 創(chuàng)設(shè)情境促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

在教學(xué)中,創(chuàng)設(shè)情境能讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究和思維加工,保證物理概念和規(guī)律的內(nèi)化,形成學(xué)科的思想.[5]新教材通過(guò)創(chuàng)設(shè)大量情境推動(dòng)學(xué)生思考問(wèn)題、理解事物的本質(zhì),最終形成物理觀念.例如,第6節(jié)習(xí)題創(chuàng)設(shè)蹦極運(yùn)動(dòng)的情境,熟悉的生活場(chǎng)景能激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題,然后在解決問(wèn)題的過(guò)程中重新理解超重與失重的概念,最后在物理概念和自身經(jīng)驗(yàn)融合后重新認(rèn)識(shí)蹦極運(yùn)動(dòng).學(xué)生在這一過(guò)程中逐漸形成正確的物理觀念.同時(shí),創(chuàng)設(shè)情境使物理與生活建立聯(lián)系,幫助學(xué)生解決實(shí)際生活問(wèn)題和樹(shù)立科學(xué)態(tài)度與責(zé)任,例如習(xí)題創(chuàng)設(shè)汽車安全行車距離的情境,能幫助學(xué)生形成安全出行的意識(shí).

3.2 圖像表征和問(wèn)題設(shè)置促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展

維克托·李(Victor R. Lee)將教材中圖像表征的功能分為演示功能(demonstrative function)、闡明功能(illustrative function)和解釋功能(explanatory function).[6]有人物元素的圖片發(fā)揮演示功能,展示實(shí)物、現(xiàn)象的圖片發(fā)揮闡明功能,有示意符號(hào)的圖片發(fā)揮解釋功能.[7]新教材中示意圖最多,注重利用解釋功能幫助學(xué)生建構(gòu)模型.例如新教材中關(guān)于采用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量空間站質(zhì)量的這道題,空間站和飛船都是學(xué)生在生活中難以觸及的事物,僅在新聞報(bào)道或者科幻大片中有所接觸,由于受到結(jié)構(gòu)的影響,學(xué)生難以理解兩者的連接狀態(tài).其次,不清楚推力是作用于兩個(gè)物體還是一個(gè)物體.而示意圖的使用正好可以去除無(wú)關(guān)因素,幫助學(xué)生建立空間站和飛船的連接模型(如圖4),讓學(xué)生更好地理解兩者狀態(tài)和受力情況,促進(jìn)其建模能力的發(fā)展.

圖4 空間站模型

同時(shí),新教材習(xí)題在設(shè)置問(wèn)題時(shí)注重引導(dǎo)學(xué)生按照自己的能力及思路,并結(jié)合已有信息展開(kāi)推理.以及讓學(xué)生利用證據(jù)對(duì)所研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、判斷或解釋.以提升學(xué)生的科學(xué)推理和科學(xué)論證能力.新教材大量示意圖的使用以及巧妙的問(wèn)題設(shè)置能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

3.3 增加實(shí)驗(yàn)題提升學(xué)生科學(xué)探究能力

科學(xué)探究作為高中課程目標(biāo)的重要組成部分,在新教材習(xí)題中受到重視.新教材對(duì)科學(xué)探究的考察主要在于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.例如在章末習(xí)題A組第7題,這道題是探究加速度與力的關(guān)系,3個(gè)問(wèn)題中一是讓學(xué)生判斷是否可以通過(guò)位移比較加速度的大小并說(shuō)明理由;二是讓學(xué)生通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論并說(shuō)出分析過(guò)程;三是讓學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置.題目設(shè)計(jì)首先由加速度與力的關(guān)系這個(gè)問(wèn)題引出,接著說(shuō)出自己的觀點(diǎn)并進(jìn)行解釋,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證據(jù)證明結(jié)論.體現(xiàn)出科學(xué)探究中的問(wèn)題、證據(jù)及解釋要素.新教材注重在習(xí)題部分培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

4 總結(jié)與啟示

從習(xí)題的數(shù)量和結(jié)構(gòu)來(lái)看,新舊教材在節(jié)末習(xí)題數(shù)量上基本相同,最明顯的變化在于新教材增加章末習(xí)題部分,與當(dāng)前美國(guó)高中主流物理教材《Principles and Problems》的習(xí)題結(jié)構(gòu)類似,A、B組習(xí)題與美國(guó)高中物理教材章末習(xí)題的測(cè)評(píng)和標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試兩個(gè)部分相對(duì)應(yīng),新教材在編寫(xiě)過(guò)程中參考了當(dāng)前教育發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟經(jīng)驗(yàn).通過(guò)分析相同題發(fā)現(xiàn),新教材習(xí)題是在舊教材的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提煉和升華,使之更加符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和課程培養(yǎng)目標(biāo)的要求.同時(shí),相同題的設(shè)置也能讓教師較快地完成新舊教材的過(guò)渡.

習(xí)題作為教材的重要組成部分,在考察知識(shí)點(diǎn)的同時(shí),更重要的是把物理學(xué)科屬性體現(xiàn)出來(lái),突出教育的個(gè)體屬性和社會(huì)屬性.[8]新教材在習(xí)題部分設(shè)置大量情境、增加圖像表征類型和數(shù)量、增加實(shí)驗(yàn)探究類題目以及在設(shè)置問(wèn)題時(shí)側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生推理和論證,以促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.