普通高中物理教科書難度的定量比較

楊科 張智勇 張靜

摘 要：基于高中物理教科書難度研究模型，從知識、習(xí)題、拓展三個(gè)維度對2019年出版的三個(gè)版本普通高中物理教科書中相對論部分進(jìn)行難度的定量比較，結(jié)果表明：魯科版、滬科版教科書的難度遠(yuǎn)高于人教版，但三版教科書的平均深度基本一致.建議教師在教學(xué)中可合理選取三版教科書中的教學(xué)資源，注意必修課程與選修課程間的遞進(jìn)關(guān)系，適當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)容的廣度來控制其難度;在設(shè)計(jì)習(xí)題時(shí)，可采用形式多樣的開放性習(xí)題，以強(qiáng)化學(xué)生的關(guān)鍵能力.

關(guān)鍵詞：難度;物理教科書;相對論

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0016-03

基金項(xiàng)目：西澳大學(xué)委托項(xiàng)目“International collaboration in teaching and learning of Einsteinian physics”，長江大學(xué)社科基金項(xiàng)目“學(xué)科核心素養(yǎng)視角下高中理科教科書的變遷與影響因素研究”，長江大學(xué)2020年課程思政示范建設(shè)項(xiàng)目“物理學(xué)科教學(xué)論”.

作者簡介：楊科（1998-），男，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論;

張智勇（1996-），男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

通訊作者：張靜（1982-），女，湖北荊州人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

隨著我國新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的啟動(dòng)，以“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”為目標(biāo)的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》于2018年正式頒布，2019年高中新版教科書陸續(xù)出版.在此背景下，科學(xué)、客觀地對教科書進(jìn)行評價(jià)，從而幫助教師合理運(yùn)用教科書以及編寫者修訂教科書就顯得十分重要.

由于不同教科書的編者對課程標(biāo)準(zhǔn)的理解不盡相同，教科書的難度會出現(xiàn)差異，具有可比性.本文分別對人民教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社、上海科技教育出版社（以下分別簡稱人教版、魯科版、滬科版）出版的《普通高中教科書物理》[1-3]必修第二冊模塊中的“相對論”的內(nèi)容進(jìn)行難度定量比較.

1 高中物理教科書難度研究模型

1.1 模型構(gòu)建

影響教科書難度的基本要素有三個(gè)：廣度、深度和進(jìn)度[4].本研究借鑒李曉梅[5]、廖伯琴[6]等人建構(gòu)的模型，忽略教學(xué)進(jìn)度和課時(shí)多少的影響，只從教科書本身的廣度和深度方面進(jìn)行研究.由于“相對論”內(nèi)容不涉及實(shí)驗(yàn)，故研究范圍包括教科書中的知識、習(xí)題和拓展三個(gè)部分.

教科書的總廣度表示為G=G1+G2+G3，教科書的總深度為S總=S1+S2+S3，其中G1、G2、G3與S1、S2、S3分別為知識廣度、習(xí)題廣度、拓展廣度與知識深度、習(xí)題深度、拓展深度.教科書的難度表示為N=S總/S總max，其中S總max表示所比較的教科書中總深度的最大值.教科書的平均深度表示為S-=S總/G.

1.2 賦值標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 廣度的賦值標(biāo)準(zhǔn)

知識的廣度研究是按照教科書的章節(jié)結(jié)構(gòu)，整理出教科書中最小的知識點(diǎn)[5].本文選擇教科書的三級標(biāo)題作為最小知識點(diǎn)，教科書中的節(jié)首也算作最小知識點(diǎn)，但是個(gè)別情況下，三級標(biāo)題下仍需要進(jìn)行細(xì)分，對此內(nèi)容參考教師用書的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行選擇.求出最小知識點(diǎn)的總個(gè)數(shù)就可以得到知識的廣度.

習(xí)題的廣度研究是教科書中每一節(jié)的課后習(xí)題與每一章的章末習(xí)題，習(xí)題的總個(gè)數(shù)即為習(xí)題的廣度.

拓展的廣度研究為教科書中的欄目.拓展欄目主要為諸如STSE、科學(xué)漫步、科學(xué)書屋、拓展一步、信息瀏覽、多學(xué)一點(diǎn)等以專門版塊呈現(xiàn)在教科書中的欄目，欄目的總個(gè)數(shù)即為拓展的廣度.

1.2.2 深度的賦值標(biāo)準(zhǔn)

深度研究是在廣度研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行，根據(jù)廖伯琴[7]創(chuàng)建的內(nèi)容深度的賦值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深度賦值.高中物理教科書中內(nèi)容的不同層次劃分標(biāo)準(zhǔn)及深度賦值見表1.

例如，人教版教科書中對“牛頓力學(xué)時(shí)空觀”知識進(jìn)行簡單文字描述，深度賦值為1;人教版教科書中第一個(gè)習(xí)題應(yīng)用“同時(shí)的相對性”知識進(jìn)行簡述即可，深度賦值為1;人教版教科書中對科學(xué)漫步欄目“宇宙的起源與演化”進(jìn)行簡單的分析描述，深度賦值為1.其余內(nèi)容的深度賦值依照同樣方式進(jìn)行.

2 教科書難度的比較研究

基于以上建構(gòu)的高中物理教科書難度研究模型，對人教版、魯科版、滬科版高中物理教科書中“相對論”內(nèi)容進(jìn)行比較研究.

2.1 廣度與深度的比較

人教版、魯科版、滬科版的知識廣度G1分別為5、11、12，知識深度S1分別為7、13、15（見表2）.故魯科版、滬科版的知識廣度、深度均高于人教版.三版教科書均包含了課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的“相對論”部分的基本知識，如狹義相對論的基本假設(shè)、長度收縮效應(yīng)、時(shí)間延緩效應(yīng)等;人教版與課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的內(nèi)容基本一致，魯科版則介紹了諸如“質(zhì)能關(guān)系”等略難的知識供學(xué)生拓展，滬科版則全面介紹了“經(jīng)典力學(xué)”的成就和局限性等內(nèi)容.在內(nèi)容安排上，魯科版和滬科版均先介紹牛頓力學(xué)的局限性再講述相對論內(nèi)容，而人教版則先安排相對論內(nèi)容.

人教版、魯科版、滬科版習(xí)題的廣度G2分別為3、12、11，習(xí)題的深度S2分別為3、15、12（見表3）.故魯科版、滬科版的習(xí)題廣度與深度均高于人教版，由于人教版教科書的“相對論”內(nèi)容只有一節(jié)，其習(xí)題數(shù)量較少，導(dǎo)致其廣度與深度較低.

人教版教科書中的習(xí)題主要是對知識的簡單應(yīng)用;魯科版、滬科版則形式較為多樣，在考查簡單應(yīng)用基礎(chǔ)上，設(shè)有查閱資料、小論文撰寫、調(diào)研報(bào)告、科幻劇等開放性習(xí)題，能夠發(fā)展學(xué)生信息處理、論文寫作、口頭表達(dá)等綜合能力.例如，魯科版“章末練習(xí)2”“查閱資料，了解愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的過程，寫一篇相關(guān)的科技小論文” 與滬科版“家庭作業(yè)與活動(dòng)3”“撰寫一篇題為關(guān)于‘伽利略、牛頓的科學(xué)研究方法對物理學(xué)發(fā)展的意義的小論文”可培養(yǎng)學(xué)生信息搜索、信息整理及論文寫作等能力，也可以讓學(xué)生了解相關(guān)物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

人教版、魯科版、滬科版拓展的廣度G3分別為2、5、5，拓展的深度S3分別為2、5、5（見表4）.故魯科版、滬科版的拓展廣度與深度相同且均高于人教版.三版教科書均注重物理與現(xiàn)代技術(shù)的聯(lián)系，設(shè)立了拓展欄目開拓學(xué)生的眼界.如人教版的“科學(xué)漫步”，魯科版的“科學(xué)書屋”和“拓展一步”，滬科版的“信息瀏覽”和“多學(xué)一點(diǎn)”等;人教版對天文學(xué)進(jìn)行了簡要介紹，魯科版注重諸如“愛因斯坦”等物理學(xué)史的呈現(xiàn)，滬科版?zhèn)戎貎?nèi)容廣度的豐富.

基于以上分析，人教版、魯科版、滬科版的總廣度G總分別為10、28、28，總深度S總分別為12、33、32.故魯科版、滬科版教科書的總廣度最高，魯科版教科書的總深度最高，且魯科版、滬科版教科書的總廣度和總深度均高于人教版.魯科版與滬科版教科書的“相對論”內(nèi)容作為一章的形式呈現(xiàn)，而人教版作為一節(jié)的形式呈現(xiàn)，導(dǎo)致其內(nèi)容三個(gè)維度的廣度均高于人教版教科書.由于總深度與廣度是正相關(guān)的，所以魯科版、滬科版教科書深度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人教版.

2.2 平均深度比較

依據(jù)平均深度公式S=S總/G，可得到人教版、魯科版、滬科版的平均深度以及三個(gè)維度的平均深度（見表5）.

結(jié)果表明，三版教科書的平均深度基本一致.人教版教科書的知識的平均深度最高，有“窄而深”的取向;魯科版教科書習(xí)題的平均深度最高，與其習(xí)題的開放性和實(shí)踐性有關(guān);三版教科書拓展的平均深度均為1.

2.3 難度比較

依據(jù)內(nèi)容難度公式N=S總/S總max，三版教科書的難度N分別為0.36、1.00、0.97，三版教科書在知識、習(xí)題、拓展三個(gè)維度方面的難度見表6.

三版教科書中魯科版、滬科版教科書的難度較高，主要因?yàn)槠鋬?nèi)容廣度較高.在知識方面，滬科版教科書的難度最高，而人教版最低;在習(xí)題與拓展方面，魯科版、滬科版教科書的難度均遠(yuǎn)高于人教版.

3 結(jié)論與建議

在相對論部分，人教版、魯科版、滬科版教科書的難度呈現(xiàn)如下順序：魯科版>滬科版>人教版，魯科版、滬科版教科書的廣度最高，但三版教科書的平均深度基本一致.三版教科書均具有各自的特色：在知識上，人教版注重相對論的基本知識，魯科版強(qiáng)調(diào)相對論的整體性，滬科版則重視經(jīng)典力學(xué)的重要性;在習(xí)題上，人教版重視知識的簡單應(yīng)用，魯科版?zhèn)戎刈詫W(xué)與實(shí)踐能力，滬科版則介于兩者中間;在拓展上，人教版?zhèn)戎噩F(xiàn)代科學(xué)的介紹，魯科版重視物理學(xué)史的滲透，滬科版強(qiáng)調(diào)物理內(nèi)容的豐富.

教師在教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的不同需求，合理選擇三版教科書中的教學(xué)資源，并應(yīng)注意必修課程與選修課程間的遞進(jìn)關(guān)系，適當(dāng)調(diào)節(jié)相對論知識的廣度來控制其難度，可以將一些拓展內(nèi)容作為選學(xué)部分供學(xué)生選擇性學(xué)習(xí).在設(shè)計(jì)習(xí)題時(shí)，教師可通過結(jié)合三版教科書中形式多樣的開放性習(xí)題[8]，例如自主查閱資料、科幻劇、調(diào)研報(bào)告等，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)相對論的興趣，讓學(xué)生深入理解物理學(xué)科的研究方法，從而強(qiáng)化學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

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[8]Magdalena Kersting，Ellen Karoline Henriksen，Maria Vetleseter Be，Carl Angell.General relativity in upper secondary school： Design and evaluation of an online learning environment using the model of educational reconstruction[J].Phys.Rev.Phys.Educ.Res.，2018，14（01）： 010130.

（收稿日期：2021-04-10）