四個版次美國教材《物理：原理與問題》習(xí)題的設(shè)置與變化
——以熱學(xué)部分為例

蘇沁源 陸建隆

(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇 南京 210046)

教材習(xí)題的設(shè)置代表著編者對于學(xué)生能力發(fā)展的期望，在很大程度上影響著學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)物理的興趣以及學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。《物理：原理與問題》(Physics: Principles and Problems)是由保羅·齊策維茨編著，于1999年第一次被翻譯為中文版，被國內(nèi)物理教育研究者所重視，其在美國《國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》《新一代K-12科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的引領(lǐng)下分別于2005年、2013年、2017年進(jìn)行了修訂。該教材為美國主流高中物理教材，倡導(dǎo)科學(xué)知識的應(yīng)用，與社會發(fā)展緊密結(jié)合，從多角度培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維能力，在習(xí)題設(shè)置方面存在諸多特點(diǎn)，可為我國高中物理教材習(xí)題編制以及作業(yè)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 四個版次《物理：原理與問題》的習(xí)題結(jié)構(gòu)

《物理：原理與問題》全書一共30章，習(xí)題由每一小節(jié)的“練一練”“小節(jié)復(fù)習(xí)”以及每一章節(jié)最后的“測評”“標(biāo)準(zhǔn)化測試”構(gòu)成，對于教材的每一知識點(diǎn)都會配備相應(yīng)的習(xí)題，以強(qiáng)化學(xué)生對所學(xué)的物理概念、規(guī)律的理解，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)整合。從2005年起該教材增加了“標(biāo)準(zhǔn)化測試”欄目，“標(biāo)準(zhǔn)化測試”欄目旨在考查學(xué)生對這一章知識點(diǎn)的掌握情況，在熱學(xué)部分設(shè)置為9道選擇題和1道論述題。對該教材的2013年版、2017年版進(jìn)行比較時，可以看出熱學(xué)部分習(xí)題變化非常小，僅在2017年版“日積月累”中增添了兩道習(xí)題。

筆者對四個版次《物理：原理與問題》第十二章《熱能》習(xí)題結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，習(xí)題類型及數(shù)量如表1，從中可以窺見該教材在近二十年習(xí)題的變化。

表1

《物理：原理與問題》重視習(xí)題構(gòu)建的層次性，在1999年版教材中編者將章節(jié)習(xí)題劃分為“水平1”“水平2”兩個層次，在2005年版教材中改為更為明確的水平層次：理解概念、解決問題、應(yīng)用概念、復(fù)習(xí)提高、批判性思維、科技寫作、日積月累等。通過對習(xí)題的歸類，學(xué)習(xí)者也能夠通過不同層次習(xí)題的完成情況評估自己的學(xué)業(yè)水平層次。

2 四個版次《物理：原理與問題》的習(xí)題特色與變化分析

2.1 習(xí)題數(shù)量

以第十二章《熱能》為例，在1999年版教材中習(xí)題數(shù)量較少，共設(shè)置了58道題，在2005年版、2013年版、2017年版教材中分別有92、95、97道題。通過對比我們可以看出《物理：原理與問題》在教材修訂過程中增加了習(xí)題數(shù)量，更加注重知識的內(nèi)化與應(yīng)用。

2.2 習(xí)題情境

1999年版《物理：原理與問題》中的習(xí)題大多為數(shù)值計(jì)算，以第十二章《熱能》為例，在所有52道習(xí)題中約有70%的習(xí)題僅僅是列式計(jì)算，包括溫度大小的比較、比熱容和汽化熱等的計(jì)算，其余的則是現(xiàn)象解釋類習(xí)題，更多的是考查學(xué)習(xí)者的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，并不能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者將知識靈活應(yīng)用。此后編寫者顯然注意到了這一點(diǎn)，通過兩次的修訂，習(xí)題內(nèi)容的調(diào)整十分明顯。

首先是習(xí)題的情境化更為突出，其中含情境的習(xí)題數(shù)占總習(xí)題數(shù)的比例從27.59%增至44.33%，可見教材編者注重將知識應(yīng)用于生活之中，以真實(shí)生活情境作為習(xí)題背景，將“物理在你身邊”的特點(diǎn)更好地寓于習(xí)題之中，以第十二章《熱能》的習(xí)題為例，統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2

從表2我們可以清楚地看到，該教材編寫團(tuán)隊(duì)在改編教材的過程中對于習(xí)題情境的創(chuàng)設(shè)十分重視，通過情境的設(shè)置有效優(yōu)化習(xí)題，而生活實(shí)踐情境能夠較好地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者通過真實(shí)的情境對自己所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，而學(xué)習(xí)探索情境則強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者對物理探究的體驗(yàn)。

2.3 習(xí)題的開放性

物理開放性習(xí)題具有命題開放、答案多元的特征，其不僅僅是對學(xué)習(xí)者基礎(chǔ)知識的考查，更關(guān)注對學(xué)習(xí)者學(xué)科素養(yǎng)的考查。開放性習(xí)題往往無法直接運(yùn)用公式、原理、規(guī)律進(jìn)行求解，而是需要從多個層面、多種維度尋找問題解決的途徑。

以第十三章《物態(tài)》為例，1999年版《物理：原理與問題》中的習(xí)題主要是由數(shù)值計(jì)算題以及現(xiàn)象解釋題構(gòu)成，其答案為一個具體數(shù)值或是一句話，可以看出當(dāng)時教材的習(xí)題更多的是考查學(xué)習(xí)者的知識與技能。這種以知識立意為主的習(xí)題編寫策略在后續(xù)的教材編寫中被打破，編者在將原有計(jì)算題保留的同時，新增了開放性習(xí)題，其中在每一小節(jié)中都會出現(xiàn)“理性思維”“批判性思維”導(dǎo)向的習(xí)題，在每一章“測評”欄目中都新增了“問題解決”版塊，引入真實(shí)情境，很多題目的答案不唯一，言之有理即可，這種習(xí)題更能激活學(xué)習(xí)者的思維，提高學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知水平。

在《物理：原理與問題》習(xí)題設(shè)計(jì)中令人眼前一亮的開放性習(xí)題來自“科技寫作”版塊，這類題目不局限于教材內(nèi)容，給學(xué)習(xí)者布置一個小課題，學(xué)習(xí)者需要進(jìn)行專題調(diào)研，通過查閱文獻(xiàn)來了解這方面的知識，例如“研究蓋-呂薩克對氣體定律的貢獻(xiàn)，他對水的分子式的發(fā)現(xiàn)做出了什么貢獻(xiàn)？”這道題目已經(jīng)不僅僅局限于熱學(xué)知識，而是要求學(xué)習(xí)者對物理學(xué)家進(jìn)行全面的了解，通過物理學(xué)史的調(diào)研，充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的積極性，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者去感受科學(xué)家鍥而不舍的精神。“科技寫作”類習(xí)題的推廣表明，教材編寫團(tuán)隊(duì)在強(qiáng)調(diào)知識立意的同時，更加關(guān)注素養(yǎng)立意，引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練，養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感。

2.4 含有非連續(xù)性文本的習(xí)題

非連續(xù)性文本是相對于句子和段落組成的連續(xù)性文本而言的閱讀材料，多以圖片、表格、插圖等形式呈現(xiàn)，能夠更直觀簡明地將知識點(diǎn)高度概括，并讓學(xué)習(xí)者感到淺顯易懂，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者從原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)建構(gòu)知識體系，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的要求。

在《物理：原理與問題》教材二十余年發(fā)展歷程中，重視非連續(xù)性文本在習(xí)題中的應(yīng)用，以第十三章《物態(tài)》為例，在1999年版教材習(xí)題中非連續(xù)性文本僅有兩幅圖片，絕大部分習(xí)題是以純文字的形式呈現(xiàn)的，而在2005年版教材中非連續(xù)性文本的數(shù)量開始增多，并在每一次教材修訂的過程中都會新增非連續(xù)性文本，在1999年版、2005年版、2013年版、2017年版教材中含非連續(xù)性文本習(xí)題占總習(xí)題的比例分別為3.57%、9.57%、25.26%、25.77%，更加關(guān)注通過圖表來傳遞習(xí)題信息，有利于學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中把握重點(diǎn)，在物理問題解決過程中突破困惑。此外，在教材習(xí)題的非連續(xù)性文本選擇上傾向于將示意圖改為實(shí)物照片，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，引領(lǐng)學(xué)習(xí)者將所學(xué)知識回歸于生活、應(yīng)用于生活。

3 啟示

教材作為物理教學(xué)最為重要的資源，高質(zhì)量的教材習(xí)題能夠給教師創(chuàng)造更大的教學(xué)空間，有利于教師個性化教學(xué)，也能更好地給學(xué)習(xí)者提供更多的鍛煉機(jī)會，提升核心素養(yǎng)，發(fā)揮育人功能。

3.1 顯化習(xí)題測評導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生知識能力進(jìn)階

以人教版高中物理選擇性必修第三冊中熱學(xué)部分為例，教材中的習(xí)題分布在每一節(jié)的“思考與討論”“練習(xí)與應(yīng)用”以及每一章后的“復(fù)習(xí)與提高”中，其中“復(fù)習(xí)與提高”分為A、B兩組練習(xí)題，體現(xiàn)了難度的分層，對標(biāo)于美國教材中的“標(biāo)準(zhǔn)化測試”，但不足的是并沒有明確習(xí)題的指向性，在《物理：原理與問題》習(xí)題中賦予每一組習(xí)題以一個關(guān)鍵詞，如“理解概念”“解決問題”等，在一定程度上幫助學(xué)生和教師明確習(xí)題的指向，能夠讓學(xué)生在解答習(xí)題的過程中明確自己所學(xué)的內(nèi)容屬于哪一個知識點(diǎn)，學(xué)習(xí)達(dá)到了哪一個層次。

在人教版教科書中的習(xí)題均以現(xiàn)象解釋和數(shù)值計(jì)算的形式呈現(xiàn)，同時在題型設(shè)置方面問答題和計(jì)算題占了較大比例，很少出現(xiàn)選擇題和實(shí)驗(yàn)題。在教材習(xí)題類型設(shè)置上，我國教材可以借鑒美國教材的做法，編入選擇題、作圖題、辨析題等，讓學(xué)生從不同的角度運(yùn)用知識，加深學(xué)生對于知識的理解。美國教材的“日積月累”版塊會出現(xiàn)本章內(nèi)容與之前幾章內(nèi)容相結(jié)合的習(xí)題，這對于學(xué)習(xí)者來說是一個綜合鍛煉的機(jī)會，強(qiáng)調(diào)溫故知新，在我國教材習(xí)題設(shè)置中也可以進(jìn)行嘗試。

3.2 強(qiáng)化習(xí)題情境的真實(shí)性，從習(xí)題解答走向問題解決

物理習(xí)題情境強(qiáng)調(diào)以真實(shí)情境為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)在真實(shí)情境中提取、處理信息，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要環(huán)節(jié)。因此在教材習(xí)題設(shè)置中我們也應(yīng)當(dāng)重視習(xí)題情境的創(chuàng)設(shè)，其中非連續(xù)性文本的選擇應(yīng)當(dāng)來源于生活，比如在驗(yàn)證玻意耳定律實(shí)驗(yàn)過程中，我們可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行p-V圖像的繪制，將得到的曲線作為題干中的非連續(xù)性文本，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行信息提取和處理。再如在“用油膜法估測油酸分子大小”實(shí)驗(yàn)中拍攝真實(shí)的實(shí)驗(yàn)圖片，讓學(xué)生在題目中通過圖片估讀出油膜面積。通過真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，能讓真正理解物理原理、親自完成過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生更加得心應(yīng)手。

教材習(xí)題的情境應(yīng)當(dāng)來源于生活，生活實(shí)踐情境這在熱學(xué)模塊中尤為重要，美國教育家布魯姆曾說：學(xué)習(xí)的最大動力，來源于對學(xué)習(xí)材料的興趣。取材于生活的實(shí)際問題讓學(xué)生更感親切，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也會更加高漲。

3.3 探索開放性習(xí)題的編制，培養(yǎng)學(xué)生高階思維和創(chuàng)新能力

開放性習(xí)題在我國物理教材中出現(xiàn)較少，不同版次美國教材中開放性習(xí)題數(shù)量的增加，表明學(xué)習(xí)者能夠從開放性問題解決中得到收獲，“科技寫作”類型的習(xí)題在我國高中物理教材中幾乎為空白。這類題目對于學(xué)習(xí)者來說是一個很好的鍛煉，能夠讓學(xué)生親身體會調(diào)查研究的全過程，也很有可能成為學(xué)生科研道路上的初體驗(yàn)，如果我國教材能夠引入“科技寫作”類習(xí)題，并要求學(xué)生在完成調(diào)研后在班級上進(jìn)行匯報(bào)，可促進(jìn)學(xué)生對知識的深度理解，同時提升學(xué)生的口頭和書面表達(dá)能力。

物理作為一門強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，在開放性實(shí)驗(yàn)探究方面具有很大空間，可以確定課題讓學(xué)生分組進(jìn)行完整的開放性實(shí)驗(yàn)探究，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟到數(shù)據(jù)的采集與處理都交給學(xué)生自主完成，充分體現(xiàn)課題的開放性，也是對學(xué)生動作技能、實(shí)際操作進(jìn)行考核的重要途徑。這類習(xí)題已經(jīng)不再局限于教材，要求突破慣性思維，設(shè)計(jì)多種評價方式，注重培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力，有效地體現(xiàn)開放性物理習(xí)題的育人功能。