中美高中物理主流教材例題比較分析

何彬淇 王歡

關鍵詞：中美教材：高中物理;例題：教材比較

1引言

1.1研究問題

本文主要研究中美高中物理教材在例題呈現方式上的異同點，例如：在題干中是傾向于直接給出物理模型還是通過對真實情境的描述讓學生主動去建構物理模型？例題是否給出配圖以使問題更加形象與直觀？例題的難度水平是否一致？另外，例題與習題最大的不同在于教材給出了例題的解答過程，對學生來說，是解題方法的示范，那么中美教材的例題在解答過程中又有什么樣的不同呢？例題解答過程的環節設置，解答過程中符號與語言的占比情況等，都值得我們去分析。

1.2研究目的與意義

在實際教學中，相較于教材中的習題而言，教師和學生對教材例題的利用率更高;且例題的解答過程是由教材給出的，對于學生來說，是解題的參考與規范。因此，有必要對例題的呈現形式提出更高的要求。通過對比分析中美教材的例題，可以在一定程度上發現我國現行教材在例題設置上的一些優缺點，并對教材例題的優化提出切實可行的建議。

1.3研究方法

本文主要采用文本分析法，分別選取中美兩國高中物理主流教材為研究樣本：人民教育出版社于2019年出版的普通高中教科書《物理》和美國麥格勞一希爾公司于2008年出版的高中物理教材《物理：原理與問題》（Physics：Principles andProblems），為簡便起見，在下文中分別稱這兩套教材為人教版教材和美國教材。

在對例題進行對比分析時，選取“機械能”部分的相關內容，主要分為兩個方面：第一，從情境設置、插圖使用情況和題目難度三個方面對題干進行對比分析;第二，從符號與語言的占比、環節設置兩個方面對例題的解答過程進行對比分析。

1.4研究現狀

在對我國教材例題的研究中，樊蕾從例題設置的數量、類型、情境來源、信息呈現方式以及解題過程這幾個方面分析了人教版高中物理教材的特征，并依據分析結果提出應適當增加題目的開放性與綜合性等建議。

在對中美高中物理主流教材例題的研究中，李亞飛對中美教材例題習題進行了對比，得出了入教版教材例題含“科技應用”背景的較多，美國教材例題以“純知識”背景為主：人教版教材例題重視分析解題思路，整體文字表述較多，美國教材例題的解答模式固定，解答步驟清晰完整：人教版教材例題的綜合難度高于美國教材。李蕾從例題標題、物理過程分析、物理解題格式、檢驗反思、數學手冊5個方面對中美高中物理教材例題的呈現方式進行了比較研究，得出美國教材更注重教育心理學成果，更加顯化科學方法教育，并對我國教材的優化提出了建議。胡東明比較分析了中美高中物理教材中“動量”部分例題的共同點與不同點，并對我國教材提出了注重例題解答過程中的物理意義、重視解題前對題目的分析和概括、增加解題后對結果的分析步驟等建議。

在上述研究的基礎上，筆者選取我國新版高中物理教材，對中美兩版教材中“機械能”部分的例題展開分析，以期對我國教材例題的優化設置提供參考。

2理論基礎

2.1建構主義

建構主義強調學習的情境性，強調把所學的知識與一定的真實性任務掛鉤，提倡在教學中使用真實性任務，讓學生通過一定的合作來解決情境性問題，以此建構起能靈活遷移應用的知識經驗。因此，例題中如果能以真實的情境作為問題背景，讓學生意識到物理知識價值的同時，能夠加深他們對知識的理解，提高解決問題的能力。

建構主義認為，在知識建構過程中，學習者以原有知識經驗為基礎來同化新知識，且同化過程涉及到感知、判斷、推理、記憶等一系列復雜的認知活動：隨著新知識的同化，原有知識經驗會因為新知識的納入而發生調整或改組，即知識的順應。在做題過程中，學生的認知在不斷地發生同化與順應，例題的解答過程可以反映出感知、判斷、推理等認知過程，若例題的解答過程能將這些復雜的認知過程條理清晰地呈現出來，將非常有利于學生學習新知識。

2.2修訂后的布盧姆認知分類

分類學有助于更好地規定課程目標，使學習經驗的安排與評價設計的準備容易些。修訂后的布盧姆認知目標分類包括了從低級到高級的六類認知過程，分別是記憶、理解、應用、分析、評價和創造，這六個認知水平的含義如表1所示。其中，記憶與保持是最緊密相關的，其他五類逐漸增加了與遷移的關聯性。對例題難度水平進行劃分，能夠更好地對例題的設置進行評價，并提出有依據的優化建議。

3例題分析

筆者從例題的題干和例題的解答過程兩個方面對中美教材進行對比分析，研究發現中美教材在例題編制上有各自的優缺點，并根據分析結果對我國教材例題的優化設置提出改進建議。在分析題干時，從題目涉及的情境、所配的插圖和難度水平三個方面展開：在分析解答過程時，從解答環節的設置和解答過程中符號與語言的占比情況展開。

在分析題干與解答過程之前，首先從中美教材“機械能”部分中各選取了一個例題進行展示，以便讀者對中美教材例題題干和解答過程的呈現方式有一個直觀的印象。

3.1例題展示

在人教版教材和美國教材中各選取了一個例題，這兩個例題都考查了學生對功的概念的理解以及功的計算的應用水平，具有一定的對比性。

3.1.1人教版教材例題

一個質量為150 kg的雪橇，受到與水平方向成37。度斜向上方的拉力，大小為500 N，在水平地面上移動的距離為5m。地面對雪橇的阻力為100 N，cos37。=0.8。求各力對雪橇做的總功。

分析雪橇的運動方向及有關受力情況如圖1所示。拉力F可以分解為水平方向和豎直方向的兩個分力，豎直方向的分力E、支持力Fx和重力G與運動方向垂直，不做功。所以各力對雪橇做的總功為拉力的水平分力Fx和阻力F阻所做的功的代數和。

3.1.2美國教材例題

力與位移成一角度，一船員在岸邊拉著繩索，使小船沿著碼頭前進了30.0 m的距離，已知拉繩與水平面夾角成25.0。。如果船員施加于拉繩上的力為255 N，那么他對小船做了多少功？

（1）分析概括問題

①建立坐標軸。

②作出表示小船初始條件的示意圖（圖2）。

③畫出矢量圖，表明力以及力在位移方向上的分量。

已知：F=255 N，d=30.0 m，0=25.0。;未知：w

（2）求解未知量

利用與位移成一角度的力的做功公式

W=Fdcos0=255 Nx30.0mxcos25.00=6.93x103 J

（3）驗證答案

①單位是否正確？功是以J來量度的。

②符號是否有意義？船員對小船做了功，所以用正的數值表示功是正確的。

3.2例題題干分析與建議

對中美教材“機械能”部分的例題題干進行分析，并對例題數量、所處章節、涉及的生活情境、插圖情況、例題題型和難度水平進行統計，得到人教版教材和美國教材“機械能”部分例題統計表，分別如表2、表3所示。

3.2.1情境分析與建議

根據表2可知，人教版教材的5個例題中，有4個例題以生活情境為背景，涉及到的情境有雪橇滑行、發動機工作、飛機滑跑和打夯：還有1個例題沒有涉及到生活情境，而是直接展示了“繩一球”模型，讓學生進行相應的計算。根據表3可知，美國教材的6個例題全部都以生活情境為背景，涉及到的情境有冰球滑行、碼頭拉船、電梯上升、舉保齡球、樹枝掉落和汽車追尾。

對比中美教材例題可以知道，兩版教材都有較強的“通過真實情境創設問題背景”的意識，但是美國教材中體現出來的對情境的重視程度要高于人教版教材。通過對生活中真實問題的解決，可以讓學生發現物理學習的價值，提高他們對物理學習的興趣。真實的情境往往需要學生自主建構物理模型，有利于學生發生知識的遷移。因此，建議在編制教材例題的過程中，有必要進一步加強對真實情境的重視。

3.2.2插圖分析與建議

例題中總是有題干情境和解答分析過程出現在同一幅圖片中的情況（例如圖2），因此難以將題干中出現的插圖和解答過程中出現的示意圖進行劃分，所以文章在分析例題插圖時，同時對題干和解答過程中出現的圖片進行分析。

由表2可知，人教版教材的5個例題中，有2個例題的插圖以“模型圖”的形式呈現，有1個例題的插圖以“情境圖”的形式呈現，有1個例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現，還有1個例題沒有任何配圖。由表3可知，美國教材的6個例題全部都有插圖，其中有4個例題的插圖以“情境圖”的形式呈現，還有2個例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現。

例題題干中的插圖可以使問題情境直觀化、形象化：解題過程中用于分析的模型圖或原理圖可以使解題的邏輯更加清晰。通過中美教材對比可知，人教版教材例題在模型化的插圖上做得較好，善于利用模型圖幫助學生分析題目背后物理量之間的邏輯關系。不過在情境化的插圖上略有不足，雖然不是一味地要求每個例題都必須配有情境圖，但是應該盡量給題干所描繪的情境配以相應的插圖，如果能用寫實的圖片來配合文字描述，可以更加清晰地刻畫出問題情境。

3.2.3難度分析與建議

依據修訂后的布盧姆認知目標分類學，對例題的難度進行分析。對比表2和表3可知，無論是人教版教材中的例題還是美國教材中的例題，幾乎都處于“應用”水平，只有美國教材的第6個例題對學生的分析能力具有一定的要求，將其劃分為“分析”水平。

根據對中美教材難度的分析，無論是人教版教材還是美國教材，例題難度水平都較為單一，基本處于應用水平;且題型較為單一，都是計算題。因此，建議在編制教材例題的時候可以涉及多種題型，除了選擇、判斷、計算等封閉式的題型，還可以編人探究題、活動題等開放式的題型。與此同時，建議將例題的難度水平階梯化，以滿足不同層次學生的需求。

3.3例題解答分析與建議

3.3.1環節對比與建議

由“例題展示”部分可得知，人教版教材例題的解答過程主要分為“分析”和“解”兩大部分;美國教材例題的解答過程分為“分析概括問題”“求解未知量”和“驗證答案”三個部分。對比中美教材解答過程中的環節設置情況可知，人教版教材的“分析”環節和美國教材的“分析概括問題”環節功能幾乎一致，可一一對應：人教版教材的“解”環節和美國教材的“求解未知量”環節功能幾乎一致，可一一對應：最主要的區別在于美國教材多了“驗證答案”環節。

檢驗反思環節是對學生批判性思維的引導，使學生有目的、白我調節地判斷，并且這種判斷存在于對證據、概念、方法、標準或背景進行解讀、分析、評價、推論和解釋中。檢驗環節有助于培養學生的科學思維，可以提高學生思維的證據意識和思維的縝密性，因此建議編制教材例題時，在解答過程增加檢驗環節。

3.3.2符號與語言占比分析與建議

在求解過程中，中美教材的符號與語言占比情況比較接近，都使用了大量的數學符號和物理符號進行解題。不同的是人教版教材在分析環節通過大量的語言對題目中物理量之間的關系進行描述與分析，符號占比極少;而美國教材在分析環節中語言與符號的占比相當，且語言描述明顯少于人教版教材。

筆者認為，在這一部分人教版教材做得較好。語言描述自然有它的缺點，沒有符號來得更加直觀與簡明。較多的語言描述雖然略顯噦嗦，但是在分析階段，為了把物理量之間的復雜關系描述清楚，需要借助較多的語言描述來達到這一效果。

4結論與啟示

文章對中美主流物理教材“機械能”部分的例題展開了對比研究。從情境、插圖和難度三個方面對例題題干進行了分析，從環節設置和符號與語言的占比兩個方面對例題的解題過程進行了分析。

在對例題題干的分析中，發現人教版教材“通過真實情境創設問題背景”的意識不夠強，情境化的插圖略顯不足，例題難度都處于應用水平，題型單一，因此對我國教材例題編制提出要進一步加強對真實情境的重視、增加情境化的插圖、避免難度水平過于集中、豐富題目類型等建議。

在對例題解題過程的分析中，發現人教版教材例題的解答過程缺少檢驗環節，提出了增加檢驗環節的建議。在符號與語言占比情況的分析中，發現人教版教材編制得較好，能夠把物理量之間的復雜關系描述清楚。