高中物理新舊教材中的問題比較分析——以人教版教材“力學”內容為例

郭芳俠 黃 凱

（陜西師范大學物理學與信息技術學院，陜西 西安 710119）

教材作為學校教育中知識的主要載體，在教學活動中扮演著重要的角色.因此對教材的分析、比較、反思極為重要.對教材的不斷深挖，一方面可以提升教師專業發展；另一方面可以促進教材的完善和發展.

以《普通高中物理課程標準（2017年版）》［1］（以下簡稱為“課標”）為依據編寫的2019版高中物理教材，同原教材發生了哪些變化？目前國內已有一些研究，胡嘉瑩等詳細對比論述了兩版教材在力學實驗上的變化；［2］王義梁等從宏觀角度，通過對比指出新教材在內容、欄目、實驗等多方面的特點.［3］這些研究，大都著眼于教材內容，編排邏輯等維度.對于課本問題的研究較少；楊孝波等分析了“運動和力的關系”部分兩版教材習題上的宏觀特點，如情景設置、提問方式等內容.［4］郭慶等結合物理核心素養構建分類標準對習題進行分類統計，分析新教材中核心素養的落實情況.［5］但未對習題的不良結構、思維層次等微觀內容展開分析，研究的內容主題范圍小且僅限于習題，不包括教材中其他欄目問題.

問題作為教材的重要組成部分，同教材緊密聯系，反映教材取向，在鞏固課堂所學的同時引導學生進行思維拓展，對提升學生的科學素養，發展其創新能力發揮著重要作用.此外，課本問題也是聯系實際生活的有效途徑，借助情景化的問題，引導學生利用所學去解決問題，促進所學向所用轉化.因此，課本問題的研究顯得極為必要.

1 研究對象

本文以高中物理人教版新舊兩版教材為研究材料，對教材中的課本問題進行分析.其中舊教材是指由人民教育出版社于2010年出版的普通高中教科書《物理》；新教材是指人民教育出版社以新課程標準為依據編寫于2019年出版并投入使用的普通高中教科書《物理》.選取“力學”模塊進行分析.力學作為高中物理學習的基礎，涵蓋的知識點較多，本文將其劃分為6個內容主題進行討論，如表1所示.

表1 2019版教材與2010版教材內容主題與章節對應表

本文研究的“課本問題”包括教材中的“課后習題”和“課堂練習”.“課后習題”對應的欄目，在舊教材中為：“問題與練習”；在新教材中為：“練習與應用”、“復習與提高”.“課堂練習”為穿插于教材正文中思考性問題，其對應的欄目，在舊教材中為：“說一說”、“科學漫步”、“思考與討論”、“STS”、“例題”；在新教材中為：“科學漫步”、“思考與討論”、“STSE”、“例題”.

2 研究內容和方法

2.1 研究內容

本文對新舊兩版教材中的課本問題從問題的思維層次、問題結構是否良好兩方面進行比較，以期對新教材課本問題結構、層次等有更深入地理解.研究思路及內容如圖1所示.

圖1 研究內容

2.2 研究方法

2.2.1 SOLO分類法

SOLO是“Structure of the Observed Learning Outcome”的縮寫，由澳大利亞John Biggs等［6］中提出，將學生的思維層次劃分為5個思維水平層次，分別為：前水平結構（P）、單點結構水平（U）、多點結構水平（M）、關聯結構水平（R）和擴展抽象結構水平（E）.

問題解決是操作性技能的體現，完成的情況受到相關知識的認知結構層次和學生對知識結構的熟練程度的影響.在此，我們所關注的是對知識點的認知層次.在對題目知識點層次劃分的過程中結合《課標》中關于課程目標的描述，以Biggs所劃分的5層次為基礎制定本文的劃分標準，其內容及例題展示說明如表2所示.由于前水平結構對高中生來說層次太低，在此不予考慮.

表2 問題SOLO思維層次的界定標準

2.2.2 結構不良問題的劃分

問題在構成要素上主要包含3個方面：初始狀態、目標狀態、運算規則（算子）.結構良好問題通常表現為有明確的己知條件（初始狀態）和要求達到的目標（目標狀態），有確定的運算規則（算子），應用有限數量的規則和原理就會得到確定的答案.而結構不良問題是指在上述3個方面中至少有一個不明確的問題.這類問題通常有多種解決途徑和解決標準，對于一個特定的解決方案是否適當，領域專家之間意見也不一致，因為它有各種不同的解決方案和解決途徑.因此參考侯新杰等［7］的研究，本文結構不良的劃分依據和代碼如表3所示，表4是具體案例分析其劃分結果.

表3 結構不良問題特征及界定標準

表4 結構不良問題劃分案例

3 課本問題設置分析

3.1 新舊兩版教材課本問題宏觀分析

3.1.1 課本問題數量變化

新教材較舊教材增加了章末習題（教材中“復習與提高”欄目），因此在力學部分新版教材的課本問題數量明顯增多，具體數目見表5.舊教材課本問題總量為315題，新教材共447題.從總體上，新教材較舊教材課本問題增量達29.53%.增幅主要源于新增的章末習題.課堂練習題目下降了23.56%，這是由于新教材新增了一個欄目——問題，將原舊教材中部分課堂練習置于每一節開篇作為課程導入所致.每小節的習題平均題量有小幅上升，這可能與新版教材內容編排更為緊湊有關，相同的內容量由原62小節壓縮至現54小節.

表5 2019版教材與2010版教材問題數量對比表

3.1.2 剔除無關概念，降低學生的認知負擔

較舊教材而言，新教材題目的文字描述以問題為核心展開，服務于問題的解決，減少無關概念的引入，描述更簡潔、指向性更強.具體題目的對比分析如表6所示.這一改變主要出現在節末習題中，降低了由于無關概念帶來的負擔，在問題情景中突出問題本身.

表6 2019版教材與2010版教材修訂題目對比分析

3.1.3 凸顯生活氣息，強化實驗探究

參考霍翠玲對問題背景的劃分方式，將問題背景劃分為：無背景、生活情景、科學技術（科學知識）、實驗探究、文化歷史這5類.［8］統計結果如表7所示.新舊教材的無情景問題分別為30.65%和38.10%，生活情景類占比分別達到51.01%和44.44%，其他3類所占的比重相對較低，尤其是以文化歷史為背景的問題僅占1.34%和1.27%.

表7 2019版教材與2010版教材問題背景統計

新教材問題中更多以生活情景為背景，較舊教材增長了7.45%，無情景的問題比重明顯下降，降低了6.57%.在其他類的變化不大.與舊教材相比，新教材問題中更注重同實際生活的聯系，更多地融入生活情景，促進物理同生活的聯系.同時探究性問題增加，以培養科學思維和實驗探究能力.

3.1.4 豐富提問方式，著眼于解題的思維過程

相比舊教材，新教材在提問時大量出現“有沒有不同的認識”、“結合……想一想”、“不正確，錯在那里？”、“分析過程”、“請說明理由”等提問關鍵詞.這些關鍵詞的使用，引導學生思考問題的解決過程，注重學生的思維活動過程.

3.2 新舊兩版教材課本問題微觀分析

3.2.1 SOLO思維層次分析

（1）新舊兩版教材思維層次整體分析.

按前文所述的分類標準，對新舊兩版教材力學部分的課本問題進行分類，其SOLO層次評定結果如表8所示.

表8 2010版、2019版教材問題SOLO思維層次統計

總體來看，兩版教材力學部分的問題在思維水平上的變化如圖2所示.新教材中單點結構、多點結構、抽象拓展結構問題占比均有下降，下降的百分比分別為9.66%、5.59%、0.64%，下降較顯著的是單點結構，雖然這3個層次題目的占比有所下降，但對應層次的題目數量并沒有減少，反倒有不同程度的增加，關聯結構層次的問題由96個增加到252個，較舊教材顯著增加，增加的百分比為15.89%.這一思維水平的變化，同課程目標的要求相契合，要求學生具備一定的探究意識與批判性思維，綜合利用所學知識，創造性的解決問題.

圖2 2019版教材與2010版教材課本問題思維層次對比

（2）各思維層次中的變化情況.

在對兩版教材整體思維層次變化分析的基礎上，繼續分析每一思維層次下各內容主題題目占比的變化.

在單點結構中，各主題內容的情況如圖3所示.在單點結構水平中，質點的直線運動（主題1）、曲線運動（主題3）這兩個主題占比有所上升，上升的百分比分別為7.39%和1.88%.原因是這兩部分的教學內容均是后續學習的基礎，物理核心概念與重要規律的引入較多，題目更加注重對基本概念和規律的內涵的考查.其余各主題題目占比均有不同程度的下降，其中相互作用與運動規律（主題2）、下降了4.03%.萬有引力定律（主題4）和能量與動量（主題5）、機械波（主題6）、這3個主題的變化不大.

圖3 單點結構中2019版教材與2010版教材課本問題對比

在多點結構水平中，各內容主題的情況如圖4所示.新教材僅在質點的直線運動（主題1）較舊教材的占比有所下降，下降了5.61%，但在題目的數量相差不大，主要是由于新版教材題目總數量的大幅增加所致.在其余的主題均有不同程度的上升，由于新版教材的題目基數較大，雖各主題百分比變化不顯著，但對應的題目數量的增加還是可觀的，如萬有引力定律（主題4）中題目數量由原11題增加為20題.

圖4 多點結構中2019版教材與2010版教材課本問題對比

在關聯結構水平中，各內容主題的情況如圖5所示.在萬有引力定律（主題4）與機械波（主題6）這兩個主題，增長比重分別為1.54%和8.68%.其余主題中有不同程度的下降，較明顯的為質點的直線運動（主題1）、相互作用與運動規律（主題2）下降百分比為4.81%、3.97%.雖然百分比有所下降，但在題目數量上各主題都有顯著的提升.占比下降的原因是由于新版教材關聯結構的問題總體數量較舊教材有大幅增加（接近原來的3倍），各主題內容下題目雖也大幅上升，但仍有部分主題的提升幅度小于總體的提升幅度.這也反應了在具體的主題模塊中，題目的思維層次根據知識點的特點有著細微的調整，以更好的服務于實際的需要.

圖5 關聯結構中2019版教材與2010版教材課本問題對比

在抽象拓展結構中，各內容主題的情況如圖6所示.在相互作用與運動規律（主題2）、曲線運動（主題3）和機械波（主題6）這3個主題中的比重有所上升，上升的百分比分別為13.49%、7.04%和1.17%；在其余3個主題內容中百分比下降，能量與動量（主題5）下降16.28%，下降的幅度最大，這是由于新教材中在該板塊中刪除了部分要求學生查閱資料解釋實際問題的題目造成的.

圖6 抽象拓展結構中2019版教材與2010版教材課本問題對比

在對每一思維層次中不同內容主題的分析中可以發現，各個思維層次的題目在不同的內容主題中并不是均衡分配的，存在一定的差異.總的說來，表現為：單點結構與多點結構水平的題目，更多的集中于以基礎性、工具性知識為主的內容主題中.如：質點的直線運動、曲線運動；關聯結構水平的題目更多集中于知識綜合性較強的內容主題中.如：萬有引力定律、機械波.這一在分配上的差異與課標要求中的注重基礎性與選擇性相吻合，在提高學生能力的同時夯實基礎，根據知識的特點有針對性的設置問題，優化結構.

3.2.2 新舊兩版教材問題中結構不良問題分析

（1）結構不良問題總體數量特征比較.

依據結構不良問題的界定方法，分析教材中的問題確定是否為結構不良，并統計數量及其占比，如表9所示.數據顯示在兩版教材中結構不良問題所占的比重約30%，均小于結構良好問題的比重，結構良好問題（物理現象高度抽象、設置物理量形成的習題）仍占多數.新教材中結構不良問題的數量有大幅的上升，主要增加在課后習題中，由60個增至115個，這是由于新教材在舊教材的基礎上增加的章末習題（教材中“復習與提高”），體現了物理核心素養的要求，希望通過這些問題的解決，培養學生分析、建模、表征等能力.

表9 新舊教材結構不良問題數量統計

（2）結構不良問題的結構特征比較.

采用表3的劃分依據對課本問題中的結構不良問題進行特征界定，確定該問題是由于哪一種或幾種成分的缺失導致的結構不良，結果如表10所示.表明兩版教材中結構不良問題大多是由A（初始條件或狀態的缺失或冗余）、E（真實的生活情景）、G（開放性答案）導致的.D（沒有公認的解決方案）、F（涉及跨學科）類特征的次之.B、C特征的結構不良較少，即目標界定模糊、不清晰的題目和解題概念、規則、原理不清的題目較少.這表明，課本問題在結構不良的設置上多為評價上的開放性設置、目標狀態上的缺失或冗余以及生活知識的借用，較少在目標狀態上設置結構不良問題.符合課程標準和高中生的思維、認知特點，培養學生學會對現象進行描述，對條件判斷、取舍以及進行定向表征的能力.

表10 2019版教材與2010版教材結構不良問題特征統計

雖然兩版教材結構不良問題的特征上呈現相同的特點，但在微觀上，也存在著一些變化.為了直觀的體現這一變化，繪制了如圖7所示的統計圖.表明新教材的結構不良特征在A、B（目標界定模糊）和F 3類上有一定幅度的上升，其中F類上升幅度最大，為4.19%，在其余的均有不同程度的下降，其中C類（涉及的概念原理不確定等）下降的比重最大，為4.7%.說明新教材在結構不良問題中，更加注重考查學生對解題線索的獲取與辨別能力，即能從眾多的信息中抽取去有利于問題解決的關鍵信息；同時體現了STEM教育理念，引導學生跨學科綜合知識進行解題，促進學生綜合能力的提升.

圖7 2019版教材與2010版教材結構不良問題結構特征對比

（3）思維層次的總體數量特點比較.

采用表2的界定標準對結構不良問題進行思維層次的界定，具體結果如表11所示.發現兩版教材結構不良問題的思維層次主要集中在多點結構和關聯結構中.這表明課本中的結構不良問題對學生的思維要求是比較高的，即對學生而言這些題目的難度是相對較大的.

表11 結構不良問題思維層次統計

同時顯示在關聯結構思維層次上，新教材的結構不良問題較舊教材有大幅的上升，上升比重達到17.95%，在其他層次均有不同程度的下降，其中單點結構下降的比重最大，達9.07%.這一增一減，說明在新教材中結構不良問題的難度和思維要求較舊教材更高，這也和新教材整體題目的變化趨勢相吻合，更加注重學生綜合分析問題的能力.

4 結論與建議

4.1 新舊兩版教材力學部分課本問題分析結果

從總體上，新版教材在舊教材的基礎上去粗取精，增加了大量富有時代特色的內容，優化提問方式，關注學生解題過程中的思維活動，側重對學生能力的培養.除節末習題外增加了章末習題，體現習題難度和思維的進階；在增加題目數量的同時優化題目的質量，使課本問題在教學中的價值得到進一步體現.

在問題思維層次上，新版教材中關聯結構的問題比重顯著上升，對學生的思維水平提出了更高的要求.但在具體的教學單元中，根據知識點的特定進行適當的調整，在基礎概念規律較多的部分，為關鍵概念保留較大的問題比重，讓學生熟練相關概念；在綜合性較強的章節，設置更多綜合運用的題目.在對能力提出更高要求的同時，兼顧知識點與教學任務的特性，合理設置題目，讓題目更具針對性與實用價值.

就結構不良問題而言，從在各自教材中所占的比重來看二者變化不大；但從數量上新教材中結構不良問題數量增加了約42%，新教材不良問題結構特征上較舊教材有所調整，更加注重對信息的獲取能力和跨學科解決問題的能力.這一變化反映了當下對復合型人才的需要以及大數據背景下所需要的具備的能力.

4.2 對教材編寫的建議

進一步開發章末習題這一新增的欄目，合理設置章末習題的難度，提高其綜合性.在“例題”、“節末習題”、“章末習題”中體現問題的進階，以此促進學生思維的螺旋上升更好的掌握知識點.其次豐富問題的來源，適當增加以文化歷史為背景的問題，進一步體現新課標對人文的關懷，同時弘揚中華的傳統文化，增加民族信心和凝聚力.

在思維層次上，適當增加抽象拓展類問題的占比，抽象拓展類問題要求學生自己抽象物理情景，通過靈活運用知識，構建模型來解決或者解釋問題.適當提高這類問題的比重，有助于學生科學思維的養成，促進核心素養的發展.

在結構不良問題方面，可適當增加其比重，同時引入一些原始問題.原始問題相較結構不良問題，更貼近實際的生活，對學生獲取信息、分析推理、建構模型的能力要求更高，但也更能促進其思維發展，同時好的原始問題可以激發學生的興趣.