美國初中物理教材“合作問題解決”的呈現特點及啟示

黃澤璇 張軍朋

（華南師范大學物理與電信工程學院，廣東 廣州 510006）

1 問題的提出

隨著社會的發展，合作問題解決已成為當今信息社會最基本、最急需的公民素質之一.合作問題解決 （Collaboration Problem Solving，簡稱“CPS”），是指個體能有效參與由兩個或以上成員組成的團隊，通過合作的方式，達成共識、尋求解決方案、匯集組內知識技能和行動以解決問題的能力.[1]PISA2015首次將CPS作為測試的領域之一.根據 OECD 發布的 PISA2015測試結果，[2，3]中國學生在科學、數學測試上的表現明顯優于美國學生（科學：中518分／美496分；數學：中531分／美470分），但在CPS方面的表現卻不盡人意：中國學生CPS得分為496分，低于OECD平均分4分，而美國學生的CPS得分為520分，顯著高于平均分.可見我國學生雖然在知識方面表現優秀但合作能力卻明顯低于美國學生.

造成這一現象的原因是多方面的，需要我們從多個角度出發借鑒美國對學生CPS能力培養的經驗.教材作為教師組織教學活動的基本依據，對CPS活動的開展具有重要的組織與指引功能，深入分析美國教材中的CPS呈現可為我們提供經驗借鑒.

本文以《科學探索者》物理分冊為研究對象，分析CPS在美國初中物理教材中的呈現特點，以期為我國初中物理教材的編寫與使用提供參考.

2 美國初中物理教材CPS呈現特點分析

美國初中物理教材在編寫上非常注重為學生提供合作解決問題的機會.一方面，CPS任務貫穿全章，教材每一章均設置貫穿整章的“本章課題”欄目，內容包括設計制作產品、調查研究與信息收集，要求學生首先與他人討論交流以幫助自己確定實施方案，最后在整章學習結束后在班級中進行成果展示，在分享中更好地解決問題.另一方面，呈現CPS任務的欄目豐富多樣，除了“本章課題”，教材還在“探索活動”、“技能實驗室”、“家庭活動”、“消費者實驗室”以及每冊書最后的“跨學科探索”和“技能手冊”欄目中設置了豐富的小組合作任務.經統計，在《科學探索者》物理分冊共305個欄目的內容設計中，共有體現CPS內涵的欄目83個，約占總欄目的27.21%.為了進一步分析教材CPS的呈現特點，下文將結合具體示例進行說明.

2.1 合作任務多樣，情境豐富

對CPS任務的精心設計是開展高質量合作的關鍵.PISA指出不同類型的CPS任務可引發學生不同的互動和解決問題的行為，但各類型CPS任務均需具有合作的必要，[4]以避免合作的開展流于形式.依據PISA的分類，CPS任務分為3種類型：[1]團體決策任務（要求成員間進行論證、商討、建立共識以形成團體決策）、團體協同任務（包括分工合作、拼圖任務）和團體生產任務（設計新產品或撰寫書面報告）.《科學探索者》中各種任務類型的典型示例及占比見表1.由表1可看出：（1）教材中的團體決策任務有多種不同的解決途徑，具有討論、交流的空間，需要學生分享各自的想法和思路從而更全面地解決問題；（2）團體協同任務要求學生分別承擔互補的、有內在關聯的角色和分工，需要學生在達成各自角色目標的基礎上完成團體任務；（3）團體生產任務通常是需要花費較長時間才能完成的“大任務”，對學生具有一定的挑戰性，需要學生各自貢獻出自己的聰明才智，合力嘗試解決.可見，《科學探索者》中不同類型的CPS任務均需要經由合作才能有效地完成，保障了高質量合作的開展.

表1 《科學探索者》CPS 3種任務類型的典型示例及占比

此外，教材還基于初中生的身心特點，在CPS任務中設置了豐富多樣的問題情境.如在《聲與光》一冊的“跨學科探索”中，教材要求學生與同班同學組織一個座談會討論電影與科技發展、政治事件之間的聯系；在“力”一章的“消費者實驗室”欄目中，教材讓學生利用3種以上不同類型的防滑運動鞋探究不同運動鞋鞋底與桌面之間摩擦力的區別，豐富的問題情境使CPS任務生活氣息濃厚，容易提高學生參與合作的興趣，達到培養CPS能力的目的.

2.2 合作要求明確，方式具體

由2.1可知《科學探索者》中的CPS任務需要以小組合作的方式才能夠有效地完成.由于教材對CPS任務的開展具有重要的組織功能，因此教材是否清晰、明確地提出合作的要求，會直接影響CPS任務的實施效果.《科學探索者》中的大部分CPS欄目直接呈現“小組、同伴、一起、合作、討論、分享”等關鍵詞，明確地提出了合作要求.另外，教材還針對不同的CPS任務，為學生提供不同的合作方式，典型示例及占比見表2.不同的合作方式側重于鍛煉學生不同方面的能力，如在“探索活動”、“技能實驗室”等欄目，教材一般要求學生與1-2個同伴分工合作，需要學生明晰自己與同伴的角色定位，并遵循合適的行為步驟達成問題解決，側重于鍛煉學生與他人進行深度配合的任務執行能力；在“跨學科探索”“技能手冊”等欄目，教材則要求學生與多人組建合作小組，需要學生圍繞共同目標承擔團隊責任，考慮小組成員的反饋以調整、確定解決方案，側重于提高小組成員的團體意識和社交管理能力；而在“本章課題”欄目，教材一般要求學生與全班同學一起通過思考討論、展示交流等方式分享各自的信息和想法，側重于鍛煉學生從他人視角看待問題的能力.可見，《科學探索者》在提出合作要求的基礎上針對不同CPS任務的特點給出合作方式，為初中生開展CPS活動提供了較為具體的實施建議.

表2 《科學探索者》CPS“合作方式”的典型示例及占比

2.3 合作指引豐富，分工詳細

考慮到初中生合作解決問題的能力有限，為了降低初中生合作過程中的困難，教材CPS不僅任務多樣、情境豐富、要求明確，還為學生提供了多樣化的合作指引，如圖1.

圖1 教材CPS的合作指引分析

從圖1可看出，教材為學生開展CPS活動提供了分工指引、過程示范、注意要點、合作顧問等指引，降低了學生由于CPS活動較為復雜不知如何著手開展合作的可能性.值得注意的是，對合作任務的拆解與角色分配是美國教材CPS呈現的突出特點，這能有效緩解某一成員主導合作過程而造成合作中“漂移”現象和“搭便車”現象的發生，增強成員間的相互依賴性，促進高質量合作的有序進行.[5]例如，圖2的示例為學生及其兩位同伴提供了明確的分工指引，且配有實驗過程示意圖，方便學生參照教材指引開展合作，并附有“為安全起見，應該握緊鋼棍，但不要盡全力”的安全事項提醒.圖3的示例同樣對合作任務進行較為詳細的拆解，并明確指出“制作帆船的計劃需經指導老師同意”，將教師作為學生的合作顧問，強調了教師在學生合作中的監督作用.

圖2 教材CPS指引示例1

圖3 教材CPS指引示例2

2.4 合作組織靈活，實施全面

CPS活動的開展通常需要充足的時間，如何為學生充分、深入地開展CPS活動提供時間保障呢？《科學探索者》的做法是采用靈活多樣的組織形式，除了常規的課堂活動，教材還提供了“課外活動”、“家庭活動”和“社會活動”3種組織形式以全面實施CPS活動.課外活動要求學生利用課余時間在校內開展合作，例如在“運動”一章的“技能實驗室”欄目中，讓學生在學校體育場的空地上測量團隊成員跑過25 m所用的時間以及過終點線后到停下來的停穩距離.家庭活動則引導學生尋求家庭支持，在這類合作中，家長不僅僅是家庭活動的旁觀者，更承擔著重要的角色與分工，如“聲音”一章的“家庭活動”欄目讓學生“用一只耳朵貼近管子，同時請家人在一定距離之外輕敲管子，判斷是貼近管子的那只耳朵先聽到聲音還是另一只耳朵先聽到聲音，并向家人解釋自己的答案”.社會活動則引導學生充分利用社會資源開展合作，如要求學生“將調查問卷分發給鄰居以調查人們日常生活中通訊工具的使用情況”，又如“采訪成長于計算機普及前的老年人，了解他們對計算機普及的想法”.教材靈活多樣的組織形式，拓展了學生開展CPS活動的時間與空間，也為學生提供了更廣泛的合作支持.

3 總結與啟示

通過分析《科學探索者》物理分冊的CPS呈現，可發現美國初中物理教材精心設計CPS任務并基于不同任務的特點給出明確的合作方式，且考慮到初中生合作能力有限，為學生開展合作提供了多樣化的指引，還將CPS延伸到廣泛的家庭和社會參與之中.這為我國初中物理教材的編寫與使用提供了啟示.

3.1 完善CPS任務類型，精心進行任務設計

高質量的合作任務是CPS能力培養的有力支撐.《科學探索者》的CPS任務由團體決策任務（49.40%）、團體協同任務（40.96%）和團體生產任務（9.64%）3種類型構成，以引發學生不同的互動和解決問題的行為.此外，各類CPS任務均需通過合作才能有效解決，并設置豐富的問題情境提高學生參與合作的興趣.而我國初中物理教材中的合作任務較為單一，主要是對知識問題的口頭交流，[6]且一些思考討論類欄目中的問題學生獨立思考也能完成，導致合作流于形式.鑒于此，我國教材一方面應完善CPS任務的類型，另一方面應精心設計各類型CPS任務，體現合作與問題解決的內在聯系并創設豐富的問題情境促進學生參與合作的興趣，從而保障高質量合作的開展.

3.2 明確合作要求，加強對CPS的實施建議

清晰、明確的合作要求對CPS的實施效果具有直接影響.《科學探索者》高頻出現“合作、同伴、一起、展示、分享”等CPS關鍵詞，還根據不同CPS任務的特點給出具體的合作方式.而當前我國教材中的合作任務卻較少明確提及合作要求和合作方式.今后我國物理教材編寫及教師在組織CPS活動時應強化對CPS活動的組織要求，為學生開展CPS活動提供較為明確的實施建議.

3.3 提供多樣化指引，保障合作順利開展

必要的合作指引能保障學生CPS活動的順利開展.《科學探索者》為學生提供了多樣化的合作指引，從合作任務的拆解與角色分配、過程示范、注意要點到合作顧問的提供，都充分考慮了學生的合作需求.我國教材和教師也應注重為初中生開展合作提供必要的指引，以保障合作的順利開展.

3.4 拓展CPS課堂外延，重視家庭和社會支持

多樣化的CPS組織形式可以為學生提供更廣泛的合作伙伴和資源支持.《科學探索者》積極拓展課堂外延，將家庭和社會參與深度融入到CPS活動中.當前我國正在健全學校家庭社會協同育人機制，更應該促進家庭及社會參與融入CPS，為學生提供廣泛的家庭支持和社會支持，使得CPS真正成為學生的意識與習慣.