中日高中物理教材習(xí)題的比較研究
——以“機(jī)械能及其守恒定律”章節(jié)為例

范 兵 蔡亞璇 曾 天

（湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430062）

日本的中小學(xué)教材是由其民間教材出版社進(jìn)行編寫和發(fā)行的，就其教材的選用而言，一般是由都道府縣和市町村的教育委員會(huì)按一定程序選定該地區(qū)公立學(xué)校使用的教材，國(guó)立和私立學(xué)校由校長(zhǎng)選定教材［1］.在日本被廣泛使用的5個(gè)版本高中物理教材是由第一學(xué)習(xí)社、東京書籍、實(shí)教、數(shù)研和啟林館這5個(gè)出版社各自出版的，其教材的編寫、審核和選用有相應(yīng)的法規(guī)作保障.教材習(xí)題是鞏固學(xué)生知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的重要載體，本文通過對(duì)中日高中物理教材習(xí)題進(jìn)行比較分析，可以給我國(guó)物理教材習(xí)題的編制提供一些參考.

1 研究對(duì)象

中方教材是由人民教育出版社于2019年出版的普通高中教科書《物理》，該套教材是目前中國(guó)最新、使用人數(shù)最多的教材（以下簡(jiǎn)稱“人教版教材”），也是最能代表中國(guó)高中物理教材現(xiàn)階段編寫特點(diǎn)的.日方教材是由第一學(xué)習(xí)社株式會(huì)社于2019年出版的高中物理教材《物理基礎(chǔ)》和《物理》（這里《物理基礎(chǔ)》和《物理》類似于我國(guó)物理的必修和選修教材，以下簡(jiǎn)稱“學(xué)習(xí)社教材”），主要的編寫者有田村剛?cè)傻?8人，該教材布局合理，插圖豐富，是在日本被廣泛使用的主流教材.本文選取“機(jī)械能及其守恒定律”這一章節(jié)，以人教版教材《物理》必修第二冊(cè)第8章《機(jī)械能守恒定律》［2］和學(xué)習(xí)社教材《物理基礎(chǔ)》第2單元的第1章《功與機(jī)械能》［3］為習(xí)題來(lái)源進(jìn)行分析，其章節(jié)內(nèi)容如表1所示.

表1 中日教材目錄內(nèi)容

2 中日教材習(xí)題比較

2.1 中日教材習(xí)題結(jié)構(gòu)設(shè)置比較

從表2可以看出不論是人教版教材還是學(xué)習(xí)社教材，兩者均在教材的節(jié)末和章末設(shè)置習(xí)題來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理概念、規(guī)律和方法的熟悉理解，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)物理知識(shí)去解決實(shí)際問題的能力.人教版教材在其章末設(shè)置了A、B兩組習(xí)題，其中A組習(xí)題設(shè)問較多，從多角度、多層次考查學(xué)生對(duì)本章知識(shí)的理解；而B組習(xí)題設(shè)問較少，著重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用，并且B組習(xí)題的難度較于A組會(huì)更大.類似于人教版教材章末習(xí)題的設(shè)置情況，學(xué)習(xí)社教材也根據(jù)習(xí)題難度的不同設(shè)置了2種層次的題目，并且在習(xí)題的題號(hào)上標(biāo)注“基礎(chǔ)”或“一般”以示區(qū)別，同時(shí)還標(biāo)注出習(xí)題考查的知識(shí)點(diǎn)，其中標(biāo)注有“一般”的題目難度更大，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求更高.

表2 中日教材習(xí)題欄目設(shè)置

而對(duì)于節(jié)末習(xí)題，學(xué)習(xí)社教材設(shè)置了“問題”和“特講”2個(gè)欄目，“問題”和人教版教材的“練習(xí)與應(yīng)用”類似，在教材的每一小節(jié)中均有出現(xiàn)，但習(xí)題所在的位置有所不同，“練習(xí)與應(yīng)用”出現(xiàn)在每一小節(jié)的節(jié)末，而“問題”則是出現(xiàn)在每一小節(jié)的具體小知識(shí)點(diǎn)的后面，遍布整個(gè)小節(jié).此外學(xué)習(xí)社教材的“特講”欄目只出現(xiàn)在部分小節(jié)的節(jié)末，類似于一種專欄訓(xùn)練，例如學(xué)習(xí)社教材“功與機(jī)械能”這一章中僅在第4小節(jié)“機(jī)械能”的節(jié)末設(shè)置了一個(gè)“特講”——機(jī)械能計(jì)算公式的練習(xí)，該“特講”的主要內(nèi)容是先歸納出幾種物體的運(yùn)動(dòng)模型，然后給出專門習(xí)題訓(xùn)練來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)該節(jié)知識(shí)點(diǎn)的理解與應(yīng)用.

2.2 中日教材習(xí)題分布與題量比較

為了保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)，在統(tǒng)計(jì)過程中若一道題有多個(gè)小問則記為多題，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示.

表3 教材習(xí)題題量與題型分布統(tǒng)計(jì)

如表3所示，人教版教材的習(xí)題總量為68道，節(jié)末習(xí)題39道，平均每節(jié)7.8題；學(xué)習(xí)社教材的習(xí)題總量為41道，節(jié)末習(xí)題34道，平均每節(jié)8.5題.從題量上看，人教版教材的總習(xí)題量多于學(xué)習(xí)社教材，約為學(xué)習(xí)社教材的1.66倍；人教版教材的章末題量約為學(xué)習(xí)社教材的4倍，而兩者的平均節(jié)末習(xí)題數(shù)量差別較小.從題型上看，人教版教材涉及計(jì)算題、簡(jiǎn)答題和證明推導(dǎo)題等6種題型，題型豐富，而學(xué)習(xí)社教材僅涉及計(jì)算題、證明推導(dǎo)題和判斷題3種題型，題型類別少；但雙方教材均表現(xiàn)出計(jì)算題這一習(xí)題類型在所有習(xí)題類型中占比最大，并且占比均超過70%，這說(shuō)明計(jì)算題在教材習(xí)題中具有重要地位.

2.3 中日教材習(xí)題情境設(shè)置比較

所謂物理習(xí)題的情境即是圍繞某一主題，通過文字、數(shù)據(jù)和圖表等呈現(xiàn)的背景信息，設(shè)計(jì)物理問題或任務(wù)，為考査學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提供載體.本研究采用由比利時(shí)著名教育學(xué)家易克薩維耶·羅日葉（Xavier Roegiers）提出的情境類型學(xué)為理論基礎(chǔ)［4］，該理論認(rèn)為情境類型由辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)三個(gè)維度構(gòu)成，辨別參數(shù)是包括情境特征、作業(yè)回答類型及開放等級(jí)等要素的外在特征；內(nèi)容參數(shù)是包括問題之間的關(guān)聯(lián)性、問題與背景之間的關(guān)聯(lián)以及認(rèn)知要求等的內(nèi)在特征；裝扮參數(shù)包括與情境的呈現(xiàn)方式有關(guān)的感知情境的方式［5］，基于此在參考已有研究［6－7］的基礎(chǔ)上結(jié)合本研究需要，構(gòu)建了習(xí)題情境比較的分析框架來(lái)對(duì)教材習(xí)題進(jìn)行比較分析，其框架如表4所示.

表4 教材習(xí)題情境分析框架

（1）辨別參數(shù)比較.

本研究中辨別參數(shù)由情境特征、作業(yè)回答類型及開放等級(jí)3個(gè)方面構(gòu)成，它能夠反映習(xí)題的情境化水平.由圖1可知，在教材習(xí)題的情境特征來(lái)源方面，人教版教材和學(xué)習(xí)社教材均以“教材典型”為主要來(lái)源，并且占比均超過61%，而教材典型是指如滑塊、輕彈簧和輕繩等典型理想化模型，這表明教材上的經(jīng)典力學(xué)模型是習(xí)題主題特征的重要來(lái)源；并且人教版教材的習(xí)題情境特征來(lái)源更加豐富，除“教材典型”和“日常生活”外，還涉及“自然現(xiàn)象”和“科學(xué)前沿”方面的習(xí)題，這些情境特征豐富的習(xí)題有利于開拓學(xué)生視野，增長(zhǎng)見識(shí).

圖1 情境特征來(lái)源比較

如圖2所示，在作業(yè)回答類型上，2種教材的習(xí)題均以“提供解釋”為主，占比均超過92%，并且人教版教材的習(xí)題對(duì)于“作業(yè)回答類型”的設(shè)置更加豐富，還有“繪制圖表”這一類型的習(xí)題，占比約為1.5%，這類習(xí)題可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和思維想象能力，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.由圖3可知，學(xué)習(xí)社教材習(xí)題的開放等級(jí)均是封閉的，而在人教版教材的習(xí)題中，開放等級(jí)為“封閉”的占比為89.7%，開放等級(jí)為“開放”的占比為10.3%，這說(shuō)明人教版教材的習(xí)題在使用封閉性習(xí)題鞏固學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)，也設(shè)置了開放性的習(xí)題來(lái)活躍學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).

圖2 作業(yè)回答類型的比較

圖3 開放等級(jí)的比較

（2）內(nèi)容參數(shù)比較.

內(nèi)容參數(shù)是由問題與背景之間的關(guān)聯(lián)、問題之間的關(guān)聯(lián)性以及認(rèn)知要求3個(gè)方面構(gòu)成，是認(rèn)知任務(wù)水平的重要表現(xiàn).在問題與背景的關(guān)聯(lián)方面，如圖4所示，人教版教材和學(xué)習(xí)社教材的習(xí)題在問題與背景的關(guān)聯(lián)上表現(xiàn)為“強(qiáng)相關(guān)”的占比分 別 為 73.5% 和87.8%，兩 者 相 差 不大，這表明將問題融入到背景中有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行分析處理、獲取有用信息來(lái)解決問題綜合能力.在問題之間的關(guān)聯(lián)性方面，人教版教材的習(xí)題處于“后者基于前者”的占比為30.9%，高于學(xué)習(xí)社教材，這表明人教社教材的習(xí)題更加注重習(xí)題之間的層次遞進(jìn)，考查學(xué)生對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行深入剖析的能力.

圖4 問題與背景的關(guān)聯(lián)的比較

如圖6所示，對(duì)于習(xí)題所考查的認(rèn)知要求的高低是以SOLO分類理論來(lái)進(jìn)行分類的，把處于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平和多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平的習(xí)題作為低階水平類的題目，處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平和拓展抽象水平的習(xí)題作為高階水平類的題目.在習(xí)題的認(rèn)知要求上，人教版教材習(xí)題處于“高階水平”的占比為13.3%，高于學(xué)習(xí)社教材，而且在“低階水平”的習(xí)題中，處于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平的人教版教材習(xí)題的占比也高于學(xué)習(xí)社教材；這表明人教版教材習(xí)題對(duì)學(xué)生解題所需的能力水平更高，從整體上看人教版教材習(xí)題的難度也高于學(xué)習(xí)社教材.

圖5 問題之間的關(guān)聯(lián)性的比較

圖6 認(rèn)知要求的比較

（3）裝扮參數(shù)比較.

裝扮參數(shù)主要通過情境呈現(xiàn)的方式來(lái)體現(xiàn)，它反映了試題情境的描述水平；通過文字、圖片和圖表等形式對(duì)習(xí)題進(jìn)行呈現(xiàn)有利于增大習(xí)題信息的廣度，培養(yǎng)學(xué)生能在不同信息表征的方式中進(jìn)行數(shù)據(jù)攫取加工和運(yùn)算推理的高階思維能力.如圖7所示，通過“文字＋圖片/圖表”的形式對(duì)習(xí)題情境進(jìn)行呈現(xiàn)是2種教材的主流，其中人教版教材習(xí)題以此方式進(jìn)行呈現(xiàn)的比例為51.4%，而學(xué)習(xí)社教材的占比更高，約為70.7%，更加注重通過以文字與圖形的結(jié)合來(lái)呈現(xiàn)習(xí)題；但人教版教材對(duì)于情境呈現(xiàn)方式的種類更多，對(duì)于“文字＋圖片＋圖表”這類表征形式的運(yùn)用也有所涉及.

圖7 情境呈現(xiàn)方式的比較

3 總結(jié)與思考

3.1 中日教材習(xí)題特點(diǎn)總結(jié)

通過對(duì)中日雙方高中物理典型教材的習(xí)題進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)我國(guó)人教版教材在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的編寫依據(jù)下，人教版教材的習(xí)題較于學(xué)習(xí)社教材在習(xí)題的數(shù)量、類型、情境特點(diǎn)等方面呈現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)，其具體特點(diǎn)表現(xiàn)為：

（1）人教版教材習(xí)題具有題量大、題型豐富的特點(diǎn)，其中題型涵蓋計(jì)算題、簡(jiǎn)答題和證明推導(dǎo)題等6類題型，并且計(jì)算題的占比最大，約為70.6%；而學(xué)習(xí)社教材習(xí)題具有題量小、題型單一的特點(diǎn)，其中僅涉及計(jì)算題和證明推導(dǎo)題2類題型，同樣也是計(jì)算題的占比最大，約為80.5%.

（2）人教版教材習(xí)題具有情境豐富，開放程度高的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為習(xí)題的情境特征來(lái)源廣，涉及“教材典型”、“日常生活”和“科技前沿”等4個(gè)類型的主題，提供較多的習(xí)題解答形式和開放的思考空間，比如有些題目是以“重力勢(shì)能的減少略大于動(dòng)能的增加量，你認(rèn)為原因是什么？”這樣的形式結(jié)尾的，增加了習(xí)題的靈活性；而學(xué)習(xí)社教材習(xí)題具有習(xí)題情境單一，開放程度低的特點(diǎn)，其中僅涉及2種類型情境主題，同時(shí)提供的習(xí)題解答的形式較為單一，習(xí)題設(shè)問只要求計(jì)算出結(jié)果，其開放拓展性較弱.

（3）人教版教材習(xí)題具有難度較大，重視知識(shí)的理解與應(yīng)用的特點(diǎn)，而學(xué)習(xí)社教材習(xí)題難度較小，注重于基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)；同時(shí)人教版教材的習(xí)題對(duì)涉及的物理概念與規(guī)律的數(shù)目會(huì)更多，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知要求也更高些，這種中日之間的教材習(xí)題的難易特點(diǎn)在兩國(guó)的高考物理試卷中也有延續(xù).

3.2 思考與啟示

根據(jù)上述研究與分析，有以下幾點(diǎn)建議可為我國(guó)高中物理教材習(xí)題的編制提供參考：

（1）優(yōu)化習(xí)題設(shè)置，開辟專欄訓(xùn)練.

設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的與我國(guó)相關(guān)的物理學(xué)史和科技前沿等情境主題的習(xí)題，來(lái)擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面、弘揚(yáng)民族自豪感、促進(jìn)人文素養(yǎng)與物理學(xué)科的融合；同時(shí)也可設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的作業(yè)回答類型為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或繪制圖表等開放性的習(xí)題來(lái)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力.此外在學(xué)習(xí)社教材《物理基礎(chǔ)》共11章30節(jié)的全部?jī)?nèi)容中，在7個(gè)小節(jié)中設(shè)置了9個(gè)“特講”作為專欄對(duì)波的疊加、力的合成分解與平衡等小節(jié)進(jìn)行內(nèi)容歸納總結(jié)和專題訓(xùn)練來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，因此我國(guó)的物理教材也可以適當(dāng)設(shè)置一些專欄來(lái)對(duì)某些重點(diǎn)物理知識(shí)進(jìn)行總結(jié)、拓展和訓(xùn)練，以此來(lái)提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力.

（2）加強(qiáng)圖表表征，注重情境設(shè)置.

習(xí)題表征是一種外部表征，通過借助各種表征方式來(lái)傳遞問題信息，學(xué)習(xí)者能夠借助于習(xí)題的表征形式將習(xí)題所考查的內(nèi)容與已有認(rèn)知結(jié)合起來(lái)來(lái)解決問題，不同的表征形式對(duì)學(xué)習(xí)者的解題思維過程有著不同的影響.由圖7的比較結(jié)果可知，物理教材習(xí)題主要通過文字表征或圖表表征的形式來(lái)習(xí)題情境進(jìn)行呈現(xiàn)，而圖表表征可以更好地發(fā)揮其演示闡明作用，有助于學(xué)生對(duì)物理問題進(jìn)行模型建構(gòu)和科學(xué)推理，因此我國(guó)的物理教材可以適當(dāng)提高通過圖表表征來(lái)對(duì)習(xí)題進(jìn)行呈現(xiàn)的比例，從而更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

同時(shí)在習(xí)題情境的設(shè)置上，應(yīng)該明確好情境的特征，減弱情境化命題帶來(lái)的局限.羅日葉認(rèn)為好情境應(yīng)具備如下特征：一個(gè)真正的靶向情境；一個(gè)對(duì)學(xué)習(xí)有用的情境；一個(gè)激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)的情境；一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的情境.［8］即好的情境與習(xí)題進(jìn)行融入時(shí)要注重情境的新穎性，情境要傳遞積極的價(jià)值觀、促進(jìn)學(xué)生知識(shí)與能力的融合，要與教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等特征.通過好的情境化習(xí)題的設(shè)置，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展.