美國高中物理教材習題特點及啟示

陳野

摘 要 從結構、題型、題量等方面概述了美國高中物理教材《物理：問題與原理》習題設置的情況，并分析了其結構完善、分層設置、重視學法、重視圖表、取材生活等特點，最后從教材編寫、課堂教學、融合使用教材等方面提出對我國教材編寫的啟示。

關鍵詞 美國 物理教材 習題 特點 啟示

美國的高中物理教材《physics——Principles and Problems》（物理：問題與原理）是由美國密執安—迪爾伯恩大學的著名物理學教授保羅·奇策維茨博士編著，美國麥格勞—希爾公司2002年出版的最受美國師生歡迎、使用最廣泛的高中物理教材[1]。《物理：問題與原理》重視習題的編排，認真研究其習題的設置并分析其特點，可以給我國教材編寫和課堂教學提供有益啟示。

一、美國主流高中教材習題設置概述

1.習題的結構

《物理：問題與原理》一書習題的設置主要有如下欄目：例題、練一練、本節復習題、測評、標準化測試。在每節重要知識點之后，都會配有一個詳細解答的例題，例題后面則對應“練一練”欄目，每一節之后是“本節復習題”，測評和標準化測試則是針對全章的知識點。“測評”欄目有：繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維、科技寫作、日積月累等子欄目；“標準化測試”有選擇題和拓展題兩個子欄目。

2.習題的題型

《物理：問題與原理》一書習題的類型有：計算題、簡答題、作圖題、分析判斷題、概念辨析題、實驗探究題、選擇題、科技寫作題。

3.習題的題量

《物理：問題與原理》一書例題、習題不僅類型比較豐富，而且試題數量也比較多。如“加速運動”一章共有例題5題，練一練、本節復習題、測評等欄目習題122題，標準化測試題10題，合計137題。

二、美國主流高中物理教材習題特點分析

1.結構完善

《物理：問題與原理》習題結構完善，體現在以下幾個方面：第一，欄目多。共有例題、練一練、本節復習題、測評、標準化測試題等5個一級欄目，其中測評包含有：繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維、科技寫作、日積月累等8個二級欄目，標準化測試題則包含選擇題和拓展題2個二級欄目。第二，題型多。美國教材共有計算題、簡答題、作圖題、分析判斷題、概念辨析題、實驗探究題、選擇題、科技寫作題等8種題型。第三，題量多。美國教材習題、例題數量都比較多，能夠較好發揮通過用好教材習題鞏固基礎知識、提升思維水平的重要作用。

2.分層設置

《物理：問題與原理》重視習題的層次性。在重要知識點之后一般都編寫有例題，例題后是針對該知識點“練一練”欄目中的習題，該欄目習題相對基礎，和例題相似度高。在“本節復習題”欄目中，一般安排有6到8個習題，先是對概念、規律的簡單理解與應用的習題，最后一題“理性思維”難度略大。在章末“測評”欄目，從繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維，到科技寫作等習題的難度和綜合性呈上升趨勢，對學生的知識與能力要求越來越高。“標準化測試題”先是選擇題，后拓展題，難度也是逐步上升。

3.重視學法

《物理：問題與原理》習題設置引導學生重視學習方法的總結和提升學生的元認知水平，其目的是要引導學生學會學習。這主要體現在以下幾個方面。

第一，例題的解題步驟清晰。解題步驟分為3步：分析概括問題、求解未知量、驗證答案。分析概括問題需要認真分析題意，概述情境、畫出運動的示意圖或矢量圖或受力分析圖、羅列已知和未知物理量；求解未知量則是根據前面的分析，利用相關物理規律求解；驗證答案則需要從單位是否正確？符號是否有意義？數值是否合理？三個方面檢驗答案。清晰完整的步驟，為學生解決其他習題提供了較好的示范，有利于學生良好解題習慣的養成。

第二，培養學生學習方法，提升學生的元認知水平。例題解決中先分析概括問題，可以培養學生審題的良好習慣，避免了不認真看題，急忙下筆，最后離題萬里。在例題的解決中，美國教材非常重視畫圖（運動圖、圖象、受力等），養成畫圖的習慣可以讓學生在解決問題時，更容易理解題意，更容易找到解決問題的策略。在例題中的驗證答案則是培養學生反思問題解決過程，提升學生的元認知水平的重要措施。在習題設置中也重視通過一些習題引導學生學會學習，比如每章的“測評”第一題都是要求學生繪制概念圖，這有利于學生構建完整的知識體系，形成知識網絡。

第三，考試小貼士對學生進行學法和考法指導。每章的標準化測試題后面都會有一個“考試小貼士”介紹一種學法或考試方法。例如第三章“加速運動”設置了名為“表格”的考試小貼士，具體內容為“如果考題中含有表格，在審題前先瀏覽它。讀一下標題、行名稱和列名稱，然后再根據問題理解表格中的信息”。這一考試小貼士，既是介紹考試方法，更是介紹學習方法。無論是考試還是平時學習，通過表格獲取、處理信息是對學生的一個重要要求，該小貼士介紹了從表格獲取和處理信息的方法、步驟，可提升學生學習能力和應試能力。

4.重視圖表

通過圖和表來表達信息具有直觀形象的特點，可以降低學生理解的難度，有利于學生在學習過程中有效突破教學疑難，也有利于學生解決物理問題。《物理：問題與原理》在編制習題的過程中，非常重視圖表的運用。這主要體現在兩個方面：第一，例題習題的編制重視以圖表為背景。在“勻加速運動”一章中有2道例題和18道習題是以圖像為背景的，還有4道習題以表格為背景。第二，在問題的解決過程中，重視通過畫運動的示意圖分析問題。在5道例題中有3道題目涉及運動的速度——時間圖像，有3道通過畫運動圖分析問題。這不僅有利于問題的解決，而且滲透了處理問題方法和數理結合的思想。

5.取材生活

《物理：問題與原理》在“勻加速運動”一章有5道例題和127道習題，按習題中研究對象分類，如表1所示[2]。endprint

從表1可看出，該章共有95題取材于生活中的常見物品或人，占全部例題、習題總數的72%，其中交通工具類和體育運動類占比最多。在這95道習題中，共有人（運動員）、汽車等32個研究對象，改變了習題中“某物體”“某小球”等枯燥無味的敘述，更易引發學生的學習興趣。

三、美國高中物理教材習題的啟示

1.教材編寫：完善習題設置

雖然教材不是教學的唯一資源，教學也不應該照本宣科，而需要教師對教材習題進行二次開發，但教材習題越完善，越能彌補教師對教材習題處理能力的不足，越有利于教學中創造性地使用教材，在領會教材編者意圖的基礎上，個性化地設計教學。分析了美國教材習題的設置特點，我國在教材編寫時應從以下幾個方面進一步完善習題的編制。

第一，完善習題設置。我國現在使用的教材普遍存在例題偏少的情況，比如人教版必修1第一章第5節“速度變化快慢的描述——加速度”非常重要，但沒有例題。美國教材每節后面有“本節復習題”，每章結束有“測評”和“標準化測試題”，這更值得我國教材編寫者借鑒。以人教版為例，只有例題和每節后面的“問題與練習”，沒有章末習題和測試題。

第二，增加習題數量。習題太少不能滿足訓練學生的目的會導致一些教師在教學中棄用教材習題。例如，國內使用最廣泛的人教版物理教材的加速度和勻變速運動的內容，第一章第5節“速度變化快慢的描述——加速度”，以及第二章“勻變速直線運動的研究”只有4個例題、22個課后習題，合計26題，僅為美國教材的五分之一。

第三，完善教材習題的題型，讓習題的呈現多樣化。除了傳統的選擇題、計算題、簡答題，還應該借鑒美國教材習題增加作圖題、科技寫作、日積月累、辨析題、知識歸納類的簡答題等。作圖題對學生要求較高，不僅考查學生的智慧技能，還有動作技能，教學實踐中發現這是學生的弱項。科技寫作在我國的教材習題和考試題中都是空白，然而這類習題不僅對學生理解、深化物理知識有重要助推作用，也對學生聯系物理與生活、提升書面表達能力、激發探索科學的興趣有重要作用。日積月累中的習題一般不多，只有2題或3題，是復習本章之前的所學內容，這樣的安排不僅可以促進學生復習所學知識，也能培養學生養成復習的習慣，而及時復習才能為后續學習新知識掃清障礙。

第四，習題的設置應該有針對性。《物理：問題與原理》每節重要知識點后都有例題，且配有“練一練”，針對性很強，值得借鑒。

第五，習題設置應該有層次性。《物理：問題與原理》每節內容之后的“本節復習題”難度逐漸上升，章末“測評”從繪制概念圖、理解概念、應用概念、問題解決、復習提高、理性思維到科技寫作，難度逐步增加，對學生的物理知識、綜合素養要求逐漸提升，梯度明顯，有利于學生的學習。

第六，習題編制給出關鍵詞提示學生。《物理：問題與原理》在章末“測評”習題中會給出一些關鍵詞提示，這有利于初學者快速找到本題考查的物理知識或研究對象。提示方式有：在“理解概念”每一題后面標注本題考查的知識在第幾節，如從第54題到第60題標注“3.1”，意思是這幾個題考查的是第三章第1節的內容。在“問題解決”欄目，標第幾節，然后配習題，如標“3.1加速度”后設置第79到84題。在大部分習題之前標清本題的研究對象，如第110題標“雪橇”。習題關鍵詞的呈現會刺激學生對本題所需知識點的反應，強化學生對所學知識的記憶，提高學習效率。

第七，加強習題與生活的聯系。物理習題以生活中常見的情景、物品為素材能讓學生體會到“物理來源于生活”，“來源于生活的實際問題最能調動學生的積極性，它使學生感到親切，容易激活學生的已有的生活經驗和知識儲備”[3]。學生越是熟悉的事物，越覺得親切，越有求知和探索的欲望，習題取材于學生生活可以讓學生真切地體驗到物理和生活、和自己的密切聯系，能夠真切感受到物理大有用處，激發學生的學習情趣和解決問題的積極性。

2.課堂教學：借鑒例題呈現方式

習題、例題的講解在課堂教學中必不可少。美國教材例題解題步驟呈現十分詳細，一個例題按照分析概括問題、求解未知量、驗證答案等三步。分析概括問題可培養學生認真審題的習慣，物理過程分析為學生提供了清晰的問題解決結構，有利于學生將理解了的陳述性知識轉化為程序性知識。美國高中物理教材在求解未知量時代值的過程十分詳細，這也值得借鑒。詳細的代值過程相比較國內教材例題中的“代值得”“解之得”可以提升學生的數學運算能力。驗證答案環節，顯化科學方法教育，既可以讓學生習得方法，又降低了學習的難度，還可以提升元認知能力。我國教學中普遍重視第二步未知量的求解，對分析概括問題和驗證答案重視不夠，其實這兩步非常重要。習題教學中有必要借鑒美國教材例題的優點，提高教學效率。

3.課后作業：融合使用各版本教材習題

我國地區、學校之間教育發展不均衡，學生基礎、能力、素養等參差不齊。教材編寫要體現通性，這決定了其起點必須要低。所以，教材習題在題量上不可能太多，在難度上也不很大。在教學中教師就要想辦法發揮教材習題的最大作用，其中最好的辦法就是融合使用各版本教材的習題。比如，選用人教版的物理教材，覺得習題不夠時，增加教科版、魯科版、滬科版、粵教版相關章節的習題。須要注意的是融合使用不等于簡單的照搬，也不是簡單的堆砌，而應該以所選的人教版教材上習題為主，根據教學需要從其余版本中尋找，或者以其余版本中的習題為基礎進行改編，以增加知識覆蓋面、提升綜合性、針對性等。

參考文獻

[1] 陸永華.中美高中物理教材“電磁感應”的比較研究[J].中學物理教學參考，2016（5）.

[2] Zitzewitzl P.W.物理原理與問題（上冊）[M].錢振華，譯.杭州：浙江教育出版社，2008.

[3] 傅雪平.從習題到問題解決[J].中學物理教學參考，2011（1-2）.

【責任編輯 郭振玲】endprint