高中物理教材“靜電場”單元習題比較分析及建議

季玉輝　陳云飛　張先燚

摘? ?要：以高中物理“靜電場”單元習題為例，從習題數目、習題類型、習題情境、習題開放性程度以及與課程標準（2017年版）的一致性五個方面對2019年版人教版、滬科教版和魯科版三版教材的“靜電場”單元習題進行比較分析，以期對三版教材“靜電場”單元習題設計提供建議。

關鍵詞：靜電場；高中物理教材；單元習題；比較分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2024）6-0020-5

習題是教材的重要組成部分，是鞏固學生知識、培養學生問題解決能力的重要載體。現行高中物理教材習題可分為節后練習和章節練習兩大部分。與節后練習相比，章節練習是對本章知識的凝練，更具有綜合性，更能體現編者對本章知識的理解與把握以及該版教材習題設計的風格與特色。此外，2019年版高中物理必修三是一個全新的篇章，是在《普通高中物理課程標準（２０１７年版）》（以下簡稱“課標”）指導下編訂的，具有代表性。“靜電場”單元是高中物理必修三的開篇之作，既是對力學、運動學等有關知識的總結和應用，又為后續學習磁場等相關內容作鋪墊，其重要程度不言而喻。因此，本文擬從單元習題的角度出發，從習題數目、習題類型、習題情境、習題開放性程度等方面定性了解各版教材習題的設計特點；從習題與課標的一致性方面定量分析習題與課標的匹配程度［１－２］。從定性和定量兩個角度對2019年版人教版、滬科教版和魯科版三版教材的“靜電場”單元習題進行比較分析，得出三版教材習題設計情況，為發展學生的物理學科核心素養，增強單元習題與單元教學過程的匹配度提供參考。

１? ? 三版教材“靜電場”單元習題數目和類型比較分析

以課標中“靜電場”內容主題為依據劃分單元，對三版教材“靜電場”單元習題數目進行統計。鑒于部分習題存在多個小問，因此按照習題的小問數進行統計，統計結果如表１所示。由表1可知，三版教材均將“靜電場”單元拆分為兩個章節。在習題數目上，三版教材十分接近，其中人教版２８道、滬科教版２９道、魯科版２４道；在欄目設計上，人教版、滬科教版采用分組的形式（Ａ組、Ｂ組），使得習題設計具有層次性和彈性，讓學生擁有更多的選擇；魯科版則設置“科學認知”“科學辨析”等不同欄目，力求從不同視角提升學生解決問題的能力。

在習題類型上，將習題劃分為填空題、選擇題、簡答題、綜合計算題、作圖題、實驗活動題六大類。按上述分類規則對三版教材習題進行歸類統計，可得人教版習題類型最少，且主要以簡答題、綜合計算題為主；魯科版習題類型主要以選擇題和綜合計算題為主；滬科教版習題類型最為豐富，且各類試題數目分配也較為均勻，相關統計結果如圖１所示。此外，滬科教版更加重視實踐活動，設置了“靜電間歇噴泉”“靜電發光”等具有操作性和探究性的實驗活動題。

２? ? 三版教材“靜電場”單元習題情境與開放性程度比較分析

新課標在命題建議中指出了要增強試題的情境性和開放性［３］，而強化教材習題的情境性和開放性，對提高學生解決實際問題的能力、培養創新意識以及發展學生物理學科核心素養都有重要作用。

２．１? ? 習題情境設計比較

以物理學科核心素養為導向的習題設計，強調創設類型多樣、具有一定復雜程度的真實情境作為習題的任務情境，教材習題在設計時應當精選素材，使情境素材服務于問題的解決與提出。根據習題有無情境，將習題分為情境性習題和非情境性習題，將包含日常生活情境、物理學史料情境等的習題視為情境性習題。通過對三版教材“靜電場”單元習題情境類型的分析統計，結果發現：三版教材在習題情境類型上存在較大差異，人教版主要是從實驗探索、物理模型、數據圖表等方面設計物理習題，僅有少部分習題為真實生活情境的情境性習題；而滬科教版和魯科版情境性習題占比遠高于人教版，統計結果如表２所示。

滬科教版的習題情境素材更加重視學生活動，主張親自動手操作并對實驗現象加以解釋，例如，設置了“水龍頭細水流彎曲”“靜電間歇噴泉”等一系列易操作的生活小實驗；而魯科版更偏重于應用物理知識解釋生活中的現象，例如，以電子束焊接機、靜電除塵器、噴墨打印等生活中常見設備為物理情境素材，要求學生應用物理知識解釋其工作原理。而在習題情境與考查內容之間的關聯程度上，發現三版教材“靜電場”單元習題大部分為結合式和融合式［４］。這說明三版教材習題并不是生硬地套用素材，而是真正做到精選素材，使習題情境素材服務于問題的提出與解決，同時也表明三版教材習題主要考查學生的信息提取與利用能力、問題解決能力，而不是側重答題技巧方面。

２．２? ? 習題開放性程度比較

開放式習題在體現和考查學生核心素養方面有著獨特的優勢［５］，命制習題時適當增加習題的開放度，對培養學生思維的靈活性和創造性有著重要作用。而開放式習題是指那些條件可以不完備，答案可以不唯一，并允許解答者多角度、多層次進行探索的習題；與開放式習題相對應的則是傳統的封閉式習題，側重考查學生學科知識的積累和解題技巧［６］。從這個角度出發，我們把習題劃分為封閉式習題和開放式習題兩大類。滿足條件開放、答案開放或者方法開放，我們認為其是開放式習題，其余則為封閉式習題。按上述分類方式，對三版教材“靜電場”單元習題進行分析，統計整理后可得到圖2所示的結果。從圖2可以看出，三版教材均存在著少量的開放式習題，人教版開放式習題數目最少。此外，三版教材主要從方法開放、答案開放的角度去設置開放式習題，僅有滬科教版存在著條件開放式習題。

３? ? “靜電場”單元習題與課標的一致性研究

目前，主流的一致性分析工具有Ｗｅｂｂ模式、ＳＥＣ模式和Ａｃｈｉｅｖｅ模式三種，其中Ａｃｈｉｅｖｅ模式主要用于測驗的一致性分析；ＳＥＣ模式只能顯示整體的一致性系數，缺乏細節的一致性結果；而Ｗｅｂｂ模式既能提供細節的一致性信息，又擁有著明確的臨界指標［７］。基于以上考慮，選擇Ｗｅｂｂ模式作為本研究的一致性分析工具更為合適。

３．１? ? Ｗｅｂｂ一致性分析工具

Ｗｅｂｂ模式又稱韋伯模式，主要從知識的類別、深度、廣度以及分布平衡性四個維度來分析試題與課標的一致性程度，同時每個維度都具有相應的評價標準，Ｗｅｂｂ模式評價維度及標準如表３所示［８］。表3中平衡指數的計算公式為P=，式中O表示擊中某條目的目標總數，表示擊中某條目下某一具體目標的習題數，H表示擊中該條目的習題總數［８］。平衡指數P的取值范圍為０～１，且P值越大說明兩者的一致性程度越高。

３．２? ? 認知水平劃分

以新修訂的布魯姆教育目標分類學為基礎［９］，參考我國其他學者的研究成果［１０］，考慮到認知水平劃分過細會導致習題與課標的一致性情況較差等因素［１１］，結合Ｗｅｂｂ一致性研究框架的需要，將認知水平劃分為了解、理解、解釋、應用四個層次，有關內涵及解釋如表４所示。

３．３? ? 課標中“靜電場”單元要求的確定

新修訂的課標在學習要求和評價上有很大的變化，由原來單一的“內容要求”變為由“內容要求”“學業要求”“學業質量水平”組成的綜合評價體系［１２］，形成了“學業質量（課程）—學業要求（單元）—內容要求（課時）”的層級架構［１３］。其中，學業要求是從核心素養的角度對學生學習完該主題模塊后提出的學習要求，但是由于學業要求并沒有給出相應的水平等級，因此學業要求僅可作為評價的依據，不能作為評價的標準［１２］；而內容要求則對學習目標作出要求，可作為評價的標準。同時，又因為教材單元習題指向單元的重點、核心內容，是對課標“內容要求”“學業要求”的整合統一［１３］。因此，在進行一致性研究時，應以學業要求為依據，提取單元核心概念；以內容要求為標準，確定單元核心概念的具體要求。綜合考慮上述問題，應用內容分析法，從課標必修三學業要求中提取“靜電場”單元核心概念，再從課標內容要求中找到相應核心概念的具體要求，結合課標解讀對相關要求進行拆分細化，確定課標對“靜電場”單元的具體要求，最后結合上述認知水平劃分表確定課標對該部分內容的認知水平要求，如表５所示。

３．４? ? “靜電場”單元習題與課標一致性情況分析

由兩名研究者按照Ｗｅｂｂ一致性分析模式，對三版教材“靜電場”單元習題進行獨立操作分析，按照各維度指標精準匹配，并對二者之間存在差異部分進行分析討論、達成一致，最終確定各版教材在不同維度的一致性情況（表６）。

從整體來看，三版教材“靜電場”單元習題與課標一致性程度最高的是魯科版。魯科版在知識種類、知識深度、知識廣度三個維度上的所有條目均達到可接受水平；人教版、滬科教版則存在著部分指標未達到可接受水平。在知識分布平衡性這一指標上，三版教材與課標要求均存在著偏差，都未達到可接受水平。其中，魯科版在三個條目上的平衡指數Ｐ分別為０．６６６７，０．６６６７，０．６６２３，略小于可接受水平０．７。這說明三版教材單元習題在知識分布上，過分側重于部分知識內容，而忽視了其他知識條目。例如，在研究中發現，人教版在“條目一”中的習題完全集中于“點電荷的相互作用規律”，而忽略了其他知識內容，從而導致其平衡指數遠低于要求。此外，影響知識分布平衡性的因素很多，其中一個重要因素是知識目標所占權重不同，這是由于物理試題和知識目標要求的綜合性所導致，使得單一的知識目標會被綜合性的知識目標所覆蓋。例如，“條目三”下的“３．７能用帶電粒子在電場中的運動解釋相關物理現象”在匹配習題時會覆蓋“條目三”下的“３．２了解電勢能的含義、３．３了解電勢的含義……”等單一的知識目標，從而導致平衡指數偏小。另外，從細分維度來看，部分教材也存在著改進的空間。例如，在知識種類上，人教版在條目一、滬科教版在條目二均未達到可接受水平；在知識深度上，人教版、滬科教版在條目二均不符合要求；在知識廣度上，人教版在條目一、滬科教版在條目三也不符合要求。

４? ? 總結及建議

通過對人教版、滬科教版和魯科版三版教材“靜電場”單元習題的比較，我們可以發現三版教材各有特點。在習題類型上，滬科教版的習題類型更加豐富全面，更加強調學生活動，強調學生動手操作、親身體驗，而其他兩版教材更加重視對學生計算能力的培養；在習題開放性程度上，三版教材僅存在少量的開放式習題，并且僅有滬科教版設置了條件開放式習題；在習題情境設計上，人教版習題情境設計過分重視對學生思維創造能力的培養，忽視習題情境與生活實踐的結合，其他兩版教材在習題情境的處理上則較為妥當；在與課標的一致性方面，三版教材在大部分維度上基本符合要求，但在“知識分布平衡性”上均與課標存在偏差，總體來說魯科版與課標的一致性程度最高。

通過上述比較分析可以發現，三版教材存在的共性問題是與課標的一致性程度有待加強，尤其是在知識平衡性方面。由于核心素養總是與具體的活動、相關的情境緊密交織在一起，因此在習題情境上，應重視從生產活動中精選習題素材，提高情境素材與問題的關聯程度。另外，在習題類型上，應當減少傳統的書面式、計算式習題，可適當增加新穎的、具有操作性和體驗性的實驗活動或者調查報告類習題，最后還可以適當提高開放式習題的比例，來培養學生思維的靈活性和創新性。

參考文獻：

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）

收稿日期：2024-01-03

基金項目：2023年度安徽省高等學校省級質量工程立項課題“基于OBE理念物理學實踐創新能力立體化培養模式的探索與實踐”（2023jyxm0152）；安徽省教育廳2023年度新時代育人質量工程項目（研究生教育）立項課題“學科交叉和融合視域下光學專業研究生課程教學改革與實踐”（2023jyjxggyjY057）。

作者簡介：季玉輝（1997-），男，碩士研究生，研究方向為中學物理教學。

*通信作者：張先燚（1970－），男，教授，研究方向為物理學科教學、環境光譜學及超快動力學。