現行高中物理教科書與課程標準的一致性研究

王玎鈴 武艷紅 馬蘭剛

(西北師范大學物理與電子工程學院,甘肅 蘭州 730070)

《基礎教育課程改革綱要(試行)》提出國家課程標準是教材編寫、教學、評估和考試命題的依據,是國家管理和評價課程的基礎.[1]2018 年以核心素養為綱領的《普通高中物理課程標準(2017 版)》(以下簡稱“課程標準”)正式出爐,隨后教育部公布的“2019 年普通高中國家課程教學用書目錄”包括:由彭前程主編,人民教育出版社發行的《普通高中教科書 物理》(以下簡稱“人教版” 高中物理教科書);由廖伯琴主編,山東科學技術出版社發行的《普通高中教科書 物理》(以下簡稱“魯教版”高中物理教科書);由束炳如、何潤偉主編,上海科技教育出版社發行的《普通高中課程標準實驗教科書 物理》(以下簡稱“滬教版”高中物理教科書);由熊建文主編,廣東教育出版社發行的《普通高中教科書 物理》(以下簡稱“粵教版”高中物理教科書).[2]呈現出“一標多版”的現象. 不同版本高中物理教科書在各個方面都體現了課程標準的要求,但由于編寫者的主觀因素以及地域差異,教科書中的內容編排有所不同. 而一致性分析是一種相對公正和客觀評價教科書質量的研究方法.

在一致性研究中,對認知分類,學者主要依賴以行為動詞作為標準提取教學目標,[3，4]這在 2003 版課程標準及其對應的教科書中是可行的,但 2017 版課程標準以及現行教科書都是以物理學科核心素養為綱領研制和編寫的,因此本研究以物理學科核心素養為標準提取教學目標來進行一致性研究,從而評價新教材的質量和指導新教材的使用.

1 研究方法

目前比較有代表性的一致性分析模式有Webb模式、[5]The Surveys of Enacted Curriculum模式(以下簡稱SEC模式)[6]和Achieve模式.[7]SEC模式是Andrew Porter和John Smithson通過對Webb分析模式進行批判和發展得到的,它彌補了Webb模式知識種類維度的缺陷,Achieve模式偏向于測驗——標準的一致性分析,并不適用于教材與課程標準的一致性分析.以上分析表明SEC模式是適用于教材與課程標準的一致性分析的.

Andrew Porter和John Smithson于2002年共同開發和研制的SEC一致性分析模型針對課程標準和教科書的內容分別進行編碼,形成“內容主題×認知維度”的二維表格,再將表格中的數據進行歸一化處理后,利用Porter一致性指數[8]公式計算二者的一致性系數

這個公式中,J代表行數,K代表列數,ajk、bjk代表頻率表j行k列的值,其范圍在0到1.計算所得到的P值越大,說明教材與課程標準的差異越小.當P=0時,教科書和課程標準的差異最大；P=1時,教科書和課程標準的差異最小.

2 研究過程

2.1 研究樣本

研究樣本為人教版、魯教版、滬教版的高中物理教科書及對應教師參考書“拋體運動”和“圓周運動”對應章節.選取這一部分內容作為研究樣本,是因為該部分知識體系相對獨立,在一致性研究中可作為一個較好的案例.教師參考書是對配套教材的解讀,體現了教材編寫者的意圖.

2.2 數據編碼

內容的分類根據課程標準與教材在“拋體運動”和“圓周運動”所在章節的劃分,將其劃分為“曲線運動”、“運動的合成與分解”、“平拋運動”和“圓周運動”、“向心力”5個維度.

認知水平的分類依據物理學科核心素養的四個維度“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”、“科學態度與責任”.對于每個水平的細分類如表1.

表1 課程標準認知水平分類依據

(1) 對課程標準的編碼.

使用內容分析法對課程標準進行編碼.提取課程標準中知識點數的同時,劃分該內容的認知維度,構建“內容主題×認知維度”的二維表格,并進行歸一化處理.

兩位編碼者對《課程標準》獨立進行編碼,用SPSS軟件處理編碼所得數據,計算皮爾遜相關系數為0.924,表明兩個編碼結果在P=0.01水平上顯著相關.[9-11]兩位編碼者就分歧點進行討論,最終得到如表2所示編碼.

(2) 對教材的編碼.

與上述對課程標準的編碼相同,提取教科書中知識點數的同時,劃分該內容的認知維度,構建“內容主題×認知維度”的二維表格,并進行歸一化處理.

兩位編碼者對人教版、魯教版和滬教版物理教科書獨立進行編碼,用SPSS軟件處理編碼所得數據,計算皮爾遜相關系數分別為0.988、0.831和0.961,表明兩位編碼者在人教版、魯教版和滬教版物理教科書編碼結果各在P=0.01水平上顯著相關.兩位編碼者就分歧點進行討論,最終得到如表2所示編碼.

表2 “內容主題×認知維度”二維表

續表

3 數據分析

3.1 一致性系數分析

利用Gavin提出的計算P的臨界值方法,在matlab中用unidrnd函數將教材和課標的知識點數賦值到與原矩陣大小相等的5×4矩陣中,計算得出P值,再將此過程重復20000次,最終得出P的臨界值為P0.[12]

利用Porter一致性計算方法,計算得出一致性系數P與臨界值P0并進行比較,用以說明課程標準和教材是否存在一致性.

表3 3個版本高中物理教科書與課程標準之間的一致性系數P和95%水平的參考值P0

將3個版本的教科書與課程標準的一致性系數P與臨界值P0進行比較,可以發現,3個一致性系數均高于參考值,說明三個版本的教科書與課程標準均存在一致性.

3.2 曲面圖分析

通過曲面圖可以清晰的看出某一部分的內容側重于哪一個維度的認知水平,或哪一維度的認知水平在某部分內容中有所側重.

圖1表明,課程標準在“拋體運動”和“圓周運動”對應章節的內容主要集中在“圓周運動”和“向心力”,側重于發展學生的物理觀念.圖2表明人教版教材的內容主要集中在“平拋運動”、“圓周運動”和“向心力”,“平拋運動”部分側重發展學生的物理觀念,“圓周運動”和“向心力”,側重于發展學生的物理觀念.圖3表明魯教版教科書的內容主要集中在“運動的合成與分解”、“平拋運動”和“向心力”,“平拋運動”部分相對全面發展學生物理學科核心素養,“圓周運動”和“向心力”側重于發展學生的物理觀念.圖4表明滬教版教科書的內容主要集中在“平拋運動”、“圓周運動”和“向心力”,“平拋運動”部分側重發展學生的科學思維,在“圓周運動”和“向心力”部分側重發展學生的物理觀念.

圖1 課程標準內容和認知維度分布

圖2 人教版教科書內容和認知維度分布

圖3 魯教版教科書內容和認知維度分布

圖4 滬教版教科書內容和認知維度分布

3.3 柱狀圖分析

根據比率表繪制內容主題分布比較的柱狀圖,如圖5所示.圖5表明,對于“曲線運動”這一主題,課程標準的比率值與人教版和魯教版教科書的比率值相近,滬教版教科書比率值明顯低于課程標準.對于“運動的合成與分解”這一主題,課程標準的比率值與人教版、滬教版教科書比率值近似,魯教版教科書比率值明顯高于課程標準.對于“平拋運動”這一主題,課程標準的比率值明顯低于各教科書的比率值,其中人教版教科書比率值最高,滬教版教科書比率值最低.對于“圓周運動”這一主題,課程標準的比率值與滬教版教科書的比率值相近,人教版和魯教版教科書的比率值均低于課程標準,其中魯教版教科書比率值最低.對于“向心力”這一主題,課程標準的比率值與滬教版教科書比率值相近,人教版和魯教版教科書的比率值相近且低于課程標準比率值.

圖5 內容主題分布比較

根據比率表繪制認知水平分布比較的柱狀圖,即圖6.圖6表明,課程標準和教科書都注重發展學生的“物理觀念”.對于“物理觀念”這一維度,課程標準的比率值高于各版本教科書的比率值,且各版本教科書的比率值相近.對于“科學思維”這一維度,課程標準的比率值低于各版本教科書的比率值,其中滬教版教科書的比率值最高,魯教版教科書的比率值最低.對于“科學探究”這一維度,課程標準與各版本教科書的比率值幾乎一致.對于“科學態度與責任”這一維度,課程標準的比率值低于人教版和魯教版教科書的比率值,高于滬教版教科書的比率值,其中魯教版教科書的比率值最高.

圖6 認知水平分布比較

4 研究結論

教材的編制是以課程標準為綱領的,二者之間應該存在一致性.通過SEC分析可以發現在《普通高中物理課程標準(2017版)》與人教版、魯教版和滬教版普通高中物理教科書“拋體運動”和“圓周運動”對應章節中,雖然從知識內容和認知水平上二者都存在一定的差異,但是整體而言存在一致性.其中魯教版高中物理教科書與課程標準的一致性最高.